JPH02201834A - 真空インタラプタ用磁気駆動型電極 - 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】 絶　産業上の利用分野 本発明は、アークを磁気回転駆動してしゃ断する真空イ
ンタラプタ用磁気駆動型電極に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、磁気駆動型の真空インタラプタ用ｍ極におい
て、少なくとも通電時において接触面とリード棒との間
に形成される電流路における電流成分のうち、接触面に
直交する方向の電流成分が接触面に平行なものより大き
くなるように接触部、アーク部、リード棒を接続構成し
、さらに、接触部の接触面とアーク部の表面とを連続し
た面とすると共に、接触部をアーク部より消耗しにくい
材料で形成し、もってしゃ断時の金属蒸気によるアーク
の自己拡散力によってアークを接触部からアーク部へ移
動し、アーク部においてアークを回転移動させてしゃ断
するようにしたものである。

Ｃ従来の技術 一般に、真空インクラブタは、第９図に示すように、真
空容器１内に、固定電極２を有する固定リード棒３と可
動電極４を有し上下動可能な可動リード棒５とを内装し
て構成される。図中、６は可動リード棒５を可動として
いるベローズ、７ζよ真空容器１内周をおおっているシ
ールドである。

このような真空インタラプタの電極２，４には、大電流
しゃ断簡力特性、低さい断電流値特性、高耐電圧値特性
など種々の電気的特性が要求される。

しかしながら、これらの諸特性は相反する性質のもので
あるので、すべてを同時に達成することは難しい。した
がって、従来より、真空インタラプタの用途に応じてい
ずれかの特性を重視して電極材料を選択したり、特殊な
電極構造を採用したりしている。

このような状況のもと、同じ電浬径でより電流しゃ断性
能を向上させるための代表例として、磁気駆動型の電極
が知られている。

磁気駆動型の電極の一例を第６図、第７図に示す。図に
示すように、このｇａ電極は、複数のスパイラル溝９を
備えたアーク部１０の一方の面側中央部に接触部１１を
設け、アーク部１０の他方の面側にリード棒１２を接続
する構造となっており、磁気駆動力によりアークを外周
方向に駆動し、電極の極部的な加熱を防止することによ
って、しゃ断限界の増大を図るものである。

しかして、この電ｉ８は、アークを回転させることを目
ざしたものであるから、発生したアークが停滞すること
なく、電流ゼロ点をむかえるまで動いているように糎々
の試みがなされている。

つまり、アーク１３は、第６図中の■で発生した後、ア
ークペダル１０ａ上を■、■。

■のように移動する。この際に、アーク１３は、次々に
発生するアークを集めてアーク柱１３′となって回転す
ることになる。

アーク１３の駆動力となるのは、第７図における、電極
８の半径方向に生じろ電流１ｈの成分に基因する電極部
に生じるコ字状の電流路による磁気力Ｆである。

したがって、従来は、 ■　磁気力Ｆが大きく生じるように、 ａＨＩＪ−ド棒１２の直径に比較して接触部１１の内径
を大きくする、 ｂ：　リード棒１２の上部に高抵抗材料（ＳＵＳ鋼）か
らなるいわゆるブローアウトリング１４を設ける、 Ｃ：スパイラル溝９の内端部を第６図中９ａで示す如（
接触部１１の下まで伸ばしてアークペダル１０ａを長く
する、 といった手段をとっており、また、 ■　アークの回転移動のために、 ａ：アークペダル１０ａの先端を第６図中１０ｂで示す
ように長くして、アークが隣接ペダルに移動しやすくす
る、 ｂ：周辺のアークシールドとの間隙寸法を考慮する、 といった手段をとっている。

Ｄ、　発明が解決しようとする課題 上記のような手段をとる従来の電極における思想は、発
生したアーク１３にすばやくいわゆるコ字力による磁気
駆動力を作用させるようにしたものである。したがって
、アーク１３の動きは、前述したように一点で発生した
アーク１３が成長し、次々に発生したアークを集めて大
きなアーク柱１３′となって回転する如くなる。

しかし、アークが回転するといっても、アークには電極
外局方向に向かう磁気駆動力が作用していることから、
アークの回転移動は電極表面の一部のみで終了してしま
い、電極全表面が有効に利用されない。

したがって、電極径に見合ったしゃ断性能が得られず、
また、前述のように、■スパイラル溝９を長くする、■
アークペダル１０を長くする、■ブローアウトリング１
４を設ける等の手段をとっても性能の向上には限界があ
り、特に■、■の手段では、耐久性が低下するという別
の問題が発生してしまう。

第８図には従来の電極における電極径と電流しゃ断性能
との関係を示しである。図には、併せて縦磁界印加型の
電極についても示しである。図かられかるように、磁気
駆動型の電極では、電極径がある寸法以上になると、し
ゃ断性能の向上は望めない。

また、特に、しゃ断電流が５０ｋＡす上になると、アー
クエネルギが大きくなるため、磁気駆動力のみではアー
クの局所的集中が防止できず、電極径が１１０〜１２０
＋ｎ＋ａ以上ではほとんどしゃ断性能は上がらない。

さらに、定格電圧が１２ｋＶ程度の真空インタラプタに
おいては、外部配線との距離（第９図中に「ｌ」で示す
）は２５０〜３５０闇程度であり、電磁力の値は約２０
　Ｇａｕｓｓ／　ｋ　Ａ−ｍａａ　（磁束密度／電流・
アーク長）磁気駆動力Ｆは１０　ｇ　ｆ　／　ｋ　Ａ−
ｍａ程度であるため、特にアークがアークペダル１０ａ
の外周付近（第６図に示した■の位置）に位置する場合
には、円周方向へアークが移動しにくくなり、しゃ断性
能が低下する。

上記のように、外方向の磁気駆動力によるしゃ断性能の
向上には限界があったので、本件発明者らは原点に帰り
、しゃ断時に発生する金属蒸気の自己拡散力にて発生し
たアークを接触部からアーク部に移動させることができ
ないか試みた。

すなわち、外方向の磁気駆動力が極力小さくなるように
電極を構成してみたのである。

具体的には、リード棒と接触部の接触面との間の電流路
が、接触面に直交するもの（第１０図中ので示す）が大
半となるように接触部、アーク部、リード棒を接続構成
して、接触面と平行となる方向の成分（第１０図中０で
示す）が極力少なくなるように配慮しなのである。

この電極を用いて真空インタラプタを組み立てて、その
しゃ断性能を試験したところ、電流しゃ断性能が１０〜
３０％向上する結果が得られた。しかも、試験後のもの
を分解して電極表面を観察しなところ、局部的な二ロー
ションはなく、電極表面はぼ全体にアークの痕跡が見ら
れた（従来のものでは、局部的な二ローションであった
）。これから、電極表面全体が有効利用されていること
が判った。

また、真空インタラプタのシールド内壁面のよごれ、パ
リの発生も少なかった。これは、しゃ断後の耐圧低下防
止が図れ、その結果、大電流しゃ断回数の増加が期待で
きろことを示している。

したがって、発生したアークを従来の如く強制的に外方
向向きの磁気力によって駆動させるのではなく、自然発
生の自己拡散力によってアークを接触部からアーク部に
移動さぜろことにより、良好な結果が得られることが判
った。

なお、アークを自己拡散力によって接触部からアーク部
に円滑に移動させるためには、接触面、アーク部表面間
に切れ目等がないことが必要である。接触面とアーク部
表面との境目に微小ギャップがあったり、ろう付けによ
るろうがはみ出していたりすると、その部分でアークが
停滞し、電極を溶融させてしまうからである。

さらに、電極の材料を考慮すると、消耗性の低い材料つ
まり消耗しにくい材料の方がアークが停滞しにくり、自
己拡散力によって効率良くアークを直径方向に拡散移動
し得ることから、接触部をアーク部より消耗しにくい材
料で形成することが、しゃ断性能向上の上で有効である
と考えられる。

課題を解決するための手段 上記知見に基づき、本発明では、 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
面の中央部にリード棒を接続してなる真空インタラプタ
用磁気駆動型電極において、 少なくとも通電時において前記接触部の接触面と前記リ
ード棒との間に形成されろ電流路における電流成分を、
接触面に直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する
方向の成分をＩｈとしたとき、Ｉｖ）Ｉｈとなるように
前記接触部、アーク部、リード棒を接続構成し、 前記接触部を前記アーク部より消耗しにくい材料で形成
したのである。

なお、前記接触部はクロム、銅を主成分とした材料から
なり、例えばＣｕ　−Ｃｒ　−Ｍ　ｏの複合金属が採用
される。

また、前記アーク部は磁性材料と銅を主成分とした材料
からなり、Ｆｅ−Ｃｒや磁性ステンレス鋼−Ｃｕの複合
金属が採用される。

Ｆ　　作　　　　用 上記真空インタラプタ用電極では、電流のしゃ断時、ア
ーク集中を起こすことなく、発生した金ＷＩ４蒸気の自
己拡散力によって発生缶アークは接触部からアーク部へ
と移動し、アーク部において各アークは全体回転するの
で、電極面を有効に利用してしゃ断が行なわれる。

Ｇ、実施例 第１図、第２図には本発明の一実施例に係る真空インタ
ラプタ用電極の平面とその■−■矢視断面を示しである
。

当該電極のアーク部３０は複数のスパイラル溝２９を有
する。アーク部３０の表面側の中央部にはリング状の接
触面３１ａｊｅ有する接触部３１をろう付けにより結合
する。アーク部３０のスパイラル溝２９ば接触部３１の
背面側にまで及んでいる。

アーク部３０の裏面側の中央部にはリード棒３２をろう
付けにより接合する。このリード棒３２の外径と前記接
触部３１の外径とはほぼ等しいものとされている。こう
することＣζよって、少なくとも通電時においては、接
触面３１　ａに直交する方向の電流路が大きく確保され
ろ。

アーク部３０と接触部３１とは前述の如くろう伺けによ
り結合されるが、両者をろう付は結合した後、接触面３
１ａとアーク部表面３０ａとを連続した面とすべく機械
加工が施されろ。接触面３１ａとアーク部表面３０ａと
を連続した面とすることにより、接触面３１ａからアー
ク部表面３０ａへのアークの移動が円滑に行なわれるよ
うになる。

なお、本電極では、アーク部３０の裏面に、ステンレス
、インコネル等製の補強板３５を設けである。

また、アークの接触面３】ａでの停滞を防止し、自己拡
散力がアークの移動に有効に作用するように、接触部３
１はアーク部より消耗しにくい材料で形成されるが、本
実施例において、接触部３１は外径４０關、内径２０駒
で、Ｍｏ　　Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕを溶浸して形成
される。

また、アーク部３０は外径８０跪、スパイラル溝の数（
＝アークペダル３０ｂの数）ば１２、スパイラル溝２９
の幅は４閣で、Ｆｅ。

Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕを溶浸したＣｕ（５０％）−
Ｆｅ（４２％）−Ｃｒ（８％）の成分からなる材料にて
形成される。

上記構成の電極を第３図に示すように、固定電極３３、
可動電極３４として真空インクラブタを構成し、電極径
を変えて電流しゃ断性能について試験した結果を第４図
に示す。

第３図において、真空インタラプタの構成部材は第８図
に示したものと同じであり、同一部材は同一符号で示し
である。なお、試験の条件は、電圧１２ｋＶ、電極間ギ
ャップ１２ｍｒａである。

通電時及び開極直後（アークが接触ＷＪ３１　ａ上に存
在する間）においては、リード棒３２と接触面３１ａと
の間の電流路が、接触面３１．　ａに直交するもの（第
２図、第９図中ので示す）が大半（ＩＶ＞Ｉｈ）となる
ので、しゃ断時に生ずる金属蒸気の自己拡散力によって
、アークは放射方向に広がって、接触部からアーク部へ
移動し、アーク部におけるスパイラル溝の作用によって
回転移動し、消弧する。また、接触面３１ａとアーク部
表面３０ａとが連続した面となっており、アークの停滞
原因となるようなものがなく、シかも接触部３１の方が
アーク部３０より消耗しにくい材料で形成してあり、ア
ークが停滞しにくいので、接触面３１ａからγ−り部表
面３０ａへのアークの移動は円滑に行なわれる。第１図
において、アークの移動を説明的に矢印へで示しである
。

試験の結果、本発明の電極を用いた真空インタラプタに
おけるしゃ断性能（第４図中ｏ　−ｏで示す）は従来品
のもの（第４図中Ｘ−Ｘで示す）より谷径において１０
〜３０％良好であり、しかも１２０ｍｍの大径のものに
？ｊいても、極めて良好な結果が得られた。

なお、第５図には接触部３１．アーク部３０を形成する
材料のしゃ断回数に対する消耗量を示しである。

Ｈ発明の効果 本発明に係る磁ｇＦｃ駆動型の真空インタラプタ用電極
は、少なくとも通電時において接触部の接触面とリード
棒との間に形成される電流路における電流成分を、接触
面に直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する方向
の成分をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように接触
部、アーク部、リード棒を接続構成し、加えて接触部を
アーク部よりも消耗しにくい材料で形成して、電流しゃ
断時に発生する金属蒸気の自己拡散力によってアークが
接触部からアーク部へ移動し、アーク部において全体回
転して消弧するようにしたので、しゃ断性能が向上し、
電極面を有効に利用できろことから電極径の小型化、ひ
いては真空インクラブタの小型化が達成できる。また、
シールドのよごれ及びパリの発生が抑えられろことから
、＃４′ｒｉ圧の向上、大電流しゃ断回数の増大が図れ
る。

０はアーク部、 Ｏａはアーク部の表面、 １は接触部、 １ａは接触面、 ２（よリード棒である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る真空インタラプタ用電
極の平面図、第２図はそのＩＴ−ＩＩ矢視断面図、第３
図は実施例に係る電極を備えた真空インタラプタの縦断
面図、第４図はＴｉ電極径しゃ断性能との関係を示すグ
ラフ、第５図はしゃ断回数と電極構成材料の消耗量との
関係を示すグラフ、第６図は従来の磁気駆動型電極の平
面図、第７図はその■−■矢視断面図、第８図は従来の
電極の電極径としゃ断性能との関係を示すグラフ、第９
図は真空インクラブタの概略図、第１０図は電流路の説
明図である。 図　　面　　中、 ２９はスパイラル溝、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
   部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
   面の中央部にリード棒を接続してなる磁気駆動型の真空
   インタラプタ用電極において、 少なくとも通電時において前記接触部の接触面と前記リ
   ード棒との間に形成される電流路における電流成分を、
   接触面に直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する
   方向の成分をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように
   前記接触部、アーク部、リード棒を接続構成し、 前記接触部を前記アーク部より消耗しにくい材料で形成
   したことを特徴とする真空インタラプタ用磁気駆動型電
   極。