JPH05282972A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製造容易で、遮断特性と、通電容量を上げるこ
とができる真空バルブを得ること。 【構成】可動電極３Ｂに対して、接触子４Ｂの接触面と
斜めに溝６Ａ，６Ｂを切る。この溝は、可動通電軸５Ｂ
の延長線上の可動電極３Ｂの内部を横切るように設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空バルブに係り、特
に電極の構造を変えた真空バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器に組み込まれる従来の真空バ
ルブの縦断面図を図３に、この図３のＢ−Ｂ断面図を図
４に示す。従来の真空バルブは、図３及び図４に示すよ
うに、絶縁円筒１の両端を固定フランジ２Ａ及び可動フ
ランジ２Ｂで密閉された真空容器内に、固定電極13Ａと
可動電極13Ｂが接離可能に配置されている。

【０００３】このうち、固定電極13Ａは、固定フランジ
２Ａを貫通した固定通電軸５Ａの先端に固着され、この
固定電極13Ａの前面には接触子４Ａが結合され、真空容
器の外部とは固定通電軸５Ａで接続されている。一方、
可動電極13Ｂは、可動フランジ２Ｂに貫設された案内管
10を貫通した可動通電軸５Ｂの先端に固着され、この可
動電極13Ｂの前面には接触子４Ｂが結合され、真空容器
の外部とは可動通電軸５Ｂで接続されている。また、こ
の可動通電軸５Ｂの中間部は、ベローズカバ８とベロー
ズ９を介して可動フランジ２Ｂに支持されており、真空
容器内の真空を維持した状態で可動通電軸５Ｂの下端に
連結された絶縁ロッドを介して図示しない操作機構部に
よって、固定電極13Ａとの接離による通電と遮断を可能
にしている。絶縁円筒１の内面には、円筒状のアークシ
ールド７が取り付けられている。

【０００４】ところで、真空バルブは、真空の優れた絶
縁耐力を利用しているため、他の絶縁媒体を使用した例
えばＳＦ₆ ガス遮断器に比べて、電極間距離を短くする
ことができ、外形を小形にすることができる。また、遮
断容量においても、電極の構成を変えることで増やすこ
とができる。一方、真空バルブの遮断性能を上げるため
には、電極間に発生するアークによる電極の局部加熱を
抑える必要がある。つまり、電極の局部加熱による異常
な荷電粒子の発生と金属蒸気の発生を抑えることで、遮
断性能を上げることができる。このための電極構造とし
ては、電流遮断時に電極間に発生するアークに対して、
磁界で電磁力を加える方法が一般的である。

【０００５】磁界の印加方法の一つとして、電極間に発
生するアークに対して、直行する磁界を印加する方法が
ある。この方法を採用した電極は、一般にスパイラル電
極およびコントレート電極と呼ばれているが、このよう
な電極で発生する磁界は、電極の軸心から放射状の磁界
である。したがって、電極間に発生したアークに対し
て、直行する磁界となるため、アークには円周方向にロ
ーレンツ力が働く。この結果、アークは円周方向に回転
駆動され、電極表面を移動させることで、局部的な熱入
力による電極の局部的な溶融による前述の粒子と蒸気の
発生を防ぐことができる。

【０００６】ところが、高電圧の回路に適用される真空
遮断器に組み込まれる真空バルブでは、電極間の耐電圧
値を上げるために、電極間距離を増やす必要があるが、
この電極間に発生するアークに対して直行する磁界を印
加する上述の電極構造では、アークが電極表面を回転す
るときに、アークが円周方向に伸ばされ、電極から放射
状に飛び出すおそれがある。すると、このアークが、電
極の周囲に取り付けられているアークシールドへ点弧す
るおそれもあり、もし、アークがアークシールドに点弧
すると、アークはその点弧部に停滞し、局部的に過大な
熱入力が発生する。この過大な熱入力で電極とアークシ
ールドが溶融すると、遮断性能が低下する。さらに、こ
の電極構造では、前述したように、アークの状態は集中
アークで高温のため、接触子の消耗が加速され、大電流
遮断時の開閉寿命が低下する。

【０００７】電流遮断時に発生するアークに対して、磁
界を印加する他の方法として、電極間に発生するアーク
に対して平行な軸方向の磁界を印加する方法がある。い
わゆる縦磁界電極と呼ばれているこの電極では、電極間
に発生したアークは、電極全体に均一に広がり、電極の
局部的な過大な熱入力を防ぎ、遮断性能の優れた電極と
することができる。また、高電圧に対して電極間距離を
離したときでも、磁界の強さを適正にすることにより、
電極間に安定したアークを点弧することができ、遮断性
能を上げることができる。さらに、アークの形態が電極
全体に分散したアークとなるため、大電流遮断時におい
ても、接触子の消耗は少なく、開閉寿命を伸ばすことが
できる。

【０００８】代表的な軸方向磁界を発生させる従来の真
空バルブの電極構造について説明する。図４に示すよう
に、コイル電極を設け、このコイル電極に流れる電流に
より、電極間に軸方向の磁界を発生させる。このコイル
電極に流れる電流は、中心部から放射状に形成された４
本の腕部13ａに分流し、各腕部13ａの先端から弧状のコ
イル部13ｂに流れ、更に、コイル部の先端13ｃから接触
子に流れる。このコイル電極を可動電極側と固定電極側
の両方に取り付け、コイル部に流れる電流で軸方向の磁
界を電極間に発生させる。なお、図４では腕部13ａが４
分割の場合を示したが、分割数を変えて、軸方向の磁界
の強さを変えることもできる。

【０００９】軸方向の磁界を発生させる他の電極構造と
して、特開平3-022007号公報に示されるように、カップ
状の電極の円筒部分に螺旋状の溝を形成する構成が提案
されている。この電極では、円筒部の電流経路を螺旋状
にすることで、電流の弧状成分を発生させ、これにより
電極間に軸方向の磁界を発生させる。この構成では、軸
方向の磁界の強度は、円筒部の溝の傾きを変えること
で、変えることができる。

【００１０】ところで、真空バルブを使用した真空遮断
器では、遮断性能だけでなく、通電容量の増加も要請さ
れ、そのためには、真空バルブの端子間の抵抗値を減ら
す必要がある。この真空バルブの端子間の抵抗値は、通
電軸の部分及び電極の部分と接触子の接触抵抗の合計と
なるが、このうち通電軸は、一般的に銅が使われていて
抵抗値は低く、多少軸の径を増やしても、抵抗の大幅な
低減は望めない。また、接触部分の抵抗は、接触子材料
と接触圧力で変化する。一般に接触子材料には、導電率
だけでなく、遮断性能・耐溶着性や寿命などの特性が要
求されるので、特殊な合金が使用され、純銅のような導
電率の低い材料をそのまま使用することはできない。

【００１１】したがって、接触子材料の変更で接触部分
の抵抗を減らすことは、真空バルブの他の性能に影響を
与えるため、従来の真空バルブにそのまま適用すること
はできない。接触子を除いた電極部分の抵抗は、軸方向
の磁界を発生させる構造で変化する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示す
コイル電極を使用して、軸方向の磁界を発生させる電極
構造では、電流経路が長くなるので、抵抗が増える。ま
た、抵抗を減らすためには、コイル電極を厚くするか、
コイル電極の分割数を増やすなどの方法が考えられる。
しかしながら、このような方法では、電極間に発生する
軸方向の磁界の強さが低下し、十分な遮断性能が得られ
ない。さらに、電極が大きくなり、真空バルブの大形化
で真空遮断器も大形となるだけでなく、絶縁特性を低下
させるおそれもある。

【００１３】軸方向の磁界を発生させる他の方法であ
る、カップ状電極を使用した場合には、上述した斜めの
電流経路を形成するための溝の数とその傾きを変えるこ
とにより、電極部分の抵抗を変えることができる。しか
し、このときにも、前述した構造と同様に、電極間に発
生する軸方向の磁界の強さが低下し、十分な遮断性能が
得られない。また、カップ状電極の場合には、円筒部分
に螺旋状の溝を形成している。ところが、この円筒部分
に形成する溝の加工方法が難しく、製造に時間がかか
る。さらに、電極部分には溝が形成されているため、電
極の投入による衝撃で、電極が変形するおそれもある。
もし、電極が変形すると、軸方向の磁界の強度が低下
し、分布が不均一になり、通電容量と遮断性能が低下す
る。そのため、カップ状電極の中空部分に補強を追加す
る構造も提案されているが、すると、構造が更に複雑と
なり、製造上問題があり、実用化できない。そこで、第
１，第２及び第３の発明の目的は、遮断性能と通電容量
を上げることのできる真空バルブを得ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、絶縁円筒
の両端が金属フランジで封止され、この金属フランジに
通電軸の基端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接
離する電極が結合された真空バルブにおいて、電極の少
なくとも一方を円板状とし、この円板状の電極の、通電
軸の結合面の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝
を形成したことを特徴とする。

【００１５】また、第２の発明は、絶縁円筒の両端が金
属フランジで封止され、この金属フランジに通電軸の基
端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接離する電極
が結合された真空バルブにおいて、電極の少なくとも一
方を円板状とし、この円板状の電極の、通電軸の結合面
の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝を形成し、
少なくとも１条の溝を、通電軸との結合面の延長上の電
極内の少なくとも一部と交差させたことを特徴とする。

【００１６】さらに、第３の発明は、絶縁円筒の両端が
金属フランジで封止され、この金属フランジに通電軸の
基端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接離する電
極が結合された真空バルブにおいて、電極の少なくとも
一方を円板状とし、この円板状の電極の、通電軸の結合
面の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝を形成
し、接触面に、少なくとも通電軸との結合面より広い凹
部を形成したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】通電軸から結合を経て電極の接触面に流れる電
流は、結合面から電極の外周方向に流れ、更に結合部を
軸に弧状に流れる。

【００１８】

【実施例】以下、第１，第２及び第３の発明の一実施例
を図面を参照して説明する。なお、電極部分以外は、従
来例と同一であるため、説明を省略する。

【００１９】図１は、第１，第２及び第３の発明の真空
バルブの内部に設けられた可動側の電極部分の平面図、
図２は、図１の前面図を示す。図１及び図２において、
可動通電軸５Ｂの先端に可動電極３Ｂが取り付けられ、
この可動電極３Ｂの前面には、接触子４Ｂがろう付けさ
れている。可動電極３Ｂには、導電率の高い銅を使用
し、円板状に形成されている。また、この円板状の可動
電極３Ｂには溝６Ａ，６Ｂが対称的に形成されている。
図１及び図２では２条の溝６Ａ，６Ｂが形成されている
ときを示す。

【００２０】この溝６Ａ，６Ｂは、電極の軸心に対して
傾き、接触子４Ｂの表面に対して図２に示すようにθだ
け傾いた面を形成している。また、図１に示すように、
各溝６Ａ，６Ｂは、側面から直線的に切り込む。したが
って、この溝６Ａ，６Ｂは、スライスカッターで容易に
加工することができる。また、図１中に示す溝６Ａ，６
Ｂの側面からの深さＬ１は、電極の中心部よりも深く電
極径Ｄに対して（Ｄ／２＋ｄ１／２）＞Ｌ１＞Ｄ／２の
関係を満足するように、形成する。これにより、各溝６
Ａ，６Ｂの面は、電極の軸心部と交差するように形成さ
れる。

【００２１】さらに、電極の背面の可動通電軸５Ｂと接
続している部分の直径をｄ１としたとき、電極部分で、
かつ、直径ｄ１の延長上の仮想円筒内部では、どの位置
においても軸方向で少なくとも１個以上の溝と交差する
ように形成する。つまり、接触子４Ｂの表面と溝６Ａ，
６Ｂで形成される角度θを、電極の厚さをＨとし、接触
子側の溝６Ａ，６Ｂの端部と電極の軸心との距離をＬ２
としたとき、 （Ａ）（Ｄ＋ｄ１）／２＞Ｌ１＞Ｄ／２、かつ、Ｌ２＞
ｄ１の場合、ｔａｎθ＜Ｈ／（Ｌ２＋ｄ１） （Ｂ）Ｌ１＞（Ｄ＋ｄ１）／２、かつ、Ｌ２＞ｄ１の場
合、ｔａｎθ＜Ｈ／Ｌ２ （Ｃ）Ｌ１＞（Ｄ＋ｄ１）／２、かつ、Ｌ２＞ｄ１の場
合、ｔａｎθ＜Ｈ／（Ｌ２＋ｄ１）

【００２２】のうちの、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の何れ
かを満足するように各溝６Ａ，６Ｂを形成する。また、
接触子４Ｂの表面側の中央部には、凹部を形成し、この
凹部の直径ｄ２はｄ２＞ｄ１を満足するように形成す
る。

【００２３】このような電極構造の真空バルブでは、次
のような作用・効果がある。まず、図１及び図２の電極
における電流の流れを説明する。電流は、可動通電軸５
Ｂから可動電極３Ｂに流れ、可動電極３Ｂでは、電流は
可動通電軸５Ｂから接触子４Ｂの方向に流れる。この電
流は、電極に形成された溝６Ａ，６Ｂにより、軸方向に
平行に直線的に流れず、矢印Ｃのように溝６Ａ，６Ｂの
下部から矢印Ｄに示すように接触子４Ｂの方向に弧状に
曲がる。つまり、この電流は、軸心から図２に示すよう
に斜めに接触子４Ｂの方向に流れ、さらに、その図１に
おける方向は、軸心から単に放射状ではなく、軸心から
ある半径の円の接線方向に弧状に流れる。これにより、
電流の方向成分は、軸心から接触子４Ｂ方向の軸心と平
行な方向の成分と、軸心から放射状の方向の成分だけで
なく、弧状の成分に分けることができる。このように電
流が流れて接触子４Ｂに流れ、真空中に発生するアーク
を介して、対抗する固定側の接触子に流れる。また、図
示しない固定電極についても、同一の構造であり、同様
な電流の流れとなる。

【００２４】以上述べたように、第１，第２及び第３の
発明によれば、電極に流れる電流として、弧状の電流を
発生することができる。この弧状の電流によって、電極
間にはアークと平行な軸方向の磁界が発生する。この軸
方向の磁界によって、従来のコイル電極を使用し軸方向
の磁界を発生させる電極と同様に、電流の遮断時に接触
子間に発生したアークを大電流領域のときのように拡散
させることができるので、遮断性能を上げることができ
る。

【００２５】また、前述したように、第１，第２及び第
３の発明では、軸方向の磁界を発生する手段として、円
板状の電極に対して斜めに溝を形成する方式のため、電
極部分は従来の図４で示す電極と比べて簡単な構造とな
るので、電極部分の抵抗値を従来のコイル電極を使用し
た電極構造に比べて減らすことができる。したがって、
通電時に真空バルブの内部で発生する熱を減らすことが
できる。また、真空バルブ内では最も大きな熱源となる
接触子間での接触抵抗による熱の軸方向への伝達を促進
することができるので、真空バルブの外部への熱放散を
促進することができる。これにより、真空バルブの冷却
効果を上げることができるので、通電容量を上げること
ができる。

【００２６】さらに、上述したように、電極部分の構造
を簡単にすることができるので、電極の強度を増やすこ
とができ、補強などを使用する必要がない。従来は、真
空バルブを遮断器に使用する場合、投入時（閉極時）の
衝撃と投入状態で加えられる接触子の加圧力による電極
の変形を防ぐために、電極の中心部分に、ステンレスな
どの導電率が低く、かつ、強度の高い材料を使用した補
強を追加していたが、本発明ではこのような補強が要ら
ないので、構造が簡単になり、製造が容易となる。

【００２７】また、接触子と電極との接合部分は、接触
子の裏面全体となる。このため、接触子の裏面には、円
板状の電極だけとなり、従来のような縦磁界を発生させ
るための電極との接合を行う必要はなく、接触子を直
接、縦磁界を発生するための電極と接合することができ
る。この結果、構造が簡単になり、製造が容易となる。
また、従来の電極では、アークの熱影響による割れの発
生を防ぐために、接触子の厚さを増やす必要があった。
しかし、本発明では、接触子の裏面は、銅電極が前面に
配置されているため、接触子を薄くすることができるの
で、接触子の抵抗を減らすことができる。したがって、
遮断性能や耐溶着性などの制約で高抵抗となって、最も
発熱量の大きい接触子の発熱を減らすことができるの
で、真空バルブの通電容量を増やすことができる。な
お、上記実施例では、溝６Ａ，６Ｂは、固定電極と可動
電極に設けた例で説明したが、いづれか片側だけにして
もよい。

【００２８】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、絶縁円筒の
両端が金属フランジで封止され、この金属フランジに通
電軸の基端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接離
する電極が結合された真空バルブにおいて、電極の少な
くとも一方を円板状とし、この円板状の電極の、通電軸
の結合面の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝を
形成することで、通電軸から結合を経て電極の接触面に
流れる電流を、結合面から電極の外周方向に流し、更に
結合部を軸に弧状に流したので、製造が容易で、遮断特
性と通電容量を上げることのできる真空バルブを得るこ
とができる。

【００２９】また、第２の発明によれば、絶縁円筒の両
端が金属フランジで封止され、この金属フランジに通電
軸の基端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接離す
る電極が結合された真空バルブにおいて、電極の少なく
とも一方を円板状とし、この円板状の電極の、通電軸の
結合面の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝を形
成し、少なくとも１条の溝を、通電軸との結合面の延長
上の電極内の少なくとも一部と交差させることで、通電
軸から結合を経て電極の接触面に流れる電流を、結合面
から電極の外周方向に流し、更に結合部を軸に弧状に流
したので、製造が容易で、遮断特性と通電容量を上げる
ことのできる真空バルブを得ることができる。

【００３０】さらに、第３の発明によれば、絶縁円筒の
両端が金属フランジで封止され、この金属フランジに通
電軸の基端が貫通し、この通電軸の先端に接触面で接離
する電極が結合された真空バルブにおいて、電極の少な
くとも一方を円板状とし、この円板状の電極の、通電軸
の結合面の延長上に、接触面に対して斜めに横切る溝を
形成し、接触面に、少なくとも通電軸との結合面より広
い凹部を形成することで、通電軸から結合を経て電極の
接触面に流れる電流を、結合面から電極の外周方向に流
し、更に結合部を軸に弧状に流したので、製造が容易
で、遮断特性と通電容量を上げることのできる真空バル
ブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空バルブの一実施例を示す部分平面
図。

【図２】図１の前面図。

【図３】従来の真空バルブの一例を示す縦断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図。

【符号の説明】

１…絶縁円筒、２Ａ…固定フランジ、２Ｂ…可動フラン
ジ、３Ｂ…可動電極、４Ｂ…接触子、５Ｂ…可動通電
軸、６Ａ，６Ｂ…溝。

フロントページの続き (72)発明者 海野 洋 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁円筒の両端が金属フランジで封止さ
   れ、この金属フランジに通電軸の基端が貫通し、この通
   電軸の先端に接触面で接離する電極が結合された真空バ
   ルブにおいて、前記電極の少なくとも一方を円板状と
   し、この円板状の電極の、前記通電軸の結合面の延長上
   に、前記接触面に対して斜めに横切る溝を形成したこと
   を特徴とする真空バルブ。
2. 【請求項２】 少なくとも１条の溝を、通電軸との結合
   面の延長上の電極内の少なくとも一部と交差させたこと
   を特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
3. 【請求項３】 接触面に、少なくとも通電軸との結合面
   より広い凹部を形成したことを特徴とする請求項１記載
   の真空バルブ。