JP4984818B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、真空バルブを用いた開閉装置に関するものである。

真空バルブは、固定電極を有する固定電極棒と、固定電極に接離可能な可動電極を有する可動電極棒とが真空容器内に収められたものである。真空容器から外部に出た固定電極棒の端部及び可動電極棒の端部にそれぞれ固定側導体及び可動側導体を接続して真空開閉器や真空遮断器などの開閉装置を構成する。

一般に、真空バルブを用いた開閉装置では、固定側導体及び可動側導体は真空バルブの固定電極棒及び可動電極棒にほぼ直交するように配置され、電流はコの字状に流れるようになっている。可動電極棒はばねを備えた絶縁ロッドの一端に連結され、絶縁ロッドの他端に連結される駆動部によって可動電極棒は移動可能になっている。コの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れると、固定側導体及び可動側導体に流れる電流によって発生する磁界から可動電極棒を流れる電流がフレミングの左手の法則による向きの力を受け、可動電極棒を含む真空バルブの可動側が振られて、固定電極と可動電極が乖離する。乖離した電極間にアークが発生し両電極が溶着する問題点があった。

特許文献１には、真空バルブの可動側の振れを防止するために、真空バルブの可動側フランジを固定カラーで囲って保持する例が示されている。この固定カラーはヒンジ部によって互いに関節接合された２つの部分を備え、固定カラーの閉鎖状態では真空バルブの可動側フランジを挟み込むようになっていた。そしてこの固定カラーは真空バルブを配置するフレーム内にはめ込まれ、しっかり固定されていた。

特開２００２−２５３９９号報（図４）

上記のような従来の開閉装置は、複雑な構造の固定カラーが追加されるので、部品が増加する問題があった。また、固定カラーはフレーム内にはめ込まれ、しっかり固定されていたので、開閉装置の構造が複雑になる問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止する真空バルブを用いた開閉装置を得ることを目的とする。

この発明にかかる開閉装置は、固定側導体及び可動側導体に流れる電流が発生する磁界によって可動電極棒が受ける力の方向に位置する互いに対向する真空バルブの可動側外方部及びフレームの両方から延伸して互いに接触する突出部を備えるものである。
また、固定側導体及び可動側導体に流れる電流が発生する磁界によって可動電極棒が受ける力の方向に真空バルブの可動側外方部から延伸した突出部と、前記可動電極棒が受ける力の方向と逆方向にフレームから延伸し、前記突出部と対向するフレーム側の突出部とを備え、少なくとも前記磁界による前記真空バルブの可動側外方部の変位時には前記突出部と前記フレーム側の突出部が互いに接触するようにしたものである。

この発明は、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における開閉装置の構成図である。開閉装置の消弧部である真空バルブ１は、アルミナセラミックス等からなる円筒状の絶縁容器２とこの絶縁容器２を閉塞する固定側端板３および可動側端板４とからなる密閉容器である真空容器５を備える。固定電極棒６は絶縁容器２と同軸上になるように、一端部が固定側端板３に取り付けられる。固定電極棒６の他端部には固定電極７が接合される。可動電極棒８は絶縁容器２と同軸上になるように、伸縮性を有するベローズ９を介して、可動側端板４に取り付けられる。可動電極棒８の一端部には固定電極７と接離可能な可動電極１０が接合される。可動電極棒８の他端部には絶縁ロッド１７が接合される。可動電極棒８を支持するガイド１１がベローズ９の内側に取り付けられる。絶縁容器２の内面を蔽うようにシールド１２が配設される。シールド１２は、固定電極７と可動電極１０が乖離するときに発生するアークによる金属蒸気で絶縁容器２の内面が汚染されるのを防いでいる。

真空バルブ１はフレーム１３内に収納される。フレーム１３の上部内面に固定電極棒６に接続された固定側導体１４が図示しないねじ等で固定される。また、真空バルブ１の外部にでている可動電極棒８の他端部に接続された連結部１５を介して撓み部を備えた可動側導体１６が図示しないねじ等でフレーム１３に固定される。可動側導体１６は固定側導体１４に略並行に配置される。閉極状態では、固定側導体１４から両電極棒を通じて可動側導体１６にコの字状に電流が流れるようになっている。絶縁ロッド１７が可動電極棒８と同軸上になるように、可動電極棒８の他端部と図示しない駆動部の間に接続される。可動電極棒８及び可動電極１０は真空バルブに接続した絶縁ロッド１７が駆動部で駆動されることにより移動する。真空バルブ１の可動側外方部１ａの一部であるガイド１１に設けられた突出部１１ａが、可動電極棒８の中心から可動側導体１６が延伸する径方向と逆方向側に設けられ、突出部１１ａに対向するフレーム１３の対向部１３ａに接触している。ここで突出部１１ａが延伸する方向は、後述する固定側導体１４及び可動側導体１６に流れる水平方向の電流が発生する磁界によって、可動電極棒８を流れる電流がフレミングの左手の法則による向きに受ける力の方向に相当する。特許文献１の開閉装置とは異なり、新たな部品を追加することなく、真空バルブ１の構造物の一部を変形して、真空バルブ１の可動側とフレーム１３とを完全に固定することなく、突出部１１ａをフレーム１３に接触させて真空バルブ１をフレーム１３に収納することができる。

閉極状態で交流電流Ｉが固定側導体１４から可動側導体１６の向きに流れている場合に、固定電極棒６の直径より長い直径の固定電極７では、中心から外周に向かう電流成分Ｉ１があり、固定電極７に対向する可動電極１０では、可動電極１０の直径より小さい直径の可動電極棒８の中心に向かう電流成分Ｉ２が存在する。電流成分Ｉ１及びＩ２は互いに逆向きであり、一方の電流成分Ｉ１が発生する磁界によって他方の電流成分Ｉ２は、フレミングの左手の法則による向き、即ち電流成分Ｉ１から反発する向きに力を受ける。また、電流成分Ｉ２が発生する磁界によって電流成分Ｉ１は、フレミングの左手の法則による向き、即ち電流成分Ｉ２から反発する向きに力を受ける。このように固定電極７と可動電極１０を剥離しようとする反発力が発生している。絶縁ロッド１７のばねがこの反発力に抗して可動電極棒８を押し上げることで、閉極状態を保持している。

固定側導体１４から可動側導体１６にコの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れる場合を考える。便宜上電流Ｉを固定側導体及び可動側導体に流れる水平方向の電流Ｉａとこの電流Ｉａに直交する可動電極棒８を流れる電流Ｉｂに分けることにする。可動電極棒８を流れる電流Ｉｂは、固定側導体１４及び可動側導体１６に流れる水平方向の電流Ｉａが発生する磁界Ｂから図１における右向き、即ちフレミングの左手の法則による向きであるフレーム１３の方向の力Ｆを受ける。しかし、真空バルブ１のガイド１１の突出部１１ａが、可動電極棒８を流れる電流が受ける力Ｆの方向に延伸すると共にこの突出部１１ａに対向するフレーム１３の対向部１３ａに接触しているので、ガイド１１は力Ｆと逆向きの反作用をフレーム１３から受けて、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側が振られることがない。

また、固定側導体１４から可動側導体１６に過大電流が流れることで固定電極７と可動電極１０を剥離しようとする反発力が強くなり、絶縁ロッド１７のばねが押し上げる力とこの反発力との差が小さくなる。しかし、上記のように真空バルブ１のガイド１１の突出部１１ａが、可動電極棒８を流れる電流が受ける力Ｆの方向に延伸すると共にこの突出部１１ａに対向するフレーム１３の対向部１３ａに接触しているので、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側がフレーム１３の方向の力Ｆで右方向に振られることがない。したがって、可動電極１０が固定電極７を押し上げる力が斜めになって実質的な押し上げ力となる軸方向成分が減少することがないので、固定電極７を押し上げる力の軸方向成分は剥離しようとする反発力よりも大きい状態が保持される。本実施の形態の開閉装置は、可動電極棒を含む真空バルブの可動側が振られてしまう開閉装置とは異なり、固定電極７と可動電極１０にギャップができてアークが発生することがない。したがって真空バルブに過大電流が流れても両電極が溶着することを防止することができる。

上述のように本実施の形態の開閉装置は、新たな部品である固定カラーを用いてフレームの溝部内にしっかり固定する複雑な構造を有する従来とは異なり、真空バルブの可動側を完全に固定しない簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。また、真空バルブの可動側を完全に固定しないので、固定するためのねじ等の部品も不要である。尚、突出部１１ａの強度を増すために突出部１１ａを太くする等してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、真空バルブ１のガイド１１に設けられた長い突出部１１ａでフレーム１３に接触させる場合で説明したが、ガイド１１の突出部１１ａを短くし、フレーム１３にも突出部を設けて、突出部同士で接触させる場合でも、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。以下に説明する。

図２はこの発明の実施の形態２における開閉装置の構成図である。図において、同一の記号は同一或いは相当するものである。１３ｂはガイド１１の突出部１１ａに対向するフレーム１３の対向部１３ａに設けられ、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸する突出部である。実施の形態１と同様に新たな部品を追加することなく、真空バルブ１及びフレーム１３の一部を変形して、真空バルブの可動側とフレーム１３とを完全に固定することなく、突出部１１ａ及び突出部１３ｂを接触させて真空バルブ１をフレーム１３に収納することができる。

固定側導体１４から可動側導体１６にコの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れる場合を考える。この場合でも、真空バルブ１のガイド１１の突出部１１ａが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向に延伸すると共にこの突出部１１ａに対向するフレーム１３の突出部１３ｂに接触しているので、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆと逆向きの反作用をガイド１１はフレーム１３の突出部１３ｂから受けて、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側が振られることがない。したがって実施の形態１と同様に、真空バルブに過大電流が流れても、固定電極７と可動電極１０が剥離することがないので、両電極が溶着することを防止することができる。

また、本実施の形態の開閉装置は、実施の形態１に比べて真空バルブ１のガイド１１の突出部１１ａを短くすることができるので、突出部１１ａの強度を高めることができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、真空バルブ１のガイド１１に設けられた突出部１１ａを設けて、真空バルブ１を改良した場合で説明したが、フレーム１３だけにガイド１１に対向する突出部１３ｂを設けて、ガイド１１に接触させる場合でも、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。以下に説明する。

図３はこの発明の実施の形態３における開閉装置の構成図である。図において、同一の記号は同一或いは相当するものである。フレーム１３に設けられた突出部１３ｂが、真空バルブ１の可動側外方部１ａの一部であるガイド１１に接触している。実施の形態１と同様に新たな部品を追加することなく、フレーム１３の一部を変形して、真空バルブの可動側とフレーム１３とを完全に固定することなく、突出部１３ｂをガイド１１に接触させて真空バルブ１をフレーム１３に収納することができる。

固定側導体１４から可動側導体１６にコの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れる場合を考える。この場合でも、フレーム１３の突出部１３ｂが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸すると共にこの突出部１３ｂに対向するガイド１１に接触しているので、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆと逆向きの反作用をガイド１１はフレーム１３の突出部１３ｂから受けて、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側が振られることがない。したがって実施の形態１と同様に、真空バルブに過大電流が流れても、固定電極７と可動電極１０が剥離することがないので、両電極が溶着することを防止することができる。

また、本実施の形態の開閉装置は、実施の形態１及び２とは異なり、真空バルブ１を改良することがないので、一般の真空バルブに適用できる利点がある。

実施の形態４．
実施の形態３では、フレーム１３に設けた突出部１３ｂを真空バルブ１のガイド１１に接触させる場合で説明したが、突出部１３ｂを真空バルブ１の絶縁容器２の可動側に接触させる場合でも、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。以下に説明する。

図４はこの発明の実施の形態４における開閉装置の構成図である。図において、同一の記号は同一或いは相当するものである。フレーム１３に設けられた突出部１３ｂが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸すると共に真空バルブ１の可動側外方部１ａの一部である絶縁容器可動側外方部２ａの一部に接触している。実施の形態１と同様に新たな部品を追加することなく、フレーム１３の一部を変形して、真空バルブの可動側とフレーム１３とを完全に固定することなく、突出部１３ｂを絶縁容器可動側外方部２ａに接触させて真空バルブ１をフレーム１３に収納することができる。

固定側導体１４から可動側導体１６にコの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れる場合を考える。この場合でも、フレーム１３の突出部１３ｂが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸すると共にこの突出部１３ｂに対向する真空バルブ１の絶縁容器可動側外方部２ａに接触しているので、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆと逆向きの反作用を絶縁容器可動側外方部２ａはフレーム１３の突出部１３ｂから受けて、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側が振られることがない。したがって実施の形態１と同様に、真空バルブに過大電流が流れても、固定電極７と可動電極１０が剥離することがないので、両電極が溶着することを防止することができる。

また、本実施の形態の開閉装置は、フレーム１３の突出部１３ｂを真空バルブ１のガイド１１に接触させることが困難な場合にも適用できる利点がある。

実施の形態５．
実施の形態３及び４では、フレーム１３に設けた１つの突出部１３ｂを真空バルブ１のガイド１１又は絶縁容器２の可動側の何れかに接触させる場合で説明したが、フレーム１３に設けた２つの突出部を真空バルブ１の可動側外方部１ａに接触させる場合でも、簡易な構造で真空バルブの可動側の振れを防止することができる。以下に説明する。

図５はこの発明の実施の形態５における開閉装置の構成図である。図において、同一の記号は同一或いは相当するものである。フレーム１３に設けられた２つの突出部１３ｂ及び１３ｃが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸すると共に夫々真空バルブ１の可動側外方部１ａの一部であるガイド１１及び絶縁容器可動側外方部２ａの一部に接触している。実施の形態１と同様に新たな部品を追加することなく、フレーム１３の一部を変形して、真空バルブの可動側とフレーム１３とを完全に固定することなく、突出部１３ｂ及び１３ｃを可動側外方部１ａに接触させて真空バルブ１をフレーム１３に収納することができる。

固定側導体１４から可動側導体１６にコの字状に電流が流れる閉極状態のときに、真空バルブの電極間に短絡電流等の過大電流が流れる場合を考える。この場合でも、フレーム１３の突出部１３ｂ及び１３ｃが、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆの方向と逆方向に延伸すると共にこの突出部１３ｂ及び１３ｃに対向する真空バルブ１のガイド１１及び絶縁容器可動側外方部２ａに接触しているので、可動電極棒８を流れる電流Ｉｂが受ける力Ｆと逆向きの反作用をガイド１１及び絶縁容器可動側外方部２ａはフレーム１３の突出部１３ｂ及び１３ｃから受けて、可動電極棒８を含む真空バルブの可動側が振られることがない。したがって実施の形態１と同様に、真空バルブに過大電流が流れても、固定電極７と可動電極１０が剥離することがないので、両電極が溶着することを防止することができる。

また、本実施の形態の開閉装置は、実施の形態３及び４とは異なり、２つのフレーム１３の突出部１３ｂ及び１３ｃを真空バルブ１の可動側外方部１ａに接触させることができるので、突出部に加わる力を分散させることで突出部の強度を高めることができる。

尚、２つの突出部をフレーム１３に設けた場合で説明したが、これに限らない。真空バルブ１の可動側外方部１ａに設けても構わない。また突出部の一方をフレーム側、突出部の他方を可動側外方部１ａに設けても構わない。２つより多い複数の突出部を設けた場合であっても良い。

尚、実施の形態１及び２ではガイド１１に突出部を設けた場合で説明したが、真空容器の可動側の絶縁容器１や可動側端板４に設けても構わない。

また、実施の形態１乃至５では、真空バルブの可動側外方部１ａ又はフレームの対向部１３ａに設けられた突出部を相手側に常時接触させる場合で説明したが、突出部と相手側との間にわずかな隙間を形成しておき、過大電流によって発生する磁界による変位する力が大きくなり真空バルブの可動側外方部１ａが変位するときに互いに接触するようにしても構わない。このわずかな隙間は真空バルブの可動側が多少振られても固定電極７と可動電極１０が剥離することがない隙間である。

また、フレーム１３が絶縁ロッド１７を駆動する駆動部の一部が入るフレームで説明したが、駆動部が全て入る大きなフレームであっても構わない。閉極状態で交流電流Ｉが流れる場合で説明したが、直流電流であっても構わない。固定側導体から可動側導体にコの字状に電流が流れる場合で説明したが、固定側導体と可動側導体が略並行になっていないハの字横向き状の場合でも構わない。固定側導体と可動側導体を流れる電流の可動電極棒に直交する成分を考えれば良い。

可動側導体１６が固定側導体１４に略並行に配置される場合で説明したが、これに限らない。真空バルブの軸から固定側導体及び可動側導体を貫く各々の径線を真空バルブの軸に直交する投影面上に投影した場合に、投影面上で２つの径線が略一致することなく角度を持つ場合であっても構わない。この場合は、固定側導体１４を流れる電流による磁界及び可動側導体１６を流れる電流による磁界を合成した合成磁界を考え、可動電極棒８を流れる電流が合成磁界から受ける力の方向を基準にして、突出部を設ければ良い。

この発明の実施の形態１における開閉装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における開閉装置の構成図である。 この発明の実施の形態３における開閉装置の構成図である。 この発明の実施の形態４における開閉装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における開閉装置の構成図である。

符号の説明

１ 真空バルブ
１ａ 真空バルブの可動側外方部
５ 真空容器
６ 固定電極棒
７ 固定電極
８ 可動電極棒
１０ 可動電極
１１ ガイド
１１ａ、１３ｂ、１３ｃ 突出部
１３ フレーム
１４ 固定側導体
１６ 可動側導体

Claims (4)

1. 固定電極を有する固定電極棒と、前記固定電極に接離可能な可動電極を有する可動電極棒とが密閉容器に収納され、前記可動電極棒を支持するガイドが前記密閉容器の外部に設けられた真空バルブと、
   前記真空バルブを収納するフレームと、
   このフレームに固定され、前記固定電極棒に接続される固定側導体と、
   前記フレームに固定され、前記可動電極棒に接続される可動側導体と、
   前記固定側導体及び前記可動側導体に流れる電流が発生する磁界によって前記可動電極棒が受ける力の方向に位置する互いに対向する前記真空バルブの可動側外方部及び前記フレームの両方から延伸して、互いに接触する突出部とを備えた開閉装置。
2. 固定電極を有する固定電極棒と、前記固定電極に接離可能な可動電極を有する可動電極棒とが密閉容器に収納され、前記可動電極棒を支持するガイドが前記密閉容器の外部に設けられた真空バルブと、
   前記真空バルブを収納するフレームと、
   このフレームに固定され、前記固定電極棒に接続される固定側導体と、
   前記フレームに固定され、前記可動電極棒に接続される可動側導体と、
   前記固定側導体及び前記可動側導体に流れる電流が発生する磁界によって前記可動電極棒が受ける力の方向に前記真空バルブの可動側外方部から延伸した突出部と、
   前記可動電極棒が受ける力の方向と逆方向に前記フレームから延伸し、前記突出部と対向するフレーム側の突出部とを備え、
   少なくとも前記磁界による前記真空バルブの可動側外方部の変位時には前記突出部と前記フレーム側の突出部が互いに接触するようにしたことを特徴とする開閉装置。
3. 前記真空バルブの可動側外方部から延伸する前記突出部が前記ガイドに設けられたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の開閉装置。
4. 前記真空バルブの可動側外方部から延伸する前記突出部が前記密閉容器に設けられたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の開閉装置。

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