(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、電源回路から前記外側電極または内側電極に電圧を印加し、前記空間内の残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
【請求項２】
接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記内側電極に電源回路から電圧を印加し、該内側電極から電子を放出させ、該内側電極の径方向の電界と該内側電極の長手方向の磁界によって該電子を内側電極の周囲を回転させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
【請求項３】
接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記外側電極に電源回路から電圧を印加し、該外側電極から電子を放出させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空圧力検出用の測定装置を備えた真空絶縁開閉装置の真空圧力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空バルブの遮断性能および耐電圧性能は真空圧力が１０-4Torr以下になると急激に低下する。真空圧力変動の原因には、真空容器の亀裂発生による真空漏れは勿論のこと、金属・絶縁物に吸着していた気体分子の放出、さらには雰囲気ガスの透過などがある。真空バルブの高電圧化に伴って真空容器が大型化すると、吸着ガスの放出，雰囲気ガスの透過が無視できなくなる。また、特開平9−     153320号記載の絶縁開閉装置のように、単一真空バルブ内に遮断器・遮路器・接地開閉器を集積した構造では、負荷あるいは開閉装置本体を保守・点検する作業者の安全を確保する上で、操作時の真空圧力チェック機能、あるいは圧力の常時監視機能を付加することが望まれる。
【０００３】
これまで、真空圧力検出装置を備えた真空バルブには、電離真空計を取り付けたもの、真空容器内に設けた微小ギャップに電圧を印加し放電して真空度を検出するもの、マグネトロン端子を備えたものなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、主回路と測定端子間の絶縁を考慮したとき下記の問題があった。絶縁筒を用いて測定端子を主回路と切り離して構成した場合、測定端子のサイズは絶縁筒を含めると真空バルブと同程度になってしまうほど大型になる。また、測定端子で発生した電子ｅが、絶縁筒と衝突しながら、つまり２次電子を発生して電子増倍された状態で真空バルブ内部に侵入するため、真空バルブの絶縁性能が劣化する問題があった。
【０００５】
従来技術として、電源側線路と真空圧力測定素子の外側円筒電極を同電位とし、コンデンサで分圧された電圧を内側電極に印加することによって、絶縁筒を不要とし、測定端子のサイズを小型化できるが、コンデンサの対地との絶縁を考慮すると結果的に装置が大型化し、さらに主回路の電圧変動（例えば、サージ電圧など）の影響を受けるという問題があった。また、測定素子が電源側線路と同電位となっているため、測定器、あるいは警告ランプ４２，警音などを発するためのリレー回路への伝送に絶縁トランスや光伝送を必要とするため、システム全体が複雑化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、その目的とするところは、簡単な構成で信頼性が向上した真空圧力監視・測定を行うことができる真空絶縁開閉装置の真空測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、電源回路から前記外側電極または内側電極に電圧を印加し、前記空間内の残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の真空測定方法とすることによって所期の目的を達成するようにしたものである。
【０００８】
また本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記内側電極に電源回路から電圧を印加し、該内側電極から電子を放出させ、該内側電極の径方向の電界と該内側電極の長手方向の磁界によって該電子を内側電極の周囲を回転させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の測定方法としたことを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第１のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第２のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記外側電極に電源回路から電圧を印加し、該外側電極から電子を放出させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の真空測定方法としたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１ないし図１５を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を説明する。図１には真空バルブ１、およびそれに取り付けた真空圧力測定端子３０の断面が示されている。図１２には可動導体２１を主軸２０に取り付けて、回転自在に構成した絶縁開閉装置が示されている。
【００１３】
接地した金属容器２の周囲に２つのブッシング３，４を設け、真空バルブ１を構成する。真空バルブ１の内部に、接離自在な固定電極５と可動電極６を配置し、両者を接離させることによって投入および遮断を行う。ブッシング３の導体には固定電極５を固定し、ブッシング４の導体には可動電極６から延びたフレキシブル導体８を接続する。本実施例の真空バルブ１では、ブッシング３導体−固定電極５−可動電極６−フレキシブル導体８−ブッシング４導体の経路で電流が流れる。可動電極６は絶縁ロッド９と接続し、絶縁ロッド９はベローズ１０を介して金属容器２に固定される。符号１１はアークシールドを表し、遮断時にアークＡが金属容器２に触れて生じる地絡事故を回避するためのものである。
【００１４】
次に、図１３を用いて真空バルブ１の動作について説明する。図１３は、真空バルブ１の可動電極６を操作機構２５で操作する開閉装置を示している。符号
１３０は遮断バネであり、蓄勢された絶縁部１３１を個別に設けたトリップ機構で開放して駆動力を発生し、駆動力はシャフト２２を通じて絶縁ロッド９に伝達される。その結果、絶縁ロッド９は上下方向に駆動され、固定電極５と可動電極６が開閉する。
【００１５】
符号３０はマグネトロン方式の測定端子を示し、金属容器２の側面に取り付ける。測定端子３０の構造を図３に示す。測定端子３０は、同軸電極３２と、その周囲に配置した磁界発生用のコイル３６で構成する。同軸電極３２は円筒形の外側電極３３とそれを貫通する内側電極３４からなり、両者は絶縁部３１で絶縁される。なお、図４のようにコイル３６の代わりにリング状の永久磁石３７を用いてもよい。永久磁石３７のＮ極とＳ極を逆にしても同様の性能が得られる。
【００１６】
図３を用いて測定端子３０の動作について説明する。電源回路４０によって内側電極３４に負の直流電圧を印加する。印加する電圧は、交流電圧、あるいはパルス状の電圧であってもよい。内側電極３４から放出された電子ｅは、電界Ｅとコイル３６で印加した磁界Ｂによってローレンツ力を受け、内側電極３４の周囲を回転運動する。回転運動する電子ｅは残留ガスを衝突電離させ、発生した陽イオンＩが内側電極３４に流れ込む。このイオン電流ｊは残留ガス量、すなわち圧力に依存するため、抵抗Ｒの両端に発生する電圧Ｖによって圧力を測定できる。圧力を常時監視する場合には、抵抗Ｒの両端の電圧Ｖによってリレーを動作させ、警報ランプを点灯、あるいは警音を発生させればよい。なお、図１４のグラフに示すように、真空バルブ１の遮断性能および絶縁性能は圧力Ｐが１０-4Torr以上になると急激に低下する。本実施例で示した真空圧力測定端子３０は、１０-6Torr程度まで識別可能であり、真空圧力監視として十分有効である。
【００１７】
次に本実施例の効果について説明する。接地した金属容器２に測定端子３０を取り付けたため、測定端子３０の電源回路４０を主回路１３と分離できる。それゆえ、主回路１３からのサージによる誤動作がなくなって信頼性が向上する。また、抵抗Ｒから直接測定器、あるいはリレー回路に伝送できるため、測定システムは小型で、簡素化できる。さらに本発明では、測定端子３０を直接金属容器２に接続したため、絶縁筒を介して測定端子を取り付けていた従来方法と比べて、真空バルブ１内に侵入する電子の数が少なく、真空バルブ１の遮断性能および絶縁性能の低下を回避できる利点もある。
【００１８】
図５にセラミックのメタライズ部を電子放出に利用したマグネトロンの例を示す。同軸電極３２の外側電極３３をマイナス極，中心電極をプラス極にする。図４の場合とは逆極性となる。外側電極３３とセラミック３１を接続するためにセラミック３１に施した薄肉のメタライズ部４３は、電界が強く電子放出係数が高い。このため、マグネトロン３０の感度が向上する。
【００１９】
なお、測定端子３０を取り付ける位置は、図６に示すようにアークシールド  １１の外側に取り付けるのがよい。遮断時に電極から放出される金属粒子，電子、およびイオンが、測定端子３０内に入射することなく、信頼性が維持できるためである。また、図７のように真空バルブ１内にシールド１２を個別に設けてもよい。この場合、電極からコイル３６を遠ざけることができ、磁界による遮断性能の低下を回避できる。ところで、コイル３６は常時備えておくのではなく、圧力測定時にのみ取り付けるようにして、磁界の遮断に対する影響をなくしてもよい。
【００２０】
さらに、マグネトロン端子だけでなく、電離真空計端子，放電ギャップ測定端子などの測定端子に対しても本発明が適用できる。いずれも接地した金属容器２に取り付けることにより、測定系と主回路を分離できるため測定の信頼性が向上する。
【００２１】
（実施例２）
本発明の第２の実施例について図２を用いて説明する。本実施例は図１に示す測定端子３０を真空バルブ１の金属容器２に絶縁物５０を介して取り付けたものである。
【００２２】
絶縁物５０の厚みが大きい場合は、センサから出た電子が絶縁物と衝突を繰り返して、２次電子倍増された状態で真空容器内に入ってくるので絶縁性能が低下する。絶縁物の厚みは２ないし３mmが好ましい。
【００２３】
本実施例では、本体と測定系を分離することによって、本体から発生するサージ電流などの影響を受けて測定系が誤動作するのを防止できる。
【００２４】
（実施例３）
本発明の第３の実施例について図８を用いて説明する。本実施例は、図７に示す測定端子３０を、実施例１で示した真空バルブ１の金属容器２に取り付けたものである。測定端子３０は、外側電極３３，内側電極３４、さらに内側電極３４と対向して設けた外側電極３３と同電位の第３の電極３９で構成される。これにより、内側電極３４の先端から放出された電子ｅが電極３９に補足され、真空バルブ内部への電子ｅの進入が低減され、真空バルブ１の絶縁性能の低下を回避できる。なお、図９のように、金属容器２に穴１５を設けて、その上に同軸電極  ３２を取り付けても同様の効果が得られる。
【００２５】
さらに、図１０のように金属容器２に外側電極３３の内側より小さい穴５１を設ける。内側電極３４の先端から放出された電子ｅ２は電界Ｅと磁界Ｂによって生じるローレンツ力を受けて、螺旋状の軌跡４４を描きながら金属容器２に達する。電子ｅ２が軌跡４４を描く途中で残留ガスと衝突を繰り返すと、イオン電流ｊが流れる。電子ｅ１による電流に加えて、電子ｅ２の効果が生じるため、感度が向上する。
【００２６】
（実施例４）
本発明の第４の実施例について図９を用いて説明する。本実施例は、図１１に示す測定端子３０を、実施例１で示した真空バルブ１の金属容器２に取り付けたものである。本実施例の測定端子３０は、コップ型のセラミック５１の内側面に施した金属メッキ５２を外部電極としたものである。実施例１あるいは２では、図３のように絶縁部３１と外側電極３３を個別に製作したが、本実施例では単一部品として製作できるため、部品数，ろう付け個所が削減できる。
【００２７】
（実施例５）
本発明の第５の実施例について説明する。図１１に先の実施例と同時に示した。本実施例は、図１１に示す測定端子３０を、実施例１で示した真空バルブ１の金属容器２に取り付けたものである。本実施例の測定端子３０は、内側電極３４にネジ部を設けて内側電極３４表面の局所的な電界を増強し、内側電極３４からの電子放出量を増大して測定感度を向上させたものである。勿論、内側電極３４に何らかの突起部を設けても同様の効果が得られる。
【００２８】
（実施例６）
本発明の第６の実施例について図１５を用いて説明する。測定端子３０は、図１に示した実施例１と同様に金属容器２の側面に取り付けてある。本実施例では、絶縁抵抗測定器のメガー４１を用いて、測定端子３０に印加する直流電圧の発生およびイオン電流の計測を行う。メガー４１は、絶縁物に対して数ｋＶの直流電圧を印加し、漏れ電流を検知してＭΩレベルの抵抗値を測定するハンディタイプの測定器であり、高電圧機器の保守・管理者が通常所有している計測器の一つである。メガー４１の電圧端子４２を測定端子３０の同軸電極３２に接続し、電圧Ｖを印加して抵抗値Ｒを測定する。電圧Ｖと抵抗値Ｒで決まる漏れ電流Ｉ＝Ｖ／Ｒは、圧力Ｐに依存するイオン電流ｊに相当する。したがって、あらかじめ抵抗値Ｒと圧力Ｐの関係を求めておけばメガーによって圧力が簡単に測定できる。圧力測定用として特別に電源を用意する必要はなく、安価で容易に圧力測定が実現できる。
【００２９】
（実施例７）
本発明の第７の実施例について説明する。本実施例は、測定端子３０で発生する磁界Ｂを真空バルブ１内に侵入させないための方策である。構成は図１に示した実施例１と同一である。本実施例は、図１の金属容器２をモネル（Ｃｕ−Ｎｉ合金）などの磁性体で製作したものであり、測定端子３０で発生する磁界を金属容器２で遮蔽して、侵入磁界による遮断性能の低下を回避する。
【００３０】
なお本発明は、図１２の回転動作型真空バルブにも適用できる。主軸２０を支点に可動電極６を回動させて、固定電極５と接離する。固定電極５は絶縁筒16Ａで、可動電極６は絶縁筒１６Ｂで、接地した金属容器２と絶縁する。なお、本実施例では、穴１５を付加してあり、可動電極６が閉位置Ｙ１，切位置Ｙ２、および雷などで絶縁破壊しない断路位置Ｙ３、さらに接地位置Ｙ４の４つの位置に停止するようにすることで、遮断器，断路器，接地開閉器を集積した小型の開閉装置となる。断路器としての機能を有する真空バルブ１に本発明の真空圧力測定端子３０を付加したことにより、保守点検時の作業者の安全性が確保でき、開閉装置の信頼性を向上できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空圧力監視・測定の信頼性が向上し、その結果安全性の高い真空絶縁開閉装置の真空度測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である真空バルブおよび真空圧力測定端子の模式図である。
【図２】本発明の実施例である真空バルブおよび真空圧力測定端子の模式図である。
【図３】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた真空圧力測定端子の側断面図である。
【図４】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図５】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図６】本発明の実施例である真空バルブの側断面図である。
【図７】本発明の実施例である真空バルブの側断面図である。
【図８】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図９】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図１０】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図１１】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例を示す側断面図である。
【図１３】本発明の実施例である絶縁開閉装置図である。
【図１４】圧力Ｐと遮断性能・耐電圧性能の関係を表した特性図である。
【図１５】本発明の他の実施例である真空圧力の測定方法を表した模式図である。
【符号の説明】
１…真空バルブ、２…金属容器、３，４…ブッシング、５…固定電極、６…可動電極、９…絶縁ロッド、１０…ベローズ、１５…穴、１６…絶縁筒、２０…主軸、２５…操作機構、３０…真空圧力測定端子、３２…同軸電極、３３…外側電極、３４…内側電極、３６…コイル、３７…永久磁石、４０…電源回路、４１…メガー、５０…絶縁物、Ｂ…磁界、Ｅ…電界、Ｐ…圧力、Ｒ…抵抗、Ｖ…電圧、ｅ…電子。
【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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【図１４】
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【図１５】
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