JPH01157020A - 真空開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気駆動形の電極構造を有する真空開閉器に係
り、特にその電極構造を改良することにより小電流の遮
断特性はもとより大電流の遮断特性をも向上させること
が可能なものに関する。

（従来例） 真空開閉器は一般に１０’Ｔｏｒｒ以下に排気された真
空中で電極を開離し、真空のもつ優れた消弧性と絶縁性
とを利用して電流を遮断するものである。そこで第８図
を参照して従来の真空開閉器の構成を説明する。第８図
は従来の真空開閉器の構成を示す断面図であり、図中符
号１は絶縁容器である。この絶縁容器１の両端開口は固
定電極側端板２及び可動電極側端板３とにより夫々閉塞
されている。又絶縁容器１内は１０４Ｔ　ｏｒｒ以下の
高真空に排気されている。

上記固定電極側端板２には固定電極支持棒４が固定され
、この固定電極支持棒４の先端には固定電極５が固着さ
れている。一方上記可動電極側端板３を貫通して可動電
極支持棒６が軸方向にスライド可能に配置され、その先
端には可動電極７が固着されている。上記可動電極支持
棒６は口承しない外部操作機構に連結されている。上記
可動電極支持棒６と可動電極側端板３との間には金属ベ
ローズ８が設置され、この金属ベローズ８により上記可
動電極支持棒６のスライドを許容するとともに絶縁容器
１゛内の真空維持を図る。上記金属へローズ８はベロー
ズカバ９により保護されている。

また電流遮断時のアークによって固定電極５及び可動電
極７から発生して拡散する金属蒸気の付着により絶縁容
器１の内面が汚損されることが懸念され、そこで絶縁容
器１の内周側にはシールド１０が設置されている。

次に上記固定電極５及び可動電極７の構成を第９図を参
照して詳細に説明する。まず固定電極５は有底カップ状
電極１１と、この有底カップ状電楊１１の先端に固着さ
れたリング状接点電極１２とから構成されている。一方
可動電極７も有底カップ状電極１３及びこの有底カップ
状電極１３の先端に固着されたリング状接点電極１４と
から構成されている。上記有底カップ状電極１１及び１
３には相互に対称となる溝１５及び１６が外側から内側
に至るように夫々形成されている。このように溝１７及
び１８を形成したのは、リング状接点電極１２及び１４
間に発生するアークが一部に停滞することなくリング状
接点電極１２及び１４上を磁気回転駆動しやすいように
するためである。尚、図中符号１７及び１８は夫々有底
カップ状電極１１及び１３の内底部である。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず数ＫＡＡ以上大電流を遮断する場合であるが、この
場合にはリング状接点電極１２及び１４上をアークが磁
気回転駆動し電流零点にて遮断が完了する。

これに対して数百Ａ以上の電流１１断する場合には電橋
間のアークプラズマが高真空中に拡散する。又−１電流
零点付近の数十Ａ以上では金属蒸気の墳出源となるカソ
ードスポットでのエネルギバランスが崩れて不安定な状
態となる。その結果電流さい段を生じ、自然電流零点を
迎える以前の数乃至数＋Ａで電流を遮断してしまう。か
かる現象は真空開閉器の負荷側でサージ電圧が発生する
原因となる。このさい段電流は真空遮断器の負荷側の回
路や接点材料によって異なるが、一般に高い耐電圧特性
及び大電流遮断性能を有する接点材料ではそのより高い
消弧特性の為にカソードスポットでのエネルギバランス
が比較的大きな電流値で崩れ、カソードスポットが消滅
しやすい為に、さい段電流は数Ａ以上と高くなり大きな
サージ電圧を発生する。

このさい設電流値を小さくするために次のような方策が
施されている。すなわち、リング状接点電極１２及び１
４の接点材料として、ビスマス（Ｂｉ）、すず（Ｓｎ　
’）　、或いはテルル（Ｔｅ　＞等の＾蒸気圧材料を１
重量％以上含有する溶解系等の材料、又はアーク維持材
としての銀（Ａｇ＞と、それよりも高融点かつ低蒸気圧
材料でり耐弧材料としてのタングステンカーバイトから
なる焼結材料が使用しており、それによって低さい段電
流特性を得ている。

しかしながらリング状接点電極１２及び１４の材料とし
て上記材料を使用した場合には、それら接点材料が有す
る安定なカソードスポットの点呼特性あるいは接点材料
自身の熱伝導性が低下する為に、大電流遮断特性が低下
してしまうのである。

これに対しては、例えば有底カップ状電極１１．１３の
高さを高くしたり、あるいは側面における溝１５．１６
の切込み角度を変え、電極上の電流が流れる距離を長く
して半径方向の磁界の強さを大きくする方法もあるが、
それでもリング状接点電極１２．１４間に点弧したアー
クの回転は遮断電流半サイクルの間にせいぜい３回転以
下である。

従ってリング状接点電極１２．１４間に点弧したアーク
を高速で回転させることはできず、アークの一部が有底
カップ状電極１１．１３の内底部１７．１８に拡散した
り、集中したアークがリング状接点電極１２．１４の１
箇所に比較的長期にわたって停滞する等の現象が生じ、
接点材料の消耗、損傷が激しく、その結果遮断性能が低
下して２０　　以上の電流の′ａ断が困難になるという
問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の構成にあっては、遮断性能特に大電流
遮断性能が低下して、２０ＫＡ以上の電流の遮断が困難
になるという問題があり、本発明はこのような点に基づ
いてなされたものでその目的とするところは、小電流遮
断性能はもとより大電流遮断性能の向上を図ることが可
能な真空開閉器を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明による真空開閉器は、固定電極側有底カ
ップ状電極及びこの固定電極側有底カップ状電極の先端
に固着された固定電極側リング状接点電極を備えた固定
電極と、可動電橋側有底カップ状電極及びこの可動電極
側有底カップ状電極の先端に固着された可動電極側リン
グ状接点電橋を備え上記固定電極に対して接離する可動
電極とを備えた真空Ｒ閉器において、上記固定電極側リ
ング状接点電極の先端面に複数の固定電極側接触子を取
付けるとともに上記可動電極側リング状接点電極の先端
面に複数の可動電極側接触子を取付け、上記固定電極側
リング状接点電極及び可動電極側リング状接点電極を高
耐電圧特性を備えた材料から構成し、上記固定電極側接
触子及び可動電極側接触子を低サージ材料から構成した
ことを特徴とするものである。

（作用） つまり、固定電極側及び可動電極側のリング状接点電極
の先端面に固定電極側接触子及び可動電極側接触子を取
付け、かつ両リング状接点電極を高耐電圧特性を備えた
材料から構成し、上記固定Ｎ極側接触子及び可動電極側
接触子を低サージ材料から構成したものである。

そして大電流遮断時にはアークがリング状接点電極まで
拡散するので半径方向磁界により高速で回転しそれによ
って遮断される。一方小電流遮断時には半径方向磁界は
小さくアークは接触子上に止どまり接触子の低さい段替
性より遮断される。

（実施例） 以下第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実施例
を説明する。第１図は本実施例による真空開閉器の電極
構造を示す断面図であり、図中符号１０４は固定電極支
持棒であり、この固定電極支持棒１０４の先端には固定
電極１０５が固着されている。一方上記固定電極１０５
に対向するように可動電極支持棒１０６が軸方向にスラ
イド可能に配設され、この可動電極支持棒１０６の先端
には可動電極１０７が固着されている。

上記固定電極１０５は有底カップ状電極１１１及びこの
有底カップ状電極１１１の先端に固着されたリング状接
点電極１１２からなり、一方上記可動電極１０７は有底
カップ状電極１１３及びこの有底カップ状電極１１３の
先端に固着されたリング状接点電極１１４とから構成さ
れている。

上記有底カップ状電極１１１及び１１３には溝１１５及
び１１６が夫々形成されており、リング状接点電極１１
２及び１１４間で発生するアークが一部に停滞すること
なくリング状接点電極１１２及び１１４上を磁気回転駆
動しやすいようになっている。又有底カップ状電極１１
１及び１１３には内底部１１７及び１１８が夫々形成さ
れている。又、上記有底カップ状電極１１１及び１１３
は通常脱ガス処理された純鋼材料、或いはリング状接点
電極１１２．１１４を構成する材料と同じ材料から構成
されている。上記リング状接点電極１１２及び１１４は
銅−クロム（Ｃｕ　−Ｃｒ）、あるいは銅−テルル−セ
レン（ＣＬＩ　−Ｔｅ−ｓｅ等の高耐電圧性能及び大電
流遮断性能を有する接点材料から構成されている。

上記リング状接点電極１１２上には円盤状の接触子１２
１が周方向等間隔で４箇所にわたって設置されている。

この接触子１２１はその外径がリング状接点電極１１２
の幅よりも小さく、かつ軸方向に僅かに突出したもので
ある。又、接触子１２１はビスマス（Ｂｉ＞、すず（Ｓ
ｎ）、或いはテルル（Ｔｅ　）等の高蒸気圧材料を１重
量％以上含有する溶解系等の材料、又は銀等のアーク維
持材とそれよりも高融点、低蒸気圧材料であるタングス
テンカーバイト等の耐弧材料からなる焼結材料で作られ
た低さい膜特性を示す低サージ接触子材料から構成され
ている。一方可動電極１０７側も同様であり、リング状
接点電極１１４にも同様の接触子１２２が上記接触子１
２１に対向するように取付けられている。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず負荷電流のような数百へ以下の小電流を遮断する場
合であるが、この場合には接触子１２１及び１２２間で
点弧したアークは点弧し続ける。

すなわち、遮断電流が比較的小さい為に、有底カップ状
電極１１１及び１１３の溝１１５及び１１６を経由する
電流により有底カップ状電極１１１及び１１３間に発生
する半径方向の磁界が小さく、磁気的な駆動力も小さい
ので回転移動しないことに起因する。このように接触子
１２１及び１２２間でアークが点弧し続けるが、接触子
１２１及び１２２は低サージ接触子材料から構成されて
いるので低ざい膜特性を示し、その結果発生するサージ
電圧を抑制することができる。

次に数ＫＡ以上の大電流を遮断する場合について説明す
る。まず接触子１２１及び１２が十分に離間すると、接
触子１２１．１２２上のアークを駆動するのに十分な半
径方向磁界が接触子１２１及び１２２間のアークに作用
する。同時に大電流になると、アーク柱の径も接触子１
２１及び１２２の径を越えるので、アークは接触子１２
１及び１２２以外にも拡散される。その結果リング状接
点電極１１２．１１４上にもアークが点弧する。低サー
ジ接点材料上にて点弧したアークは回転移動しにくいが
、銅−クロム、或いは銅−テルル−セレン等の高耐電圧
特性、及び大電流遮断特性を有する接点材料からなる上
記リング状接点電極１１２及び１１４上にて点弧したア
ークは、半径方向磁界によりリング状接点電極１１２及
び１１４上を高速で回転移動する。したがって２０ＫＡ
以上の大電流でもアークの一部が有底カップ状電極１１
１及び１１３の内底部１１７及び１１８に拡散し移動す
ることがなく、集中したアークが高速度で移動するため
に、リング状接点電極１１２及び１１４の材料の消耗、
損傷が軽減されて大電流の遮断が可能となる。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

■まず小電流遮断特性はもとより大電流遮断特性の向上
を図ることができる。すなわち高対電圧特性及び大電流
遮断特性を備えた材料からなるリング状接点電極１１２
．１１４には、低サージ材料からなる接触子１２１．１
２２が固着されており、小電流遮断時には上記接触子１
２１，１２２のもつ低サージ性能により遮断し、かつ大
電流遮断時にはアークがリング状接点電極１１２．１１
４上まで広がるので、これらリング状接点電極１１２．
１１４のもつ大電流遮断特性により確実に遮断すること
ができる。このように小電流遮断特性及び大電流遮断特
性に優れた真空開閉器を提供することができる。

■次に、本実施例の場合には所定の材料からなる接触子
１２１．１２２をリング状接点電極１１２、１１４上に
固着するだけで、所望の特性を備えた真空開閉器を得る
ことができ、構成が簡略であるとともにコストの上昇を
来たすこともない。

次に第３図及び第４図を参照して第２の実施例を説明す
る。この第２の実施例は接触子１３１及び１３２の形状
が前記第１の実施例の場合と異なるもであり、その他の
構成は第１の実施例の場合と同様である。この第２の実
施例の場合には接触子１３１及び１３が扇型をなしてい
る。この場合にも第１の実施例の場合と同様の作用・効
果を奏することができる。尚、接触子の形状としてはこ
れらに限定されるものではなく、長方形等でも良い。

次に第５図を参照して第３の実施例を説明する。

この第３の実施例は、固定電極側のリング状接点電極１
１２に設けられた接触子１４１、及び可動電極側のリン
グ状接点電極１１４に設けられた接触子１４２の位置を
周方向にずらしたものであり、その他の構成は前記第１
の実施例の場合と同様である。

図にも示すように固定電極側のリング状接点電極１１２
に設けられた接触子１４１と可動電極側のリング状接点
電極１１４に設けられた接触子１４２とは周方向にその
位置がずれており、その縁部のみが対向するような配置
となっている。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず負荷電流のような数百へ以下の小電流を遮断する場
合であるが、この場合には接触子１４１及び１４２の円
周縁部間、あるいは側面の一部間で点弧したアークは点
弧し続ける。すなわ２ち、遮断電流が比較的小さい為に
、有底カップ状電極１１１及び１１３の溝１１５及び１
１６を経由する電流により有底カップ状電極１１１及び
１１３間に発生する半径方向の磁界が小さく、磁気的な
駆動力も小さいので回転移動しないことに起因する。こ
のように点弧し続けるが接触子１４１及び１４２は低サ
ージ接触子材料から構成されているので低さい膜特性を
示し、その結果発生するサージ電圧を抑制することがで
きる。

次に数ＫＡ以上の大電流を遮断する場合につぃて説明す
る。まず接触子１２１及び１２が十分に離間すると、接
触子１２１．１２２上のアークを駆動するのに十分な半
径方向磁界が接触子１２１及び１２２間のアークに作用
する。同時に大電流になると、アーク柱の径も接触子１
２１及び１２２の径を越えるので、アークは接触子１２
１及び１２２以外にも拡散される。その結果リング状接
点電極１１２．１１４上にもアークが点弧する。低サー
ジ接点材料上にて点弧したアークは回転移動しにくいが
、銅−クロム、或いは銅−テルル−セレン等の高耐電圧
特性、及び大電流遮断特性を有する接点材料からなる上
記リング状接点電極１１２及び１１４上にて点弧したア
ークは、半径方向磁界によりリング状接点電極１１２及
び１１４上を高速で回転移動する。したがって２０ＫＡ
以上の大電流でもアークの一部が有底カップ状電極１１
１及び１１３の内底部１１７及び１１８に拡散し移動す
ることがなく、集中したアークが高速度で移動するため
に、リング状接点電極１１２及び１１４の材料の消耗、
損傷が軽減されて大電流の遮断が可能となる。またその
際低サージ接点材料上にて点弧したアークは既に述べた
ように回転移動しがたいが、高い対電圧、第電流遮断特
性を備えた材料からなるリング状接点電極１１２．１１
４が対向位置にあり、これがアノードとなるので、アノ
ード溶融あるいはアノードスポット発生により遮断性能
の低下が防止され、結局大電流遮断性能が向上するもの
である。

以上この実施例によると前記第１及び第２の実施例と同
様の効果を奏することができるのはもとより、大電流遮
断時に接触子１４１，１４２と対向するリング状接点電
極１１４．１１２間にアークが発生するので、大電流遮
断特性をざらに向上させることができる。

次に第６図及び第７図を参照して第４の実施例を説明す
る。この第４の実施例は前記第３の実施例において接触
子の形状を扇型としたものである。

すなわち図にも示すように接触子１５１及び１５２は扇
型をなしている。その他の構成は前記第３の実施例の場
合と同様であり、その説明は省略する。この場合にも前
記第３の実施例と同様の効果を奏することができる。尚
、接触子の形状としては他に長方形等も考えられる。

尚、本発明はこれら第１乃至第４の実施例に限定される
ものではなく、接触子の数、形状、配置等には種々のも
のが考えられる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による真空開閉器によると、
小電流遮断特性はもとより、大電流遮断特性の向上を図
ることができ、信頼性の高い真空開閉器を提供すること
ができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示す図で、
第１図は電極部の断面図、第２図は電極部の正面図、第
３図及び第４図は第２の実施例を示す図で、第３図は電
極部の正面図、第４図は電極部の断面図、第５図は第３
の実施例による電極部の側面図、第６図及び第７図は第
４の実施例を示す図で、第６図は電極部の正面図、第７
図は電極部の側面図、第８図及び第９図は従来例の説明
に使用した図で、第８図は真空開閉器の断面図、邑 第９Ｙは電極部の断面図である。 １０５・・・固定電極、１０７・・・可動電極、１１１
゜１１３・・・有底カップ状電極、１１２．１１４・・
・リング状接点電極、１２１．１２２・・・接触子。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６因 Ｍ７図 第８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定電極側有底カップ状電極及びこの固定電極側
   有底カップ状電極の先端に固着された固定電極側リング
   状接点電極を備えた固定電極と、可動電極側有底カップ
   状電極及びこの可動電極側有底カップ状電極の先端に固
   着された可動電極側リング状接点電極を備え上記固定電
   極に対して接離する可動電極とを備えた真空開閉器にお
   いて、上記固定電極側リング状接点電極の先端面に複数
   の固定電極側接触子を取付けるとともに上記可動電極側
   リング状接点電極の先端面に複数の可動電極側接触子を
   取付け、上記固定電極側リング状接点電極及び可動電極
   側リング状接点電極を高耐電圧特性を備えた材料から構
   成し、上記固定電極側接触子及び可動電極側接触子を低
   サージ材料から構成したことを特徴とする真空開閉器。
2. （２）上記固定電極側接触子及び可動電極側接触子は相
   互に対向する位置に夫々取付けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の真空開閉器。
3. （３）上記固定電極側接触子及び可動電極側接触子は、
   固定電極側接触子の縁部が可動電極側接触子の縁部に対
   向するように周方向にその位置をずらして取付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空
   開閉器。
4. （４）上記高耐電圧特性材料として、銅−クロム（Ｃｕ
   −Ｃｒ）合金、又は銅−テルル−セレン（Ｃｕ−Ｔｅ−
   Ｓｅ）合金を使用することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の真空開閉器。
5. （５）上記低サージ材料として、ビスマス （Ｂｉ）、すず（Ｓｎ）、或いはテルル（Ｔｅ）等の高
   蒸気圧材料を１重量％以上含有する溶解系等の材料、又
   は銀（Ａｇ）等のアーク維持材及びそれよりも高融点か
   つ低蒸気圧材料であるタングステンカーバイトなどの耐
   弧材料からなる焼結材料を使用するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空開閉器。