真空开关装置 【技术领域】
本发明涉及真空开关装置，特别是涉及备有收放在真空容器内的数个开关，适合于用作电力系统的配电设备的真空开关装置。
背景技术
在电力系统中的配电系统上设有作为配电设备的一个要素的开关装置。原来，作为这种开关装置多采用的是空气绝缘的方式，为了力求小型化，作为绝缘介质，采用了用了SF6气体的气体绝缘方式的绝缘介质。然而，由于用SF6气体作为绝缘介质有可能会对环境造成不良影响，近年来，提出了用真空绝缘的真空绝缘方式的方案。
作为真空绝缘方式的开关装置，例如，在真空容器内收放有数对固定电极和可动电极相互面对而配置的主电路开关，可动电极连接在母线侧导体上，固定电极连接在负荷侧导体上，各主电路开关都以弧形屏蔽层覆盖，各母线侧导体介由可弯曲导体被连接而构成(参照专利文献1，特开2000-268685号公报，第3页～第6页，图1～图3)。
采用这种开关装置，由于采用了真空绝缘方式，能够使绝缘距离比气体绝缘方式的绝缘距离更短，从而能够使开关装置小型化。
在上述原有技术中，由于各母线侧导体介由可挠性导体(可弯曲导体)而连接，而可挠性导体由单一板材构成，从而难以降低用来操作可动电极的操作器的操作力。
对此，为了降低操作器的操作力，尝试了用数个导电性板材或数根导电线绞线来构成可挠性导体。但是，在用数个导电性板材或数根导电线绞线来构成可挠性导体的场合，在可挠性导体因来自操作器的操作力而变形时，会因金属间地磨擦而产生磨粉。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种真空开关装置，该真空开关装置防止在降低操作器的操作力之际伴随着金属间的磨擦磨粉在真空容器内扩散。
为了实现上述发明目的，本发明的真空开关装置备有：为接地对象的外部真空容器；数个收放在上述外部真空容器内的内部真空容器；被固定在可动电极杆上的可动电极和被固定在固定电极杆上的固定电极相互面对并且分别分开配置在上述数个内部真空容器内的数个开关；使上述数个开关的可动电极杆相互连接起来的可弯曲导体(可挠性导体)，上述可弯曲导体由长度不同的数个导电性板材构成，上述数个导电性板材相互隔离而层叠起来。
在构成上述真空开关装置之际，可以用数根导电性绞线代替数个导电性板材。另外，在以数个导电性板材构成可弯曲导体的场合，采用在连接各导电性板块和各可动电极杆的连接部插入隔离层的结构的话，作为数个导电性板材，不管长度各异或者长度相同，都能够在各导电性板材之间插入各隔离板而相互隔离并层叠起来。
另外，在以数根导电性绞线构成的场合，能够采用安装以密封状态覆盖数个导电性绞线周围之中各可动电极杆之间的区域的筒状波纹管结构。该场合，能够在波纹管上形成排气孔，设定波纹管内的真空度比外部真空容器内的真空度更低。
另外，在层叠数个导电性板材来构成可弯曲导体的场合，能够代替上述筒状波纹管而采用覆盖住数个导电性板材周围之中数个导电性板材和各可动电极杆的连接部的下侧区域的半切割状波纹管，或者采用覆盖住数个导电性板材之中除去各可动电极杆之间的中间部之外的区域的下部区域的导水槽状屏蔽板。
采用上述装置，即使可弯曲导体因来自操作器的操作力而变形，由于在各导电性板材之间形成间隙，所以减少了金属间的磨擦，能够防止磨粉在真空容器内飞散。另外，通过在可弯曲导体上安装波纹管或屏蔽板，即使可弯曲导体产生磨粉，也能够防止磨粉等异物扩散到真空容器内。
【附图说明】
图1表示本发明第1实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图2(a)是可弯曲导体的主视图；(b)是可弯曲导体的主要部位放大的主视图；(c)是可弯曲导体的俯视图。
图3表示本发明第2实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图4(a)是可弯曲导体的主要部位的放大图；(b)是可弯曲导体的主视图；(c)是可弯曲导体的主视图；(d)是隔离板的主视图。
图5表示本发明第3实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图6(a)是可弯曲导体的主要部位的放大图；(b)是可弯曲导体的主视图；(c)是可弯曲导体的俯视图；(d)是隔离板的主视图。
图7表示本发明第4实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图8(a)是可弯曲导体的主视图；(b)是沿(a)所示的A-A线的截面图；(c)是沿(a)所示的B-B线的截面图。
图9表示本发明第5实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图10(a)是导水槽状的屏蔽板的俯视图；(b)是主视图；(c)是侧视图。
图11表示本发明第6实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图12是圆筒状波纹管的构成图。
图13表示本发明第7实施例的真空开关装置的主要部位截面的主视图。
图14(a)是波纹管的构成图；(b)是波纹管的主要部位的放大图。
图15(a)是以单块铜板构成可弯曲导体时的构成图；(b)是以两块铜板构成可弯曲导体时的构成图。
图16(a)是表示可弯曲导体的其它实施例的构成图；(b)是铜板的俯视图；(c)是不锈钢板的俯视图；(d)是安装在铜板上的不锈钢板的俯视图；(e)是铜板和不锈钢板的截面图。
【具体实施方式】
以下基于附图对本发明的一个实施例进行说明。图1表示本发明的真空开关装置的一个实施例的主要部位截面的主视图。图1中，作为配电系统中配电设备的一个要素，真空开关装置备置有不锈钢制的外部真空容器10而构成。外部真空容器10备有上部板材12和下部板材14以及侧部板块16，通过焊接使各板材的周围(边缘)相互接合，同时与设备主体一起接地。
在上部板块12上形成有通孔18、20、22，在各通孔18、20、22的边缘固定有覆盖住各通孔18、20、22的环状基座24、26、28。于是，在形成于各基座24、26、28中央的圆形空间部插入有可自由往复运动(上下运动)的圆柱状可动电极杆30、32、34。即，各通孔18、20、22被基座24、26、28、可动电极杆30、32、34所闭塞。
可动电极杆30、32、34在轴向的端部(上部)连接在设置于外部真空容器10外部的操作器(电磁操作器)上。另外，在上部板材12的下侧，沿各通孔18、20、22的边缘配置有自由往复运动(上下运动)的波纹管36、38、40，各波纹管36、38、40其轴向的一端固定在上部板块12的下侧，轴向的另一端安装在可动电极杆30、32、34的外周面上。即，为了做成外部真空容器10的密封结构，沿各可动电极杆30、32、34的轴向将波纹管36、38、40配置在各通孔18、20、22的边缘。另外，排气管(省略图示)连接在上部板块12上，通过该排气管使外部真空容器10内被排气抽真空。
另一方面，在下部板块14上形成有通孔42、44、46，在各通孔42、44、46的边缘固定有覆盖住各通孔42、44、46的绝缘性套管48、50、52。在各套管48、50、52的底部固定有环状的绝缘性底座54、56、58。于是，圆柱状的固定电极杆60、62、64被插入在各底座54、56、58中央的圆形空间部。即，形成于下部板块14的通孔42、44、46被各套管48、50、52、底座54、56、58、固定电极杆60、62、64所闭塞。并且，配置于外部真空容器10外部的电缆(配电线)连接在固定电极杆60、62、64沿轴向的一端。
形成为构成开关的断路器主体的内部真空容器70、72、74收放在外部真空容器10的内部，在各内部真空容器70、72、74中分散收放作为各开关的断路器。
内部真空容器70、72、74备置有呈圆筒状的陶瓷制绝缘屏蔽层76、78、80、82、84、86，呈碗状的不锈钢制可动电极侧金属板88、90、92，呈圆板状的不锈钢制固定电极侧金属板94、96、98而构成。并且，在各内部真空容器70、72、74内收放有波纹管106、108、110、电极屏蔽层112、114、116，同时还收放有可动电极118、120、122、固定电极124、126、128。
波纹管106、108、110沿可动电极杆30、32、34的轴向配置，其轴向的一端固定在金属板88、90、92的底部，另一端安装在可动电极杆30、32、34的外周面。电极屏蔽层112、114、116用不锈钢制成大致圆筒状，配置成覆盖住各可动电极118、120、122、固定电极124、126、128的周围，其中央部外周侧分别被绝缘性屏蔽层76和绝缘性屏蔽层78、绝缘性屏蔽层80和绝缘性屏蔽层82、绝缘性屏蔽层84和绝缘性屏蔽层86支撑。即，电极屏蔽层112、114、116配置成在电流断开时，防止从可动电极118、120、122、固定电极124、126、128产生的金属蒸气飞散到内部真空容器70、72、74的外部。另外，可动电极118、120、122分别固定在各可动电极杆30、32、34的轴向端部，固定电极124、126、128分别固定在各固定电极杆60、62、64的轴向端部。
各可动电极杆30、32、34通过具有2个弯曲部的可弯曲导体(可挠性导体)130而相互连接起来。如图2所示，该可弯曲导体130由作为在轴向具有2个弯曲部的导电性板材的数枚铜板132和不锈钢板134交互层叠起来而构成。在铜板132和不锈钢板134上形成有各通孔136、138、140，可动电极杆30插入通孔136，可动电极杆32插入通孔138，可动电极杆34插入通孔140。并且，各通孔136、138、140的周围作为与可动电极杆30、32、34的连接部而与各可动电极杆30、32、34连接。该场合，各铜板132和不锈钢板134按层叠的顺序每一枚长度各异地形成。即，各铜板132和不锈钢板134的轴向的长度按层叠顺序缩短ΔL＝0.3而形成。这样，在各铜板132和各不锈钢板134之中通孔136和通孔138之间(可动电极杆30和可动电极杆32之间)以及通孔138和通孔140之间(可动电极杆32和可动电极杆34之间)形成有各内径依次变大的弯曲部，同时还在各铜板132和各不锈钢板134之间形成有间隙，各铜板132和各不锈钢板134以相互隔离的状态层叠起来。
采用本实施例，由于用长度不同的铜板132和不锈钢板134构成在轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，使各铜板132和各不锈钢板134相互隔离而层叠起来，所以能够降低操作器的操作力，同时在可弯曲导体130因来自操作器的操作力而变形时，减少各铜板132和各不锈钢板134之间的摩擦(金属间的摩擦)，能够防止各铜板132和各不锈钢板134产生磨粉，同时，能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
其次，参照图3以及图4来说明本发明的第2实施例。本实施例将数枚长度各异的铜板132层叠起来构成沿轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时，在各铜板132的通孔136、138、140周围安装不锈钢制的隔离层142、144、146，在各铜板132之间插入隔离层142、144、146，在各铜板132之中除铜板132与各可动电极杆30、32、34的连接部以外的区域，在各铜板132之间形成有缝隙148而使各铜板132层叠起来，其它的结构与图1一样。
采用本实施例，由于用数枚长度不同的铜板132构成在轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时使各铜板132相互隔离而层叠起来，所以能够降低操作器的操作力，同时在可弯曲导体130因来自操作器的操作力而变形时，减少各铜板132之间的摩擦(金属间的摩擦)，能够防止各铜板132产生磨粉，同时，能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高信赖性。
其次，参照图5以及图6来说明本发明的第3实施例。本实施例将数枚长度相同的铜板132层叠起来构成沿轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时，在各铜板132的通孔136、138、140周围插入用不锈钢构成的环状隔离层150，在各铜板132之中除铜板132与各可动电极杆30、32、34的连接部以外的区域，在各铜板132之间形成有缝隙148，其它的结构与图1一样。
采用本实施例，由于用长度不同的铜板132构成在轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时使各铜板132相互隔离而层叠起来，所以能够降低操作器的操作力，同时在可弯曲导体130因来自操作器的操作力而变形时，减少各铜板132间的摩擦(金属间的摩擦)，能够防止各铜板132产生磨粉，同时，能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
其次，参照图7以及图8来说明本发明的第4实施例。本实施例将数枚铜板132和不锈钢板134层叠起来构成沿轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，在这些导电性板材之中除导电性板材与各可动电极杆30、32、34的连接部以外的区域，安装2个覆盖住各可动电极杆之间(各通孔之间)的中间部区域的下部区域的半切割状波纹管152，其它的结构与图1一样。还有，也可以用圆筒状的波纹管代替不锈钢制半切割状的波纹管152。
采用本实施例，由于用数枚长度不同的铜板132和不锈钢板134构成在轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时使各铜板132和各不锈钢板134相互隔离而层叠起来，并且，用半切割状波纹管152覆盖住可弯曲导体130中各可动电极杆之间(各通孔之间)的中间部区域的下部区域，所以能够降低操作器的操作力，同时在可弯曲导体130因来自操作器的操作力而变形时，减少各铜板132和各不锈钢板134之间的摩擦(金属间的摩擦)，能够防止各铜板132和各不锈钢板134产生磨粉，同时，能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
其次，参照图9以及图10来说明本发明的第5实施例。本实施例将数枚铜板132和不锈钢板134层叠起来构成沿轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，同时，在可弯曲导体130上安装覆盖住铜板132或不锈钢板134之中除各可动电极杆之间的中间部位以外的区域的下部区域的导水槽状屏蔽板154，其它的结构与图1一样。
该屏壁板154用不锈钢构成，在铜板132和不锈钢板134的通孔136、140周围安装有1块屏蔽板154，在通孔138的周围沿反方向并列安装有2块屏蔽板154。
采用本实施例，由于用数枚长度不同的铜板132和不锈钢板134构成在轴向有2个弯曲部的可弯曲导体130，使各铜板132和各不锈钢板134相互隔离而层叠起来，并且，用导水槽状的屏蔽板154覆盖住可弯曲导体130之中除各可动电极杆之间的中间部区域以外的下部区域，所以能够降低操作器的操作力，同时在可弯曲导体130因来自操作器的操作力而变形时，减少各铜板132或各不锈钢板134之间的摩擦(金属间的摩擦)，能够防止各铜板132或各不锈钢板134产生磨粉，同时，能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
其次，参照图11以及图12来说明本发明的第6实施例。本实施例用把数根铜线绞合一起构成的绞线155来构成可弯曲导体130，同时，将以密封状态覆盖住绞线155之中各可动电极杆之间(各通孔之间)的中间部位的区域的筒状波纹管156通过钎焊固定在2个可弯曲导体130上，其它的结构与图1一样。
本实施例的可弯曲导体130，对使数根铜线绞合起来构成的绞线155来说也能够采用最初在表面实施了电镀处理的绞线155。更具体地可以例如镀铬，为了确保镀铬与铜绞线的密接性，可以首先在绞线155上镀上镍，然后再镀上铬。电镀的作用是防止没有经过处理的铜绞线在真空下工作时附着，绞线155的表面处理能够根据可弯曲导体130的可动条件作最佳处理。
另外，绞线155在用于与各可动电极杆30～34连接的端部上具有通孔(与上述铜板132起同样作用的通孔136、138、140)。更具体地说，希望用具有通孔结构的端子板，绞线155的端部与具有通孔的端子板机械地或金属地结合起来。这时，通过电镀等表面处理过的绞线155和用于进行金属结合的焊料，再与具有通孔结构的端子板这三者加压并加热而一体化，就能够使接触电阻减小，从而比较合适。作为加热手段希望是电阻加热、激光、电子束、电弧等能够短时间结合的手段。这是因为焊料因毛细管现象而在绞线155的端部异常地大，约束了可弯曲导体130的活动，能够有效地防止可动应力变大。
本实施例中波纹管156内的真空压力(真空度)设定成比外部真空容器10内的真空更低。例如，使外部真空容器10内的真空压力为10-7～10-6Torr时，各波纹管156内的真空压力设定成10-1～10-5Torr。
使各波纹管156内的真空压力比外部真空容器10内的真空压力更低的话，就能够防止绞线155之中波纹管156内的绞线155附着。并且，通过使波纹管156内部的真空压力为低真空，即使万一波纹管156破损时，也能够减小对外部真空容器10内的真空压力的影响。
采用本实施例，由于用导线束径0.12(导线束直径为0.12mm)以下的绞线155构成可弯曲导体130，同时用波纹管156以密封状态覆盖绞线155之中各可动电极杆之间的中间部的区域，从而能够使操作器的操作力比上述各实施例降得更低，同时在因来自操作器的操作力使可弯曲导体130变形时，即使从绞线155产生磨粉，也能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
其次，参照图13以及图14来说明本发明的第7实施例。本实施例在波纹管156的轴向一侧形成排气孔158，在用钎焊将波纹管156的轴向两端固定到绞线155之际，介由排气孔158对波纹管156内部进行排气。其它的结构与图11和图12一样。
采用本实施例，由于用绞线155构成可弯曲导体130，同时用波纹管156以密封状态覆盖住绞线155之中各可动电极杆之间(各通孔之间)的中间区域，从而能够使操作器的操作力比上述各实施例降得更低，同时在因来自操作器的操作力使可弯曲导体130变形时，即使从绞线155产生磨粉，也能够防止磨粉飞散到外部真空容器10内。再有，能够防止因磨粉而产生的接地现象，能够提高可靠性。
另外，如图15(a)所示，在上述各实施例中作为可弯曲导体130，是由沿轴向有3个弯曲部的单块铜板160构成，能够采用使铜板160的轴向两端连接在具有通孔的连接板162、164上的结构。该场合，对铜板160进行退火，铜板160不被加工硬化，设定应力在5～7kgf以下。
另外，如图15(b)所示，也可以采用使在轴向具有5个弯曲部的铜板166、168以相互对向的状态连接在连接板162、164构成来代替铜板160。对各铜板166、168进行退火，同时设定应力在5～7kgf以下。
另外，如图16所示，能够在构成可弯曲导体130之际，用长度不同的铜板132和不锈钢板134，为防止附着的不锈钢板134仅位于滑动部，使不锈钢板134的长度比铜板132更短，使铜板132和不锈钢板134交互层叠起来，以点焊等将不锈钢板134固定在铜板132上，铆接层叠的板材之中铜板132的两端，采用在真空中加热的结构。该场合，能够通过铜板132之间的固相扩散接合使接合力进一步提高。另外，如图16(e)所示，作为铜板132和不锈钢板134，用长度相等的铜板和不锈钢板，将各铜板132和不锈钢板134交互层叠起来，同时，通过使层叠起来的各板材的截面其外周侧全体大致呈圆形的结构，就能够将数块铜板132和不锈钢板134收放在小直径的波纹管156中。
如上所述，采用本发明，能够防止磨粉等异物扩散到真空容器内。