JPH043612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタの真空度低下検出
装置に関するものである。

Ｂ 発明の概要 本発明は、中間シールドを備えた真空インタラ
プタの真空度低下を検出する装置において、 系統電路の対地電位及び中間シールドの対地電
位を検出し、その検出信号の位相差の変化を捉え
て真空度低下の有無を判定すると共に、系統電位
部材と中間シールドとの間で、真空度低下時にし
や断不能領域に至る固定側又は可動側のいずれか
一方のみにて放電する真空ギヤツプを設けて真空
度低下を検出するように構成することによつて、 真空度低下を確実に、しかも真空度がまだ高い
時点（リークの初期）で検出することができ、更
に通電中において常時真空度監視を行うことがで
きるようにしたものであつて、真空度低下検出後
にあつてもしや断できるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 本来、真空インタラプタは、他の開閉器具に比
べ電気的にも機械的にも長寿命であり、保守点検
がほとんど不要である。しかし、しや断回数の増
大に伴う真空度低下に加え、非常に稀ではある
が、ベローズや気密接合部等から真空漏れして真
空度が低下することがある。真空インタラプタ
（電流しや断部）は、その真空度低下により真空
しや断器としてのしや断性能が低下し、ひいては
しや断不能に至る。したがつて、その真空度を定
期的にまたは常時点検することが要求されてい
る。しかも、真空インタラプタは、操作機構と組
立られて真空しや断器を構成した後、通電状態で
真空度を正確かつ簡便に検査し得ることが望まれ
ている。

一方、真空インタラプタの真空度と真空ギヤツ
プの放電開始電圧とは、第６図に示すように、パ
ツシエンの法則に近似した関係にある。第６図
は、横軸に真空インタラプタ内部圧力、縦軸に放
電開始電圧をとつたもので、図中実線（一部破
線）ｍは真空ギヤツプが10mmの場合の特性を示
す。第６図から判るように、真空インタラプタ内
の真空度が10^-4mmHg（13，33mPa）以下の高真空
であれば放電開始電圧は非常に高い。しかし真空
度が劣化して10^-1mmHg（13，33Pa）程度になる
と500Vで閃絡してしまう。

従来このような法則を利用して、真空インタラ
プタの真空度低下を検出する手段が知られてお
り、その一例を第７図、第８図に示す。

先ず第７図に示すものは、中間シールドの対地
電位上昇を検出して真空度を判定しようとするも
のである。

同図において、１は真空インタラプタ、２は中
間シールドであり、この中間シールド２は固定電
極棒４ａや可動電極棒４ｂ等の系統電位部材（系
統電路と同電位を有する部材）とは絶縁して設け
られている。２１はインピーダンス、２２は検出
器であり、中間シールド２はインピーダンス２１
及び検出器２２を介して大地に接続されている。
３ａ，３ｂは補助シールド、４０はベローズ、４
１ａ，４１ｂは金属端板、４２ａ，４２ｂは電極
である。また４３，４４は夫々絶縁筒及び封着金
具であり、金属端板４１ａ，４１ｂと共に真空容
器を構成している。

このような構成においては、真空劣化が生じた
場合、中間シールド２と系統電位部材との間の絶
縁は破壊され、中間シールド２の電位はほぼ系統
電位まで上昇し、その結果検出器２２に電気信号
が供給され、こうして真空度低下を検出すること
ができる。

ところで、真空インタラプタにあつては開極時
における耐電圧特性の向上を図るため、電界分布
状態が固定側と可動側とでほぼ対称となるように
構成されているのが一般的である。即ち、中間シ
ールド２と補助シールド３ａ，３ｂ、金属端板４
１ａ，４１ｂ等との間の真空ギヤツプは固定側と
可動側とで同一寸法ギヤツプとなつている。

このために、第７図の手段では、固定側と可動
側とは先述したように対称形に構成されているの
で、ほぼ同じ真空度で中間シールド２と固定側及
び可動側の両者との間で夫々放電を生じてしま
う。従つてたとえしや断可能な真空領域で真空度
低下を検知し、操作機構（図示省略）を作動させ
て電極４２ａ，４２ｂを開極しても固定側と可動
側とは中間シールド２を介して閃絡しているの
で、結局電流をしや断することができない。

更にこのような問題点に加えて、中間シールド
２のみの電位上昇にもとづく検出であるから、系
統電路の電圧変動等の影響を避けるためには、中
間シールド２の対地電位E₃がほぼ系統電位E₁に
まで上昇した時点で検出するようにしておかねば
ならない。このため、真空度低下を検出した時点
ではもはや定格負荷電流さえもしや断することが
できないほど真空度は低下しているのが現状であ
つた。

また第８図に示すものは、電極４２ａ，４２ｂ
間を開き、その状態で電圧を印加すると共に電圧
の比較によつて真空度低下の有無を判定しようと
するものである（特公昭50−114号公報参照） 即ち同図においてC_Vは開路状態の真空インタ
ラプタのキヤパシタンス、D_A，C_Bは夫々固定電
極棒４ａ及び可動電極棒４ｂの対地キヤパシタン
スである。今真空インタラプタ１が開路の状態
で、これに対地電圧E_pを印加したとすると、 ａ−ｅ間の端子電圧E_aはE_a＝E_p ｂ−ｅ間の端子電圧E_bはE_b＝C_V／C_V＋C_BE_p となる。即ちE_a＞E_bである。しかし真空インタ
ラプタ１が真空不良であるとａ−ｂ間はアーク放
電となつて導通し、しかもこの場合のアーク電圧
は数10V以下で印加電圧E_pに比して十分小さいの
でE_a≒E_bとみなせる。従つて真空インタラプタ
開路のときにE_a＞E_bなら正常であり、E_a≒E_bな
ら真空不良であると判定できる。尚実際には安全
性等の点から各端子電圧はコンデンサ分圧器で測
定するようにしている。

しかしながらこのような手段では、開極状態で
検出を行つているため通電中の常時真空度監視が
できないという問題点がある。

ところで、第７図と第８図との技術を合せた状
態すなわち、第７図において中間シールドの電位
のみでなく、系統電位を考慮して、中間シールド
電位と系統電位との両者に基づき、真空度を判定
することを試みた。

つまり、系統電位を考慮してこれを基準にして
中間シールド電位を検出することによつて、電圧
変動の悪影響をなくそうとするものである。

しかしながらこのようなことによつても、第６
図に示す手段の場合と同様な問題が生じた。即ち
固定側と可動側とが対称形に構成されていること
から、ほぼ同じ真空度で中間シールド２と固定側
及び可動側の両者との間で夫々放電を生じてしま
い、電極４２ａ，４２ｂを開極しても、結局中間
シールド２を介して固定側と可動側との間で閃絡
が起こり電流をしや断することができない。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 以上のように従来技術では、真空度低下に伴
いほぼ同じ真空度で中間シールドと固定側及び可
動側の両者との間で夫々閃絡してしまうことから
真空度低下検出しても負荷電流をしや断できな
い、電圧変動等の影響を避けるためには、検出
電圧を高くせざるを得ず、真空度低下検出時には
もはやしや断できない真空度となつている。通
電中の常時真空度監視ができないという問題点が
ある。

本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたものである。

Ｅ 問題点を解決するための手段 本発明者等は、真空インタラプタにおける放電
現象につき検討した結果、第５図に示す特性を得
た。第５図は、横軸に真空インタラプタ内部圧
力、縦軸に放電開始電圧をとつたものである。第
５図中、実線m₁、実線m₂および実線m₃は、それ
ぞれ真空ギヤツプＡ，ＢのおよびＣの特性を示す
もので、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係にある。

一般に、長ギヤツプは短ギヤツプよりも放電開
始電圧が高いことが知られていたが、このこと
は、第５図から判るように、高真空又は大気圧近
傍での現象であり、10^-2mmHg（１，333Pa）前後
の領域では、逆に短ギヤツプの方が長ギヤツプよ
りも放電開始電圧は高くなつている。そして、短
ギヤツプは、その10^-2mmHg（１，333Pa）前後の
領域で十分な耐電圧を保有していた。

本発明は、このような知見にもとづき、先ず金
属性の中間シールドを電極に対し絶縁して設け、
この中間シールドと固定側又は可動側のいずれか
一方の系統電位部材との間に、真空度低下時であ
つてかつしや断可能領域で放電する真空ギヤツプ
を形成する。そして系統電位部材例えば系統電路
と大地との間、及び中間シールドと大地との間に
夫々インピーダンス及びキヤパシタンスを設け、
更にインピーダンスを介して得た系統電路の対地
電位の検出信号とキヤパシタンスを介して得た中
間シールドの対地電位の検出信号とを位相につい
て比較し、その位相差にもとづいて真空度低下の
有無を判定する判定部を設けて成る。

Ｆ 作用 通電中に真空インタラプタの真空度が低下して
くると、しや断不能領域に至る前に固定側又は可
動側いずれか一方に設けている長ギヤツプの部分
で放電が始まる。この際他の真空ギヤツプ（短ギ
ヤツプ）では放電を生じず、短ギヤツプが前記長
ギヤツプの放電に誘発されて放電することはな
い。一方中間シールドと系統電位部材との間はコ
ンデンサ及び抵抗の並列回路と等価である。真空
度が正常な場合には前記抵抗の抵抗値は無限大に
近いため、例えばインピーダンスを介して得た系
統電位部材の検出信号とキヤパシタンスを介して
得た中間シールドの検出信号とは位相が揃つてい
る。ここで真空度が低下すると前記抵抗値が小さ
くなるためキヤパシタンスを介して得た中間シー
ルドの検出信号の位相が遅れ、検出信号間に位相
差が生じる。この位相差が所定値を越えると判定
部により真空度低下と判定される。

Ｇ 実施例 以下図面により本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の回路の等価回路を示す回路図であり、
第７図と同一符号のものは同一部分を示す。この
実施例では、補助シールド３ａの軸方向の長さを
小さくし、中間シールド２の固定短板４１ａ側の
端部を補助シールド３ａの端部よりも軸方向に十
分長く突出させて、その突出部分が補助シールド
３ａをはさむことなくギヤツプを介して直接固定
電極棒４ａと対向するように構成している。前記
ギヤツプのギヤツプ長ｌは、真空度低下時であつ
てしや断可能な真空領域で放電する長さであり、
真空インタラプタ１内の異電位部材間の最大距離
とされる。

尚異電位部材間で電子が飛行する場合、等電位
線と直交する方向に飛行するので、ここで述べる
距離とは電子の飛行距離を意味する。図中４ｂは
可動電極棒である。

５は、系統電路の対地電位E₁を検出するのイ
ンピーダンス分圧器であり、例えば真空インタラ
プタ１の近傍において電源側電路と大地との間に
設けられている。このインピーダンス分圧器５
は、コンデンサ抵抗等のインピーダンス成分Z₁，
Z₂により構成され、この例ではコンデンサが用い
られている。

６は中間シールド２の対地電位を検出するコン
デンサ分圧器であり、例えば夫々０，2μF，
200PFのコンデンサC₁，C₂で構成される。また中
間シールド２と真空インタラプタ１の固定電極棒
４ａとの間は第２図に示すようにコンデンサC₃
と抵抗Ｒとの並列回路で表わされ、閉極時におけ
るコンデンサC₃の容量は20PF〜100PFの大きさ
である。

７は判定部であり、この判定部７は、インピー
ダンス分圧器５で検出された検出電位e₁及びコン
デンサ分圧器６で検出された検出電位e₃の各波形
を夫々方形波に整形する方形波整形回路７１，７
２と、これら方形波整形回路７１，７２より出力
されたパルス信号の零点ズレ分を取り出す
NAND回路を備えた零点ズレ分パルス発生回路
７３と、このパルス発生回路７３よりのパルス信
号のパルス幅が所定値を越えたときに真空度低下
と判定して判定信号例えば警報を発するパルス幅
判定回路７４とを有して成る。

次に上述実施例の作用について述べる。

系統電路及び中間シールドの各対地電位は、
夫々インピーダンス分圧器５及びコンデンサ分圧
器６で分圧され、その検出電位e₁，e₃は夫々方形
波整形回路７１，７２に入力される。真空度が正
常なときには第２図の等価回路における抵抗Ｒの
抵抗値が無限大に近いため、検出電位e₁，e₃の位
相は揃つており、従つて方形波整形回路７１，７
２よりの各パルス信号の零点が揃つている。この
ため前記パルス発生回路７３よりのパルス信号の
パルス幅は所定値以下であるからパルス幅判定回
路７４からは真空度低下の判定信号が出力されな
い。今真空度が低下すると、中間シールド２と固
定電極棒４ａとの間のギヤツプにて放電し始め
る。その理由については、第５図に示したパツシ
エンカーブの10^-2mmHg前後の領域では、ギヤツ
プ長が大きいところから放電するという特性にな
つており、前記ギヤツプ長ｌは、真空インタラプ
タ１内の異電位部材間の最大距離とされているた
め、このギヤツプにて最初に放電し始めるのであ
る。この結果前記抵抗Ｒの抵抗値が小さくなつ
て、第３図に示すようにコンデンサ分圧器６の検
出電位e₃の位相が遅れてくる。これにより方形波
整形回路７２よりのパルス信号は、第４図Ａ，Ｂ
に示すように方形波整形回路７１よりのパルス信
号に対して位相が遅れ、前記パルス発生回路７３
にて第４図Ｃに示すように各パルス信号の零点ズ
レ分に対応するパルス幅をもつたパルス信号が出
力される。このパルス信号のパルス幅が所定値を
越えるとパルス幅判定回路７４から真空度低下の
判定信号が出力される。

上述実施例では、固定電極棒４ａと中間シール
ド２との間に前記最大距離をもつたギヤツプを設
けているが、本発明では、固定側及び可動側での
閃絡を避けることすら固定側または可動側のいず
れか一方であれば、電極棒に限らず金属端板４１
ａ，４１ｂ等の系統電位部材と中間シールド２と
の間に、真空度低下時であつてかつしや断可能な
真空領域で放電する真空ギヤツプを設ける構成と
してもよい。尚本発明では閉極状態に限らず開極
状態で検出を行うこともでき、この場合には固定
側又は負荷側のどちらかの充電部側となる側にお
いて前記ギヤツプを設ける必要がある。

Ｈ 発明の効果 以上のように本発明によれば、中間シールドと
固定側又は可動側のいずれか一方の系統電位部材
との間に、真空度低下時であつてかつしや断可能
領域で放電する真空ギヤツプを形成しているの
で、真空度低下のリーク初期（高真空）時に固定
側か可動側かの一方で放電を生じる。この際、他
の真空ギヤツプは十分な耐電圧を保有している。
しかも系統電位部材の対地電位の検出信号と中間
シールドの対地電位の検出信号とを位相について
比較し、その位相差の変化を捉えて真空度低下を
検出する構成であるため、系統電路の電圧変動や
重量ノイズによる影響を受けることなく、真空度
低下による局部放電の段階で検出することができ
る。この結果真空度低下のリーフ初期時を捉える
ことができるので使用電圧範囲（しや断可能電
圧）よりも高い耐圧をもつた真空度領域で対応で
きるから、真空度低下の検出後にしや断すること
ができる。また閉極状態で真空度低下を検出でき
るから、そのようにすれば通電中の常時真空度監
視ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の回路と等価回路を示す回路図、第３図
はインピーダンス分圧器及びコンデンサ分圧器よ
りの検出電位を示す波形図、第４図Ａ〜Ｃは、
各々判定部におけるパルス波形図、第５図は真空
ギヤツプが異なる場合の真空度とギヤツプ間の放
電開始電圧との関係を示す曲線図、第６図はパツ
シエンの法則を示す曲線図、第７図、第８図は
各々従来の真空度低下検出装置の原理を示す原理
図である。 １……真空インタラプタ、２……中間シール
ド、３ａ，３ｂ……補助シールド、４ａ……固定
電極棒、４ｂ……可動電極棒、５……インピーダ
ンス分圧器、６……コンデンサ分圧器、７……判
定部、７１，７２……方形波整形回路、７３……
零点ズレ分パルス発生回路、７４……パルス幅判
定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒体の両端を端板で閉塞して真空容器を形成
   し、この真空容器に一方の端板から固定電極棒を
   気密に導入しかつ他方の端板から固定電極棒に接
   近離反自在の可動電極棒をベローズを介して気密
   に導入し、これら両電極棒の各内端部に対をなし
   て接離自在の固定、可動電極を設けるとともに、 真空容器内に少なくとも前記電極の外周を囲繞
   する金属製の中間シールドを電極に対し絶縁して
   設けて成る系統電路開閉自在の真空インタラプタ
   の真空度低下を検出する装置において、 前記中間シールドと固定側又は可動側にいずれ
   か一方の系統電位部材との間に、真空度低下時で
   あつてかつしや断可能な真空領域で放電する真空
   ギヤツプを形成し、系統電位部材と大地との間に
   設けられたインピーダンスと、前記中間シールド
   と大地との間に設けられたキヤパシタンスと、前
   記インピーダンスを介して得た系統電位部材の対
   地電位の検出信号と前記キヤパシタンスを介して
   得た中間シールドの対地電位の検出信号とを位相
   について比較し、その位相差にもとづいて真空度
   低下の有無を判定する判定部とを有して成る真空
   インタラプタの真空度低下検出装置。