JP4434529B2 - Switchgear - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性能が優れ、環境に調和した開閉装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の開閉装置について、22/33kV、66/77kVクラスの特高変電設備を例にとって説明する。このクラスの開閉装置は、建設費、用地の高騰とともに、充電部汚損、安全性、騒音などの問題から開閉装置の小形化や密閉化が要求され、ガス絶縁式開閉装置(GIS:Gas Insulated Switchgear)やキュービクル形ガス絶縁開閉装置(C−GIS:Cubicle type GIS)が開発されてきている。
【0003】
GISは各電気機器をパイプ状の金属容器で覆い、絶縁媒体として高圧のSF6ガスを封入し小形化、密閉化したものである。
【0004】
これに対して、C−GISはGISに対して、より高い信頼性、安全性、保守・点検の簡素化と同時に、狭い用地に短期間で建設でき、かつ周囲との環境に調和させる要請にも対応すべく開発された開閉装置である。これは大気圧近傍の低圧力絶縁ガスを利用したキュービクル形の容器に各電気機器を一括して収納し、内部を構成単位ごとに区分したものであり、他の閉鎖配電盤と同様の外観である。このように最近ではSF6ガスを絶縁媒体として用いた開閉装置が多数運転されるようになった。
【0005】
代表的なキュービクル形ガス絶縁開閉装置の一例の構成を図15に示す。同図において、外周を軟鋼板で気密に囲まれた箱体1の内部は、SF6ガス2が密封されており、受電室1a、遮断器室1b、及び母線室1cにガス区分されている。
【0006】
受電室1aには、ガス−気中の区分をしたケーブルヘッド3が箱1の側面に取付けられ、避雷器4および検電がいし5が収納され、それぞれが接続導体7で接続されている。なお、ケーブルヘッド3には、変流器8を貫通した電力用ケーブル9が接続されている。
【0007】
また、遮断器室1bには、受電室1aとガス区分される下段の絶縁スペーサ10aを介して、図示していない真空バルブを収納した遮断器11が収納され、この遮断器11は接続導体7を介して母線室1cとガス区分される上段の絶縁スペーサ10bに接続されている。遮断器11は絶縁・消弧媒体として高真空を用いている。また、断路器6は絶縁・消弧媒体としてSF6ガスを用いている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、このような構成において断路器6は絶縁・消弧媒体としてSF6ガスを用いている。このSF6ガスは空気と比較して約100倍の消弧性能と約3倍の絶縁性能を持つことが知られている。このSF6ガスは通常の運転状態では、無色、無臭、無味、不燃性の非常に安定した気体であり、しかも無毒である。
【0009】
しかしながら、SF6ガス中でアーク放電が発生すると、SF6ガスはSOF2、SO2、SO2F2、SOF4、HF、SiF4等の分解生成物や分解ガスを発生する。このSF6ガスの分解生成物や分解ガスは毒性が強いため、分解したガスを回収する場合、特別な処理や管理が必要になる。事故電流などの遮断は遮断器11で行うため、分解生成物や分解ガスの発生はないが、変電所内の母線切替えや線路切替えを断路器6で行う。従って、断路器6はループ電流の遮断責務を要求される。このループ電流は定格電流に近い電流値となり、その際断路器6で分解生成物や分解ガスを発生する。このような断路器6のガスを回収する場合、吸着材を通して回収するなど取扱いに苦慮している。
【0010】
また、SF6ガスは地球温暖化の原因となる温室効果ガスであり、温室効果係数が二酸化炭素の24000倍である。そのため、1997年12月に京都で開催された第3回気候変動に関する国際連合枠組み条約締約国会議(COP3)において、SF6も削減対象ガスとして加えられ、排出の抑制と削減についての対応が要求されている。このように環境面からも、断路器の絶縁・消弧媒体としてSF6ガスを使用しないのが望ましい。
【0011】
そこで、断路器の絶縁媒体を真空とした真空断路器が考えられるが、無負荷で接点を開閉しただけでも絶縁性能の低下が大きく、かつ絶縁性能のばらつきが大きくなる。
【0012】
例えば、絶縁性能のばらつきを標準偏差で表すと、SF6ガスが6〜7%に対して真空ギャップは通常10〜13%程度であるが、開閉条件によっては18%程度に達することもある。断路器では安全性の観点から絶縁の信頼性が強く要求されているが、このように真空を絶縁媒体として用いた断路器は接点の開閉によって絶縁性能が低下し、絶縁の信頼性に欠けるという欠点がある。このため、真空を断路器の絶縁媒体として用いる場合、何らかの対策が求められている。
【0013】
このような理由から、SF6ガスを使用しない開閉装置の実現が困難になっているのが実状である。
【0014】
そこで本発明の目的は、SF6ガスの使用量を抑制し、構造が簡単で信頼性が高い、真空バルブを使用した開閉装置を提供するにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る開閉装置は、両端がそれぞれ金属端板で気密に封着された絶縁容器内に、一方の金属端板を貫通する固定通電軸に固着された固定側接点を設け、他方の金属端板を貫通する可動通電軸がベローズを介して固着されると共に、可動通電軸に固着された可動側接点を固定側接点と対向するように配置し、可動通電軸および固定通電軸のそれぞれにより支持され、可動側接点および固定側接点を包囲する金属部材がそれぞれ設けられ、それぞれの金属部材にはその先端が可動側接点または固定側接点よりも突出した凸部と、可動側接点または固定側接点よりもへこんだ凹部とを設け、固定側接点と可動側接点とが接触した位置において、可動側の金属部材および固定側の金属部材の凸部と凹部とが嵌め合うように配置し、金属部材の凹部と対向する接点の端部を通電軸よりもへこませた真空バルブを有することを特徴とする。
【0016】
このような構成により、無負荷開閉を行っても絶縁性能の優れた真空バルブを有する開閉装置を提供することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路器に使用される真空バルブの構成例を示す縦断面図である。例えば、従来の技術で示した図15の断路器6用の真空バルブの構成例を示すものである。
【0019】
図1において、セラミックまたはガラスからなる絶縁容器21を使って真空容器が形成され、両端開口部が、固定側端板22および可動側端板23a、23bでそれぞれ密封され、気密な容器を構成する。固定側端板22には固定側接点24を接合した固定通電軸25が支持固定され、この固定側接点24と対向して可動側接点26が可動通電軸27に接合されている。この可動通電軸27は図示していない操作機構に連結されている。可動通電軸27と可動側端板23bとの間にはベローズ20が設けられ、可動側接点26や可動通電軸27が直線的に移動できる。絶縁容器21の中間部にはシールド28が封着金具29a、29bを介して取付けられている。金属部材30は固定通電軸25に支持固定され、固定側接点24の側面を包囲するように配置されている。金属部材31は可動通電軸27に支持固定され、可動側接点26の側面を包囲するように配置されている。
【0020】
図2は、本実施形態における可動側接点26および金属部材31の構造を示す。金属部材31は可動側接点26よりも突き出た凸部(突出部)31aとへこんだ凹部31bで構成されている。固定側接点24および金属部材30についても、可動側と同様の構成となっていて、金属部材30は固定側接点24よりも突き出た凸部(突出部)とへこんだ凹部で構成されている。接点の投入時には可動側の金属部材31の凸部31aと固定側の金属部材30の凹部が嵌め合うように構成されている。ただし、接点24、26が接触した状態で、金属部材31と金属部材30とは接触しない。
【0021】
このような構成で、図示していない開閉装置の制御回路または手動による断路器の断路指令があった場合、可動側接点26及び可動通電軸27が移動し、断路状態となる。断路状態での固定側接点24と可動側接点26間の電界強度は、金属部材30、31によって電界が緩和され、電界強度が低減される。また、金属部材30の凸部、金属部材31の凸部31aの電界強度は、それぞれ接点26、27よりも突き出ているため接点26、27よりも高くなることが考えられる。
【0022】
図3は、接点の無負荷開閉を行い、接点に機械的衝撃を加えた場合の絶縁破壊確率分布を示す。機械的衝撃が加わると破壊電圧のばらつきが非常に大きくなり、例えば破壊確率(累積破壊破壊確率)が0.1%となる電圧は機械的衝撃を加えることによって30〜40%程度低下する。
【0023】
断路器においては確実な電源の切り離しや安全性の観点から、より高い絶縁の信頼性が要求される。このため、破壊確率で表すと50%破壊電圧よりも、例えば0.1%などの低破壊確率での絶縁性能が問題となる。
【0024】
本実施形態の金属部材30、31を設けることにより接点26、27の電界強度が低減され、破壊電圧が向上する。これに対して、金属部材30、31間の絶縁性能は、前述したように電界強度が高くなるが、図3に示すように機械的衝撃が加わらないので、破壊電圧のばらつきが小さくなる。このため、低破壊確率の電圧は向上する。このように、無負荷開閉を行っても絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0025】
(第2の実施形態)
次に本発明の第2の実施形態について説明する。この実施形態は、図1及び図2に示す第1の実施形態の真空バルブにおいて、金属部材31の凸部31aの先端部が可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材31の凸部31aの先端部と可動側接点26との距離)をH1とし、金属部材31の凹部31bの幅をWとし、可動側接点26と固定側接点24との間のギャップ長をdとすると、前記H1、W、dの関係が、
H1=(0.08〜0.3)d、W≦7.0・H1
となるような金属部材31を用いたものである。また、可動側について記述したが、固定側についてもH1、W、dの関係は同様である。
【0026】
図1及び図2に示す構成において、金属部材31の凸部31aに対向する可動側接点の位置26aでは凸部31aによって十分に電界強度が低減されるが、金属部材31の凹部31bに対向する可動側接点26の位置26bでは十分に電界強度が低減しないことが考えられる。このため、金属部材31の凸部31aの先端部が可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材31の凸部31aの先端部と可動側接点26との距離)をH1とし、金属部材31の凹部31bの幅をWとし、可動側接点26と固定側接点24との間のギャップ長をdとした場合のH1、W、dと可動側接点の26bの位置での電界強度の関係を発明者が調査した。
【0027】
図4は、前述のH1、W、dと可動側接点の26bの位置での電界強度の関係を示す。ここで、Eaは金属部材31が無い場合の電界強度を示す。H1/dが大きくなるほど、つまり金属部材31の凸部31aの高さが高くなるほど26bの電界強度は低くなり、H1/dを0.08以上にすると金属部材31が無い場合より26bの電界強度が20%以上低減される。また、金属部材31の凹部31bの幅Wが広くなるほど、電界強度が高くなり、H1/dが0.08以上では凹部の幅Wを7.0H1以下にすると、金属部材31が無い場合よりも26bの電界強度は20%以上低減される。
【0028】
次に、図5は金属部材31の凸部31aの電界強度とH1、dの関係を示す。ここで、Ebは無負荷開閉を行わない場合の破壊確率0.1%の電界強度を示す。H1/dが大きくなるほど、つまり金属部材31の凸部31aの高さが高くなるほど突出部31aの電界強度は高くなり、H1/dが0.3より大きな値になると、Ebよりも高くなる。従って、H1/dが0.08〜0.3の範囲で、Wを7.0H1以下にすると、接点の電界強度も低減され、金属部材からの絶縁破壊の確率が低く、絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0029】
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路器に使用される真空バルブの構成例を示す縦断面図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。図6において、金属部材32は固定通電軸25に支持固定され、金属部材33は可動通電軸27に支持固定されている。
【0030】
図7は、本実施形態における可動側接点26および金属部材33の構造を示す。金属部材33は可動側接点27よりも突き出した凸部(突出部)33aと可動側接点よりもへこんだ凹部33bで構成されている。金属部材33の凸部33aの半径方向の断面は半円筒状の形状をしている。固定側接点24および金属部材32についても、可動側と同様の構成となっている。固定側接点24と可動側接点26の投入時には可動側の金属部材33の凸部33aと固定側の金属部材32の凹部が嵌め合うように構成されている。ただし、接点24、26が接触した状態で、金属部材32と金属部材33とは接触しない。
【0031】
このような構成により、断路状態での固定側接点24と可動側接点26の電界強度は金属部材32、33によって電界緩和され、電界強度が低減される。また、金属部材32の凸部、金属部材33の凸部33aの電界強度は、接点24、26よりも突き出ているため接点24、26よりも高くなることが考えられる。しかしながら、金属部材32の凸部、金属部材33の凸部33aは、接点24、26の開閉を行っても接触しないので、図3に示すように破壊電圧の低下やばらつきが大きくなることもない。
【0032】
従って、第1の実施形態で説明したように固定側接点24と可動側接点26の電界強度が低減されるので、無負荷開閉を行っても絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0033】
(第4の実施形態)
この実施形態は、図6及び図7に示す第3の実施形態の真空バルブにおいて、金属部材33の凸部33aの先端部が可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材33の凸部33aの先端部と可動側接点26との距離)をH2、可動側接点26と固定側接点24との間のギャップ長をdとすると、前記H2、dの関係が
H2=(0.1〜0.3)d
となるような金属部材33を用いたものである。また、可動側について記述したが、固定側についても、H2、dの関係は同様である。
【0034】
図6及び図7に示す構成において、金属部材33の凸部33aに対向する可動側接点の位置26aでは凸部33aによって十分に電界強度が低減されるが、金属部材33の凸部33aから離れた可動側接点26の位置26bでは十分に電界強度が低減しないことが考えられる。このため、金属部材33の凸部33aの先端部が可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材33の凸部33aの先端部と可動側接点26との距離)をH2とし、可動側接点26と固定側接点24の間のギャップ長をdとした場合のH2、dと可動側接点の26bの位置での電界強度の関係を発明者が調査した。
【0035】
図8は、前述のH2、dと可動側接点の26bの位置での電界強度の関係を示す。ここで、Eaは金属部材33が無い場合の電界強度を示す。H2/dが大きくなるほど、つまり金属部材33の凸部33aの高さが高くなるほど26bの電界強度は低くなり、H2/dを0.1以上にすると金属部材33が無い場合より26bの電界強度が20%以上低減される。
【0036】
次に、金属部材33の凸部33aの電界強度とH2、dは前述した図5に示すような関係になる。第2の実施形態で説明したように、Ebは無負荷開閉を行わない場合の破壊確率0.1%の電界強度を示す。H2/dが大きくなるほど、つまり金属部材33の凸部33aの高さが高くなるほど凸部33aの電界強度は高くなり、H2/dが0.3より大きな値になると、Ebよりも高くなる。従って、H2/dを0.1〜0.3の範囲にすると、接点の電界強度も低減され、金属部材からの絶縁破壊の確率が低く、絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0037】
(第5の実施形態)
図9は、本発明の第5の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路器に使用される真空バルブの構成例を示す縦断面図である。図9に示す断路器用真空バルブにおいて、可動通電軸27および固定通電軸25に支持され、可動側接点26と固定側接点24を包囲する円筒状の金属部材35、34を設け、それぞれの金属部材35、34の先端部が前記可動側接点26と固定側接点24よりも突出し、可動側の金属部材35の内径が固定側の金属部材34の外径よりも大きくなるように構成している。図9においては可動側の金属部材35の直径が大きくなるように構成されているが、金属部材34、35のいずれか一方の内径が他方の外径より大きいことが本実施形態の趣旨である。
【0038】
図9に示す断路器用真空バルブにおいて、固定側接点24の電界強度は金属部材34によって電界緩和され、可動側接点26の電界強度は金属部材35によって電界緩和されるので、電界強度が低減される。従って、無負荷開閉などの機械的衝撃が加わる部分の電界強度が低減されるので、第1乃至第4の実施形態で説明したように絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0039】
(第6の実施形態)
この実施形態は、図9に示す第5の実施形態の断路器用真空バルブにおいて、可動側接点26と固定側接点24を包囲する円筒状の金属部材35、34のうち、一方の直径が大きい方の金属部材の先端部、例えば金属部材35の先端部35aが可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材35の先端部35aと可動側接点26との距離)をH4、もう一方の直径が小さい方の金属部材34の先端部34aが固定側接点24より突出した長さ(固定側接点24よりも突出した金属部材34の先端部34aと固定側接点24との距離)をH3、可動側接点26と固定側接点24の間のギャップ長をdとすると、前記H3、H4の関係が、
H3=(0.05〜0.3)d
H4=(0.1〜0.4)d
となるような金属部材35、34を用いたものである。また、金属部材34、35の内径はいずれかの金属部材の内径が大きく、接点24、26が投入された状態では、金属部材34、35同士が接触しないように構成されている。
【0040】
図9に示す構成において、金属部材34、35によって固定側接点24や可動側接点26の電界強度は低減される。可動側接点26と固定側接点24をそれぞれ包囲する円筒状の金属部材35、34のうち、一方の直径が小さい方の金属部材の先端部、例えば金属部材34の先端部34aが固定側接点24より突出した長さ(固定側接点24よりも突出した金属部材34の先端部34aと固定側接点24との距離)をH3、もう一方の直径が大きい方の金属部材の先端部、例えば金属部材35の先端部35aが可動側接点26より突出した長さ(可動側接点26よりも突出した金属部材35の先端部35aと可動側接点26との距離)をH4、可動側接点26と固定側接点24の間のギャップ長をdとした場合の固定側接点24や可動側接点の26の電界強度について発明者が調査した。
【0041】
図10は、前述のH3、H4と固定側接点24や可動側接点26の電界強度の関係を示す。図中のH3が固定側接点24、H4が可動側接点26の電界強度を示す。ここで、Eaは図4及び図8と同様に、金属部材34、35が無い場合の電界強度を示す。H3/d、H4/dが大きくなるほど、つまり金属部材34、35の突出部の高さが高くなるほど接点の電界強度は低くなり、金属部材の直径が小さい固定側はH3/dを0.05以上にすると金属部材34が無い場合より固定側接点24の電界強度が20%以上低減される。また、可動側においては、金属部材35の直径が大きくなるので、金属部材35が無い場合よりも可動側接点26の電界強度を20%低くするためには、H4/dを0.1以上にしなければならない。
【0042】
次に、金属部材34、35の先端部34a、35aの電界強度とH3、H4、dの関係を図5に示す。ここで、Ebは第2の実施形態で説明したように、無負荷開閉を行わない場合の破壊確率0.1%の電界強度を示す。H3/d、H4/dが大きくなるほど、つまり金属部材34、35の先端部34a、35aの高さが高くなるほど先端部34a、35aの電界強度は高くなり、固定側の金属部材34の先端部34aの電界強度は、H3/dが0.3より大きな値になると、Ebよりも高くなる。従って、H3/dが0.05〜0.3の範囲にすると、接点の電界強度も低減され、さらに金属部材からの絶縁破壊の確率も低くなる。同様に、可動側の金属部材35の先端部35aの電界強度はH4/dが0.4より大きな値になると、Ebよりも高くなる。従って、H4/dが0.1〜0.4の範囲にすると、接点の電界強度も低減され、さらに金属部材からの絶縁破壊の確率も低くなる。このように、最適な金属部材の突出部の高さH3、H4にすることにより絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0043】
(第7の実施形態)
図11は、本発明の第7の実施形態として、本発明に係る開閉装置、例えば断路器に使用される真空バルブの可動側接点40および金属部材31の構造を示す。図11において、金属部材31の凹部31bと対向する可動側接点40の端部が可動通電軸27よりもへこんだ形状をしている。図11は可動側について示しているが、固定側についても同様に金属部材30の凹部30bと対向する固定側接点の端部は固定通電軸よりもへこんだ形状をしている。
【0044】
図11に示す断路器用真空バルブにおいて、金属部材31の凹部31bに対向した可動側接点40の端部40aの電界強度が低減され、機械的衝撃が加わる部分の電界強度が低減されるので、種々の開閉を行っても絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0045】
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。本実施形態は、図1、図2、図6、図7、図9、及び図11に示す断路器用真空バルブにおいて、金属部材30、31、32、33、34、35の材質をステンレス鋼またはタングステンにしたものである。
【0046】
このように、図1、図2、図6、図7、図9、及び図11に示す断路器用真空バルブにおいて、金属部材30、31、32、33、34、35の材質をステンレス鋼またはタングステンにすることにより、固定側と可動側の金属部材との間の絶縁性能が向上する。
【0047】
図12は本発明者等が行った雷インパルス耐電圧性能と材料との比較を示す。なお、材料は銅(無酸素銅)、ステンレス鋼(SUS304)、タングステンである。また、試験に用いた電極形状は直径34mmの平板電極で、ギャップ長は1.5mmである。
【0048】
図12において、銅材と比較してステンレス鋼で1.7倍、タングステンで1.9倍である。ただし、銅材の表面に真空蒸着などの手法によりタングステンをコーティングしても同様な効果が得られるので、本実施形態の範囲は金属部材の表面材料をステンレス鋼またはタングステンとする。このように、金属部材の材質をステンレス鋼またはタングステンとすることにより、絶縁性能の優れた断路器用真空バルブを提供することができる。
【0049】
(第9の実施形態)
次に、本発明の第9の実施形態について説明する。本実施形態は図1、図2、図6、図7、図9、及び図11に示す断路器用真空バルブにおいて、金属部材30、31、32、33、34、35の表面に複合電解研磨処理または電子ビーム処理(電子ビームによる改質層を設ける処理)を施したものである。
【0050】
このように、図1、図2、図6、図7、図9、及び図11に示す断路器用真空バルブの金属部材30、31、32、33、34、35の表面に複合電解研磨処理または電子ビーム処理を施し、表面を平滑化することにより、固定側と可動側の金属部材との間の絶縁性能を向上させることができる。
【0051】
図13は、金属部材の表面状態の違いと雷インパルス破壊電圧の比較を示す。発明者らは表面粗さ約1μm程度に仕上げた電極とその電極を複合電解研磨処理した電極の雷インパルス耐電圧特性を比較した。電解液は、りん酸と硫酸の混合液である。一般に真空中の絶縁破壊は、図13からもわかるように絶縁破壊を繰り返すたびに破壊電圧が高くなる。これをコンディショニング効果と呼び、これを利用したコンディショニング処理を真空バルブの製造の最終工程で行っている。
【0052】
図13から明らかなように、複合電解研磨処理を行うことにより、少ない破壊回数で高い絶縁性能を示し、かつ最終の破壊電圧も約20kV高い。
【0053】
このように、複合電解研磨処理を行うことにより、コンディショニング処理に要する時間を短縮することができるという利点がある。
【0054】
図14は、金属部材に電子ビーム処理を行った場合の耐電圧特性の比較を示す。
【0055】
図14から明らかなように電子ビーム処理を行うことにより、少ない破壊回数で高い絶縁性能を示し、かつ最終の破壊電圧も約20kV高い。
【0056】
このように、電子ビーム処理(電子ビームによる改質層を設ける処理)を行うことにより、コンディショニング処理に要する時間を短縮することができるという利点がある。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単で、絶縁信頼性の高い真空バルブを有する開閉装置を提供することができ、SF6ガスの使用量を抑制し、環境に調和した開閉装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1及び第2の実施形態に係る断路器用真空バルブの構成を示す縦断面図。
【図2】 本発明の第1及び第2の実施形態における主要部の構成を示す斜視図。
【図3】 本発明の第1及び第2の実施形態の作用を示すグラフ。
【図4】 本発明の第2の実施形態の作用を示すグラフ。
【図5】 本発明の第2、第4、及び第6の実施形態の作用を示すグラフ。
【図6】 本発明の第3及び第4の実施形態に係る断路器用真空バルブの構成を示す縦断面図。
【図7】 本発明の第3及び第4の実施形態における主要部の構成を示す斜視図。
【図8】 本発明の第4の実施形態の作用を示すグラフ。
【図9】 本発明の第5及び第6の実施形態に係る断路器用真空バルブの構成を示す縦断面図。
【図10】本発明の第6の実施形態の作用を示すグラフ。
【図11】本発明の第7の実施形態における主要部の構成を示す斜視図。
【図12】本発明の第8の実施形態の作用を示すグラフ。
【図13】本発明の第9の実施形態の作用(複合電解研磨処理の場合)を示すグラフ。
【図14】本発明の第9の実施形態の作用(電子ビーム処理の場合)を示すグラフ。
【図15】従来の開閉装置の構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
1…開閉装置の箱体
1a…受電室
1b…遮断器室
1c…母線室
2…SF6ガス
3…ケーブルヘッド
4…避雷器
5…検電がいし
6…断路器
7…接続導体
8…変流器
9…ケーブル
10a、10b…スペーサ
11…遮断器
12…接続母線
13…操作機構
14…制御箱
20…ベローズ
21、33…絶縁容器
22…固定側端板
23(23a、23b)…可動側端板
24…固定側接点
25…固定通電軸
26、40…可動側接点
27…可動通電軸
28…シールド
29a、29b…封着金具
30、31、32、33、34、35…金属部材
31a、33a…凸部(突出部)
34a、35a…先端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switchgear having excellent insulation performance and harmonizing with the environment.
[0002]
[Prior art]
A conventional switchgear will be described by taking a 22/33 kV, 66/77 kV class extra high-voltage transformer facility as an example. This class of switchgear is required to reduce the size and seal of the switchgear due to problems such as contamination of the charging section, safety, noise, etc., along with soaring construction costs, land, and gas insulated switchgear (GIS: Gas Insulated Switchgear). ) And cubicle type gas insulated switchgear (C-GIS).
[0003]
GIS covers each electrical device with a pipe-shaped metal container and uses high-pressure SF as an insulating medium.6The gas is sealed and miniaturized and sealed.
[0004]
On the other hand, C-GIS requests GIS to have higher reliability, safety, simplification of maintenance and inspection, and at the same time, it can be built on a small site in a short period of time and harmonizes with the surrounding environment. Is a switchgear that was developed to cope with this. This is a cubicle-type container that uses a low-pressure insulating gas near atmospheric pressure, and each electrical device is stored in one unit, and the interior is divided into structural units, and has the same appearance as other closed switchboards. . In this way, recently, SF6Many switchgears using gas as an insulating medium have been operated.
[0005]
FIG. 15 shows a configuration of an example of a typical cubicle type gas insulated switchgear. In the figure, the inside of the
[0006]
In the
[0007]
The circuit breaker chamber 1b accommodates a
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in such a configuration, the
[0009]
However, SF6When arc discharge occurs in gas, SF6Gas is SOF2, SO2, SO2F2, SOFFour, HF, SiFFourIt generates decomposition products and decomposition gas. This SF6Since the decomposition products and decomposition gas of gas are highly toxic, special treatment and management are required when recovering the decomposed gas. Since the
[0010]
SF6Gas is a greenhouse gas that causes global warming, and its greenhouse effect coefficient is 24,000 times that of carbon dioxide. Therefore, at the 3rd Conference of the Parties to the United Nations Framework Convention on Climate Change (COP3) held in Kyoto in December 1997, SF6Is also added as a reduction target gas, and measures to control and reduce emissions are required. In this way, SF is also used as an insulation / extinguishing medium for disconnectors from the environmental aspect.6It is desirable not to use gas.
[0011]
Thus, a vacuum disconnector in which the insulating medium of the disconnector is vacuum can be considered. However, even if the contact is opened and closed with no load, the deterioration of the insulation performance is large, and the variation in the insulation performance becomes large.
[0012]
For example, if the variation in insulation performance is expressed by standard deviation, SF6The vacuum gap is usually about 10 to 13% with respect to 6 to 7% of the gas, but it may reach about 18% depending on the open / close conditions. In the disconnector, the reliability of insulation is strongly required from the viewpoint of safety. However, the disconnector using vacuum as an insulating medium in this way deteriorates the insulation performance by opening and closing the contact, and lacks the reliability of insulation. There are drawbacks. For this reason, when using a vacuum as an insulating medium of a disconnector, some countermeasure is required.
[0013]
For this reason, SF6In reality, it is difficult to realize a switchgear that does not use gas.
[0014]
Therefore, the object of the present invention is to6An object of the present invention is to provide a switchgear using a vacuum valve, which suppresses the amount of gas used, has a simple structure and is highly reliable.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The switchgear according to the present invention is provided with a fixed-side contact fixed to a fixed energizing shaft that penetrates one metal end plate in an insulating container hermetically sealed with metal end plates at both ends, and the other metal The movable energizing shaft that penetrates the end plate is fixed via the bellows, and the movable contact fixed to the movable energizing shaft is arranged to face the fixed contact, and each of the movable energizing shaft and the fixed energizing shaft Metal members that are supported and surround the movable side contact and the fixed side contact are provided, and each metal member has a convex portion whose tip protrudes from the movable side contact or the fixed side contact, and the movable side contact or the fixed side. A recessed part that is recessed from the contact point is provided, and at the position where the fixed contact point and the movable contact point are in contact with each other, the metal part on the movable side and the convex part and the recessed part of the metal member on the fixed side are arranged to fit with each other.The end of the contact point facing the concave part of the metal member was recessed from the current-carrying shaftIt has a vacuum valve.
[0016]
With such a configuration, it is possible to provide an opening / closing device having a vacuum valve with excellent insulation performance even when performing no-load opening / closing.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
(First embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a vacuum valve used in a switchgear according to the present invention, for example, a disconnector, as a first embodiment of the present invention. For example, a configuration example of a vacuum valve for the
[0019]
In FIG. 1, a vacuum container is formed using an insulating
[0020]
FIG. 2 shows the structure of the
[0021]
With such a configuration, when there is a disconnection command for a switch circuit (not shown) or a manual disconnector, the
[0022]
FIG. 3 shows a breakdown probability distribution when the contact is opened and closed without load and a mechanical shock is applied to the contact. When a mechanical shock is applied, the variation of the breakdown voltage becomes very large. For example, the voltage at which the breakdown probability (cumulative breakdown failure probability) is 0.1% is reduced by about 30 to 40% by applying the mechanical shock.
[0023]
In the disconnector, higher insulation reliability is required from the viewpoint of reliable power supply disconnection and safety. For this reason, in terms of the breakdown probability, the insulation performance with a low breakdown probability such as 0.1% becomes a problem rather than the 50% breakdown voltage.
[0024]
By providing the
[0025]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the vacuum valve of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the length of the tip of the
H1= (0.08-0.3) d, W ≦ 7.0 · H1
The
[0026]
In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the electric field strength is sufficiently reduced by the
[0027]
FIG. 4 shows the aforementioned H1, W, d and the electric field strength at the
[0028]
Next, FIG. 5 shows the electric field strength and H of the
[0029]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a vacuum valve used in a switchgear according to the present invention, for example, a disconnector, as a third embodiment of the present invention. The description is omitted and only different parts are described. In FIG. 6, the
[0030]
FIG. 7 shows the structure of the
[0031]
With such a configuration, the electric field strength of the
[0032]
Accordingly, as described in the first embodiment, since the electric field strength of the fixed
[0033]
(Fourth embodiment)
In this embodiment, in the vacuum valve of the third embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the length of the protruding
H2= (0.1-0.3) d
The
[0034]
6 and 7, the electric field strength is sufficiently reduced by the
[0035]
FIG. 8 shows the above-mentioned H2, D and the electric field strength at the
[0036]
Next, the electric field strength of the
[0037]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a vacuum valve used in a switchgear according to the present invention, for example, a disconnector, as a fifth embodiment of the present invention. In the vacuum valve for disconnector shown in FIG. 9,
[0038]
In the vacuum valve for disconnector shown in FIG. 9, the electric field strength of the
[0039]
(Sixth embodiment)
This embodiment is the disconnector vacuum valve of the fifth embodiment shown in FIG. 9, and one of the
HThree= (0.05-0.3) d
HFour= (0.1-0.4) d
The
[0040]
In the configuration shown in FIG. 9, the electric field strength of the
[0041]
FIG. 10 shows the above-mentioned HThree, HFourAnd the relationship of the electric field strength of the
[0042]
Next, the electric field strength and H of the
[0043]
(Seventh embodiment)
FIG. 11 shows the structure of a
[0044]
In the vacuum valve for disconnector shown in FIG. 11, the electric field strength at the
[0045]
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the vacuum valve for disconnector shown in FIGS. 1, 2, 6, 7, 9, and 11, the
[0046]
Thus, in the vacuum valve for disconnector shown in FIGS. 1, 2, 6, 7, 9, and 11, the
[0047]
FIG. 12 shows a comparison between lightning impulse withstand voltage performance and materials performed by the present inventors. The materials are copper (oxygen-free copper), stainless steel (SUS304), and tungsten. Moreover, the electrode shape used for the test is a plate electrode having a diameter of 34 mm, and the gap length is 1.5 mm.
[0048]
In FIG. 12, it is 1.7 times for stainless steel and 1.9 times for tungsten compared to copper. However, even if tungsten is coated on the surface of the copper material by a technique such as vacuum deposition, the same effect can be obtained. Therefore, in the present embodiment, the surface material of the metal member is stainless steel or tungsten. Thus, the vacuum valve for disconnectors excellent in insulation performance can be provided by using stainless steel or tungsten as the material of the metal member.
[0049]
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the vacuum valve for disconnector shown in FIGS. 1, 2, 6, 7, 9, and 11, the surface of the
[0050]
Thus, the surface of the
[0051]
FIG. 13 shows a comparison between the surface state difference of the metal member and the lightning impulse breakdown voltage. The inventors compared the lightning impulse withstand voltage characteristics of an electrode finished with a surface roughness of about 1 μm and an electrode obtained by subjecting the electrode to composite electrolytic polishing. The electrolytic solution is a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid. In general, the breakdown voltage in vacuum increases as the breakdown is repeated, as can be seen from FIG. This is called a conditioning effect, and a conditioning process using this effect is performed in the final process of manufacturing the vacuum valve.
[0052]
As is apparent from FIG. 13, by performing the composite electrolytic polishing treatment, high insulation performance is exhibited with a small number of breakdowns, and the final breakdown voltage is also about 20 kV higher.
[0053]
Thus, there is an advantage that the time required for the conditioning process can be shortened by performing the composite electropolishing process.
[0054]
FIG. 14 shows a comparison of withstand voltage characteristics when an electron beam treatment is performed on a metal member.
[0055]
As is clear from FIG. 14, by performing electron beam processing, high insulation performance is exhibited with a small number of breakdowns, and the final breakdown voltage is also about 20 kV higher.
[0056]
Thus, by performing the electron beam processing (processing for providing a modified layer by an electron beam), there is an advantage that the time required for the conditioning processing can be shortened.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a switchgear having a vacuum valve with a simple structure and high insulation reliability.6It is possible to provide a switchgear that suppresses the amount of gas used and is in harmony with the environment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a vacuum valve for a disconnector according to first and second embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a main part in the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the operation of the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the operation of the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the operation of the second, fourth, and sixth embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a disconnector vacuum valve according to third and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a main part in third and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the operation of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a disconnector vacuum valve according to fifth and sixth embodiments of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the operation of the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a main part in a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the operation of the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the action (in the case of composite electrolytic polishing treatment) of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the operation (in the case of electron beam processing) of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional switchgear.
[Explanation of symbols]
1 ... Box body of switchgear
1a ... Power receiving room
1b ... Breaker room
1c: Bus room
2 ... SF6gas
3 ... Cable head
4. Lightning arrester
5 ... Electricity detection
6 ... Disconnector
7 ... Connection conductor
8 ... Current transformer
9 ... Cable
10a, 10b ... spacer
11 ... circuit breaker
12 ... Connection bus
13 ... Operating mechanism
14 ... Control box
20 ... Bellows
21, 33 ... Insulating container
22 ... Fixed side end plate
23 (23a, 23b) ... movable side end plate
24. Fixed contact
25. Fixed energizing shaft
26, 40 ... movable side contacts
27 ... Movable conducting shaft
28 ... Shield
29a, 29b ... sealing metal fittings
30, 31, 32, 33, 34, 35 ... metal member
31a, 33a ... convex portion (protruding portion)
34a, 35a ... tip
Claims (2)
H1=(0.08〜0.3)d、W≦7.0・H1
となるようにしたことを特徴とする開閉装置。2. The switchgear according to claim 1, wherein a length at which a tip of the convex portion of the metal member protrudes from the movable contact or the fixed contact is H 1 , a width of the concave portion of the metal member is W, and the movable When the gap length between the side contact and the fixed contact is d, the relationship of H 1 , W, d is
H 1 = (0.08 to 0.3) d, W ≦ 7.0 · H 1
An opening and closing device characterized by that.
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