JPS5849976B2 - 真空しや断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しゃ断器に関するものである。

一般に真空しゃ断器は真空容器内に夫々電極棒を介して
一対の電極な接離可能に対向配置して構成され１両電極
の接離により電流の投入、しゃ断を行っている。

しかるにしゃ断時には電極間にアークが発生し、このア
ークはしゃ断電流が大きいとアーク自身により生じた磁
界と外部回路の作る磁界との相互作用により電極外周方
向への電磁力を受け、アークは電極の外周部に片寄って
その部分を局部的に加熱し、多量の金属蒸気を発生させ
る。

このため、電流零点後に電極間に金属蒸気が残留し、絶
縁回復が遅れてしゃ断能力が低下する。

この対策として従来、アークに軸方向の磁界を印加する
ことが行われている。

その一例を第１図に示す。

図において、１は絶縁筒、２，３は絶縁筒１の両端に取
付けられた端板で、これらにより真空容器を構成する。

４は端板２に挿着された固定電極棒、５は端板３に挿通
されるとともにベローズ６を介して端板３に取付けられ
た可動電極棒、７．８は夫々電極棒４，５の先端に取付
けられた固定電極釦よび可動電極で、可動電極８は可動
電極棒５の先端に取付けられた基部９ａと基部９ａから
コイル状に伸びるコイル部９ｂとを有するコイル電極９
と、基部９ａにステンレス鋼などの高抵抗のスペーサ１
０を介して取付けられた接触電極１１と、コイル部９ｂ
の先端と接触電極１１とを接続する接続導体１２とから
構成され、固定電極７も同様にしてコイル電極１３、ス
ペーサ１４、接触電極１５および接続導体１６とから構
成される。

この真空しゃ断器ではしゃ断時にしゃ断電流は例えば可
動電極棒５−コイル電極９−接続導体１２−接触電極１
１−アーク−接触電極１５−接続導体１６−コイル電極
１３−固定電極棒４の経路で流れ、各コイル電極９，１
３は軸方向磁界を発生する。

このため、アーク電流を運ぶ電子および金属イオンがこ
の磁界に捕捉されてアークの集中は妨げられ、各接触電
極ｉ１．ｉｓは局部的に加熱されることがないので多量
の金属蒸気を発生せず、電流零点後の絶縁回復が早寸シ
、シゃ断能力が向上する。

しかるに上記の真空しゃ断器では軸方向磁界により各接
触電極１１．１５や各電極棒４，５などにうず電流が生
じ、とのうず電流は各コイル電極９．１３が生じる軸方
向磁界と逆方向の磁界を発生するのでしゃ断時にアーク
に作用する軸方向磁界が弱するとともにしゃ断電流に対
して軸方向磁界の位相が逐れる。

このため、電流零点でアークが消滅した後も磁界が残留
し、この磁界に電極７゜８間の荷電粒子が捕捉されて拡
散を妨げられ、絶縁回復が遅れてしゃ断能力が低下する
。

そこで従来では各接触電極１１．１５や各電極棒４，５
に複数本のスリットを放射状に設けてうず電流を抑制し
ていたが、この場合スリットの本数と磁界の位相遅れと
の関係はスリットを設けない場合の位相遅れを１００ｆ
ｂとすると第２図に示すようになり、又各接触電極１１
，１５や各電極棒４，５の半径に対するスリットの長さ
と磁界の位相遅れとの関係はスリットを設けない場合の
位相遅れを１００％とすると第３図に示すようになる。

従って、スリットは四本以上で長さが半径の５０％以上
のものを設けないと十分な効果は得られない。

このため、スリットを形成するための加工が面倒である
とともに接触電極１１．１５や電極棒４゜５の機械的強
度が低下するという欠点が生じた。

本発明は上記の欠点を除去して、接触電極や電極棒の機
械的強度を低下させないとともに加工も比較的容易であ
う、かつ残留磁界を抑制してしゃ断能力を向上させるこ
とができる真空しゃ断器を提供することを目的とする。

本出願人は上記の目的を達成するために種々の研究を行
った。

その結果を以下に述べる。１ず第４図人、Ｂに示すよう
に直径がＤｌで中心部に直径Ｄ２の孔１７ａを設けられ
た円板状部材１７と。

直径Ｄ１で中心部に直径Ｄ２の孔１８ａを設けられると
ともに外周から孔１８ａｔで達する一本のスリット１８
ｂを設けられ円板状部材１８とを用意し、各円板状部材
１７．１８に夫々電流に基く軸方向磁界を印加し、電流
を零にした後の残留磁束を測定した。

尚、孔１７ａ、１８ａの径Ｄ２を種々変更した。

この結果、第４図Ｃに示す特性が得られた。

即ち、円板状部材１７の場合にはイ線に示すようにＤ２
を犬きくしても磁界の位相遅れはあ１り減少しないが、
円板状部材１８の場合には口線に示すようにＤ２が大き
くなるに従って磁界の位相遅れが急激に減少することが
判明した。

これは円板状部材１７の場合にはうず電流が第４図人の
矢印で示したように円周状に流れるためうず電流により
大きな磁界が発生するのに対して、円板状部材１８の場
合にはスリンＮ８ｂがあるためにうず電流が第４図Ｂの
矢印で示すように円周状に往復して流れ、これにより発
生する磁界は相殺され、結局うず電流による磁界が小さ
くなるためである。

従って、従来のように直径の５０係以上のスリットを四
本以上設けなくても、直径の２０〜３０係の孔１８ａと
一本のスリット１８ｂを設ければ軸方向磁界の位相遅れ
を十分に小さくすることができることが判明した。

尚、第４図りに示すように孔１９ａと二本のスリン）１
９ｂとを有する円板状部材１９の場合もうず電流が図示
のように流れるため円板状部材１８の場合と同様の効果
を奏し、スリットを三本以上設けた場合も同様である。

又、第４図Ｅのように孔２０ａと外周から孔２０ａの若
干手前１で切り込んだ一本のスリン）２０ｂを設けた円
板状部材２０の場合もうず電流は図示のように流れてス
リット残留部２０ｃには電流が流れないので円板状部材
１８の場合と同様の効果がある。

又、第４図Ｇは部材における軸方向磁界の位相遅れの分
布特性を示し、ハ線は第４図Ｂに示す円板状部材１８（
７）Ｄ２／ ＤｌＸ １００ ＝４０ ％（Ｄ場合を示
し、二線は第４図Ｆに示すように半径ｔ１で四本のスリ
ット２１ａ（長さｔ２／１１×１ｏｏ＝７０％）を設け
られた円板状部材２１の場合を示す。

又、ホ線は第４図人に示す円板状部材１７のＤ２ ／
Ｄ Ｘ １００ ＝７０係の場合を示す。

図から明らかなように円板状部材１８．２１の場合には
円板状部材１７の場合より全体的に位相遅れが大幅に減
少し、特に円板状部材１８の場合には中央部において位
相進み部分が生じる。

従って、この位相進み部分が電極間の軸方向磁界の位相
遅れの改善に役立つ。

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

第５図において、２２は中心部に直径の約３０％の直径
の孔２２ａを有するとともに端部に外周から孔２２ａに
達する一本のスリン）２２ｂを有する電極棒、３３は孔
２２ａに嵌合されたステンレス鋼などの高抵抗材から成
る補強材、２４は基部２４ａを電極棒２２の先端に取付
けられるとともに基部２４ａからコイル状に伸びるコイ
ル部２４ｂを有するコイル電極で、基部２４ａはその直
径の約４０％の径を有する孔２４ｃを中心に設けられる
とともに外周から孔２４ｃ壕で伸びる一本のスリット２
４ｄを設けられる。

２５はステンレス鋼などから成る筒状の高抵抗性スペー
サで、２５ａは空気孔である。

２６はコイル部２４ｂの先端に立設された接続導体、２
７は高抵抗性スペーサ２５の端部に取付けられるととも
に突出した接続部２７ａを介して接続導体２６の端部に
取付けられた銅からなるアダプタで、アダプタ２７は中
心に直径の約４０係の径の孔２７ｂを設けられるととも
に外周から孔２７ｂに達するスリット２７ｃを設けられ
る。

２８はべＩＪ ＩＪウムから成る接触電極、２９はアダ
プタ２７と接触電極２８との間に設けられた銀から成る
高導電性スペーサで、高導電性スペーサ２９は中心に直
径の約４０％の径の孔２９ａを設けられるとともに外周
から孔２９ａに達するスリット２９ｂを設けられる。

ベリリウム製の接触電極２８は■銅、銀糸金属に比べて
導電率が小さいためにうず電流が流れ難く、残留磁界が
少ない。

■二次電子放出係数が小さいため金属蒸気の中性粒子が
イオン化され難く、アークの集中が生じ難くなり、金属
蒸気の発生が少ない。

■比熱が大きいためアークによる温度上昇が小さく、金
属蒸気の発生が少い。

■原子量が小さいため軽く、しゃ断時発生した粒子の拡
散も早い。

などの利点があり、しゃ断能力を向上することができる
。

又、アダプタ２７は接触電極２８を接続導体２６と直接
に接続すると接触電極２８の周辺部に電流が流れてしゃ
断時アークが均一に分布しないのを防ぐためと、接触電
極部２８を高抵抗性スペーサ２５於よび接続導体２６の
両者と接続すると接触電極部２８が傾く恐れがあるとと
もに硬くて脆いべＩＪ ＩＪウムの加工が面倒になるの
を防ぐために設けである。

さらに、銀の高導電性スペーサ２９は銅のアダプタ２７
とべＩＪ ＩＪウムの接触電極２８をロー付けすると金
属間化合物（Ｂｅ３Ｃｕ）が形成されて強度が極端に低
下するのを防ぐために設けである。

又、電極棒のスリン）２２ｂの軸方向の長さ１゜はコイ
ル電極２４の基部２４ａの中央部の下面からコイル部２
４ｂの下端１での長さをＬ□としてＬ１≦ｔ２≦２ｔ１
が望ましい。

（ｔ２がム より小さいとうす電流抑制効果が充分でな
く、又２．／、１ より大きくしてもうず電流抑制効果
は向上せず、機械的強度が弱くなる。

）尚、３０゜３トはステンレス鋼などの高抵抗材から成
る補強材である。

圭記の真空しゃ断器では電流は電極棒２２からコイル電
極２４に流れ、さらに接続導体２６、アダプタ２７．高
導電性スペーサ２９を介して接触電極２８に流れる。

このため、コイル部２４ｂは軸方向磁界を発生する。

しかるに、電極棒２２、コイル電極の基部２４ａ、アダ
プタ２７、高導電性スペーサ２９には夫々孔２２ａ、２
４ｃ、２７ｂ。

２９ａち・よびスリット２２ｂ、２４ｄ、２７ｃ。

２９ｂが設けられているためうず電流が流れ難くなり、
これらの部ばては第４図Ｃの口線（全体的に見た場合）
や第４図Ｇのハ線（分布的に見た場合）のように軸方向
磁界のしゃ断電流に対する位相遅れは減少する。

特に第４図Ｇのハ線のようにこれらの部材の中央部では
位相進みも生じ、この位相進みが接触電極２８に生じて
いる位相遅れを効果的に打消し、全体的に第５図Ｆのへ
線のように位相遅れは大幅に減少し、しゃ断能力が向上
する。

尚、第５図Ｆのト線はアダプタ２７および高導電性スペ
ーサ２９に半径の７０ｆｂのスリットを四本設け（孔は
設けない）るとともに電極棒２２に半径の５０係のスリ
ットを四本設け（孔は設けない）た場合を示し、チ線は
電極棒２２、基部２４ａ、アダプタ２７、高導電性スペ
ーサ２９に孔２２ａ 、２４ｃ 、２７ｂ 、２９ ａ
のみ設けてスリット２２ｂ 、２４ｄ 、２７ｃ 、２
９ｂを設けない場合を示す。

しゃ断試験の結果、チ線に示す場合に比べてト線に示す
場合はしゃ断能力が１．３〜１．５倍向上し、本実施例
の場合は１．８〜２．２倍向上した。

第６図は本発明の第２の実施例を示し、３２は電極棒、
３３は基部３３ａを電極棒３２の先端に取付けられると
ともに基部３３ａからコイル状に伸びるコイル部３３ｂ
を有するコイル電極で、基部３３ａには中心に孔３３ｃ
を設けるとともに外周から孔３３ｃに達するスリット３
３ｄを設ける。

３４はステンレス鋼などの高抵抗材から成る筒状の高抵
抗性スペーサで、基部３３ａの上部に取付けられる。

３５は高抵抗性スペーサ３４の内部において基部３３ａ
の上部に取付けられた第１の接続導体で、第１の接続導
体３５は外周から中心方向に半径の５０係以上の長さの
四本のスリット３５ａを設けられる。

３６は第１の接続導体３５の上端に取付けられた銀から
成る第１の高導電性スペーサで、外周から中心方向に半
径の５０係以上の長さの四本のスリン）３５ａを設けら
れる。

３７Ｈｉｌの高導電性スペーサ３６の上部に取付けられ
たベリリウムから成る接触電極の接触部である。

又、３８はコイル部３３ｂの先端に立設された第２の接
続導体、３９は高抵抗性スペーサ３４および第２の接続
導体３８の端部に取付けられた銅から成るアダプタで、
アダプタ３９は中心に孔３９ａを設けられるとともに外
周から孔３９ａ１で達するスリン）３９ｂを設けられる
。

４０はアダプタ３９の上部に取付けられた銀から戒る第
２の高導電性スペーサで、中心に孔４０ａを設けられる
とともに外周から孔４０ａ１で達するスリン）４０ｂを
設けられる。

４１は第２の高導電性スペーサ４０の上部に設けられた
接触電極のアーク拡散部で、べＩＪ ＩＪウムで形成さ
れるとともに中心に孔４１ａを有し、この孔４１ａの内
部に位置する接触部３７との間にギャップを有する。

又、４２はステンレス鋼などの高抵抗材から威る補強材
である。

この真空しゃ断器では通常の通電時には電流は電極棒３
２から基部３３ａ、第１の接続導体３５゜第１の高導電
性スペーサ３６を介して接触部３７に流れ、さらに対向
電極へと流れる。

又、しゃ断時には最初に接触部３７に発生したアークは
その拡散力によシアーク拡散部４１へ移る。

このため、しゃ断電流は電極棒３２からコイル電極３３
．第２の接続導体３８．アダプタ３９、第２の高導電性
スペーサ４０を介してアーク拡散部４１に流れ。

コイル電極３３は軸方向磁界を発生する。

従って。しゃ断時以外はコイル電極３３などに電流が流
れないため抵抗損失による発熱が減少し、温度上昇によ
る不利を抑制することができるものである。

この例でも基部３３ａ１アダプタ３９督よび第２の高導
電性スペーサ４０は夫々孔３３ｃ、３９ａ。

４０ａを設けられるとともにスリット３３ｄ。

３９ｂ、４０ｂを設けられているためうず電流が流れ難
くなり、軸方向磁界の位相遅れは大幅に減少する。

又、第１の接続導体３５および第１の高導電性スペーサ
３６（ｒｉ機械的強度をあ１り必要としないため夫々ス
リット３５ａ、３６ａを設けることによりうず電流を抑
制しており、これによっても位相遅れを低減している。

尚、上記各実施例では電極棒、コイル電極の基部、アダ
プタ、高導電性スペーサなどには一本のスリットを設け
たが、複数本のスリットを設けても良い。

又、スリットは孔壕で達しなくても良い。以上のように
本発明に釦いては電極棒および電極を構成する部材の中
で接触電極とコイル電極のコイル部とを除いた少くとも
一つの通電部材に軸方向の孔と径方向のスリットを設け
ており、この通電部材にはうず電流が流れ難くなるため
磁界の位相遅れが小さくなる。

しかもこの通電部材の中央部では磁界の位相進みも生じ
、この位相進みが接触電極の磁界の位相遅れを打消す作
用をするため電極全体における磁界の位相遅れが低減さ
れ、しゃ断能力が向上する。

又、上記のスリットは従来より長さが短く、本数も少く
て良いので加工が容易で機械的強度も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは夫々従来の真空しゃ断器の縦断正面図お
よびコイル電極の斜視図、第２〜３図は夫々他の従来の
真空しゃ断器における磁界の位相遅れの特性図、第４図
Ａ、Ｂ、Ｄ−Ｆは夫々研究試料としての円板状部材の平
面図、第４図Ｃ，Ｇは夫々各円板状部材における磁界の
位相遅れの特性図、第５図Ａ−Ｆは夫々本発明の第１の
実施例における真空しゃ断器の電極部分の縦断正面図、
電極棒の平面図、コイル電極の平面図、アダプタの平面
図、高導電性スペーサの平面図および磁界の位相遅れ特
性図、第６図Ａ〜Ｄは夫々本発明の第２の実施例におけ
る真空しゃ断器の電極部分の縦断正面図、コイル電極の
平面図、第１の接続導体の平面図および第１の高導電性
スペーサの平面図。 １・・・・・・絶縁筒、２，３・・・・・・端板、６・
・・・・・ベローズ、２２．３２・・・・・・電極棒、
２２ａ・・・・・・孔、２２ｂ・・・・・・スリット、
２４．３３・・・・・・コイル電極、２４ａ。 ３３ａ・・・・・・基部、２４ｂ、３３ｂ・・・・・・
コイル部、２４ｃ、３３ｃ・・・・・・孔、２４ｄ、３
３ｄ・・・・・・スリット、２６．３８・・・・・・接
続導体、２７．３９・・・・・・アダプタ、２７ ｂ
、 ３９ ａ−”孔、２７ ｃ 、 ３９ｂ・・・・・
・スリット、２８・・・・・・接触電極、２９．４０・
・・・・・高導電性スペーサ、２９ａ、４０ａ・・・・
・・孔、２９ｂ 、４０ｂ・・・・・・スリット、３７
・・・・・・接触電極の接触部、４１・・・・・・接触
電極のアーク拡散部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に夫々電極棒を介して一対の電極を接離
   可能に対向配置した真空しゃ断器において、電極に軸方
   向磁界を発生するコイル電極を設けるとともに、電極棒
   鮫よび電極を構、吸する部材の中で対向電極と接触する
   接触電極とコイル電極のコイル部とを除いた少くとも一
   つの通電部材１に軸方向の孔と少くとも一つの径方向の
   スリットとを設けたことを特徴とする真空しゃ断器。