特許 7175799 真空バルブの圧力監視装置、および、圧力監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-11

(45)【発行日】2022-11-21

(54)【発明の名称】真空バルブの圧力監視装置、および、圧力監視方法

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/668 20060101AFI20221114BHJP

【ＦＩ】

H01H33/668 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019038254

(22)【出願日】2019-03-04

(65)【公開番号】P2020144980

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2021-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和弘

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 深大

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 正典

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０６０７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０６６７９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１５６１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１４８８３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３３／６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空バルブと該真空バルブを覆う絶縁フレームを設けた主回路開閉部と、前記真空バルブの接点を開閉する操作機構部と、を具備する真空遮断器に設置した、真空バルブの圧力監視装置であって、
前記絶縁フレームの一側面に配置し、インピーダンスを介して接地した第一の電極と、
前記絶縁フレームの他側面に配置し、スイッチを介して接地した第二の電極と、
前記インピーダンスと前記第一の電極の間に接続した電位測定器と、
を具備することを特徴とする真空バルブの圧力監視装置。

【請求項2】

真空バルブと該真空バルブを覆う絶縁フレームを相毎に設けた主回路開閉部と、前記真空バルブの接点を開閉する操作機構部と、を具備する複数相真空遮断器に設置した、真空バルブの圧力監視装置であって、
相毎に設けた前記絶縁フレームの一側面に配置し、インピーダンスを介して接地した相毎に設けた第一の電極と、
隣接する前記絶縁フレーム同士の間に配置し、スイッチを介して接地した第二の電極と、
前記インピーダンスと前記第一の電極の間に接続した、相毎に設けた電位測定器と、
を具備することを特徴とする真空バルブの圧力監視装置。

【請求項3】

真空バルブと該真空バルブを覆う絶縁フレームを相毎に設けた主回路開閉部と、前記真空バルブの接点を開閉する操作機構部と、を具備する複数相真空遮断器を対象とした、真空バルブの圧力監視方法であって、
相毎に設けた前記絶縁フレームの一側面に配置され、インピーダンスを介して接地された相毎に設けた第一の電極と、
隣接する前記絶縁フレーム同士の間に配置され、スイッチを介して接地された第二の電極と、
の二電極間の電位を、前記スイッチをオンにした状態で測定することで、前記真空バルブの内部圧力の劣化を相毎に監視することを特徴とする真空バルブの圧力監視方法。

【請求項4】

請求項３に記載の真空バルブの圧力監視方法において、
前記真空バルブ内で放電を開始したときの前記二電極間の電位が、所定の閾値以上の場合に、前記真空バルブの内部圧力が劣化したと判断することを特徴とする真空バルブの圧力監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空バルブの内部圧力の劣化を診断する、圧力診断装置、および、圧力監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空バルブの圧力診断装置に関する従来技術として、特許文献１がある。

【0003】

この文献の要約書には、「真空バルブの真空度の低下によって発生する異常放電を高圧コンデンサを用いず、かつ精度よく検出でき、したがって構成が簡素で小型な真空度の低下検出装置を提供する」ための解決手段として、「絶縁容器の外周部側に金属シールドに対向するように絶縁支持された埋込形外部電極と、この埋込形外部電極と大地間に接続された分圧コンデンサとを備え、異常放電を分圧コンデンサの端子電圧により検出する」真空度低下検出装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１０－９２２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の真空度低下検出装置によっても真空バルブの真空度低下を検出できるが、同文献の構成は、真空バルブを構成する絶縁容器の外側の器壁に外部電極が露出しているため、真空バルブ外部の絶縁性能が低下するという問題がある。具体的には、真空バルブの課電されている固定側端板、もしくは可動側端板、またはその両方と外部電極間で絶縁破壊が発生する恐れがある。これは、各端板と外部電極間の距離を長くして対策することもできるが、その場合は、真空バルブの全長が不要に長くなってしまうという別の問題が発生する。

【0006】

そこで、本発明では、真空バルブを小形化でき、電気的絶縁の信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置および圧力診断方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る真空バルブの圧力診断装置は、真空バルブと該真空バルブを覆う絶縁フレームを設けた主回路開閉部と、前記真空バルブの接点を開閉する操作機構部と、を具備する真空遮断器に設置したものであって、前記絶縁フレームの一側面に配置し、インピーダンスを介して接地した第一の電極と、前記絶縁フレームの他側面に配置し、スイッチを介して接地した第二の電極と、前記インピーダンスと前記第一の電極の間に接続した電位測定器と、を具備するものとした。

【0008】

また、本発明に係る真空バルブの圧力監視方法は、真空バルブと該真空バルブを覆う絶縁フレームを設けた主回路開閉部と、前記真空バルブの接点を開閉する操作機構部と、を具備する真空遮断器を対象としたものであって、前記絶縁フレームの一側面に配置され、インピーダンスを介して接地された第一の電極と、前記絶縁フレームの他側面に配置され、スイッチを介して接地された第二の電極と、の二電極間の電位を、前記スイッチをオンにした状態で測定することで、前記真空バルブの内部圧力の劣化を監視するものとした。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、真空バルブを小形化でき、電気的絶縁の信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置および圧力診断方法を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の真空遮断器の概略図である。

【図2】実施例１の圧力監視装置の概略図である。

【図3】実施例２の真空遮断器の概略図である。

【図4】本発明の実施例２の圧力監視装置の概略図である。

【図5】接点間の長さが５ｍｍのときの圧力と放電電圧との相関を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例に係る真空バルブの圧力監視装置と圧力監視方法について、図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも本発明の好適な実施例であり、本発明の適用対象を限定することを意図する趣旨ではない。

【実施例1】

【0012】

図１と図２は、実施例１の圧力監視装置を設置した真空遮断器１００を示すものであり、図１は真空遮断器の入状態の平面図を示し、図２は図１のＡ－Ａ’の断面図を示している。

【0013】

図１に示すように、本実施例の真空遮断器１００は、図中左側の主回路開閉部１と、図中右側の操作機構部２と、図中下側のリンク機構部３で概略構成されている。

【0014】

主回路開閉部１は、接離自在の一対の接点（後述する、固定側電極４ｈ、可動側電極４ｉ）を有する真空バルブ４と、可動側接続導体５と、真空バルブ４と可動側接続導体５を電気的に接続する可撓導体５ａと、固定側接続導体６と、これらの導体を操作機構部２やリンク機構部３から電気的に絶縁する絶縁フレーム７と、真空バルブ４の可動側を図中の上下方向に移動させる絶縁ロッド８と、真空バルブ内の接点に接触荷重を加える接圧ばね９と、接圧ばね９を押し上げるレバー接続金具１０とで構成されている。

【0015】

真空バルブ４は、円筒絶縁材４ａの一端に接合された固定側端板４ｂと、固定側端板４ｂを気密に貫通する固定側導体４ｃと、円筒絶縁材４ａの他端に接合された可動側端板４ｄと、可動側端板４ｄに一端が接合され、可動部の駆動を許容する蛇腹形状のベローズ４ｅと、ベローズ４ｅを気密に貫通し真空を維持しながら軸方向に駆動する可動側導体４ｆとから構成され、その内部圧力はおよそ１０^－２Ｐａ以下の真空に保たれている。さらに、この真空バルブ４の内部には、円筒絶縁材４ａで支持された筒状の浮遊電位金属４ｇと、固定側導体４ｃの可動側導体４ｆ側の端部に接続された固定側電極４ｈと、可動側導体４ｆの固定側導体４ｃ側の端部に接続された可動側電極４ｉとが配置されている。

【0016】

操作機構部２は、操作器２ａと、操作器２ａの駆動に連動して上下方向に動作する駆動ロッド２ｂと、これらを収納している操作器ケース２ｃとで構成されている。なお、操作器２ａは、図示していないが、永久磁石とコイルと遮断ばねを使用した電磁操作式の操作器、または永久磁石とコイルに代えて投入ばねを用い、投入ばねと遮断ばねのそれぞれがラッチ機構で保持されるばね操作式の操作器などで構成されている。

【0017】

リンク機構部３は、リンク機構部ケース３ａと、これに軸受されたシャフト３ｂと、レバーＬ_１、Ｌ_２で構成されている。レバーＬ_１は、一端がシャフト３ｂに固定され、他端が主回路開閉部１のレバー接続金具１０にピンＰ_１で連結されたものである。また、レバーＬ_２は、一端がシャフト３ｂに固定され、他端が操作機構部２の駆動ロッド２ｂにピンＰ_２で連結されたものである。

【0018】

以上の構成により、操作機構部２の駆動ロッド２ｂの上下方向の運動がレバーＬ_１、Ｌ_２を介して真空バルブ４の可動側に伝わり、真空バルブ４の接点が開閉、すなわち、後述する固定側電極４ｈと可動側電極４ｉの接続状態が制御される。

【0019】

ここで、真空バルブ４の内部圧力の劣化、すなわち真空容器内部の圧力が上昇した場合について説明する。真空容器内部の圧力上昇は、一般的に真空容器外部からのガス透過、真空容器の内部部材からのガス放出、ベローズや接合部などに稀に発生するピンホールなどが主要因で発生し、例えば、接点間の長さが５ｍｍのときであれば、図５のパッシェンカーブに示されるように、圧力がおよそ１０^－１Ｐａ以上になると絶縁性能が急激に低下し始める。

【0020】

真空バルブ４を搭載した真空遮断器１００が通常運転状態にあるときに真空バルブ４に圧力上昇が生じて絶縁性能が低下すると、真空バルブ４の内部の主回路（固定側導体４ｃ、固定側電極４ｈ、可動側導体４ｆ、可動側電極４ｉ）と、この主回路とは電気的に絶縁されている浮遊電位金属４ｇの間で放電が発生する。

【0021】

ここで真空バルブ４に圧力上昇が発生しない通常運転時の浮遊電位金属４ｇの電位は、運転電圧と、真空バルブ構造と、真空バルブ周囲の固定電位部材の配置などによりおよそ決定されるが、真空バルブ４の主回路と浮遊電位金属４ｇ間で放電が発生した場合は、浮遊電位金属の電位は通常運転時の電位に放電パルスが重畳された電位となる。さらに圧力が上昇すると増加した放電パルスが重畳され、最終的に浮遊電位金属４ｇの電位は運転電圧に程近い状態まで上昇する。

【0022】

以上で説明した構成の真空遮断器１００に対し、本実施例では、図２の断面図に示すように、真空バルブ４を覆う絶縁フレーム７の二側面に、絶縁材１１で覆われた電極１２と、同じく絶縁材１３で覆われた電極１４を配置した。これらのうち、電極１２は、インピーダンス１５を介して接地（電位固定点である大地と接続）されており、電極１２とインピーダンス１５の間には電極１２の電位を測定する電位測定器１６が接続されている。また、電極１４は、スイッチ１７を介して接地されており、スイッチ１７をオンすることで電極１４を接地させることができる。このような構成により、スイッチ１７をオンしたときに、接地された電極１４に対する、電極１２の電位を、電位測定器１６で測定することができる。なお、図２においては、電極１２と電極１４を絶縁フレーム７の対向関係にある二側面に配置（略二字状に配置）したが、両電極を垂直関係にある二側面に配置（略Ｌ字状に配置）しても良い。また、図１、図２では、電極１２と電極１４の形状を特定していないが、各電極は真空バルブ４を絶縁フレーム７の各側面に投影した形状よりも大きく、かつ、絶縁フレーム７の各側面よりも小さければ、任意の形状として良い。

【0023】

このように、本実施例の圧力監視装置は、電極１２と電極１４を絶縁フレーム７の外側に配置しているため、両電極間の絶縁距離を長くすることができ、かつ、電極１２と電極１４はそれぞれ絶縁材１１、１３で覆われているため、電極１２と電極１４の端部電界が緩和され、両電極を配置しても所定の絶縁性能を保持した状態にできる。

【0024】

また、電極１４に接続したスイッチ１７をオンすることで、真空バルブ４の内部に配置した浮遊電位金属４ｇの電位を意図的に低下させることができ、スイッチ１７のオフ時の放電圧力に比べて低い圧力で放電が発生する。つまり、スイッチ１７をオンすることで、真空バルブ４の圧力劣化をより早く検知することができる。

【0025】

なお、真空バルブ４の開状態時に圧力監視すると、真空バルブ４に圧力上昇が生じている状態であったときは、真空バルブ４の電源側となる一方の主回路から負荷側となる他方の主回路に放電する問題があるため、真空バルブの圧力監視を真空バルブが閉状態のときにのみ圧力監視を実施することで、地絡事故を防止できる安全性と信頼性を向上させることができる。

【0026】

更に本実施例に係る圧力監視装置によれば、圧力監視精度が高まるので、特に真空圧力に関して高信頼性の真空遮断器の提供が可能になる。加えて、上述したように、電極１２と電極１４が絶縁フレーム７の外側に配置してあるため、絶縁距離を長くすることができ、かつ電極１２と電極１４は絶縁材１１、１３で覆われているため、電極１２と電極１４の端部の電界が緩和されるため、電極１２と電極１４を配置しても所定の絶縁性能の低下は生じさせない。この意味合いにおいても絶縁信頼性の向上が期待できる。

【実施例2】

【0027】

次に、本発明の実施例２に係る圧力監視装置を説明する。なお、実施例１と同様の部分については重複説明を省略する。

【0028】

図３と図４は、実施例２の圧力監視装置を設置した真空遮断器２００を示すものであり、図３は真空遮断器の入状態の平面図を示し、図４は図３のＢ－Ｂ’の断面図を示している。なお、図２と図４の比較から明らかなように、実施例１の真空遮断器１００は単相真空遮断器であるのに対し、本実施例の真空遮断器２００はＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相電流に対応した三相真空遮断器である。なお、以下では、真空遮断器２００を三相真空遮断器として説明するが、真空遮断器２００は、三相以外の多相遮断器であっても良い。

【0029】

図３に示すように、本実施例の圧力監視装置は、絶縁フレーム７（７ｕ～７ｗ）と操作器ケース２ｃ間に絶縁材１１（１１ｕ～１１ｗ）で覆った電極１２（１２ｕ～１２ｗ）を配置するとともに、各相の絶縁フレーム７間に絶縁材１３で覆った電極１４を配置したものである。

【0030】

そして、図４に示すように、電極１２（１２ｕ～１２ｗ）は、それぞれインピーダンス１５（１５ｕ～１５ｗ）を介して接地されており、また、それぞれの電極１２とインピーダンス１５の間には電極１２の電位を測定する電位測定器１６（１６ｕ～１６ｗ）がそれぞれ接続されている。

【0031】

本実施例では、実施例１と同様に、スイッチ１７をオンしたときに真空バルブ４の圧力監視を行うが、真空遮断器２００の各相に圧力監視用の電極１２（１２ｕ～１２ｗ）が配置されているので、例えば、Ｕ相の真空バルブ４の圧力に異常が生じた場合には、対応する電位測定器１６ｕのみが異常を検出する。従って、本実施例の圧力監視装置では、三相複数存在する真空バルブ４のどれが圧力劣化したのかを判別することができる。

【0032】

なお、図４では、絶縁フレーム７ｕ、７ｖの間、および、絶縁フレーム７ｖ、７ｗの間に電極１４を配置したが、さらに、絶縁フレーム７ｕの他の側面（図４中の上面）、または、絶縁フレーム７ｗの他の側面（図４中の下面）にも電極１４を配置しても良い。

【符号の説明】

【0033】

１００、２００ 真空遮断器、
１ 主回路開閉部、
２ 操作機構部、
２ａ 操作器、
２ｂ 駆動ロッド、
２ｃ 操作器ケース、
３ リンク機構部、
３ａ リンク機構部ケース、
３ｂ シャフト、
４、４ｕ、４ｖ、４ｗ 真空バルブ、
４ａ 円筒絶縁材、
４ｂ 固定側端板、
４ｃ 固定側導体、
４ｄ 可動側端板、
４ｅ ベローズ、
４ｆ 可動側導体、
４ｇ 浮遊電位金属、
４ｈ 固定側電極、
４ｉ 可動側電極、
５ 可動側接続導体、
５ａ 可撓導体、
６ 固定側接続導体、
７、７ｕ、７ｖ、７ｗ 絶縁フレーム、
８ 絶縁ロッド、
９ 接圧ばね、
１０ レバー接続金具、
１１、１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ、１３ 絶縁材、
１２、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ、１４ 電極、
１５、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ インピーダンス、
１６、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ 電位測定器、
１７ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】