(57)【要約】  真空バルブ（２１）と、この真空バルブ（２１）の固定電極２５に電気的に接続された固定側導体（１５）と、真空バルブ（２１）の可動電極（２６）に電気的に接続された可動側導体（１６）と、固定側導体（１５）に電気的に接続された固定側シールド（２２ａ）および可動側導体（１６）に電気的に接続された可動側シールド（２２ｂ）の少なくとも一方と、真空バルブ（２１）、固定側導体（１５）、可動側導体（１６）および固定側シールド（２２ａ）および可動側シールド（２２ｂ）を密閉し、内部が絶縁性ガスで充填された密閉容器（１１）と、固定側導体（１５）および可動側導体（１６）にそれぞれ電気的に接続され、密閉容器（１１）の外部に導出される主回路導体（１７、１８）とを備えたものである。
2016072161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空バルブと、
この真空バルブの固定電極に電気的に接続された固定側導体と、
前記真空バルブの可動電極に電気的に接続された可動側導体と、
前記固定側導体に電気的に接続された固定側シールドおよび前記可動側導体に電気的に接続された可動側シールドの少なくとも一方と、
前記真空バルブ、前記固定側導体、前記可動側導体、前記固定側シールドおよび前記可動側シールドを密閉し、内部が絶縁性ガスで充填された密閉容器と、
前記固定側導体および前記可動側導体にそれぞれ電気的に接続され、前記密閉容器の外部に導出される主回路導体と
を備えたことを特徴とする真空遮断器。
【請求項２】
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドのどちらか一方を備えた場合、
前記固定側シールドは、前記可動側導体の一部を覆い、
前記可動側シールドは、前記固定側導体の一部を覆う
ことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器。
【請求項３】
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドの両方を備えた場合、
前記固定側シールドと前記可動側シールドとの最近接距離は、
前記真空バルブの開極時に前記固定側シールドと前記可動側シールドとの間に発生する電位差において実効電離係数がゼロ以下となる距離である
ことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器。
【請求項４】
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドは、前記真空バルブと同軸の円筒構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の真空遮断器。
【請求項５】
前記固定側シールドの先端部の断面形状および前記可動側シールドの先端部の断面形状は、前記第１シールドおよび前記可動側シールドそれぞれの主要部の厚みの２分の１以上の曲率半径をもつ形状であることを特徴とする請求項４に記載の真空遮断器。
【請求項６】
前記固定側シールドの外表面および前記可動側シールドの外表面は、絶縁性の被膜で覆われたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の真空遮断器。
【請求項７】
直流系統の主回路上に設けられた半導体スイッチと、
この半導体スイッチに並列に接続された断路器および真空遮断器と、
この真空遮断器に並列に接続された強制転流回路と
を備えた直流遮断器であって、
前記真空遮断器は、請求項１〜６のいずれか１項に記載された真空遮断器であること
を特徴とする直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電力系統において、正常時の負荷電流の開閉や、事故時の負荷側の設備保護のために短絡電流や地絡電流の遮断に用いられる直流遮断器、およびその直流遮断器に適用される真空遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において、落雷などの原因による事故によって過大な電流が流れる場合、負荷側の設備保護のために、速やかに系統の事故電流を遮断する必要がある。そのため、電力系統の主系統には遮断器が設置されている。交流電力系統においては、電流の半周期ごとに電流値が零になるタイミング（電流零点ともいう）で電流を遮断することができる。しかしながら、直流電力系統においては、電流零点は存在しないため、強制的に電流零点を作り出す工夫が必要である。【０００３】
直流電力系統において強制的に電流零点を作り出す直流遮断器として、たとえば真空遮断器とその真空遮断器に直列にガス断路器を接続し、真空遮断器とガス断路器との直列回路に並列に半導体スイッチを接続したものがある。このように構成された直流遮断器においては、正常時には通常の電流は真空遮断器とガス断路器とを流れ、事故時には真空遮断器に流れる電流に対して強制的に電流零点を形成して真空遮断器の電流を遮断して半導体スイッチへ電流を転流し、最終的に半導体スイッチによって事故電流を遮断している。【０００４】
上述のような直流遮断器では、極間絶縁はガス断路器によって確保するため、真空遮断器は耐電圧性能が低くとも遮断動作には問題はないが、対地間絶縁は真空遮断器と対地との間で保つ必要がある。一般的な真空遮断器は、円筒形状の接地タンクの内部に可動電極と固定側電極とを備えた真空バルブが配置されており、接地タンク内部は六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）などの絶縁性ガスで密封封止されている。このような真空遮断器に用いられる真空バルブは、可動電極の接点と固定電極の接点とを接触させるコンタクト部と、それらを真空中に内包する筒状の真空容器とで構成されている。真空バルブと接地タンクとの間の対地間絶縁は、真空容器外面の電界に大きく影響を受けるため、真空バルブ外表面の電界を緩和する方策が必要である。【０００５】
真空バルブの電界を緩和する方法として、真空バルブをエポキシ樹脂などでモールドとして真空バルブの外面電界を下げる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、電界緩和の目的ではないが、真空容器の外側に金属製筒を設けた真空バルブが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５７７６１号公報（３頁、図１）
【特許文献２】特開２００９−１２９８５５号公報（４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の真空容器をエポキシ樹脂などでモールドとして真空バルブの外面電界を下げる方法では、真空容器の外表面の電界は緩和される。しかしながら、モールド樹脂を使用するために、モールド樹脂内に残留する空隙欠陥、経年変化による剥離、クラックなどが起点となる部分放電性能の低下が問題となる。【０００８】
一方、従来の真空容器の外側に金属製筒を設けた真空バルブにおいては、真空バルブは可動電極から固定側電極に流れる電流の向きと逆向きの電流を流すために金属製筒を用いて遮断性能をあげている。しかしながら、金属製筒には主回路電流が流れるため、可動側電極の接続端子、固定側電極の接続端子あるいは金属製筒の接続端子が電界集中部となり電界緩和効果が得られない。また金属製筒には主回路電流が流れるため、この主回路電流により金属製筒と可動電極および固定電極との間に作用する力に金属製筒が耐える必要がある。そのため、金属製筒の肉厚を厚くしたり、金属製筒を大型化したりする必要があり、真空バルブのサイズや重量が大きくなる問題がある。【０００９】
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、その目的は、部分放電性能の低下を防ぎ、小型で外表面の電界緩和性能の高い真空バルブを用いた真空遮断器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る真空遮断器においては、真空バルブと、この真空バルブの固定電極に電気的に接続された固定側導体と、真空バルブの可動電極に電気的に接続された可動側導体と、固定側導体に電気的に接続された固定側シールドおよび可動側導体に電気的に接続された可動側シールドの少なくとも一方と、真空バルブ、固定側導体、可動側導体、固定側シールドおよび可動側シールドを密閉し、内部が絶縁性ガスで充填された密閉容器と、固定側導体および可動側導体にそれぞれ電気的に接続され、密閉容器の外部に導出される主回路導体とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、固定側導体に電気的に接続された固定側シールドおよび可動側導体に電気的に接続された可動側シールドの少なくとも一方を備えているので、真空バルブの部分放電性能の低下を防ぐことができ、小型で外表面の電界緩和性能を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１を示す直流遮断器の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す真空遮断器の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における密閉容器と中心円筒体との関係を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す真空遮断部の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す真空遮断部の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す固定側シールドの端部の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４を示す真空遮断部の断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５を示す真空遮断部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における直流遮断器の構成図である。本実施の形態の直流遮断器１は、直流送電系統の主回路に設けられた半導体スイッチ２と、この半導体スイッチ２に並列に接続された機械式のガス断路器３および真空遮断器４の直列接続とで構成されている。さらに、真空遮断器４には強制転流回路５が並列に接続されている。この強制転流回路５は、充電されたコンデンサ６、リアクトル７および投入スイッチ８が直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態のように、半導体スイッチ２には、主回路の直流電流が遮断された後に主回路のエネルギーを吸収するために避雷器９が並列に接続されていてもよい。
【００１４】
半導体スイッチ２は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などの半導体素子によって構成されている。通常、半導体スイッチ２は、複数の半導体スイッチが直列接続されて構成されている。
【００１５】
ガス断路器３は、ＳＦ６、乾燥空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素などの絶縁性ガスで充満されたタンクの中に金属製の接点を備え、機械式開閉動作を行うための操作装置によって接点が開閉される。このガス断路器３は、接点間の距離がある距離以上になると直流遮断器１全体にかかる電圧に耐えることのできる絶縁能力を備えている。
【００１６】
真空遮断器４は、上述の絶縁性ガスで充満されたタンクの中に真空バルブを備え、真空バルブの接点間が開閉されて電流を遮断する。図２は、本実施の形態に用いる真空遮断器４の断面図である。図２に示すように、真空遮断器４は、円筒構造の密閉容器１１の内部に支持絶縁物１２によって真空バルブを含む真空遮断部１３が保持されている。真空遮断部１３は、真空バルブによる電流の通電と遮断とを行う機能を有している。真空バルブは固定電極と可動電極とを備えており、固定電極は固定側導体１５に、可動電極は可動側導体１６にそれぞれ接続されている。真空バルブは、その内部に固定電極の端部に接続された固定接点、および可動電極の端部に接続された可動接点を備えている。固定側導体１５および可動側導体１６は、それぞれ主回路導体１７、１８に電気的に接続されており、この主回路導体１７、１８は、密閉容器１１の外部に導出されている。密閉容器１１の電位は接地電位である。
【００１７】
このように構成された直流遮断器１の動作について説明する。定常の通電時には、ガス断路器３および真空遮断器４は閉極している。半導体スイッチ２は閉極状態（オン状態）であってもよいし、開極状態（オフ状態）であってもよい。事故が発生したとき外部から直流遮断器１に開極指令が与えられる。開局指令を受けて直流遮断器１は、真空遮断器４の開極を開始させる。
【００１８】
真空遮断器４が開極（真空バルブが開極）すると、真空バルブの内部で真空アークが点弧する。可動接点と固定接点との間で発生する真空アークの電圧は、アークの抵抗が高いため高々数ボルト程度である。そのため、複数の半導体スイッチ２が直列接続されている場合、単に開極してアークが発生しただけでは、真空アークの電圧は複数の半導体スイッチに電流が流れるために必要な閾値電圧（以下、オン電圧）に達しない場合がある。この場合は、真空遮断器４から半導体スイッチ２に電流を転流できない。しかしながら、次に述べるように、強制転流回路５を用いて真空遮断器４に主回路の事故電流に対して逆電流を流すことにより、電流零点を形成すると遮断することができ、半導体スイッチ２に電流を転流することができる。
【００１９】
すなわち、真空遮断器４の真空バルブの接点間距離が電流遮断可能な距離となったときに強制転流回路５の投入スイッチ８が閉極される。コンデンサ６には主回路電流に対し逆電流を流すための極性および電圧値で予め電荷が充電されており、投入スイッチ８が投入されるとコンデンサ６からリアクトル７を介して逆電流が真空遮断器４に流される。主回路電流に逆電流が重畳されることで真空遮断器４に電流零点が生成される。電流零点になると真空遮断器４は、自身を流れる電流を遮断する。電流が遮断されることで真空バルブの極間の抵抗は無限大まで上昇し、真空アークの電圧は半導体スイッチ側のオン電圧よりもはるかに大きくなるため、半導体スイッチ２に電流を転流すことができる。このようにして、主回路電流は半導体スイッチ２に転流される。この転流を可能にするためには、真空遮断器４の真空バルブの接点間の耐電圧は、半導体スイッチ２のオン電圧（数１００Ｖ）を超える程度の電圧に耐えることができればよい。
【００２０】
半導体スイッチ２に主回路電流が転流され、ガス断路器３を流れる電流が零になると、ガス断路器３は開極動作が開始される。ガス断路器３の接点間距離が、半導体スイッチ２が開極して事故電流を遮断したときに直流遮断器１が系統から受ける電圧（直流遮断器１全体にかかる電圧）に耐えるだけの距離になったときに、半導体スイッチ２が開極される。このようにして、直流遮断器１の遮断動作は完了する。
【００２１】
上述のように、真空遮断器４の真空バルブの接点間の耐電圧は、半導体スイッチ２のオン電圧（数１００Ｖ）を超える程度の電圧に耐えることができればよいので、真空バルブとして、電圧階級が小さく接点間方向の沿面距離が短い、小さいサイズの真空バルブを適用することができる。
【００２２】
真空遮断器は、図２に示すように、円筒構造の密閉容器１１の内部に支持絶縁物１２によって真空遮断部１３が保持されており、密閉容器１１の中心軸と真空遮断部１３の中心軸とは同軸であるのが一般的である。ここで、円筒状の密閉容器の中に同軸でこの密閉容器より径が小さい円筒構造の中心円筒体が配置された構成について説明する。
【００２３】
密閉容器の半径をＲ、中心円筒体の半径をｒ、密閉容器と中心円筒体との間の電位差をＸ（Ｖ）、中心円筒体の外表面の電界をＹ（Ｖ／ｍ）とすると、次の（１）式の関係が成り立つ。
【００２４】
Ｒ＝ｒ×ｅｘｐ（Ｘ／（ｒ×Ｙ））            （１）
図３は、（１）式において、ＸおよびＹを一定としたときのｒとＲとの関係を示した特性図である。この図からわかるように、密閉容器と中心円筒体との間の電位差および中心円筒体の外表面の電界を一定としたとき、密閉容器の半径が最小となる中心円筒体の半径が存在する。
【００２５】
上述のような関係から、系統の電圧（（１）式におけるＸ）が設定され、安全などの観点から決定される真空遮断部の外表面の電界（（１）式におけるＹ）が決まれば、密閉容器１１の最小の半径（（１）式におけるＲ）およびそれに対応した真空遮断部の半径（（１）式におけるｒ）を決定することができる。
【００２６】
上述のように、真空バルブは固定電極と可動電極とを備えている。この固定電極と可動電極とを電気的に絶縁するために、真空バルブは、絶縁性の円筒容器で真空容器を構成されている。そのため、真空バルブには、固定電極および可動電極と絶縁性の円筒容器との接合面が存在する。この接合面は電界が集中する部位となるため、真空バルブの外表面の電界は不均一となる。したがって、真空遮断部として露出した真空バルブを設置した場合、（１）式で決定される半径をもつ真空バルブを用いたとしても、実際には固定電極および可動電極と絶縁性の円筒容器との接合面の電界が、想定する電界（ここではＹ）よりも高くなる。そうすると、対地間絶縁（密閉容器と真空バルブとの間の絶縁）の安全性を確保するためには、密閉容器の半径を大きくする必要が生じる。
【００２７】
図４は、本実施の形態における真空遮断部の断面図である。図４に示すように、本実施の形態の真空遮断部１３は、真空バルブ２１とこの真空バルブ２１を覆う導電性の固定側シールド２２ａを備えたものである。ここで、固定側シールド２２ａは、真空バルブ２１と同軸の円筒構造であることが好ましい。また、固定側シールド２２ａの材質としては、アルミニウムや鉄などの金属を用いることができる。
【００２８】
真空バルブ２１は、真空絶縁容器２３と真空封止金具２４とで構成される真空容器で構成されており、その内部に固定電極２５の端部に接続された固定接点、および可動電極２６の端部に接続された可動接点を備えている。固定電極２５は、固定側導体１５に電気的に接続されており、この固定側導体１５を介して、主回路導体１７に接続されている。固定側導体１５は、支持絶縁物１２に接続されており、この支持絶縁物１２によって真空遮断部１３が密閉容器１１の内部に固定されている。可動電極２６は、可動側導体１６に電気的に接続されており、この可動側導体１６を介して絶縁操作ロッド２７に接続されている。また、可動側導体１６は、自在に動くシャント２８を介して、主回路導体１７とは別の主回路導体１８に接続されている。シャント２８は、薄板の金属を複数枚重ね合わせて、収縮および伸長できる構造である。固定側シールド２２ａは、真空絶縁容器２３、真空封し金具２４、固体電極２５および可動電極２６を覆う円筒状の構造体であり、固定側導体１５に電気的に接続されている。
【００２９】
ここで、円筒形状の固定側シールド２２ａの半径は、系統の電圧および安全などの観点から決定される真空バルブの外表面の電界に基づいて、（１）式で決定される真空遮断部の半径（ｒ）とする。したがって、固定側シールド２２ａの内部に設置される真空バルブ２１の半径は、ｒより小さい。
【００３０】
このように構成された真空バルブにおいては、固定側シールド２２ａは固定側導体１５の電位と同じ均一な電位となるため、高い電位となる部位が存在せず、真空遮断部の部分放電性能の低下を防ぐことができる。同時に、密閉容器の半径を大きくする必要がなく、小型で外表面の電界緩和性能の高い真空遮断器が得られる。
【００３１】
なお、真空バルブの半径が、系統の電圧および安全などの観点から決定される真空バルブの外表面の電界に基づいて決定される半径より小さくなるが、真空バルブの接点間の耐電圧は、直流遮断器の半導体スイッチのオン電圧を超える程度の電圧に耐えることができればよいので問題はない。
【００３２】
また、固定側シールド２２ａは、固定側導体に電気的に接続されているが、主回路導体１７、１８を流れる電流の経路とはならない。そのため、固定側シールド２２ａは、主回路導体を流れる電流によって作用する力に耐える必要がない。そのため、固定側シールド２２ａの肉厚を厚くしたり、大型化したりする必要もない。
【００３３】
なお、本実施の形態にける真空遮断器は、固定側導体１５に電気的に接続された固定側シールド２２ａを備えているが、それに替えてシールドの形状は同じで可動側導体１６に電気的に接続された可動側シールドを備えていてもよい。
【００３４】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２における真空遮断部の断面図である。図５に示すように、本実施の形態の真空遮断部の基本構成は、実施の形態１の図４に示したものと同様であるが、円筒状の固定側シールド２２ａの軸方向の長さが延長されている点が異なっている。本実施の形態の固定側シールド２２ａは、可動側導体１６およびシャント２８まで覆う構造である。
【００３５】
このように構成された真空遮断部においては、固定側シールド２２ａは固定側導体１５の電位と同じ均一な電位となるため、高い電位となる部位が存在せず、真空遮断部の部分放電性能の低下を防ぐことができる。同時に、密閉容器の半径を大きくする必要がなく、小型で外表面の電界緩和性能の高い真空遮断器が得られる。
【００３６】
また、シャント２８は、薄板の金属を複数枚重ね合わせた構造であるため、エッジ部ができやすく、このエッジ部で電界集中が起こり易い。本実施の形態のように、固定側シールド２２ａで可動側導体１６およびシャント２８まで覆われていると、シャント２８での電界を緩和することができる。
【００３７】
なお、固定側シールド２２ａをシャント２８まで覆うように軸方向の長さを延長すると、固定側シールド２２ａの端部が主回路導体１８に近接するため、固定側シールド２２ａの端部と主回路導体１８との間の絶縁性が懸念される。しかしながら、固定側シールド２２ａと主回路導体１８との電位差を考慮すると、固定側シールド２２ａの端部と主回路導体１８との距離は、遮断時に数１００Ｖの電位差に耐えられるだけの絶縁距離であればよい。
【００３８】
また、本実施の形態にける真空遮断器は、固定側導体１５に電気的に接続された固定側シールド２２ａを備えているが、それに替えてシールドの形状は同じで可動側導体１６に電気的に接続された可動側シールドを備えていてもよい。可動側導体１６に電気的に接続された可動側シールドを用いる場合、この可動側シールドはシャント２８を覆うと共に、円筒状の軸方向の長さを延長し、固定側導体１５まで覆う構造とすればよい。
【００３９】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３の真空遮断部における固定側シールドの端部の断面図である。本実施の形態における真空遮断部の基本構造は、実施の形態１および実施の形態２に示した真空遮断部の構造と同様である。
【００４０】
図６に示すように、本実施の形態においては、固定側シールド２２ａの主要部の厚さをｔとすると、固定側シールド２２ａの先端部の断面形状をｔの２分の１以上の曲率半径をもつ半球状の形状としたものである。
【００４１】
図６において、固定側シールド２２ａの上方に接地電位である密閉容器の内壁が近接しているため、固定側シールド２２ａの先端部に電界が集中する。本実施の形態のように、固定側シールド２２ａの先端部の断面形状をｔの２分の１以上の曲率半径をもつ半球状の形状とすることによって、先端部への電界集中が抑制され、さらに絶縁信頼性の高い真空遮断器を提供できる。
【００４２】
なお、固定側シールド２２ａの先端部の断面形状をｔの２分の１より小さい曲率半径をもつ半球状の形状とすると、その先端部は固定側シールド２２ａの主要部よりも尖った形状となるため、電界集中を抑制することができなくなる。
【００４３】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４における真空遮断部の断面図である。図７に示すように、本実施の形態の真空遮断部の基本構成は、実施の形態１の図４に示したものと同様であるが、円筒状の固定側シールド２２ａの外表面に絶縁性の被膜２９を形成した点が異なっている。絶縁性の被膜２９としては、例えばエポキシ樹脂、フッ素樹脂などの樹脂で構成されている。この場合、樹脂の被膜の膜厚は、数１０μｍから数ｍｍであることが好ましい。また、固定側シールド２２ａの材質としてアルミニウムを用いた場合、アルミニウムを陽極酸化してアルミニウム表面をアルマイト処理することにより、固定側シールド２２ａの外表面に絶縁性の被膜２９を形成してもよい。
【００４４】
一般に、高電圧で使用される電力機器においては、高電界が印加される電極の面積あるいは体積が増加するにつれて、絶縁破壊の起点となる弱点が確率的に増加し、絶縁破壊電界が低下する傾向にある。このような特性は、いわゆる面積効果あるいは体積効果と呼ばれている。
【００４５】
本実施の形態の真空遮断器においては、固定側シールド２２ａの高電圧が印加される外表面に絶縁性の被覆が形成されているので、面積効果を抑制することができ、被覆がないときと比較して、耐電圧性能を１０〜１５％向上させることができる。
【００４６】
実施の形態５．
図８は、実施の形態５における真空遮断部の断面図である。図８に示すように、本実施の形態の真空遮断部の基本構成は、実施の形態１の図４に示したものと同様であるが、本実施の形態における真空遮断部は、固定側導体に電気的に接続された固定側シールドと可動側導体に接続された可動側シールドとの両方を備えたものである。
【００４７】
図８において、固定側導体１５に接続された固定側シールド２２ａは、実施の形態１の図４で示した固定側シールド２２ａと同様である。本実施の形態における真空遮断部は、可動側導体１６に接続された可動側シールド２２ｂをさらに備えている。固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂはそれぞれ円筒状であり、その開口部が対向されて配置されている。固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂとが対向する位置での最近接距離は、真空バルブの開極時に固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂとの間に印加される電位差において放電が発生しない距離に設定されている。
【００４８】
ここで、真空遮断器４の内部の絶縁性ガスの環境において、電子の衝突電離係数αとし、電子の電子付着係数をηとすると、実効電離係数は、α−ηで表される。一般に、この実効電離係数がセロより大きいと放電が発生しやすくなると考えられている。したがって、固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂとが対向する位置での最近接距離は、真空バルブの開極時に固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂとの間に印加される電位差において実効電離係数がゼロ以下となる距離に設定されている。
【００４９】
このように構成された真空遮断部においては、固定側シールド２２ａは固定側導体１５の電位と同じ均一な電位となり、可動側シールド２２ｂは可動側導体１６の電位と同じ均一な電位となるため、高い電位となる部位が存在せず、真空遮断部の部分放電性能の低下を防ぐことができる。同時に、密閉容器の半径を大きくする必要がなく、小型で外表面の電界緩和性能の高い真空遮断器が得られる。
【００５０】
なお、本実施の形態における真空遮断器においては、図８に示したように、可動側シールド２２ｂは可動側導体１６に直接接続されている。この場合、可動側シールド２２ｂは、可動導体１６の移動に伴って移動することになり、固定側シールド２２ａとの距離が変化する。固定側シールド２２ａと可動側シールド２２ｂとの間隔を一定にするために、可動側シールド２２ｂと可動導体１６とをシャント２８のような収縮および伸長できる導体で接続し、可動側シールド２２ｂを固定した構造としてもよい。このように構成すると、可動側シールド２２ｂは常に静止しているので、可動側シールド２２ｂには移動に耐える機械的強度は必要なく、可動側シールド２２ｂの構造を簡素にすることができる。
【００５１】
また、実施の形態２で述べたようにシャント２８は電界が集中しやすい構造であるが、本実施の形態のように、シャント２８と同電位である可動側シールド２２ｂをシャント２８の近傍に配置しているのでシャント２８に集中する電界を緩和することできる。なお、可動側シールド２２ｂはシャント２８を覆う構造でもよい。このような構造であれば、シャント２８の電界集中を大幅に緩和することが可能である。
【００５２】
なお、実施の形態３で説明したように、固定側シールド２２ａの主要部の厚さをｔ１とすると、固定側シールド２２ａの先端部の断面形状をｔ１の２分の１以上の曲率半径をもつ半球状の形状とし、可動側シールド２２ｂの主要部の厚さをｔ２とすると、可動側シールド２２ｂの先端部の断面形状をｔ２の２分の１以上の曲率半径をもつ半球状の形状とすることが好ましい。このように構成すると、固定側シールドおよび可動側シールドの先端部への電界集中が抑制され、さらに絶縁信頼性の高い真空遮断器を提供できる。
【００５３】
さらに、実施の形態４で説明したように、円筒状の固定側シールド２２ａおよび可動側シールド２２ｂの外表面に絶縁性の被膜を形成することが好ましい。このように構成すると、固定側シールド２２ａおよび可動側シールド２２ｂの高電圧が印加される外表面に絶縁性の被覆が形成されているので、面積効果を抑制することができ、被覆がないときと比較して、耐電圧性能を１０〜１５％向上させることができる。
【００５４】
実施の形態１で説明した固定側導体または可動側導体のどちらか一方にシールドを配置する構造では、シールド先端とシールドが接続されていない主回路導体との絶縁距離を考慮する必要がある。本実施の形態のように固定側導体および可動側導体の両方にシールドを備えた構造であれば、シールド間の最近接距離の絶縁のみを考慮すればよく、他の部位の絶縁性能についてはあまり考慮する必要がない。その結果、装置全体の設計の自由度が向上すると共に、より絶縁信頼性の高い真空遮断器を提供できる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態１〜５において、図１に示した直流遮断器として半導体スイッチ２を含む構成である場合について説明したが、半導体スイッチ２がない場合の直流遮断器であっても実施の形態１〜５の真空遮断器を適用することは可能である。その場合、真空バルブの開極時に固定側導体と可動側導体との間に発生する電位差は数１００Vではなく、系統電圧程度の電位差（最大約数万Ｖ）が発生する場合もあるが、固定側シールドと可動導体との距離、可動側シールドと固定側導体との距離あるいは固定側シールドと可動側シールドとの距離をその電位差で絶縁可能な距離とすれば、実施の形態１〜５の真空遮断器を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  直流遮断器、  ２  半導体スイッチ、  ３  ガス断路器、４  真空遮断器
５  強制転流回路、  ６  コンデンサ、７  リアクトル、  ８  投入スイッチ
９  避雷器、  １１  密閉容器、  １２  支持絶縁物、  １３  真空遮断部
１５  固定側導体、  １６  可動側導体、  １７、１８  主回路導体
２１  真空バルブ、  ２２ａ  固定側シールド、  ２２ｂ  可動側シールド
２３  真空絶縁容器、  ２４  真空封止金具、  ２５  固定電極
２６  可動電極、  ２７  絶縁操作ロッド、  ２８  シャント、  ２９  被膜
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月11日(2016.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空バルブと、
前記真空バルブの固定電極に電気的に接続された固定側導体と、
前記真空バルブの可動電極に電気的に接続された可動側導体と、
前記固定側導体に電気的に接続され、前記真空バルブを覆う固定側シールド、および、前記可動側導体に電気的に接続され、前記真空バルブを覆う可動側シールド、の少なくとも一方と、
前記真空バルブ、前記固定側導体、前記可動側導体、前記固定側シールドおよび前記可動側シールドを密閉し、内部が絶縁性ガスで充填された密閉容器と、
前記固定側導体および前記可動側導体にそれぞれ電気的に接続され、前記密閉容器の外部に導出される主回路導体とを備え、
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドのどちらか一方を備えた場合、
前記固定側シールドは、前記可動側導体の一部を覆い、
前記可動側シールドは、前記固定側導体の一部を覆い、
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドの両方を備えた場合、
前記固定側シールドと前記可動側シールドとの最近接距離は、前記真空バルブの開極時に前記固定側シールドと前記可動側シールドとの間に発生する電位差において実効電離係数がゼロ以下となる距離である、真空遮断器。
【請求項２】
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドは、前記真空バルブと同軸の円筒構造である、請求項１に記載の真空遮断器。
【請求項３】
前記固定側シールドの先端部の断面形状および前記可動側シールドの先端部の断面形状は、前記固定側シールドおよび前記可動側シールドそれぞれの主要部の厚みの２分の１以上の曲率半径をもつ形状である、請求項２に記載の真空遮断器。
【請求項４】
前記固定側シールドの外表面および前記可動側シールドの外表面は、絶縁性の被膜で覆われている、請求項１から３のいずれか１項に記載の真空遮断器。
【請求項５】
直流系統の主回路上に設けられた半導体スイッチと、
前記半導体スイッチに並列に接続された断路器および真空遮断器と、
前記真空遮断器に並列に接続された強制転流回路と
を備えた直流遮断器であって、
前記真空遮断器は、請求項１〜４のいずれか１項に記載された真空遮断器である、直流遮断器。
【国際調査報告】
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