(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、真空絶縁機器の容量が増大し高電圧になっても製作容易で耐電圧を大きくできる真空絶縁機器を提供することにある。    【解決手段】  筒状のセラミック絶縁体３１は一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔３２が形成され、一端を真空容器１の貫通孔４１に固定され、他端を真空容器内に配置されているシールド電極１１に接合される。ゴム絶縁体４７はセラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に密着して挿着され、ゴム絶縁体４７に貫通支持されるリード導体４３の一端がシールド電極１１に電気的に接続される。真空絶縁機器において、外部との電気接続構造に用いられるセラミック絶縁体の製作を容易にするとともに、長さを短くして、電気接続構造部の大形化を抑えて、高電圧化を図ることにある。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、前記真空容器内に配置されているシールド電極と、一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔が形成され、一端を前記真空容器の貫通孔に固定され、他端を前記シールド電極に接合されている筒状のセラミック絶縁体と、前記セラミック絶縁体のテーパー状孔に密着して挿着されるゴム絶縁体と、前記ゴム絶縁体に貫通支持され、一端を前記シールド電極に電気的に接続されているリード導体とを具備することを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項２】
開閉スイッチが収納されている真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記開閉スイッチの固定電極が連設されているシールド電極と、一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔が形成され、一端を前記真空容器のフランジに固定され、他端を前記シールド電極に接合されている筒状のセラミック絶縁体と、前記セラミック絶縁体のテーパー状孔に密着して挿着されるゴム絶縁体と、前記ゴム絶縁体に貫通支持され、一端を前記シールド電極に電気的に接続されているリード導体と、前記セラミック絶縁体の周囲を囲うように前記真空容器内面に設けられている接地シールド電極とを具備することを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項３】
接地されている金属製の真空容器と、前記真空容器内に配置され、固定導体を介して固定電極が連設されているシールド電極と、一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔が形成され、一端を前記真空容器のフランジに固定され、他端を前記シールド電極に接合されている筒状のセラミック絶縁体と、前記セラミック絶縁体のテーパー状孔に密着して挿着されるゴム絶縁体と、前記ゴム絶縁体に貫通支持され、一端を前記シールド電極に電気的に接続されているリード導体と、前記シールド電極に嵌着し前記リード導体を前記シールド電極に電気的に接続する前記リード導体の一端に設けられるコンタクトと、前記セラミック絶縁体の周囲を囲うように前記真空容器内面に設けられている接地シールド電極とを具備することを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記筒状セラミック絶縁体は前記シールド電極との接合面周縁に湾曲形状の凹溝が形成され、凹溝の内面に前記シールド電極と電気的に導通する導電性被膜が施されていることを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項５】
請求項４において、前記筒状セラミック絶縁体は前記凹溝の外周側が内周側より長く形成され、前記筒状セラミック絶縁体の凹溝外周側を前記シールド電極に接合したことを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項６】
請求項２，３のいずれか１項において、前記接地シールド電極の断面は２段階の湾曲状に形成され、前記セラミック絶縁体側の内側曲率半径が外側曲率半径より小さく形成されていることを特徴とする真空絶縁機器。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記セラミック絶縁体のテーパー状孔はガラス質の釉薬が焼き付けられていることを特徴とする真空絶縁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内に主回路開閉器、断路器などの開閉スイッチを収納する真空絶縁機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力配電系統内に設置される真空開閉器は金属製の真空容器に主回路開閉器、断路器、接地開閉器など開閉スイッチを収納して構成されている。真空容器は内部を電気的絶縁のために真空状態に保持され、また、容器自身は接地されている。このような真空開閉器は真空の優れた遮断、絶縁性能によりコンパクト化することができる。このことは下記の特許文献1などに記載され、良く知られている。
【０００３】
真空開閉器は真空容器内にシールド電極を配置し、このシールド電極に電源あるいは負荷に接続するためのリード導体を電気的に接続している。リード導体は真空容器と絶縁するために無機絶縁体で覆われ、真空容器の外部に引出される構成になっている。
【０００４】
無機絶縁体は、真空開閉器製作時の金属部品のろう付け接合、水分や吸着ガスを除去するベーキングなどの高温加熱処理に耐えうるものとして、セラミック材が用いられている。リード導体を絶縁するのにセラミック材を用いることはガス開閉器であるが下記特許文献２に記載されており、特許文献２にはセラミック材のテーパー状孔に樹脂絶縁体を挿入しリード導体（中心導体）を２層絶縁することも記載されている。また、特許文献２にはセラミック材と樹脂絶縁体の間にゴムパッキンを設けるということも記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４８９２９号公報
【特許文献２】実用新案登録  第２５１０５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術はリード導体をセラミックで絶縁している。セラミックはアルミナ粉をプレス成型した後に焼成して作成される。一般的に、セラミックは厚くなると、焼成の際に表面と内部に温度差を生じひび割れ易く、かつ、製作が面倒になる。このため、真空絶縁機器としての真空開閉器の容量が大きくなると充分な耐電圧を得られないという問題点を有する。また、リード導体（中心導体）をセラミックと樹脂絶縁体で２層絶縁すると両者を密着させるためのゴムパッキンを設ける必要があり製作が面倒になるという問題点もある。
【０００７】
本発明の目的は、真空絶縁機器の容量が増大し高電圧になっても製作容易で耐電圧を大きくできる真空絶縁機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空絶縁機器は、筒状のセラミック絶縁体は一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔が形成され、一端を真空容器の貫通孔に固定され、他端を真空容器内に配置されているシールド電極に接合される。ゴム絶縁体はセラミック絶縁体のテーパー状孔に密着して挿着され、ゴム絶縁体に貫通支持されるリード導体の一端がシールド電極に電気的に接続されるように構成されている。
【０００９】
換言すると、本発明はリード導体の周囲を囲うように周設されるゴム絶縁体の外周面をテーパー状に形成し、ゴム絶縁体をセラミック絶縁体のテーパー状孔に密着挿着してリード導体と真空容器の間をゴム絶縁体およびセラミック絶縁体により電気的に２層絶縁するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はリード導体を貫通支持しているゴム絶縁体をセラミック絶縁体のテーパー状孔に密着挿着してリード導体と真空容器の間を２層絶縁しているのでセラミック絶縁体の厚みを大きくすることなく耐電圧を大きくできる。したがって、真空絶縁機器の容量が増大し高電圧になっても製作容易で耐電圧を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
金属製の真空容器は接地され、開閉スイッチが収納されている。シールド電極は真空容器内に配置され、固定導体を介して固定電極が連設されている。筒状のセラミック絶縁体は一端から他端に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔が形成されている。筒状セラミック絶縁体は一端を真空容器の貫通孔（フランジ）に固定され、他端をシールド電極に接合されている。ゴム絶縁体はセラミック絶縁体のテーパー状孔に密着圧入して挿着されている。リード導体はゴム絶縁体を貫通して支持され、一端をシールド電極に電気的に接続されている。リード導体の一端にはシールド電極に嵌着しリード導体をシールド電極に電気的に接続するコンタクトが設けられている。接地シールド電極はセラミック絶縁体の周囲を囲うように真空容器内面に設けられている。
【実施例１】
【００１２】
図１〜５に本発明の一実施例を示す。図1は真空開閉器の一例構成図で一相のみを示している。図２は本発明の要部を示すリード導体引出部の縦断面図、図３は本発明によるセラミック絶縁体の一例を示す縦断面図、図４はリード導体引出部の組立斜視図、図５はリード導体引出部の分解斜視図を示す。
【００１３】
まず、図１により真空開閉器の一例を説明する。
【００１４】
図１において、接地された金属製の真空容器１には、短絡電流を遮断する主回路開閉器２、断路器３、点検時に主回路開閉器２と断路器３を接地する接地開閉器４が収納されている。真空容器１には、主回路開閉器２、断路器３、接地開閉器４などの開閉スイッチが収納される。
【００１５】
主回路開閉器２を構成する固定導体５の先端に固定電極６が固定されている。主回路開閉器２の固定導体５は電源に接続される。可動導体７は固定導体５の上側に固定導体５と同一軸線上に設けられている。固定電極６に対向する可動導体7の先端には可動電極８が固定されている。固定電極６と可動電極８の周囲を囲うように中間シールド９が配置されている。
【００１６】
絶縁筒１０は中間シールド９の外側に配置されている。絶縁筒１０の下部は高電圧のシールド電極１１で覆われ、また、上部は高電圧のシールド電極１２で覆われている。シールド電極１１は固定導体５を介して固定電極６が連設されている。可動導体７と上部シールド電極１２は可撓導体１３により接続されている。
【００１７】
可動棒１４は可動導体７と同一軸線上に設けられ、可動導体７に固定されている。可動棒１４には絶縁ロッド１６を介して操作棒１５が連結されている。操作棒１５は可動電極８と固定電極６と接離させる駆動機構部（図示せず）に連結されている。図示しない駆動機構部は真空容器１の外側に設けられる。操作棒１５の上下動に対して真空容器1の真空を保つためにベローズ１７が設けられている。
【００１８】
一方、断路器３は主回路開閉器２と略同様に構成されており、異なる点は、固定電極１８と可動電極１９の電極径が固定電極６、可動電極８より小さいことである。断路器３は短絡電流より小さい無負荷電流もしくは負荷電流を遮断するだけであるからである。主回路開閉器２と断路器３は回路導体２０によって電気的に接続されている。断路器３の固定導体５は負荷に接続される。なお、断路器３において主回路開閉器２と同一物には同一符号を付して示している。
【００１９】
接地開閉器４は接地ロッド２１の一端が操作棒１５に連結され、接地ロッド２１の他端に接地電極２２が固定されている。接地電極２２の対向位置に接地用導体２３が配置されている。接地用導体２３は真空容器1と絶縁する絶縁ロッド２４により支持され、断路器３の下部シールド電極１１に電気的に接合されている。
【００２０】
このように構成される真空開閉器の動作は良く知られているので詳細説明を省略するが、主回路開閉器２において固定導体５から可動導体７に流れる電流を遮断する場合には、可動導体７及び可動電極８が可動棒１４、絶縁ロッド１６および操作棒１５を介して、外部の駆動機構部（図示せず）によって駆動される。この結果、固定電極６と可動電極８が開離しアークを発生し、電流ゼロになった時点でアークが消滅して電流が遮断される。
【００２１】
また、点検時には操作棒１５により接地ロッド２１を駆動して接地電極２２を接地用導体２３に接触させる。主回路開閉器２と断路器３の電気導体部分は接地電極２２を接地用導体２３に接触させることにより接地される。
【００２２】
さて、主回路開閉器２の固定導体５は電源に接続され、断路器３の固定導体５は負荷に接続されるが、それぞれリード導体を介して接続される。本発明の要部であるリード導体引出部３０は次のように構成されている。リード導体引出部３０について図２〜５を参照して説明する。
【００２３】
筒状のセラミック絶縁体３１は一端（図示の下側）から他端（図示の上側）に向うに従い径が小さくなるテーパー状孔３２が形成されている。テーパー状孔３２に表面、つまりセラミック絶縁体３１の内面には図３に２点鎖線で示すガラス質の釉薬３６が焼き付けられている。
【００２４】
セラミック絶縁体３１は図３、図５に示すように下部に取付脚３３が形成されている。取付脚３３の径はセラミック絶縁体３１の上側の径より小さくなっている。真空容器１には貫通孔４１を有するフランジ４０が形成され、フランジ４０の上端に溝４２が形成されている。セラミック絶縁体３１は取付脚３３をフランジ４０の溝４２に嵌着し、真空容器１にろう付けにより固定される。
【００２５】
セラミック絶縁体３１の上面３４の周縁には湾曲形状の凹溝３５が形成されている。セラミック絶縁体３１は凹溝３５の外側部分の上面３４で高電圧シールド電極１１にろう付け固定される。凹溝３５の内面と凹溝３５の外側部分の上面３４はメタライズ処理によって導電性被膜（導電性金属膜）３７が施されている。すなわち、凹溝３５はシールド電極１１と電気的に導通する導電性被膜３７が施されていることになる。セラミック絶縁体３１は真空容器１に接触する取付脚３３の外面にも導電性被膜３７が施されている。
【００２６】
シールド電極１１は図４、図５に示すように円板状に形成され、下面には下方に突出する鍔４４が形成されている。また、シールド電極１１は略中央部に下面から上面に向けて設けた円形凹溝４５が形成されている。
【００２７】
リード導体４３は一端に円板状のコンタクト４６が設けられている。リード導体４３は周囲を囲うように周設されるゴム絶縁体４７に貫通支持されている。ゴム絶縁体４７は外周面をテーパー状に形成され、セラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に下方から圧入され密着挿着される。リード導体４３とゴム絶縁体４７はセラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に圧入されると図示しない押し圧機構により押し上げられる。
【００２８】
コンタクト４６はゴム絶縁体４７をセラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に密着挿着するとシールド電極１１の円形凹溝４５に嵌着される。コンタクト４６はシールド電極１１の円形凹溝４５に嵌着してリード電極４３をシールド電極１１に電気的に接続する。
【００２９】
真空容器１内の内面（真空側）にはセラミック絶縁体３１の周囲を囲うように接地シールド電極４８が設けられている。接地シールド電極４８はセラミック絶縁体３１の外周に真空容器１に接合され配置されている。
【００３０】
本発明のリード導体引出部３０はリード導体４３の周囲を囲うように周設されるゴム絶縁体４７の外周面をテーパー状に形成し、ゴム絶縁体４７をセラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に密着挿着してリード導体４３と真空容器１の間をゴム絶縁体４７およびセラミック絶縁体３１により電気的に２層絶縁するように構成している。
【００３１】
セラミック絶縁体３１はリード導体４３を覆うゴム絶縁体４７の外側に配置されるので、セラミック絶縁体３１に加わる電界を低減できセラミック絶縁体３１の厚さを薄くできる。したがって、セラミック絶縁体３１の厚みを大きくすることなく耐電圧を大きくでき、真空絶縁機器の容量が増大し高電圧になっても製作容易で耐電圧を大きくすることができる。
【００３２】
本発明のように構成すると、セラミック絶縁体３１の厚さが１５ｍｍ〜２０ｍｍで７２Ｋボルト定格の真空開閉器でも充分な耐電圧を確保することができる。
【００３３】
また、リード導体４３を覆うゴム絶縁体４７の外周面をテーパー状に形成し、ゴム絶縁体４７をセラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２に圧入密着しているので、ゴム絶縁体４７とセラミック絶縁体３１の密着性が良好に保たれ、絶縁性能を確保できる。
【００３４】
さらに、セラミック絶縁体３１のテーパー状孔３２はガラス質の釉薬が焼き付けられているため滑らかな表面状態が保たれ、セラミック絶縁体３１にゴム絶縁体４７の着脱を繰返してテーパー状孔３２に付着する汚れを容易に清浄化すことができる。
【００３５】
次に、本発明のリード導体引出部３０はセラミック絶縁体３１のシールド電極１１との接合面周縁に湾曲形状の凹溝３５を形成し、シールド電極１１と同電位にする導電性被膜３７を施している。
【００３６】
このように構成したことによる効果を図６、図７に示す電位線分布図を参照して説明する。図６は導電性被膜３７を施した凹溝３５を設けた場合を示す。図６と凹溝３５が無い図７と比較して明らかなように、図６ではシールド電極１１側の等電位線が下方に移動する分布となる。このため、凹溝３５の外側と内側に位置するシールド電極１１の角部およびコンタクト４６に面したゴム絶縁体４７との間のエアギャップの電界が緩和されるので、これらの部分の絶縁耐力を高めることができる。
【００３７】
なお、導電性被膜３７が施された凹溝３５の先端でセラミック絶縁体３１に加わる電界が上昇するが、セラミック絶縁体３１の破壊電界を越えないように凹溝３５の湾曲の大きさを適切に選定することにより絶縁性能を確保することができる。
【実施例２】
【００３８】
図８に本発明の他の実施例を示す。図８は本発明の要部であるリード導体引出部３０の他の実施例を示している。
【００３９】
図８において、実施例１と異なる点はセラミック絶縁体３１に形成した湾曲形状凹溝３５の外周部（外周側）３８を内周側より長く（高く）形成し、外周側３８の上面をシールド電極１１にろう付け固定していることである。
【００４０】
このように構成すると、セラミック絶縁体３１とゴム絶縁体４７が接する界面の高圧側と接地側の間の絶縁距離を増加することなく、シールド電極１１と真空容器１に設けた接地シールド電極４８との間の絶縁距離を大きく採ることができる。このため、シールド電極１１の角部電界を低減でき、この箇所の絶縁耐力を高めることができる。
【実施例３】
【００４１】
図９に本発明の他の実施例を示す。
【００４２】
図９において、実施例１と異なる点は接地シールド電極４８が２段階の湾曲状に形成され、セラミック絶縁体３１側の湾曲の内側曲率半径が外側曲率半径より小さく形成していることである。
【００４３】
このように構成すると、接地側の電界が緩和され、真空側の絶縁耐力を向上させることができる。
【００４４】
このことを本発明者達がリード導体引出部モデルで実測結果に基づき説明する。図１０は接地シールド電極４８の形状と配置位置による絶縁耐力の比較図である。
【００４５】
図１０において、モデルＡとモデルＢは接地シールド電極４８が従来形状のものであり、セラミック絶縁体３１とのギャップ長がｇ１＞ｇ２である点が異なる。モデルＣは本発明による２段階の湾曲形状の接地シールド電極４８を用いたものである。
【００４６】
図１０に示すように、絶縁耐力はモデルＡ＜モデルＢ＜モデルＣの順となり、２段階湾曲形状の接地シールド電極４８を用いることにより、絶縁耐力を高められることが理解できる。
【００４７】
絶縁耐力を向上できる理由を図１１〜１３に示す接地シールド電極近傍の等電位線分布図に基づき説明する。
【００４８】
図１１に示すモデルＡの場合はセラミック絶縁体３１との間隙が比較的大きいギャップｇ１であるために等電位線が導電性被膜３７に接近して分布する。セラミック絶縁体３１の端部３１ａの電界が高くなる状態になる。
【００４９】
一方、接地シールド電極４８の表面はセラミック絶縁体３１の比誘電率が真空の約９倍と大きいためにギャップｇ１に等電位線が入り込むようになる。しかし、接地シールド電極４８の表面電界はギャップｇ１の間隙が大きいためにそれほど高くなることはない。従って、モデルＡの場合にはセラミック絶縁体３１の端部３１ａから発生する放電によって、絶縁耐力が決まることなる。
【００５０】
次に図１２に示すモデルＢの場合は、セラミック絶縁体３１に面した間隙が小さいギャップｇ２であるため、等電位線が導電性被膜３７から離れて分布するようになる。このため、セラミック絶縁体３１の端部３１ａの電界はモデルＡほど高くならない。しかし、接地シールド電極４８の表面電界はセラミック絶縁体３１の比誘電率が真空の約９倍も大きいためにギャップｇ２の間に等電位線が集中し、間隙も小さいのでモデルＡより高くなる。
【００５１】
モデルＢの場合は、セラミック絶縁体３１の端部３１ａにおける電界の影響を受けることなく接地シールド電極４８の表面から発生する放電によって絶縁耐力が決まることになる。モデルＡではセラミック絶縁体３１の端部３１ａにおける電界集中の影響が大きく、絶縁耐力はモデルＡ＜モデルＢとなる。
【００５２】
図１３に示すモデルＣの場合は、ギャップｇ２を介して導電性被膜３７と同電位になる１段目の湾曲電極面がセラミック絶縁体３１の端部３１ａに接近する。このため、セラミック絶縁体３１の端部３１ａの電界は間隙の大きいギャップｇ１としたモデルＡより低減される。
【００５３】
さらに、２段目の湾曲電極面がギャップｇ１で配置されているので、間隙の小さいギャップｇ２のモデルＢに比べ、接地シールド電極４８の２段目の湾曲電極の表面電界を低減できる。また、１段目の湾曲電極の近傍では２段目の湾曲電極によって等電位線が上方に持ち上げられるために電極表面はモデルＢより電界集中することがない。
【００５４】
このように、接地シールド電極４８の断面が２段階の湾曲形状にすることによって、セラミック絶縁体３１の端部３１ａにおける電界と接地シールド電極４８の表面電界を同時に低減できるので、真空接地側の絶縁耐力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の要部を示すリード導体引出部の縦断面図である。
【図３】本発明によるセラミック絶縁体の一例を示す縦断面図である。
【図４】本発明によるリード導体引出部の組立斜視図である。
【図５】本発明によるリード導体引出部の分解斜視図である。
【図６】本発明を説明するための電位分布図である。
【図７】本発明を説明するための電位分布図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明を説明するための絶縁耐力比較図である。
【図１１】本発明を説明するための電位分布図である。
【図１２】本発明を説明するための電位分布図である。
【図１３】本発明を説明するための電位分布図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…真空容器、２…主回路開閉器、３…断路器、４…接地開閉器、５…固定導体、６…固定電極、７…可動導体、８…可動電極、１１、１２…シールド電極、３０…リード導体引出部、３１…セラミック絶縁体、３２…テーパー状孔、３３…取付脚、３５…湾曲形状凹溝、３６…釉薬、３７…導電性被膜、４０…真空容器フランジ、４１…貫通孔、４３…リード導体、４６…コンタクト、４７…ゴム絶縁体、４８…接地シールド電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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