JP2006172848A - 電圧分担素子装着真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 真空バルブと電圧分担素子とを一体でモールドし、中間電位を固定する。
【解決手段】 中間金具３ａ、３ｂ、３ｃで接続された真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、固定側封着金具４と、可動側封着金具５と、接離自在の一対の接点７、８と、中間金具３ａ、３ｂ、３ｃに固定されたアークシールド１１、１２、１３と、前記固定側封着金具４と前記中間金具３ａ（３ｂ、３ｃ）間、および前記中間金具３ａ（３ｂ、３ｃ）と前記可動側封着金具５間に、それぞれ接続導体１５、１６、１７、１８によって接続された電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈと、モールドして形成された絶縁層１９とを備え、前記接続導体１５、１６、１７、１８は、前記電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈとの接続端が半径方向に広がるテーパ状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ内のアークシールドの電位固定を確実にし得る電圧分担素子装着真空バルブに関する。

アークシールドを備えた接離自在の一対の接点を有する真空バルブにおいては、アークシールドが主回路（電位１００％）と対地（電位０％）との中間の中間電位になる。そして、中間電位を中間値のほぼ５０％に固定することにより、絶縁特性および遮断特性の優れた真空バルブとすることができる。

従来、気中における真空バルブにおいては、真空バルブ外の一方の主回路とアークシールド間、およびアークシールドと他方の主回路間にそれぞれコンデンサを接続し、アークシールドの電位をほぼ５０％に固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、真空バルブをエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドし、全体形状の小型化を図ったものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、エポキシ樹脂で真空バルブをモールドするものでは、真空バルブとコンデンサとを一体でモールドすることが困難であった。これは、コンデンサとエポキシ樹脂との熱膨張係数が異なり、エポキシ樹脂の硬化収縮時に残留応力が発生し、コンデンサもしくはエポキシ樹脂にクラックなどが起きるためである。

このため、従来、コンデンサの表面にシリコンゴムのような緩衝層を設け、エポキシ樹脂でモールドするものが知られている。ここで、コンデンサは、円柱状からなり、軸方向の両端にコンデンサの外径よりも細経の接続端子をそれぞれ設けたセラミックコンデンサが用いられている（例えば、特許文献３参照。）。そして、残留応力が最も大きくなる個所は、エポキシ樹脂の絶縁厚さが大きく変化するコンデンサの両端外周部とされている。
特開平１０−１２４５９号公報（第４〜５ページ、図９） 特開２００１−２８６０１８号公報（第４ページ、図４） 特開平３−１４２３７１号公報（第２ページ、第１図）

上記の従来のコンデンサのモールドにおいては、次のような問題がある。

コンデンサの表面に緩衝層を設ける場合には、エポキシ樹脂をモールドする前に、コンデンサに別工程で緩衝層の取り付け作業をしなければならず、作業工数が増加していた。また、緩衝層を取り付けたコンデンサは、モールドされる直前まで防塵室で保管をしなくてはならず、取り扱いが困難であった。

一方、真空バルブをエポキシ樹脂でモールドした後、その外周にコンデンサを取り付ける方法が考えられるが、モールドした真空バルブの外側にコンデンサが突出するので、全体形状が大型化してしまうことになる。これは、最近の趨勢である小型化に逆行するものである。

このため、緩衝層などを設けずにコンデンサを一体でモールドでき、真空バルブ内のアークシールドの電位固定を確実に行えるものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、真空バルブとコンデンサのような電圧分担素子とを一体でモールドし、アークシールドの電位固定を確実にし得る電圧分担素子装着真空バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電圧分担素子装着真空バルブは、中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、この真空絶縁容器の他方端開口部に封着された可動側封着金具と、前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、前記固定側封着金具と前記中間金具間、および前記中間金具と前記可動側封着金具間に、それぞれ接続導体によって接続された電圧分担素子と、前記真空絶縁容器および前記電圧分担素子の外側に絶縁材料をモールドして形成された絶縁層とを備え、前記接続導体は、前記電圧分担素子との接続端が半径方向に広がるテーパ状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、アークシールドを備えた真空バルブの外側に、残留応力が発生し難いテーパ状の接続導体で接続した複数の電圧分担素子を接続し、この真空バルブと電圧分担素子とを絶縁材料で一体モールドしているので、絶縁層内に残留応力が発生し難く、中間電位となるアークシールドの電位を確実に固定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る電圧分担素子装着真空バルブを図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る電圧分担素子装着真空バルブの構成を示す半断面図、図２は、本発明の実施例１に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図である。

図１に示すように、電圧分担素子を装着した真空バルブは、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ部１ａと、この真空バルブ部１ａに電圧分担素子を接続し、これらの周囲にエポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドした絶縁部１ｂとから構成されている。

真空バルブ部１ａには、アルミナ磁器からなる筒状の四個の真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、それぞれ筒状の第１乃至第３の中間金具３ａ、３ｂ、３ｃで気密に直列接続されている。両端の真空絶縁容器２ａ、２ｄの開口部には、それぞれ固定側封着金具４と可動側封着金具５とが封着されている。

固定側封着金具４には、固定側通電軸６が気密に貫通固定され、真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ内の固定側通電軸６端に固定側接点７が設けられている。なお、固定側通電軸６の真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ外には、図示しない他の電気機器の主回路導体が嵌合できるように凹部６ａが形成されている。

可動側封着金具５には、固定側接点７と対向して接離自在の可動側接点８を設けた可動側通電軸９が移動自在に中央開口部を貫通している。そして、可動側通電軸９の真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ内の中間部には、伸縮自在のベローズ１０の自由端が気密に固定され、固定端が可動側封着金具５の中央開口部に気密に固定されている。これにより、内部圧力１０^−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸９を図示しない操作機構により軸方向に移動させることが可能となっている。

また、中間部の真空絶縁容器２ｂ、２ｃを接続する第１の中間金具３ａには、両接点７、８を包囲するように設けられた筒状の第１のアークシールド１１が固定されている。更に、図示上方の固定側の真空絶縁容器２ａ、２ｂを接続する第２の中間金具３ｂにも、第１のアークシールド１１端部を包囲するように設けられた第２のアークシールド１２が固定されている。同様に、図示下方の可動側の真空絶縁容器２ｃ、２ｄを接続する第３の中間金具３ｃにも、第１のアークシールド１１端部を包囲するように設けられた第３のアークシールド１３が固定されている。

これらのアークシールド１１、１２、１３により、両接点７、８の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの内面に付着して沿面の絶縁抵抗が低下することを防止している。これらのアークシールド１１、１２、１３の電位は、後述するが、両接点７、８の電位（電位１００％）と接地電位（電位０％）との中間の電位となる。

絶縁部１ｂには、円柱状のセラミックコンデンサのような第１および第２の電圧分担素子１４ａおよび１４ｂが直列接続され、固定側封着金具４と第２の中間金具３ｂ間に接続されている。また、同様に第３および第４の電圧分担素子１４ｃおよび１４ｄが第２の中間金具３ｂと第１の中間金具３ａ間に接続されている。また、同様に第５および第６の電圧分担素子１４ｅおよび１４ｆが第１の中間金具３ａと第３の中間金具３ｃ間に接続されている。更に、第７および第８の電圧分担素子１４ｇおよび１４ｈが第３の中間金具３ｃと可動側封着金具５間に接続されている。

これらの電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈの静電容量は、それぞれ同様の静電容量を有し、真空バルブ部１ａの浮遊容量以上である。なお、電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈは、高抵抗体やコンデンサと抵抗体とを直並列に接続したものでもよい。

ここで、第１および第２の電圧分担素子１４ａおよび１４ｂ間、第３および第４の電圧分担素子１４ｃおよび１４ｄ間、第５および第６の電圧分担素子１４ｅおよび１４ｆ間、第７および第８の電圧分担素子１４ｇおよび１４ｈ間の接続は、両端が半径方向に広がるテーパ状の第１の接続導体１５でそれぞれ接続されている。また、第２および第３の電圧分担素子１４ｂおよび１４ｃ間、第４および第５の電圧分担素子１４ｄおよび１４ｅ間、第６および第７の電圧分担素子１４ｆおよび１４ｇ間も、両端がテーパ状の第２の接続導体１６で接続されるとともに、それぞれ第１の中間金具３ａ、第２の中間金具３ｂおよび第３の中間金具３ｃに接続されている。

更に、第１の電圧分担素子１４ａと固定側封着金具４間は、第３の接続導体１７で接続され、第１の電圧分担素子１４ａとの接続端が半径方向に広がるテーパ状に形成されている。また、第８の電圧分担素子１４ｈと可動側封着金具５間も同様に、第８の電圧分担素子１４ｈとの接続端がテーパ状に形成された第４の接続導体１８で接続されている。

これら電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈの接続状態を第１および第２の電圧分担素子１４ａおよび１４ｂを例にとり説明する。

図２に示すように、第１および第２の電圧分担素子１４ａおよび１４ｂの両端には、金属蒸着などにより電極１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ１、１４ｂ２が取り付けられている。また、電極１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ１、１４ｂ２には、それぞれ突出した接続金具１４ａ３、１４ａ４、１４ｂ３、１４ｂ４が固定されている。

そして、図示上部の接続金具１４ａ３には、第３の接続導体１７端がネジ固定されている。この第３の接続導体１７端は、上述したように、テーパ状に形成されており、そのテーパ部が第１の電圧分担素子１４ａと接触する接触面となす角度θ１をθ１＝２５〜４５度としている。テーパ部の太径部は、第１の電圧分担素子１４ａの外径とほぼ同様の大きさである。

また、第１の電圧分担素子１４ａと第２の電圧分担素子１４ｂ間を接続する第１の接続導体１５端も同様にテーパ状に形成されており、それぞれの電圧分担素子１４ａ、１４ｂと接する接触面となす角度θ１をθ１＝２５〜４５度としている。更に、第２の接続導体１６も同様に、テーパ部が接触面となす角度θ１をθ１＝２５〜４５度としている。

そして、これらの電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈおよび真空バルブ部１ａなどの外周には、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドして形成した絶縁層１９が設けられている。なお、絶縁層１９の両端には、固定側が凹状１９ａ、可動側が凸状１９ｂに形成された界面接続部となっている。この界面接続部により、他の電気機器との接続が行われる。

絶縁層１９のモールドにおいては、電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈと絶縁層１９との熱膨張係数の相違から残留応力の発生が想定される。しかしながら、接続導体１５、１６、１７、１８の接続端がテーパ状になっているので、エポキシ樹脂の硬化収縮時に、応力集中を抑制し、絶縁層１９内の残留応力が緩和される。

ここで、テーパの角度θ１は、θ１＝２５度未満では、テーパの角度が鋭角になり応力集中を起こし易く、緩衝層などを設ける必要を生じるので好ましくない。また、θ１＝４５度超過では、接続導体１５、１６、１７、１８の重量が増加したり、長手方向の長さが増加したりするので好ましくない。

これにより、電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈを真空バルブ部１ａと一体でモールドすることが可能となり、中間電位となる第１乃至第３のアークシールド１１乃至１３の電位を確実に電位固定することができる。そして、両接点７、８の開極時に、第２のアークシールド１２を電位ほぼ７５％、第１のアークシールド１１を電位ほぼ５０％、第３のアークシールド１３を電位ほぼ２５％とすることができる。

上記実施例１の電圧分担素子装着真空バルブによれば、接続端がテーパ状の接続導体１５、１６、１７、１８を用いて電圧分担素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈを接続しているので、真空バルブ部１ａと一体でモールドしても絶縁層１９内の残留応力が緩和され、中間電位となるアークシールド１１、１２、１３の電位を確実に固定することができる。

なお、上記実施例１では、真空バルブ部１ａの外側に絶縁層１９のみを形成して説明したが、汚損湿潤の対策として界面接続部を除く絶縁層１９の外側に接地層を設けたものでも絶縁層１９内の残留応力を緩和することができる。

次に、本発明の実施例２に係る電圧分担素子装着真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、電圧分担素子を接続する接続導体である。図３において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、第１の電圧分担素子１４ａと第２の電圧分担素子１４ｂ間は、これら第１および第２の電圧分担素子１４ａおよび１４ｂの外径φ１よりも大きい外径φ２を有する第５の接続導体２１で接続されている。そして、第５の接続導体２１の両端部には、それぞれの電極１４ａ２および１４ｂ１を覆うような湾曲部２１ａが形成されている。

同様に、第６の接続導体２２および第７の接続導体２３も外径φ２を有し、それぞれの電極１４ａ１および電極１４ｂ２を覆うような湾曲部２２ａおよび２３ａが形成されている。湾曲部２２ａおよび２３ａが形成された後は、テーパ状となって細径になっている。

上記実施例２の電圧分担素子装着真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、電極１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ１、１４ｂ２端部の電界緩和を図ることができる。

次に、本発明の実施例３に係る電圧分担素子装着真空バルブを図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、電圧分担素子を接続する接続導体である。図４において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。接続導体は、第１の電圧分担素子の部分を例にとり説明する。

図４に示すように、第１の電圧分担素子１４ａは、接続端が半径方向にテーパ状に広がって凸部２４ａ、２５ａが形成された第８の接続導体２４および第９の接続導体２５で接続されている。そして、テーパ状に広がる角度θ２を、それぞれθ２＝１２０〜１５０度としている。テーパ部の細径部は、第１の電圧分担素子１４ａの外径とほぼ同様である。

ここで、角度θ２がθ２＝１２０度未満では、電極１４ａ１および１４ａ２端部の電界緩和を図ることがし難くなり、また、θ２＝１５０度超過では、凸部２４ａ、２５ａが鋭角状に突出してしまうので、絶縁層１９内の残留応力を緩和し難くなり好ましくない。

上記実施例３の電圧分担素子装着真空バルブによれば、実施例２と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例４に係る電圧分担素子装着真空バルブを図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例４に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図である。なお、この実施例４が実施例３と異なる点は、電圧分担素子などの表面に緩衝層を設けたことである。図５において、実施例３と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、第１の電圧分担素子１４ａ、第８の接続導体２４および第９の接続導体２５の表面には、絶縁層１９よりもヤング率の小さい例えばエポキシ樹脂からなる緩衝層２６を設けている。

ここで、緩衝層２６のヤング率は、絶縁層１９のヤング率に対して、１／５〜１／１００の範囲としている。これは、ヤング率が１／５未満では、エポキシ樹脂が硬すぎて残留応力の緩和には適さず、また、ヤング率が１／１００超過では、逆にエポキシ樹脂が柔らかすぎて緩衝層２６の絶縁厚さを所定の厚さに保つことが困難となるので好ましくない。なお、絶縁厚さは、０．５〜２ｍｍである。

上記実施例４の電圧分担素子装着真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、更に絶縁層１９内の残留応力を緩和することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、四個の真空絶縁容器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと三個のアークシールド１１、１２、１３とを有する真空バルブで説明したが、二個以上の真空絶縁容器と一個以上の複数個のアークシールドを有する真空バルブにおいても用いることができる。

また、それぞれのアークシールド１１、１２、１３の電圧分担を二個直列接続した電圧分担素子１４ａ、１４ｂ（１４ｃ、１４ｄ）、（１４ｅ、１４ｄ）、（１４ｇ、１４ｈ）で説明したが、これらの電圧分担素子は、一個以上の複数個にしてもよい。

本発明の実施例１に係る電圧分担素子装着真空バルブの構成を示す半断面図。 本発明の実施例１に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図。 本発明の実施例２に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図。 本発明の実施例３に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図。 本発明の実施例４に係る電圧分担素子の接続状態を示す半断面図。

符号の説明

１ａ 真空バルブ部
１ｂ 絶縁部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 真空絶縁容器
３ａ 第１の中間金具
３ｂ 第２の中間金具
３ｃ 第３の中間金具
４ 固定側封着金具
５ 可動側封着金具
６ 固定側通電軸
６ａ、１９ａ 凹部
７ 固定側接点
８ 可動側接点
９ 可動側通電軸
１０ ベローズ
１１ 第１のアークシールド
１２ 第２のアークシールド
１３ 第３のアークシールド
１４ａ 第１の電圧分担素子
１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ１、１４ｂ２ 電極
１４ａ３、１４ａ４、１４ｂ３、１４ｂ４ 接続金具
１４ｂ 第２の電圧分担素子
１４ｃ 第３の電圧分担素子
１４ｄ 第４の電圧分担素子
１４ｅ 第５の電圧分担素子
１４ｆ 第６の電圧分担素子
１４ｇ 第７の電圧分担素子
１４ｈ 第８の電圧分担素子
１５ 第１の接続導体
１６ 第２の接続導体
１７ 第３の接続導体
１８ 第４の接続導体
１９ 絶縁層
１９ｂ、２４ａ、２５ａ 凸部
２１ 第５の接続導体
２１ａ、２２ａ、２３ａ 湾曲部
２２ 第６の接続導体
２３ 第７の接続導体
２４ 第８の接続導体
２５ 第９の接続導体
２６ 緩衝層

Claims (6)

1. 中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、
   この真空絶縁容器の他方端開口部に封着された可動側封着金具と、
   前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、
   前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、
   前記固定側封着金具と前記中間金具間、および前記中間金具と前記可動側封着金具間に、それぞれ接続導体によって接続された電圧分担素子と、
   前記真空絶縁容器および前記電圧分担素子の外側に絶縁材料をモールドして形成された絶縁層と
   を備え、前記接続導体は、前記電圧分担素子との接続端が半径方向に広がるテーパ状に形成されていることを特徴とする電圧分担素子装着真空バルブ。
2. 前記接続導体の接続端のテーパは、前記電圧分担素子の接続面となす角度θ１がθ１＝２５〜４５度であることを特徴とする請求項１に記載の電圧分担素子装着真空バルブ。
3. 中間部が中間金具で気密に直列接続された筒状の真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、
   この真空絶縁容器の他方端開口部に封着された可動側封着金具と、
   前記真空絶縁容器内に設けられた接離自在の一対の接点と、
   前記一対の接点を包囲するように配置されるとともに、前記中間金具に固定された中間電位のアークシールドと、
   前記固定側封着金具と前記アークシールド間、および前記アークシールドと前記可動側封着金具間に、それぞれ接続導体によって接続された電圧分担素子と、
   前記真空絶縁容器および前記電圧分担素子の外側に絶縁材料をモールドして形成された絶縁層と
   を備え、前記接続導体は、前記電圧分担素子の外径よりも大きい外径を有することを特徴とする電圧分担素子装着真空バルブ。
4. 前記接続導体の周縁部に湾曲部を設け、前記電圧分担素子の端部がこの湾曲部で覆われるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電圧分担素子装着真空バルブ。
5. 前記接続導体の接続端が凸状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電圧分担素子装着真空バルブ。
6. 前記電圧分担素子および前記接続導体の表面に、前記絶縁層よりもヤング率の小さい緩衝層を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電圧分担素子装着真空バルブ。

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