JPH0123891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は真空インタラプタに係り、特に軸方向
磁界（アークと平行な磁界）を発生させる電極を
備えた真空インタラプタに関するものである。

＜従来の技術＞ 従来、しや断性能を高めるべき電極自身が軸方
向磁界を発生する機能を備えた真空インタラプタ
は、第１図に示すように構成されている。

すなわち、セラミツクスまたはガラス等からな
る絶縁筒１１，１１の両端を金属からなる端板１
２及び１３により気密に閉塞し、且つ内部を高真
空に排気した真空容器１０内に、対をなすリード
棒１５及び１６を相対的に接近離反自在に導入す
るとともに、外部回路を投入、しや断すべく接触
離反（接離）される一対の電極２及び３をリード
棒１５及び１６の内端部に装着して構成されてい
る。これら電極２及び３は、接触部となるアーク
電極２１，３１と、このアーク電極２１，３１の
接触部背面側（リード棒側）に配置され且つリー
ド棒１５，１６に流れる電流を各々のリード棒１
５，１６を中心とするループ電流に変更して軸方
向（第１図において上下方向）磁界を発生させる
コイル電極２２，３２とを備えて構成される。

これら電極２及び３は同様な構成から成るの
で、電極３で代表し第２図に基づいて更に詳細に
説明する。

アーク電極３１は、その中央部に相手電極２と
接触する接触部３１ａを備え、且つ外周から半径
方向に位するスリツト３１ｂが複数本切り込まれ
ている。コイル電極３２は、リード棒（図示省略
−第１図のリード棒１６）の端部が接続されるボ
ス部３２ａと、このボス部３２ａより半径方向外
方に突出した複数の腕３２ｂと、この各腕３２ｂ
の外端部に一端が接続され且つ周方向に湾曲した
円弧部３２ｃとで構成されている。このコイル電
極３２と前記アーク電極３１とは、低導電率材
（例えばステンレス材）からなる高抵抗スペーサ
３３を介在して一体に結合され、且つコイル電極
３２の具備する各円弧部３２ｃの先端部は、軸方
向に位する接続金具３４を介してアーク電極３１
の背面で且つ外周側寄りに接続されている。

なお、第１図において、１４はベローズ、１７
はシールドである。

ところで、上述したような真空インタラプタに
おいてしや断性能の向上を図る上で解決しなけれ
ばならないことは数多く有るが、最もしや断性能
の向上に関連することは、コイル電極、アー
ク電極における問題の解決である。

まずコイル電極について述べる。

コイル電極は軸方向磁界を発生させるものであ
り、この磁界の強さ（密度）によつてしや断性能
は大きく影響されるものである。高密度の磁界を
得るには、導体を１回又は多回巻きしてコイル電
極を形成すれば良いが、これによるとループ電路
が長くなるために発熱が著しい。これを防止する
には相当太い導体を用いなければならず、真空イ
ンタラプタが非常に大形となつてしまうので、普
通は、前述の第２図に示すような１ターンを1/4
に分割した円弧部３２ｃを４個合わせて形成した
所謂1/4分流（1/4ターン）とか、または分割数を
減らした1/3ターン、1/2ターンに形成して電流を
分流したものが用いられている。

このように電流を分流すれば、コイル電極の各
円弧部３２ｃの分担電流が減少するので発熱が防
止でき、且つ円弧部等の断面積が小さくできて小
形の電極が形成できる利点は有るが、１ターンの
電路を複数に分割することから、分割数（分流
数）を増すに伴つてコイルの有効円弧部は減少
し、この結果磁束密度が低下するといつた問題が
ある。

このようなことから、開極ギヤツプ（しや断時
における一対の対向する電極間寸法）が30〜60mm
と大きくなる真空インタラプタ（例えば高電圧
用、コンデンサ開閉用）にあつては、大きな磁束
密度が得られる1/2ターンのコイル電極を用いる
のが望ましい。

しかしながら磁束密度が大きくなるに従つてし
や断性能に害となるうず電流がアーク電極に生じ
やすくなるために、このアーク電極はうず電流が
生じることのないように形成しなければならな
い。

次にアーク電極について述べる。

前述したような真空インタラプタにおける各電
極２，３のアーク電極２１，３１は、Cuの如き
導電率の高い材料から成るのが一般的であるが、
この場合にあつては、アーク電極２１，３１内に
うず電流が流れ、コイル電極２２，３２によつて
生ずる軸方向磁界の磁束密度が低下する問題があ
る。

かかる問題に対処するため、前述の第２図に示
す如くアーク電極３１（及び２１）に複数の半径
方向のスリツト３１ｂを設けたものが提案されて
いるが、各スリツト３１ｂは、電極径が100mm程
度以上の場合には、その半径方向の切り込みを深
くする必要がある。そのためアーク電極３１（及
び２１）の強度が低下し、しかもスリツト３１ｂ
のエツジが耐電圧を低下させる問題がある。かか
る傾向は高電圧用真空インタラプタの様に、しや
断速度が速く且つ高い耐電圧が必要な場合に問題
となる。また、大電流を多数回しや断すると電極
材が溶融し、スリツトがうまつてしまうので、結
果としてうず電流が増加し、しや断性能が低下す
る問題がある。

また、前述した問題に対処するため、アーク電
極３１（及び２１）にスリツト３１ｂを設けない
で、このアーク電極を導電率の低い材料により形
成してなるものが提案されている。この場合、導
電率が30〜40％以下の材料（例えばベリリウム、
Cu−Ｗ、Ag−Ｗ）によりアーク電極３１，２１
を形成すれば、うず電流の発生がかなり減少しス
リツトを設ける必要がなく、耐電圧の向上及び機
械的強度の向上が図れる利点がある。

しかしながら、アーク電極が導電率30〜40％以
下の低導電率の材料から成る場合にあつては、通
電時における発熱が著しくなるといつた問題があ
る。

すなわち、コイル電極３２の外周側に位する円
弧部３２ｃの先端は、アーク電極３１の外周側に
寄つた部位に接続金具３４を介して接続されるこ
とになるために、通電時には第３図に示す如く、
電流I₁、I₂、I₃、I₄がアーク電極３１内に半径方
向に長い電路を形成することによつて著しく発熱
するものである。

またアーク電極３１の抵抗が大きいことから、
アーク電極３１とコイル電極３２とで形成される
電路の全抵抗が大きいものとなるため、高抵抗ス
ペーサ３３に分流して流れる電流が増すことにな
り、結果としてコイル電極３２に流れる電流は減
少し、磁束密度が低下するといつた問題が生ず
る。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上述のような低導電率の材料から成るアーク電
極を備えた電極における問題点を解決すべく構成
を、本件発明者は特願昭56−84233号（特開昭57
−199126号）にてすでに提案しており、その電極
は、第４図及び第５図に示す如き構成から成るも
のである。

すなわち、ボス部４１と、このボス部４１より
半径方向外方に突出した複数の腕４２（コイル電
極３２の腕３２ｂと同数）と、各腕４２の外端部
に各々設けた接続部４３とから成り、且つ高導電
率の材料（例えばCu）から成るアダプタ４を、
アーク電極３１の背部（接触部３１ａの反対面）
に固着して設け、アダプタ４の各腕端部の接続部
４３と、コイル電極３２の円弧部３２ｃの端部と
を接続金具３４にて接続して構成したものであ
る。

この構成によれば、通電時における電流Ｉは、
第４図に示す如く、アーク電極３１の接触部３１
ａから、アーク電極３１内に軸方向の電路（厚み
方向の電路）を取つてアダプタ４のボス部４１に
流れ、そして各腕４２に分流されると共に接続金
具３４を介してコイル電極３２に、更にはリード
棒１６に流れることになる。結果として抵抗の大
きいアーク電極３１内の電路は、軸方向（厚み方
向）に形成されるために極めて短く、これにより
発熱の問題は解決され、また高抵抗スペーサ３３
に分流する電流が減少し、これにより磁界密度が
低下することも解決防止できるものである。

従つて上述のことから、コイル電極は、1/2タ
ーンのコイル状に形成することで大きな磁界密度
が得られるが、磁束密度が大きくなるとこれに比
例してアーク電極におけるうず電流の発生が著し
くなり、結果的に磁束密度が低下し、しや断性能
が悪化する問題があるために、しや断性能の向上
を図るにはアーク電極との組み合わせが重要な要
件となる。

このアーク電極におけるうず電流の発生を防止
するには、前述のようにアーク電極を導電率30〜
40％以下の低導電率の材料で形成すれば、耐圧低
下の要因となる半径方向のスリツトを設けること
なく構成できる。しかしアーク電極を低導電率の
材料で形成した場合には、通電時におけるアーク
電極の発熱が著しくなるが、前述のようにアーク
電極の背部に高導電率の材料から成るアダプタを
設けることでこの問題は解決できるものである。

本発明は、以上の点に鑑み、低導電率の材料か
らなるアーク電極と、アーク電極の背部に設けた
高導電率の材料から成るアダプタと、高導電率の
材料からなるコイル電極とを組み合わせることに
よつて軸方向磁界を発生する電極を構成し、これ
によつて大きな磁束密度が得られるとともにしや
断性能の向上を図つた真空インタラプタを提供す
ることを目的としたものである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は真空容器内に夫々電極棒を介して一対
の電極を接離自在に対向配置し、対向電極と接触
するアーク電極を高抵抗スペーサを介して電極棒
に支持し、且つ前記アーク電極の反接触側に前記
電極棒と前記アーク電極とに接続され電極棒に流
れる電流を電極棒を中心とするループ電流に変え
て軸方向磁界を発生させるコイル電極を備えた真
空インタラプタにおいて、前記コイル電極を、前
記電極棒の内端に取り付けるボス部と、このボス
部に設けられ半径方向に延在する複数の腕と、該
腕の端部から円周方向に電極棒と同心的で相隣る
腕近くまで延びる円弧部とをもつた高導電率の材
料で形成し、かつ前記アーク電極を、対向面が低
導電率の材料で笠形円板状に形成し、裏面に前記
高抵抗スペーサを取り付けるボス部と、このボス
部に設けられ半径方向に延在し、かつ前記コイル
電極の腕の数と同数の腕と、該腕の端部から前記
電極の円弧部とほぼ同じ半径でコイル電極とは逆
の円周方向へ円弧状に湾曲し、かつ該腕の端部か
ら円周方向に電極棒と同心的で相隣る腕近くまで
延びた円弧部をもつた高導電率の材料から成るア
ダプタをろう付けして形成し、前記コイル電極の
端部とアダプタの円弧部の端部とを接続金具で電
気的に接続したことを特徴とした。

＜作用＞ アーク電極と電極棒との間において、電流はコ
イル電極にて円弧状のループに流れ、しかもこの
ループ電流は、アダプタによつて更に円弧状に伸
ばされたループ電流により大きな磁束密度が得ら
れる。

＜実施例＞ 次に本発明に係る実施例を第６図ないし第９図
に基づいて説明するが、これらの図において前述
の第１図ないし第５図と同一符号を付するものは
同等品を示すものであるからこれらの詳細な説明
は省略する。

まず、第６図ないし第８図に示すものは、本発
明に係る一実施例からなる真空インタラプタの具
備する一対の電極のうちの一方の電極であり、こ
の電極３を形成するアーク電極３１は、その中央
部に接触部３１ａを備えて導電率が30〜40％以下
の低導電率の材料（例えばベリリウム、Cu−Ｗ、
Ag−Ｗ、Cu−Cr等の電極材料）で笠形円板状に
形成されている。

次にコイル電極３２は、リード棒１６に接続さ
れる中央部のボス部３２ａと、このボス部３２ａ
に接続された半径方向に位する一対の腕３２ｂ
と、これら腕３２ｂの各外端部に一端が各々接続
されると共に前記ボス部３２ａを囲繞する如く湾
曲され且つ他端部が他方の腕３２ｂの近傍にまで
延設されて成る一対の1/2ターンの円弧部３２ｃ
とを備えて形成されている。

前記アーク電極３１の背部に設けられ、且つこ
のアーク電極３１と一体に構成された高導電率の
材料（例えばCu）からなるアダプタ４は、ボス
部４１に内端が接続された一対の腕４２と、各腕
４２の外端部に一端が接続され且つ他端が他方の
腕４２の近傍にまで接近していると共に前記ボス
部４１を囲繞する如く周方向において湾曲された
円弧部４４とで形成されている。また、このアダ
プタ４は、そのボス部４１がアーク電極３１の背
部に埋設されて径方向の位置決めが成され、且つ
腕４２及び円弧部４４がアーク電極３１の背面に
密接されて、このアダプタ４とアーク電極３１と
はろう付け等によつて一体構成されている。

そしてこのアダプタ４とコイル電極３２との接
続は、アダプタ４の具備する円弧部４４の先端４
４ａと、コイル電極３２の具備する1/2ターンの
円弧部３２ｃの延設方向の先端とを向き合わせる
と共に軸方向において重ね合わせ、且つ軸方向に
位する接続金具３４を介して機械的及び電気的に
接続して所要の電極３を構成している。

このように、アダプタ４の具備する円弧部４４
を、他方の腕４２の近傍にまで延設すると大きい
磁束密度が得られる。

またこのアダプタ４のボス部４１におけるコイ
ル電極３２側に位する部分には、凹部４１ａが設
けられており、この凹部４１ａには、アーク電極
３１とコイル電極３２又はリード棒１６とを結合
せしめる低導電率の材料から成る高抵抗スペーサ
３３の一端（上端）側が没入するようになされて
いる。

更にアダプタ４とコイル電極３２のボス部３２
ａとの間には、アーク電極３１をリード棒１６の
端部に固定すべく、例えばステンレス材からなる
高抵抗体スペーサ３３が介在して設けてある。

なお、第６図において３５は、低導電率の材料
（例えばステンレス材）から成るコイル電極３２
の補強体であり、この補強体３５は、第８図に示
す如く、リード棒１６を囲繞するリング状のボス
部３５ａと、このボス部３５ａに接続された半径
方向に位する複数の腕３５ｂと、これら複数の腕
３５ｂの外端部に各々接続されると共に前記コイ
ル電極３２の具備する円弧部３２ｃと略同形の円
弧状に形成され且つ円弧部３２ｃを形成する異な
る面（平面部と側面部）に接合される円弧部３５
ｃとを備えて形成されている。

また、リード棒１６は、高導電率の材料（例え
ばCu）からなるリードパイプ１６ａと、このリ
ードパイプ１６ａ内に埋設される機械的強度の大
きい材料（例えばステンレス材）からなる心棒１
６ｂと、これら両部材の軸端部において両部材を
気密に接続する補助金具１６ｃとで構成されてい
る。

上記のように構成された電極３にあつては、ア
ーク電極３１とリード棒１６との間において、電
流はコイル電極３２にて円弧状のループに流れ、
しかもこのループ電流は、アダプタ４によつて更
に円弧状に伸ばされたループ電流となつて軸方向
磁界を発生するものである。

次に第９図に本発明の電極を備えてある真空イ
ンタラプタにおける磁束密度分布を示す。なお、
実験に供したコイル電極の直径は120mmであり、
横軸は電極半径Ｒmmを、縦軸は磁束密度Ｇ／KA
を示すものであり、この図は電極の中心より右半
分の部位における磁束分布を示すものである。ま
たこの図中におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、異なる極
間ギヤツプ寸法における磁束密度であり、Ａはギ
ヤツプ15mm、Ｂはギヤツプ30mm、Ｃはギヤツプ45
mm、Ｄはギヤツプ60mmの場合を各々示すものであ
る。

＜発明の効果＞ 以上の説明から明らかなように、導電率が30〜
40％以下の材料にて形成されたアーク電極３１
と、このアーク電極３１の背面に設けられた高導
電率の材料からなるアダプタ４と、電流をループ
電流に分流して横方向磁界を発生させるコイル電
極３２とからなる電極３を有する本願発明の如き
真空インタラプタにあつては、以下に説明するよ
うな種々の効果を奏するものである。

コイル電極３２は、電流を1/2ターンに分流
するものであるから、磁界を発生させる円弧部
３２ｃの有効長が長く大きな磁束密度が得られ
る。

アーク電極３１は、低導電率の材料から成る
ので1/2ターンのコイル電極３２による大きな
磁界が作用しても、磁束密度を低下させる原因
となるうず電流はほとんど生じない。しかもう
ず電流の発生を防止する半径方向のスリツトを
設ける必要がないので、開極時における耐電圧
特性の向上及びしや断特性の向上が図れる。

上記、のことから、開極時の対向電極間
寸法が大きくなり、且つ大きな磁界が必要な高
電圧用の真空インタラプタ、及びしや断後に高
電圧が通常の場合より加わるコンデンサ開閉用
の真空インタラプタに好適なものである。

また、アーク電極３１の背部には、高導電率
の材料からなるアダプタ４が設けてあり、且つ
このアダプタ４は、コイル電極３２の円弧部３
２ｃの両端に各々接続されてなり、しかもアダ
プタ４はアーク電極３１における接触部３１ａ
の背部位置に位しているものであるから、通電
時にあつては、アーク電極３１の厚み方向に縦
断して電流はアダプタ４に流れ、しかもこの電
路は非常に短いので発熱の問題はほとんど生じ
ないものであり、耐久性の高い真空インタラプ
タを提供することができるものである。

特にアダプタ４が一対の円弧状部４４を備
え、且つ各円弧状部４４の先端４４ａとコイル
電極３２の円弧部３２ｃの先端とが、向き合わ
されると共に軸方向において重ね合わされ配置
されて成る場合にあつては、ループ数が増大す
る結果となつて一層大きな磁束密度が得られる
利点があり、低電流で且つ高電圧であつて開極
時のギヤツプの大きい真空インタラプタに好適
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の真空インタラプタの正面断面
図、第２図は第１図における電極の分解斜視図、
第３図及び第４図は他の構成の電極の平面図及び
断面図、第５図は第４図におけるアダプタの斜視
図、第６図ないし第８図は本発明に係る電極であ
り、第６図は断面図、第７図は要部の分解斜視
図、第８図は補強体の斜視図、第９図は本発明に
おける磁束密度分布図である。 １は真空インタラプタ、１０は真空容器、１５
及び１６はリード棒、２及び３は電極、２１及び
３１はアーク電極、２２及び３２はコイル電極、
３２ｂは腕、３２ｃは円弧部、３３は高抵抗スペ
ーサ、３４は接続金具、４はアダプタ、４２は
腕、４４は円弧部。

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
   を接離自在に対向配置し、対向電極と接触するア
   ーク電極を高抵抗スペーサを介して電極棒に支持
   し、且つ前記アーク電極の反接触側に前記電極棒
   と前記アーク電極とに接続され電極棒に流れる電
   流を電極棒を中心とするループ電流に変えて軸方
   向磁界を発生させるコイル電極を備えた真空イン
   タラプタにおいて、前記コイル電極を、前記電極
   棒の内端に取り付けるボス部と、このボス部に設
   けられ半径方向に延在する複数の腕と、該腕の端
   部から円周方向に電極棒と同心的で相隣る腕近く
   まで延びる円弧部とをもつた高導電率の材料で形
   成し、かつ前記アーク電極を、対向面が低導電率
   の材料で笠形円板状に形成し、裏面に前記高抵抗
   スペーサを取り付けるボス部と、このボス部に設
   けられ半径方向に延在し、かつ前記コイル電極の
   腕の数と同数の腕と、該腕の端部から前記電極の
   円弧部とほぼ同じ半径でコイル電極とは逆の円周
   方向へ円弧状に湾曲し、かつ該腕の端部から円周
   方向に電極棒と同心的で相隣る腕近くまで延びた
   円弧部をもつた高導電率の材料から成るアダプタ
   をろう付けして形成し、前記コイル電極の端部と
   アダプタの円弧部の端部とを接続金具で電気的に
   接続したことを特徴とした真空インタラプタ。