JPH02201836A - 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】 Ａ　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、真空インクラブタ用磁気駆動型電極において
、接触面の外径をリード棒の直径以下にすると共に、接
触面の半径を前記接触部自体の半径より１　ｍｍ以上小
さくして、少なくとも通電時において、接触面とり一ド
棒との間に形成される電流路におけろ電流成分のうち、
接触面に直交する方向の電流成分を接触面に平行なもの
より大きくし、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、真空インタラプタは、第１０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、７は真空容器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
など腫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、同じ電極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７図、第８図に示す。図に
示すように、この電極８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、この電極８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種々
の試みがなされている。

つまり、アーク１３は、第７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８図における、電極
８の半径方向に生じる電流１ｈの成分に基因する電極部
に生じろ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が大きく生じろように、 ａ：　リード棒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を設けろ、 Ｃ：スパイラル溝９の内端部を第７図中９ａで示す如く
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７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
外周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、待に■、■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９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以上になると、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１１０〜１２〇
−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１０図中にｒＬＪで示
す）は２５０〜３５０關程度であ秒、電磁力の値は約２
０　Ｇａｕｓｓ／　ｋ　Ａ−ｍ　（磁束密度／電流・ア
ーク長）、磁気駆動力Ｆは１０　ｇ　ｆ　／　ｋ　Ａ−
ｍｍ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７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、接触面の外径をリード棒の直径以下にする
と共に、接触面の外径を接触部自体の外径より小さくし
、リード棒と接触面との間の電流路が、接触面に直交す
るもの（第１１図中ので示す）が大半となるようにして
、接触面と平行となる方向の成分（第１１図中Ｏで示す
）が極力少なくなるように配慮したのである。

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たところ、局部的なエロー
ジョンはなく、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、局部的な二ロージンンであった
）　　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（よ、しゃ断後の耐圧低下
防止が図れ、その結果、大電流しゃ断回敞の増加が期待
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
移動させろことにより、良好な結果が得られることが判
った。

しかしながら、このように接触部からアーク部へアーク
を移動させることにより、電極の品質安定化を図っても
、閉極時において電極間に接触抵抗のばらつきがあると
、抵抗の増加した部分で発熱等の問題を引き起こすばか
りでなく、アーク発生の集中、片寄り等の問題を惹起し
、性能の安定性を害してしまう。

接触抵抗にばらつきを生じさせろ原因としては、一方の
電極の接触部が他方の電極のアーク部とも接触してしま
うことがあげられろ。

これは、アーク部に対する接触部のズレ、電極同士の片
当りなどに起因する。

そこで、電極同士の片当りや接触部のズレがあっても接
触部がアーク部に接触しないようにするため、実際に接
触する接触面を接触部材自体の外径より小さくして試み
た。接触部材の外径と、この接触部材の外周からテーパ
を介して突出する接触面の外径との差を変丸で接触抵抗
のバラツキを調べた結果を第４図に示す。接触部材の外
径り、と接触面の外径Ｄ２との半径差ｌ（＝Ｌ丁２　）
が１ｍ息上になると接触抵抗のバラツキは顕著に少なく
なろ。

Ｅ、　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、 前記接触面の外径を前記リード棒の直径以下にすると共
に、前記接触面の半径を前記接触部材自体の半径より１
陳以上小さくして、少な（とも通電時において前記接触
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ｒｖ、接触面
に平行する方向の成分をＩｈとしたとき、Ｔｖ＞ｉｈと
なるようにしたのである。

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−０ｒや磁性ステンレス鋼−Ｃｕの複合
金属が採用される。

Ｆ　　作　　　　　用 上記真空インクラブタ用電極でζよ、電流のしゃ断時、
アーク集中を起こすことなく、発生した金属蒸気の自己
拡散力によって発生各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。

また、接触部材同志が確実に接触し、接触抵抗、しゃ断
性能が安定する。

実施例 第１図、第２図、第３図には本発明の一実施例に係る真
空インクラブタ用電極の平面、その■−■矢視断面、そ
の■部拡大を示しである。

当該電極のアーク部２１は、中央部に貫通孔２２を有す
る円盤リング状をなし、貫通孔２２内局面付近から外周
面にかけて多数のスパイラル溝２３が形成しである。

本実施例に係る電極では、アーク部２１の背面２１ａに
は、ステンレス、インコネル等製の補強板２４が設けで
ある。

アーク部２１の背面側から貫通孔２２にはり−ド捧２５
の先端部が嵌合してあり、り一ド棒２５外周面に突設さ
れた肩部２６が補強板２４裏面に当接されている。リー
ド棒２５先端部とアーク部２１とはろう付は結合される
。

リード棒２５の先端面２５ａには凹穴２７があけである
。この凹穴２７の深さは、少なくともその底面２７ａが
アーク部２１の背面２１ａよりリード棒２５根元側に来
るようにしである。

一方、アーク部２１の表面側において貫通孔２２には、
リング状の接触面２８ａを有する接触部２８が嵌着しで
ある。接触部２８において、接触面２８ａの外径りは接
触部２８ｍｍ以上としである。つまり、接触面２８ａは
接触部２ｇの表面にテーパを介して突出する如く形成さ
れるのである。接触面２８ａの外径りはリード棒２５の
外径ｄ以下の寸法であればよいが、この実施例では、接
触面２８ａの外径りをリード棒２５の外径ｄより小さく
しである。なお、接触面２８ａの内径り、はリード棒２
５先端の凹穴２７の内径ｄとほぼ等しいものとしである
。

接触部２８の底面２８ｂはリード棒２５のリング状の先
端面２５ａに密着し、接触部２８周面とアーク部２１及
び接触部底面２８ｂとリード棒先端面２５ａとζよろう
付は結合されている。つまり、接触部２８の背面にリー
ド棒２５の先端面を直接接続した構造となっているので
ある。

上記のように、各部の寸法を決め、かつ接続構成するこ
とによって、少なくとも通電時においては、リード棒２
５から接触面２８ａに至る抵抗の少ない直線的な電流路
が確保され、接触面２８ａに直交する方向の電流成分を
太き（とることができるのである。

また、接触面２８ａの外周部に所定寸法以上（１順以上
）の接触部材が存在することから、閉極時においても、
接触部２８がアーク部２１に当たりあるいは接触して接
触抵抗にバラツキが生ずることも回避される。

なお、本実施例では、スパイラル溝２３の内端部は、第
１図ウニ点鎖ｉＪ　ｒ　２３　ａ　Ｊで示す如く接触部
２８の部分まで延長した溝３０に形成してもよい。

第１，２図に示した実施例において、接触部２８は接触
面２８ａの外径が４０　ｎｍ＋　、内径２０＋ｍｎで、
Ｍｏ−Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕを溶浸して形成される
。

アーク部２１は外径８０ｍｍ、スパイラル溝の数（＝ア
ークペダル２１ｂの数）は１２、スパイラル溝２３の幅
は４　ｍｍ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５図に示すように、固定電極３１、
可動電極３２として真空インタラプタを構成し、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６図
に示す。

第５図において、真空インクラブタの構成部材は第１０
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１２ｍｒＲである。

通電時及び開極直後（アークが接触面上に存在する間）
においては、リード棒２５と接触面２８ａとの間の電流
路が、接触面２８ａに直交するもの（第２図、第１１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
ク部におけろスパイラル溝の作用によって回転移動し、
消弧する。

第１図において、アークの移動を説明的に矢印Ａ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クラブタに
おけるしゃ断性能（第６図中０−０で示す）は従来品の
もの（第６図中×−×で示す）より谷径において１０〜
３０％良好であす、シかも１２０間の大径のものにおい
ても、極めて良好な結果が得られた。

なお、真空インクラブタを構成するに際しては、少なく
とも一方の電極を本発明に係る電極とし、もう一方の電
極を凹穴のないものとしても所期の効果を得ることがで
きる。

■　発明の効果 本発明に係る真空インタラプタ用磁気駆動型電極は、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ろ電流成分を、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
有効に利用できることから電極径の小型化、ひいては真
空インタラプ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るこ
とから、耐電圧の向上、大電流しゃ断回数の増大が図れ
る。

さらに、接触部における接触面の外径を接触部自体の外
径より所定寸法以上小さくして、閉極時の接触抵抗のバ
ラツキを小さく抑えるようにしたので、局部的な加熱な
ども生ぜず、品質の安定が保たれる。接触部材同志が確
実に接触するので、接触抵抗、しゃ断性能も安定する。

【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クラブタ用電
極の平面図、第２図はそのＩＩ−ＩＩ矢視断面図、第３
図は第２図中の■部の拡大図、第４図は接触部自体と接
触面との径差による接触抵抗のバラツキを示すグラフ、
第５図は実施例に係る電極を備えた真空インクラブタの
縦断面図、第６図は電極径としゃ断性能との関係を示す
グラフ、第７図は従来の磁気駆動型電極の平面図、第８
図はその■−■矢視断面図、第９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１０図は真空
インタラプタの概略図、第１１図は電流路の説明図であ
る。 図　面　中、 第１図 一実施例に係る電極の平面図 第２図 第１図の■−■矢視断面図 １はアーク部、 ３はスパイラル溝、 ５はリード棒、 ５ａはリード棒先端面、 ７は凹穴、 ８は接触部、 ８ａは接触面である。 特　　許　　出　　願 株式会社　明 代　　　　理

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真空インタラプタ
   用磁気駆動型電極において、 前記接触面の外径を前記リード棒の直径以下にすると共
   に、前記接触面の半径を前記接触部材自体の半径より１
   ｍｍ以上小さくして、少なくとも通電時において前記接
   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。