How to open and close the vacuum switchgear and vacuum switchgear

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電流を遮断する機能を持つ真空開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に受変電機器は、電力を遮断器および断路器などで受電し、変圧器で負荷に適切な電圧に変換して、負荷に電力を供給する。 受変電機器を保守点検する場合、遮断器で遮断した後、断路器を開放して電源側からの電力の再印加を防止し、さらに接地開閉器を動作させて電源側の残留電荷及び誘導電流を接地側に流すことによって、作業者の安全を確保する。 受配電機器の構成には、特開平３− ２７３８０４号公報に記載されたガス絶縁開閉装置のように、絶縁ガスを充填したユニット室に遮断器，断路器，接地開閉器及び変流器をそれぞれ個別に制作して収納したものがある。 また、特開平９−１５３３２０ 号記載の開閉装置のように、可動導体１９を閉位置Ｙ１，開位置Ｙ２，断路位置Ｙ３及び接地位置Ｙ４の４つの位置又は閉位置Ｙ１，断路位置Ｙ３及び接地位置Ｙ４の位置に停止させる機能を設けて、真空バルブ内に遮断器，断路器及び接地開閉器の３機能又は遮断器と接地開閉器を集積したものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
遮断器及び断路器を個別に配置した真空開閉装置では、装置が大型化する。 また、保守点検時の遮断及び断路の一連の操作が連続してできないために使い勝手が悪く、作業者が誤操作する可能性がある。
【０００４】
また、一つの真空容器内に遮断器及び断路器を集積した真空開閉装置では、操作機構が複雑化する問題があった。 真空遮断器には、大電流を遮断するための最適な開極距離があり、開極距離が大きすぎると、電極間から放出される金属粒子の拡散する領域が増加して周囲の絶縁物を汚すため、真空バルブの絶縁性能が低下する。 また、アーク長が増加するため、アーク挙動が不安定となり遮断性能が低下することもある。 一方、開極距離が小さすぎると、遮断後に電極間に印加される過渡回復電圧に絶えられず、絶縁破壊、すなわち遮断不能を起こしてしまう。 そこで、従来の開閉装置では、適切な開位置に可動導体を一旦停止させた状態で遮断動作を完了させ、その後断路操作を個別に行わなければならず、その結果操作機構が複雑であった。
【０００５】
本発明の目的は、使い勝手が良く、作業者の誤操作の可能性が少なく、２段階で操作していた従来の開閉装置に比べて、操作機構が簡素化，小型化できる真空開閉装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の真空開閉装置では、真空容器内に接離自在な固定導体と可動電極と前記可動電極を駆動するための接離手段とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置及び断路位置の３つの位置を移動する真空開閉装置において、前記可動導体が閉位置と断路位置の２つの位置に停止し、かつ前記可動電極が前記閉位置から前記開位置に移動する速度よりも前記開位置から前記断路位置に移動する速度を低下させる減速手段を備えたことにある。
【０００７】
本発明は、真空容器内に接離自在な固定導体と可動電極と前記可動電極を駆動するための接離手段とを備え、前記可動電極が閉位置，開位置及び断路位置の３つの位置を移動する真空開閉装置において、前記固定電極と前記可動電極の開極距離Ｄ _２が断路位置における開極距離Ｄ _３に対して０．５×Ｄ _３ ≦Ｄ _２ ≦０．７×Ｄ _３を満たすとともに、前記可動電極が前記閉位置から前記開位置に移動する速度よりも前記開位置から前記断路位置に移動する速度を低下させる減速手段を備えたことを特徴とする真空開閉装置。
【０００８】
本発明は、減速手段として、可動電極が開位置に達したときに作動開始するショックアブソーバを有する真空開閉装置である。
【０００９】
本発明は、減速手段として、可動電極を駆動するバネ操作機構の遮断バネと可動電極が開位置に達した時に作動開始する衝撃吸収用バネを有する真空開閉装置である。
【００１０】
本発明は、衝撃力吸収用バネのバネ定数を、前記遮断バネのバネ定数より大きくした真空開閉装置である。
【００１１】
本発明は、減速手段として、可動電極をベローズを介して真空容器に固定し、可動電極が開位置に達したときに、バネ定数が増大するようにベローズを形成した真空開閉装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１ないし図１２を用いて説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１には、遮断機能と断路機能を備えた真空バルブ１が示されている。
【００１４】
まず、真空バルブ１の構造について説明する。 金属容器４の内部は密封されて真空状態となっている。 接地された金属容器４の内部には対向している可動電極２と固定電極３が配置されている。 固定電極３はブッシング９に接続し、ブッシング９を介して母線に接続されている。 可動電極２はフレキシブル導体１２を介してブッシング８に接続し、ブッシング８を介して負荷に接続されている。 固定電極３に可動電極２が接触している閉状態の真空バルブ１では、固定電極３−可動電極２−フレキシブル導体１２−の経路で電流が流れる。 固定電極３の周囲には、遮断時にアークＡが直接金属容器４に触れて地絡事故が発生するのを回避するためのアークシールド１４を設けた。 アークシールド１４は、遮断時に電極から放出される金属粒子が飛散して、例えば絶縁ロッド７を汚すなど、絶縁性能の劣化を防ぐ役割もある。 可動電極２は絶縁ロッド７と接続される。 真空バルブ１と個別に設けた操作機構（図示せず）で可動電極２を絶縁ロッド７を介して上下に駆動し、固定電極３と可動電極２を開閉する。 また、絶縁ロッド７はベローズ１１を介して金属容器４に接続され、真空を維持しながら絶縁ロッド７を駆動できるようになっている。
【００１５】
可動電極２は、電極が接触する閉位置Ｙ１と、雷などのサージ電圧が印加されても絶縁が保証される断路位置Ｙ３の２つの位置に停止する。 例えばＪＥＣ規格２３００，２３１０などに記載されるように、断路器の極間耐電圧は遮断器のそれに比べて高く設定されている。 可動電極２が断路位置Ｙ３に停止しているときの開極距離，電極とアークシールド１４間の絶縁距離、などは断路器の耐電圧仕様で設計しなければならない。 また、可動電極２が断路位置Ｙ３に停止するときは、作業者の安全を確保する上で、万一の場合でも電極間で絶縁破壊するのではなく、接地側に放電するように絶縁協調を図る必要がある。 例えば、図２に示すように、電極間の電界Ｅ３を電極２，３とアークシールド１４間の電界Ｅ１，
Ｅ２に比べて小さくして、放電経路４１ではなく、放電経路４２−４３で絶縁破壊するように構成することによって、作業者の安全が確保できる。
【００１６】
次に、図３および図４を用いて、本実施例の真空開閉装置の開閉特性について説明する。 図３は、開極動作における可動電極２の位置の時間変化を示す。 符号Ｙ２は、閉位置Ｙ１と断路位置Ｙ３の間に存在し、真空開閉装置における開位置を表す。 可動電極２は、開位置Ｙ２を通過した後の時間ｔ _０から強制的に減速され、断路位置Ｙ３まで移動する。 図４は、閉極動作における可動電極２の位置の時間変化を示す。 可動電極２は、加速しながら断路位置Ｙ３から閉位置Ｙ１へ移動する。
【００１７】
開極時に減速を開始する時間ｔ _０は、以下の手順で決定する。
【００１８】
図５は、極間耐電圧および遮断性能と、可動電極２の位置（極間距離Ｄ）の関係を示したものである。 極間耐電圧と極間距離Ｄの関係については、極間距離Ｄが増加するにつれて極間耐電圧は上昇する。 一方、遮断性能と極間距離Ｄの関係については、極間距離がＤ _０の時に遮断性能は最大値を示す。 極間距離ＤがＤ _０よりも大きくなると遮断性能は低下する。 これは、極間距離ＤがＤ _０以上になると、極間から放出される金属粒子の絶縁物を汚す領域が増加するため遮断性能が低下するからである。
【００１９】
ここで、極間距離Ｄ _３は可動電極２が断路位置Ｙ３に停止するときの極間距離である。
【００２０】
図５から、電極を遮断するには、遮断性能が高く、極間耐電圧が高い状態、すなわち斜線で示した領域（極間距離Ｄが０．５×Ｄ _３ ≦Ｄ _２ ≦０．７×Ｄ _３の範囲）にあることが好ましい。 したがって、可動電極２が開位置Ｙ２にあるときの極間距離Ｄ _２は、可動電極２が断路位置Ｙ３に停止するときの極間距離Ｄ _３をベースにすると、０．５×Ｄ _３ ≦Ｄ _２ ≦０．７×Ｄ _３の範囲にあることが好ましい。
【００２１】
（実施例２）
上記の開閉特性を実施するための操作機構を図６を用いて説明する。 図６は、図１に示した真空バルブ１をバネ操作機構２５で操作する開閉装置を示している。 符号３０は遮断バネ部であり、畜勢された遮断バネ３１を個別に設けたトリップ機構で開放して駆動力を発生し、駆動力はシャフト２２などを通じて絶縁ロッド７に伝達される。 符号２０はストッパを表す。 ストッパ２０はシャフト２２の回転量を制限して可動電極２の移動距離を決定する。 可動電極２が断路位置Ｙ３に達したときにシャフト２２がストッパ２０に衝突するように調整する。 ショックアブソーバ２１はリンク部２７に設けられている。 ショックアブソーバ２１は、可動電極２が開位置Ｙ２に達した時に作動開始するように調整してある。
【００２２】
本発明によれば、開極距離Ｄは遮断に好ましいＤ _０に保たれ、さらに自動的に遮断状態となる。 つまり、遮断性能を低下させることなく、遮断と断路の一連操作が自動的にできるようになり、使い勝手が良く、かつ作業者が誤操作するおそれのない開閉装置となる。 また、遮断と断路を２段階で操作していた従来の開閉装置に比べて操作機構が簡素化される。 また、可動電極２が停止位置である断路位置Ｙ３に達する前に開極速度を低下させるため、衝撃力が低減されて真空バルブ１，ベローズ７，操作機構２５などの機械的寿命が向上する効果もある。 さらに本実施例では、投入性能に関して下記の効果が得られる。 断路位置Ｙ３から投入を開始するため、従来の開閉装置より投入ストロークが長くなり、電極が接触する直前の投入速度が大きくなる。 真空遮断器では、投入直前の微小ギャップ状態において電極間にアークが発弧し、投入後電極が溶着する問題があり、操作機構には溶着力以上の大きな引き外し力が要求された。 本発明では投入速度が増加したため、アークの発弧時間、すなわち電極の溶着力が減少し、必要操作力が低減できるという効果を有する。
【００２３】
（実施例３）
実施例１及び２においては、金属容器を接地した例について説明したが、本実施例のように容器を接地していない真空バルブに適用することができる。 図７は、可動電極２を軸方向に駆動する真空バルブで、固定電極３，可動電極２の外周側にセラミック筒１６を用いている。 固定電極３と可動電極２の外周側でセラミック筒１６との間には、アークシールド１４が設けられており、アーク時に飛散するイオンやエレクトロンがセラミック筒１６に付着して絶縁性能が劣化するのを防止している。 可動電極２の導体部にはベローズ１１が設けられており、このベローズ１１，セラミック筒１６等で囲まれた真空バルブ内は真空になっている。 上記導体部は絶縁物を介して図６に示す操作機構２５に接続されている。
【００２４】
可動電極２は閉位置Ｙ１と断路位置Ｙ３の２つの位置に停止し、開位置Ｙ２を通過した後に可動電極２の移動速度を減速させる。 移動速度の調整は、図６の操作機構２５のショックアブソーバ２１によって行う。 可動電極２が断路位置Ｙ３に停止している時の極間耐電圧は、真空バルブ外部の対地間耐電圧より高く設定して絶縁協調を図る。
【００２５】
空気操作機構など、バネ操作機構以外のもの、ショックアブソーバ，リンク部に位置センサを取り付けて、サーボ，フィードバックなどの制御系を構築しても同様の効果が実現できる。
【００２６】
（実施例４）
本実施例は、容器を接地していない真空バルブに適用した例であり、可動電極２を備えた操作ブレードが主軸２０を支点に回動する真空バルブを開示している。
【００２７】
図８は、主軸２０を支点に回動する真空バルブで、固定電極３，可動電極２の外周側にセラミック筒１６を用いている。 固定電極３と可動電極２の外周側でセラミック筒１６との間には、アークシールド１４が設けられており、アーク時に飛散するイオンやエレクトロンがセラミック筒１６に付着して絶縁性能が劣化するのを防止している。 可動電極２の導体部にはベローズ１１が設けられており、このベローズ１１，セラミック筒１６等で囲まれた真空バルブ内は真空になっている。 上記導体部は絶縁物を介して図６に示す操作機構２５に接続されている。 可動電極２は閉位置Ｙ１と断路位置Ｙ３の２つの位置に停止し、開位置Ｙ２を通過した後に可動電極２の移動速度を減速させる。 移動速度の調整は、図６の操作機構２５のショックアブソーバ２１によって行う。 可動電極２が断路位置Ｙ３に停止している時の極間耐電圧は、真空バルブ外部の接地間耐電圧より高く設定して絶縁協調を図る。
【００２８】
空気操作機構など、バネ操作機構以外のもの、ショックアブソーバ，リンク部に位置センサを取り付けて、サーボ，フィードバックなどの制御系を構築しても同様の効果が実現できる。
【００２９】
（実施例５）
本実施例は、図６に示したバネ操作機構２５の遮断バネ部３０にショックアブソーバ２１の機能を持たせたものである。 図９および図１０に、遮断バネ部３０の構造を示す。 図９は、引っ張り用の遮断バネ３１とその両端を固定するバネ支持金具３２，３３で構成される。 支持金具３２は、可動電極２が閉位置Ｙ１のとき位置Ｌ１，断路位置Ｙ３のとき位置Ｌ３に停止し、可動電極２が開位置Ｙ２に達したとき位置Ｌ２を通過する。 ここで、遮断バネ３１の外側、あるいは内側に衝撃吸収用バネ３４を個別に設けておき、衝撃吸収用バネ３４は支持金具３２が位置Ｌ２に通過した後に作動開始する。 すなわち、衝撃吸収用バネ３４は可動電極２が開位置Ｙ２に達した時に作動開始するように調整してある。
【００３０】
（実施例６）
図１０は、遮断バネ３１に圧縮バネを用いた場合である。 この場合も、支持金具３２が位置Ｌ２を通過したとき、衝撃吸収用バネ３４が作動開始するように調整してある。 このため、可動電極２が開位置Ｙ２に達すると、衝撃吸収用バネ３４がブレーキとして働くので、開極速度を減速させることができる。 本実施例の衝撃吸収用バネ３４は実施例１のショックアブソーバ２１を用いたときと同様の効果を有する。 なお、衝撃吸収用バネ３４のバネ定数を、遮断バネ３１のバネ定数より大きくしておけば、減速効果が大きくなる。
【００３１】
（実施例７）
図１１には開極速度を低下させる機能をベローズ１１に持たせる場合が開示されている。 ベローズ１１にバネ定数が大きい部分Ｋ１とバネ定数が小さい部分Ｋ２を設けることにより、可動電極２が高速で移動する間はバネ定数の小さい部分Ｋ２が主に動作し、可動電極２が開位置Ｙ２に達すると、部分Ｋ２が十分圧縮された状態となってバネ定数の大きい部分Ｋ１が動作し始めるようになる。 つまり、可動電極２が開位置Ｙ２に通過した後には、バネ定数が大きい部分Ｋ１が動作するので、開極速度が減速される。 本実施例では、操作機構に従来の遮断器で使用していたものをそのまま利用できる利点がある。
【００３２】
（実施例８）
図１２には、遮断器と接地開閉器を集積した真空バルブが開示されている。 接地された金属容器４と絶縁された固定電極３，可動電極２，接地装置１５を配置し、可動電極２は閉位置Ｙ１と接地位置Ｙ４に停止する。 可動電極２が、閉位置Ｙ１から接地位置Ｙ４に移動するに際して開位置Ｙ２を通過した後に開極速度を減速させる。 減速手段は、図６記載のショックアブソーバ２１、図９および図１０記載の衝撃吸収用バネ３４のいずれでもよい。 これにより、単一の操作機構で遮断と接地の操作を自動的に連続操作できるようになる。 なお、図１２の真空バルブ１では、可動電極２を閉位置Ｙ１と断路位置Ｙ３の２つの位置に停止させて遮断と断路の機能を実現し、個別の操作機構で可動電極２と接地装置１５を開閉して接地機能を実現してもよい。 この場合、単一真空バルブ内に、遮断，断路，接地の３機能を集積でき、開閉装置全体が小型になる利点がある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、使い勝手が向上し、作業者の誤操作の可能性が減少した。 さらに、２段階で操作していた従来の開閉装置に比べて、操作機構が簡素化，小型化できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による真空バルブの縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１における電極周辺の拡大図である。
【図３】本発明の実施例１における開極特性を説明するグラフである。
【図４】本発明の実施例１における開極特性を説明するグラフである。
【図５】実施例１における極間耐電圧および遮断性能と、可動電極の位置の関係を表す特性図である。
【図６】本発明の実施例２による操作機構の概略図を示す。
【図７】本発明の実施例３における真空バルブ縦断面図である。
【図８】本発明の実施例４における真空バルブの側断面図である。
【図９】本発明の実施例５による操作機構の遮断バネ部の接地断面図である。
【図１０】本発明の実施例６による操作機構の遮断バネ部の接地断面図である。
【図１１】本発明の実施例７による真空バルブの縦断面図である。
【図１２】本発明の実施例８による真空バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
１…真空バルブ、２…可動電極、３…固定電極、４…金属容器、７…絶縁ロッド、８，９…ブッシング、１０…操作ブレード、１１…ベローズ、１２…フレキシブル導体、１４…アークシールド、２０…主軸、２１…ショックアブソーバ、２５…操作機構、３０…遮断バネ部、３１…遮断バネ、３４…衝撃吸収用バネ。