JPH043613B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタの真空度低下検出
装置に関するものである。

Ｂ 発明の概要 本発明は、中間シールドを備えた真空インタラ
プタの真空度低下を検出する装置において、 系統線路の対地電位及び中間シールドの対地電
位を検出し、その検出信号間の波形歪分の変化を
捉えて真空度低下の有無を判定すると共に、系統
電位部材と中間シールドとの間で、真空度低下時
にしや断不能領域に至る以前で固定側又は可動側
のいずれか一方のみにて放電する真空ギヤツプを
設けて真空度低下を検出するように構成すること
によつて、 真空度低下を確実にしかも真空度がまだ高い時
点（リークの初期）で検出することができ、更に
通電中において常時真空度監視を行うことができ
るようにしたものであつて、真空度低下検出後に
あつてもしや断できるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 本来、真空インタラプタは、他の開閉器具に比
べ電気的にも機械的にも長寿命であり、保守点検
がほとんど不要である。しかし、しや断回数の増
大に伴う真空度低下に加え、非常に稀ではある
が、ベローズや気密接合部等から真空漏れして真
空度が低下することがある。真空インタラプタ
（電流しや断部）は、その真空度低下により真空
しや断器としてのしや断性能が低下し、ひいては
しや断不能に至る。したがつて、その真空度を定
期的にまたは常時点検することが要求されてい
る。しかも、真空インタラプタは、操作機構と組
立てられて真空しや断器を構成した後、通電状態
で真空度を正確かつ簡便に検査し得ることが望ま
れている。

一方、真空インタラプタの真空度と真空ギヤツ
プの放電開始電圧とは、第６図に示すように、パ
ツシエンの法則に近似した関係にある。第６図
は、横軸に真空インタラプタ内部圧力、縦軸に放
電開始電圧をとつたもので、図中実線（一部破
線）ｍは真空ギヤツプが10mmの場合の特性を示
す。第６図から判るように、真空インタラプタ内
の真空度が10^-4mmHg（13.33mPa）以下の高真空
であれば放電開始電圧は非常に高い。しかし真空
度が劣化して10^-1mmHg（13.33Pa）程度になると
500Vで閃絡してしまう。

従来のこのような法則を利用して、真空インタ
ラプタの真空度低下を検出する手段が知られてお
り、その一例を第７図、第８図に示す。

先ず第７図に示すものは中間シールドの対地電
位上昇を検出して真空度を判定しようとするもの
である。

同図において１は真空インタラプタ、２は中間
シールドであり、この中間シールド２は固定電極
棒４ａや可動電極棒４ｂ等の系統電位部材（系統
電路と同電位を有する部材）とは絶縁して設けら
れている。２１はインピーダンス、２２は検出器
であり、中間シールド２はインピーダンス２１及
び検出器２２を介して大地に接続されている。３
ａ，３ｂが補助シールド、４０はベローズ、４１
ａ，４１ｂは金属端板、４２ａ，４２ｂは電極で
ある。また４３，４４は夫々絶縁筒及び封着金具
であり、金属端板４１ａ，４１ｂと共に真空容器
を構成している。

このような構成においては、真空劣化が生じた
場合、中間シールド２と系統電位部材との間の絶
縁は破壊され、中間シールド２の電位はほぼ系統
電位まで上昇し、その結果検出器２２に電気信号
が供給され、こうして真空度低下を検出すること
ができる。

ところで真空インタラプタにあつては開極時に
おける耐電圧特性の向上を図るため、電界分布状
態が固定側と可動側とでほぼ対称となるように構
成されているが一般的である。即ち、中間シール
ド２と補助シールド３ａ，３ｂ、金属端板４１
ａ，４１ｂ等との間の真空ギヤツプは固定側と可
動側とで同一寸法ギヤツプとなつている。

このために第７図の手段では、固定側と可動側
とは先述したように対称形に構成されているの
で、ほぼ同じ真空度で中間シールド２と固定側及
び可動側の両者との間で夫々放電を生じてしま
う。従つてたとえしや断可能な真空領域で真空度
低下を検知し、操作機構（図示省略）を作動させ
て電極４２ａ，４２ｂを開極しても固定側と可動
側とは中間シールド２を介して閃絡しているの
で、結局電流をしや断することができない。

更にこのような問題点に加えて中間シールド２
のみの電位上昇にもとづく検出であるから、系統
電路の電圧変動等の影響を避けるためには、中間
シールド２の対地電位E₃がほぼ系統電位E₁にま
で上昇した時点で検出するようにしておかねばな
らない。このため真空度低下を検出した時点では
もはや定格負荷電流さえもをしや断することがで
きないほど真空度は低下しているのが現状であつ
た。

また第８図に示すものは電極４２ａ，４２ｂ間
を開き、その状態で電圧を印加すると共に電圧の
比較によつて真空度低下の有無を判定しようとす
るものである（特公昭50−114号公報参照） 即ち同図においてC_Vは開路状態の真空インタ
ラプタのキヤパシタンスC_A，C_Bは夫々固定電極
棒４ａ及び可動電極棒４ｂの対地キヤパシタンス
である。今真空インタラプタ１が開路の状態で、
これに対地電圧E_pを印加したとすると、 ａ−ｅ間の端子電圧E_aはE_a＝E_p ｂ−ｅ間の端子電圧E_bはE_b＝C_V／C_V＋C_BE_p となる。即ちE_a＞E_bである。しかし真空インタ
ラプタ１が真空不良であるとａ−ｂ間はアーク放
電となつて導通し、しかもこの場合のアーク電圧
は数10V以下で印加電圧E_pに比して十分小さいの
でE_a≒E_bとみなせる。従つて真空インタラプタ
開路のときにE_a＞E_bなら正常であり、E_a≒E_bな
ら真空不良であると判定できる。尚実際には安全
性等の点から各端子電圧はコンデンサ分圧器で測
定するようにしている。

しかしながらこのような手段では、開極状態で
検出を行つているため通電中の常時真空度監視が
できないという問題点がある。

ところで、第７図と第８図との技術を合せた状
態、すなわち、第７図において中間シールドの電
位のみでなく、系統電位を考慮して、中間シール
ド電位と系統電位との両者に基づき、真空度を判
定することを試みた。

つまり、系統電位を考慮してこれを基準にして
中間シールド電位を検出することによつて、電圧
変動の悪影響をなくそうとするものである。

しかしながらこのようなことによつても、第７
図に示す手段の場合と同様な問題が生じた。即ち
固定側と可動側とが対称形に構成されていること
から、ほぼ同じ真空度で中間シールド２と固定側
及び可動側の両者との間で夫々放電を生じてしま
い、電極４２ａ，４２ｂを開路しても、結局中間
シールド２を介して固定側と可動側との間で閃絡
が起こり電流をしや断することができない。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 以上のように従来技術では、真空度低下に伴
いほぼ同じ真空度で中間シールドと固定側及び可
動側の両者との間で夫々閃絡してしまうことから
真空度低下検出しても負荷電流をしや断できな
い、電圧変動等の影響を避けるためには検出電
圧を高くせざるを得ず、真空度低下検出時にはも
はやしや断できない真空度となつている。通電
中の常時真空度監視ができない という問題点があつた。

本発明はこのうような問題点を解決するために
なされたものである。

Ｅ 問題点を解決するための手段 本発明者等は、真空インタラプタにおける放電
現象につき検討した結果、第５図に示す特性を得
た。第５図は、横軸に真空インタラプタ内部圧
力、縦軸に放電開始電圧をとつたものである。第
５図中、実線m₁，実線m₂および実線m₃は、それ
ぞれ真空ギヤツプＡ，ＢおよびＣの特性を示すも
ので、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係にある。

一般に、長ギヤツプは短ギヤツプよりも放電開
始電圧が高いことが知られていたが、このこと
は、第５図から判るように、高真空又は大気圧近
傍での現象であり、10^-2mmHg（1.333Pa）前後の
領域では、逆に短ギヤツプの方が長ギヤツプより
も放電開始電圧は高くなつている。そして、短ギ
ヤツプは、その10^-2mmHg（1.333Pa）前後の領域
で十分な耐電圧を保有していた。

本発明はこのような知見にもとづき、先ず金属
性の中間シールドを電極に対し絶縁して設け、こ
の中間シールドと固定側又は可動側のいずれか一
方の系統電位部材との間に、真空度低下時であつ
てかつしや断可能領域で放電する真空ギヤツプを
形成する。そして系統電位部材例えば系統電路と
大地との間、及び中間シールドと大地との間に
夫々第１のインピーダンス及び第２のインピーダ
ンスを設け、更に第１のインピーダンスを介して
得た系統電路の対地電位の検出処理に対する、第
２のインピーダンスを介して得た中間シールドの
対地電位の検出信号の波形歪分を取り出し、その
波形歪分にもとづいて真空度低下の有無を判定す
る判定部を設けて成る。

Ｆ 作用 通電中に真空インタラプタの真空度が低下して
くると、しや断不能領域に至る前に固定側又は可
動側いずれか一方に設けている長ギヤツプの部分
で放電が始まる。この際他の真空ギヤツプ（短ギ
ヤツプ）では放電を生じず、短ギヤツプが前記長
ギヤツプの放電に誘発されて放電することはな
い。一方前記放電は系統電路電圧の１周期の中で
断続的に起こる。即ち１周期の中には放電時間と
放電停止時間とが含まれ、このため中間シールド
の対地電位の波形は系統電路の対地電位の波形に
対して歪む。前記放電時間の占める割合は、真空
度が低下するにつれて増加するため、検出電位間
の波形歪分を取り出すことにより真空度低下の有
無を判定することができる。

Ｇ 実施例 以下図面により本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の回路の等価回路を示す回路図であり第
７図の同一符号のものは同一部分を示す。この実
施例では、補助シールド３ａの軸方向の長さを小
さくし、中間シールド２の固定端板４１ａ側の端
部を補助シールド３ａの端部よりも軸方向に十分
長く突出させて、その突出部分が補助シールド３
ａをはさむことなくギヤツプを介して直接固定電
極棒４ａと対向するように構成している。前記ギ
ヤツプのギヤツプ長ｌは、真空度低下時であつて
しや断可能な真空領域で放電する長さであり、真
空インタラプタ１内の異電位部材間の最大距離と
される。

尚異電位部材間で電子が飛行する場合、等電位
線と直交する方向に飛行するので、ここで述べる
距離とは電子の飛行距離を意味する。図中４ｂは
可動電極棒である。

５は、系統電路の対地電位E₁を検出する第１
のインピーダンス分圧器であり、例えば真空イン
ピーダンス１の近傍において電源側電路と大地と
の間に設けられている。このインピーダンス分圧
器５は、コンデンサや抵抗等のインピーダンス成
分Z₁，Z₂により構成され、この例ではコンデンサ
が用いられている。

６は中間シールド２の対地電位を検出する第２
のインピーダンス分圧器であり、例えば夫々
0.2μF、200P^FのコンデンサC₁，C₂で構成される。
尚第２のインピーダンス分圧器６はコンデンサを
用いることに限定されるものではない。また中間
シールド２と真空インタラプタ１の固定電極棒４
ａとの間は第２図に示すようにコンデンサC₃と
抵抗Ｒとの並列回路で表わされ、閉極時における
コンデンサC₃の容量は20P^F〜100P^Fの大きさであ
る。

７は判定部であり、第１のインピーダンス分圧
器５で検出された検出電位e₁に対する第２のイン
ピーダンス分圧器６で検出された検出電位e₃の波
形歪分を取り出し、その波形歪分にもとづいて真
空度低下の有無を判定する機能をもつている。こ
の判定部はこの例では、検出電位e₃を増幅する増
幅器７１と、検出電位e₁及び増幅器７１よりの出
力を入力すると差動増幅器７２と、この差動増幅
器７２よりの出力電圧の波高値が所定値を越えた
ときに真空度低下の判定信号、例えば警報を発す
る判定回路７３とを有して成る。

次に上述実施例の作用について述べる。

系統電路及び中間シールドの各対地電位は、
夫々インピーダンス分圧器５，６で分圧され、第
１のインピーダンス分圧器５の検出電位e₁はその
まま差動増幅器７２に入力される。第２のインピ
ーダンス分圧器６の検出電位e₃は増幅器７１で例
えば検出電位e₁と振幅が揃うように増幅されて
e₃′＝ｋ×e₃とされ、この電位e₃′と検出電位e₁と
の差分が差動増幅器７２で増幅されて判定回路７
３に入力される。真空度が正常なときには中間シ
ールド２と系統電位部材との間で放電が起つてい
ないので検出電位e₁，e₃の波形は揃つており、差
動増幅器７２よりの出力電圧は略零である。従つ
てこの場合判定回路７３から真空度低下の判定信
号は出力されない。

今真空度が低下すると、中間シールド２と固定
電極棒４ａとの間のギヤツプにて放電し始める。
その理由につていては、第５図に示したパツシエ
ンカーブの10^-2mmHg前後の領域では、ギヤツプ
長が大きいところから放電する特性になつてお
り、前記ギヤツプ長ｌは、真空インタラプタ１内
の異電位部材間の最大距離とされているため、こ
のギヤツプにて最初に放電し始めるのである。そ
してこの放電については、連続的に放電するので
はなく系統電路電圧の１周期の中で放電時間と放
電停止時間とがあり、真空度が低下するにつれて
放電時間の占める割合が増加する。第３図Ａは検
出電位e₁，e₃を示す波形図であり、放電により検
出電位e₃の波形に歪が生じている。第３図Ｂは検
出電位e₃を増幅して得た電位e₃′と検出電位e₁と
の差電圧の波形図であり、電位e₃′の波形が検出
電位e₁の波形に対して歪んでいるため台形に近似
した波形が表われている。第３図Ｂに示す電圧波
形のうち傾斜部分は検出電位e₃の波形歪みにより
生じた部分であるから放電時間に対応し、残りの
水平部分は放電停止時間に対応する。この電圧波
形については、放電時間の増加に伴い水平部分が
短かくなると共にその高さが大きくなり正弦波に
近づいていく。

第４図Ａ，Ｂは夫々真空度1.2×10^-2Tor，２×
10^-2Torrにおける差動増幅器７２の出力波形図
であり、この図から真空度低下に伴い波形歪量が
増加していることがわかる。従つて差動増幅器７
２よりの出力電圧の波高値は真空度低下に伴つて
上昇するので、判定回路７３にて基準値を設定し
ておくことにより、前記波高値がその基準値を越
えたときに真空度低下の判定信号が出力される。

以上において波形歪分を取り出すにあたつて
は、差動増幅器７２よりも出力電圧の波高値を管
理する代わりに、前記出力電圧の定電圧（水平部
分）時間を管理してもよく、或いは前記出力電圧
の積分量を管理してもよい。

上述実施例では、固定電極棒４ａと中間シール
ド２との間に前記最大距離をもつたギヤツプを設
けているが、本発明では、固定側及び可動側での
閃絡を避けることから固定側または可動側のいず
れか一方であれば、電極棒に限らず金属端板４１
ａ，４１ｂ等の系統電位と部材と中間シールド２
との間に、真空度低下時であつてかつしや断可能
な真空領域で放電する真空ギヤツプを設ける構成
としてもよい。尚本発明では閉極状態に限らず開
極状態で検出を行うこともでき、この場合には固
定側又は負荷側にどちらかの充電部側となる側に
おいて前記ギヤツプを設ける必要がある。

Ｈ 発明の効果 以上のように本発明によれば、中間シールドと
固定側又は可動側のいずれか一方の系統電位部材
との間に、真空度低下時であつてかつしや断可能
領域で放電する真空ギヤツプを形成しているの
で、真空度低下のリーク初期（高真空）時に固定
側か可動側かの一方で放電を生じる。この際他の
真空ギヤツプは十分な耐電圧を保有している。し
かも系統電位部材の対地電位の検出信号と中間シ
ールドの対地電位の検出信号とを波形について比
較し、検出信号間の波形歪分の変化を捉えて真空
度低下を検出する構成であるため、系統電路の電
圧変動や重量ノイズによる影響を受けることな
く、真空度低下による、局部放電の段階で検出す
ることができる。この結果真空度低下のリーク初
期時を捉えることができるので使用電圧範囲（し
や断可能電圧）よりも高い耐圧をもつた真空度領
域で対応できるから、真空度低下の検出後にしや
断することができる。また閉極状態で真空度低下
を検出できるから、そのようにすれば通電中の常
時真空度監視ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の回路と等価回路を示す回路図、第３図
Ａ，Ｂは夫々各インピーダンス検出器よりの検出
電位及びその電位差を示す波形図、第４図Ａ，Ｂ
は検出電位差の一例を示す波形図、第５図は真空
ギヤツプが異なる場合の真空度とギヤツプ間の放
電開始電圧との関係を示す曲線図、第６図はパツ
シエンの法則を示す曲線図、第７図、第８図は
各々従来の真空度低下検出装置の原理を示す原理
図である。 １……真空インタラプタ、２……中間シール
ド、３ａ，３ｂ……補助シールド、４ａ……固定
電極棒、４ｂ……可動電極棒、５……第１のイン
ピーダンス分圧器、６……第２のインピーダンス
分圧器、７……判定部、７１……増幅器、７２…
…差動増幅器、７３……判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒体の両端を端板で閉塞して真空容器を形成
   し、この真空容器に一方の端板から固定電極棒を
   気密に導入しかつ他方の端板から固定電極棒に接
   近離反自在の可動電極棒をベローズを介して気密
   に導入し、これら両電極棒の各内端部に対をなし
   て接離自在の固定・可動電極を設けるとともに、 真空容器内の少なくとも前記電極の外周を囲繞
   する金属製の中間シールドを電極に対し絶縁して
   設けて成る系統電路開閉自在の真空インタラプタ
   の真空度低下を検出する装置において、 前記中間シールドと固定側又は可動側のいずれ
   か一方の系統電位部材との間に、真空度低下時で
   あつてかつしや断可能な真空領域で放電する真空
   ギヤツプを形成し、 系統電位部材と大地との間に設けられた第１の
   インピーダンスと、前記中間シールドと大地との
   間に設けられた第２のインピーダンスと、前記第
   １のインピーダンスを介して得た系統電位部材の
   対地電位の検出信号に対する前記第２のインピー
   ダンスを介して得た中間シールドの対地電位の検
   出信号の波形歪分を取り出し、その波形歪分にも
   とづいて真空度低下の有無を判定する判定部とを
   有して成る真空インタラプタの真空度低下検出装
   置。