JPH06150784A

JPH06150784A - 真空バルブ

Info

Publication number: JPH06150784A
Application number: JP29467092A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Honma; 三孝本間; Hiromichi Somei; 宏通染井; Takanari Sato; 能也佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】外形を増やすことなく、遮断容量を上げること
ができる真空遮断器を得ること。【構成】可動側通電軸３の先端中央に通電電極４の小径
側をろう付する。可動側通電軸３の先端には、コイル電
極５の円筒部５ａをろう付する。通電電極４の先端に、
接触子２の中央部の背面をろう付し、接触子２の背面の
外周部は、コイル電極５のコイル部５ｃの先端の接続部
５ｄとろう付する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に電極の構造を改良
した真空バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器に用いられる従来の真空バル
ブの縦断面図を図３に示す。

【０００３】図３において、真空バルブ10は、絶縁円筒
11の両端を固定フランジ12と可動フランジ13で封止して
形成された真空容器の内部に、固定電極14と可動電極15
が接離可能に配設されて構成している。

【０００４】このうち、固定電極14は、固定フランジ12
を気密に貫通した固定軸16の先端にろう付で固定されて
おり、真空容器の外部とはこの固定軸16の上端を介して
接続される。一方、可動電極15は、断面逆Ｕ字状のベロ
ーズカバー19を気密に貫通した可動軸17の先端にろう付
で固定されており、真空容器の外部とはこの可動軸17の
下端を介して接続される。

【０００５】また、この可動軸17は、可動フランジ13と
ベローズカバー19間にろう付されたベローズ18と、可動
フランジ13の中心に挿入された断面凸字状のガイド20を
介して可動フランジ13に支えられており、真空容器内の
真空を維持した状態で可動軸17の下端に連結される図示
しない操作機構部によって、矢印Ｂで示すように駆動さ
れることで、電極の接離を可能にしている。

【０００６】ところで、真空バルブは、周知のように、
真空の優れた絶縁耐力を利用しているため、例えば、六
フッ化硫黄ガスなどの絶縁媒体を使ったガス遮断器に比
べて、電極間の間隙を狭くでき、外径を小形にすること
ができる。また、遮断容量も、電極の構造を改良するこ
とで増やすことができる。

【０００７】真空バルブの遮断性能を上げるための一手
段としては、電極間に発生するアークによる電極の局部
加熱を抑える方法がある。つまり、局部加熱による異常
な荷電粒子の発生を抑えることにより、アークの発生を
抑えて遮断性能を向上させる。このための電極構造とし
ては、電極間に発生するアークに平行に磁界を印加する
方法と、アークに対して直交方向に磁界を印加する方法
がある。

【０００８】このうち、アークに平行に磁界を印加する
方法を採用した電極には、いわゆる縦磁界電極構造があ
る。この方法は、電極間に発生するアークを、磁界の効
果により電極全体に分散させて、遮断性能を上げる方法
である。一方、アークに対して直交する磁界を印加する
方法を採用した電極には、いわゆるスパイラル電極があ
る。この方法は、大電流遮断時に電極面に集中したアー
クを、電極表面で回転させて遮断性能を上げる方法であ
る。つまり、集中したアークを移動させることにより、
電極の局部加熱による接点の部分的溶融を防いで、遮断
性能を上げる方法である。

【０００９】ところで、真空バルブを高電圧の回路に適
用するためには、電極間の間隙を増やして電極間の耐電
圧を上げる必要がある。ところが、この間隙の広い電極
間に発生するアークに対して直交する磁界を印加する
と、アークが電極の表面を回転するときに、アークが円
周方向から外側に伸ばされ、電極から外側に飛び出すお
それがある。すると、電極間に発生しているアークが、
電極周囲に取り付けられている図３で示すアークシール
ド20へ点弧するおそれがある。もし、アークがアークシ
ールド20に点弧すると、アークはその位置に停滞し、局
部的な温度上昇によって電極とアークシールド20が部分
的に溶融し、遮断性能が低下するだけでなく、さらに、
接触子の消耗も増えるので、開閉寿命が低下する。

【００１０】一方、アークに対して平行な軸方向の磁界
を印加する電極構造を採用した縦磁界電極の電極間に発
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、遮断性能を上げることができ
る。また、高電圧に対して電極間の間隙の広い場合で
も、磁界の強度を適正に設定することにより、電極間だ
けにアークを限定することができ、遮断性能を上げるこ
とができる。さらに、アークの形態が分散アークである
ため、大電流遮断時においても、接触子の消耗が少な
く、開閉寿命を延ばすことができる。

【００１１】軸方向の磁界を発生させる従来の代表的な
電極を図４の平面図で説明する。この電極は、背面にコ
イル電極20を設け、このコイル電極20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。コイル電極20
に流れる電流は、中心部から放射状に伸びる４本の腕部
20ａに分流し、各腕部20ａの先端から弧状のコイル部20
ｂに流れ、コイル部20ｂの先端20ｃから接触子に流れ
る。このコイル電極20を可動電極と固定電極に取り付
け、コイル部20ｂに流れる電流で軸方向の磁界を電極間
に発生させる。また、図４では腕部20ａが４本の場合を
示しているが、腕部20ａの数を変えることで、軸方向の
磁界の強さを変えることができる。

【００１２】さらに、軸方向の磁界を発生させる他の電
極構造としては、特公平3-22007 号公報に示されるよう
に、カップ状の電極の円筒部に螺旋状の溝を形成し、軸
方向の磁界を発生させる真空バルブがある。この場合、
円筒部の電流経路を螺旋状とすることで、この円筒部を
螺旋状に流れる電流によって電極間に軸方向の磁界を発
生させる。なお、この軸方向の磁界の強度は、円筒部の
溝の傾きを変えることにより、変えることができる。

【００１３】一方、真空バルブにおいては、真空遮断器
が接続された系統の信頼性向上のためにも、開閉サージ
の低減を図る必要がある。さらに、一般需要家の設備容
量の増大に伴い、系統の短絡容量も増加してきている。

【００１４】このような要求に対して、電極構造と接触
子材料が改良され、開閉サージを減らす接触子材料とし
て、銀タングステンカーバイト（以下、Ａｇ−ＷＣと表
わす）合金等の特殊な合金が使われている。

【００１５】一方、接触子間に発生するアークと平行に
磁界を発生させる縦磁界電極を採用した真空バルブで
は、磁界の強度とアーク電圧の関係を調査した結果、あ
る磁界の強度においてアーク電圧が最小値を示すことが
明らかになっている。このアーク電圧が最小値を示す磁
界の強度を印加することにより、電流遮断時に電極間で
消費されるエネルギーを抑え、遮断性能の向上が図られ
ている。

【００１６】このアーク電圧が最小になる磁界の強度
は、接触子材料によっても異なり、汎用真空バルブで広
く用いられている銅クロム（Ｃｕ−Ｃｒ）合金に比べ
て、前述したＡｇ−ＷＣ合金の接触子では、磁界の強度
を上げる必要がある。図４に示すコイル電極を使用した
真空バルブでは、前述したように、腕部20ａの本数を減
らすことによって、磁界の強度を上げることができる。
例えば、腕部の本数を４本から、３本、２本と減らすこ
とにより、磁界の強度は、約 1.3倍、約２倍と段階的に
増える。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのような従
来の真空バルブにおいては、電極間の磁界の強度は、段
階的にしか変えられないので、前述したアーク電圧が最
小値を示す磁界の強度にできなくて、その場合には磁界
の強度を強めにするときがある。そのときには、電極を
大きくしなければならないので、真空バルブの外形が大
きくなる。

【００１８】一方、図４に示すコイル電極の腕部20ａの
本数を減らして磁界の強度を増やすと、各腕部20ａに流
れる電流も増え、遮断容量を増やすと、短時間電流容量
も増えるので、この短時間電流による電磁力に耐えるた
めに、各腕部20ａとコイル部20ｂの断面積を増やさなけ
ればならなくなって、電極の外形が大きくなる。そこ
で、本発明の目的は、外形を増やすことなく、遮断容量
を上げることのできる真空バルブを得ることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、通電軸を介して外部と接続される固定電極と可動電
極が真空容器内に接離可能に収納され、これらの固定電
極と可動電極の先端にコイル電極を介して接触子が設け
られた真空バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間
の軸心に、前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設け
たことを特徴とする。

【００２０】また、請求項２に記載の発明は、通電軸を
介して外部と接続される固定電極と可動電極が真空容器
内に接離可能に収納され、これらの固定電極と可動電極
の先端にコイル電極を介して接触子が設けられた真空バ
ルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸心に、前
記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けるとともに、
第２の通電軸に流れる電流値を、通電軸に流れる電流値
の５〜30％としたことを特徴とする。

【００２１】さらに、請求項３に記載の発明は、通電軸
を介して外部と接続される固定電極と可動電極が真空容
器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と可動電
極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられた真空
バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸心に、
前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けるととも
に、第２の通電軸は、中空部を形成し、接触子側の外径
を通電軸側の外径よりも大としたことを特徴とする。

【００２２】さらに、請求項４に記載の発明は、通電軸
を介して外部と接続される固定電極と可動電極が真空容
器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と可動電
極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられた真空
バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸心に、
前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けるととも
に、接触子の表面の中央部に、第２の通電軸の接触子側
の外径よりも小なる凹部を形成したことを特徴とする。

【００２３】

【作用】請求項１に記載の発明においては、第２の通電
軸の材料と形状を変えることにより、コイル電極に分流
される遮断電流は可変可能となる。また、請求項２に記
載の発明においては、第２の通電軸に分流する遮断電流
を全遮断電流の５〜30％とすることにより、コイル電極
の温度上昇は抑制される。

【００２４】さらに、請求項３に記載の発明において
は、中空部の肉厚によって第２の通電軸の抵抗値は可変
可能で、接触子の中央部は、第２の通電軸に強固に接続
されることになる。さらに、請求項４に記載の発明にお
いては、両端接触子間にかかる加圧力は、両接触子の凹
部の外側の環状部に均等に印加されることになる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の真空バルブの一実施例を図面
を参照して説明する。なお、真空バルブ全体の構造は、
図３と同一のため、電極の構造について、図１の平面図
（注；右半分は、後述する接触子２を除いた状態を示
す）とこの図１のＡ−Ａ断面図を示す図２で説明する。
また、図１及び図２は、可動側電極１の場合を示してい
るが、固定側電極も構造は全く同一である。

【００２６】図１及び図２において、可動側通電軸３の
先端には、座ぐり穴３ａが形成され、この座ぐり穴３ａ
には、この座ぐり穴３ａよりも小径の座ぐり穴３ｂが更
に形成されている。

【００２７】このうち、座ぐり穴３ｂには、外形が略凸
字状で上端にフランジ部４ｂを形成し、燐青銅棒から製
作された筒状の通電電極４の円筒部４ａの下端が挿入さ
れ、座ぐり穴３ｂの底面と側面にろう付されている。ま
た、可動側通電軸３の先端には、コイル電極５の中心に
形成された円筒部５ａの下端が図示しない治具で可動側
通電軸３と同軸にろう付されている。

【００２８】コイル電極５は、銅材で製作され、図１に
示すように、円筒部５ａの外周に一対の腕部５ｂが180
°間隔で形成され、これらの腕部５ｂの先端には、弧状
のコイル部５ｃが形成され、このコイル部５ｃの先端に
は、上方に突き出た接続部５ｄが形成されている。これ
らの通電電極４とコイル電極５の抵抗値は、可動側通電
軸３とのろう付部から上端までの抵抗値が、コイル電極
５の抵抗値をＲとし、通電電極４の抵抗値をｒとする
と、19Ｒ＞ｒ＞2.33Ｒとなっている。

【００２９】一方、通電電極４の上面には、円板状の接
触子２の裏面の接触子母材２ｂが図示しない治具によっ
て同一軸心上に載置され、下面が通電電極４の上部のフ
ランジ部４ｂの上面にろう付されている。接触子母材２
ｂには、90°間隔で放射状に溝２ｄ１が形成され、これ
らの溝２ｄ１の間には、この溝２ｄ１よりも短い溝２ｄ
２が同じく放射状に90°間隔で形成されている。

【００３０】接触子２には、接触子母材２ｂの上面に、
この接触子母材２ｂと外径が同一でＡｇ−ＷＣ材の接点
２ａが載置され、接触子母材２ｂにあらかじめろう付さ
れている。接点２ａの上面の中心部には、直径ｄが通電
電極４のフランジ部４ｂの外径Ｄよりも小径の座ぐり穴
２ｃがあらかじめ形成されている。次に、このように構
成された真空バルブの作用を説明する。

【００３１】通電および遮断時に電極間を流れる電流
は、可動側通電軸３からこの可動側通電軸３の先端にろ
う付されているコイル電極５および通電電極４を通じ
て、接触子２の接触子母材２ｂに流れ、接点２ａから、
対向する固定側の図示しない接点に流れる。ここで、コ
イル電極５に流れる電流、特に、弧状のコイル部５ｃに
流れる電流により、接触子間に発生するアークと平行な
縦磁界が発生する。また、可動側通電軸３と接触子２と
の間は、コイル電極５の抵抗値Ｒと通電電極４の抵抗値
ｒが並列に接続されている状態となる。

【００３２】そこで、各々の抵抗値の関係が前述した19
Ｒ＞ｒ＞2.33Ｒを満足する場合には、可動側通電軸３に
流れる全電流の５〜30％が通電電極４に流れ、残りがコ
イル電極５に流れる。通電電極４に流れる電流値を５％
未満にするには、円筒部５ａの断面積を狭くする必要が
あり、加工および強度上の問題で、製造が難しくなる。
また、接点２ａの表面に座ぐり穴２ｃを設けることによ
り、対向する接触子と接触する部分は、座ぐり穴２ｃよ
りも外周部分となる。以上述べた本発明の一実施例によ
る効果を以下に述べる。

【００３３】接触子間に発生するアークと平行な縦磁界
の強度は、前述したように、コイル電極５のコイル部５
ｂに流れる電流値に比例する。つまり、コイル電極５の
腕部５ａの本数に逆比例して磁界の強度は増える。した
がって、コイル電極５の腕部５ａの本数が２本の場合の
磁界の強度を 100とすると、腕部５ａの本数が３，４と
増加するに従い、磁界の強度は、67，50と段階的に低下
する。このように、磁界の強度は、段階的に変化するた
め、従来の真空バルブにおいては、コイル電極５の腕部
５ａの本数の変化のみでは、前述した接触子材料固有の
最適な磁界の強度、つまり、アーク電圧が最小になる磁
界の強度は得られない。

【００３４】ところが、本発明の真空バルブによれば、
通電電極４に分流する電流により、コイル電極５に流れ
る電流値を任意の値に変えることができる。通電電極４
に分流する電流は、例えば、通電電極４に使用した燐青
銅の種別（すなわち、燐の含有率）により、任意に選択
することができる。コイル電極５の腕部５ａの本数が２
本の場合に、通電電極４に流れる電流値を、全体の電流
値の５〜30％とすることにより、磁界の強度を95〜70％
の範囲に変えることができる。したがって、コイル電極
５の本数を２〜４の間で変え、通電電極４に流れる電流
値を全電流値の５〜30％とすることにより、磁界の強度
をほぼ任意の値に設定することができる。これにより、
前述した接触子材料固有の最適な磁界強度、つまり、ア
ーク電圧が最小になる磁界の強度を得ることができ、遮
断性能を上げることができる。

【００３５】一方、電流通電時の損失は、電流の２乗に
比例するので、コイル電極５に流れる電流を減らすこと
により、電流通電時の損失を減らすことができる。例え
ば、通電電極４に全体の電流値の30％を流し、コイル電
極５に70％の電流を流すことで、通電電極４がない真空
バルブに比べてコイル電極５での損失は49％に減少す
る。このように損失を減らすことができるので、外形を
増やすことなく、真空バルブの通電容量を増やすことが
できる。

【００３６】また、接点２ａの表面に座ぐり穴２ｃを形
成することにより、座ぐり穴２ｃの外周部の接触圧力を
上げることができ、両電極間の接触面積が増える。ま
た、通電電極４の接点２ａ側の端部の外径を、座ぐり穴
２ｃの直径よりも大きくすることにより、通電電極４か
ら接点２ｃに流れる電路を確保できる。これにより、電
極部分で流れる電流経路で発生する磁界、つまり、コイ
ル電極５のコイル部５ｂで発生する磁界を乱す要因とな
る磁界、を減らすことができる。したがって、両電極間
の磁界の分布を均一化でき、真空バルブの遮断性能を上
げることができる。

【００３７】従来のコイル電極を設けた真空バルブにお
いても、コイル電極の中心部分に補強部材を配置した電
極構造が特開昭54-20373号公報などで開示されている。
ところが、従来の真空バルブでは、補強部材に高抵抗部
材を使用しており、補強部材にはほとんど通電しないこ
とを前提としている。

【００３８】したがって、コイル電極に流れる電流の制
御は、前述したコイル電極の腕部の数だけでしかできな
かった。特に、接触子の遮断性能が優れ、アーク電圧が
最小になる磁界の強度が比較的低いＣｕ−Ｃｒ等の接点
の場合には、コイル電極の腕部が３本以上でよいので、
従来技術でもほぼ最適磁界に近い値が得られた。

【００３９】しかしながら、接触子材料にＡｇ−ＷＣ系
の合金を使用した場合、アーク電圧が最小になる磁界の
強度が強い。このような場合では、コイル電極の腕部の
本数を３本から２本に変更することにより、磁界強度は
前述したように、約 1.5倍に増加してしまうため、最適
な磁界強度にすることができなかった。このように、従
来の補強部材では不可能であった磁界の強度を、前述し
た通電電極４に流れる電流値を制御することにより容易
に可能となる。

【００４０】また、本実施例では、接触子母材２ｂを用
いているが、この接触子母材２ｂを省いて、コイル電極
５の先端部と通電電極４を直接接点２ａにろう付しても
同様な効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
通電軸を介して外部と接続される固定電極と可動電極が
真空容器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と
可動電極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられ
た真空バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸
心に、前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けるこ
とで、第２の通電軸の材料と形状を変えることにより、
コイル電極に分流される遮断電流は可変可能としたの
で、外形を増やすことなく、遮断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。

【００４２】また、請求項２に記載の発明によれば、通
電軸を介して外部と接続される固定電極と可動電極が真
空容器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と可
動電極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられた
真空バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸心
に、前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けるとと
もに第２の通電軸に流れる電流値を、通電軸に流れる電
流値の５〜30％とすることでコイル電極の温度上昇を抑
制したので、外形を増やすことなく、遮断容量を上げる
ことのできる真空バルブを得ることができる。

【００４３】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
通電軸を介して外部と接続される固定電極と可動電極が
真空容器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と
可動電極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられ
た真空バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸
心に、前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けると
ともに、第２の通電軸に、中空部を形成し、接触子側の
外径を通電軸側の外径よりも大とすることで、中空部の
肉厚によって第２の通電軸の抵抗値を可変可能とし、接
触子の中央部を、第２の通電軸に強固に接続したので、
外形を増やすことなく、遮断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。

【００４４】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
通電軸を介して外部と接続される固定電極と可動電極が
真空容器内に接離可能に収納され、これらの固定電極と
可動電極の先端にコイル電極を介して接触子が設けられ
た真空バルブにおいて、通電軸の先端と接触子の間の軸
心に、前記コイル電極と並列に第２の通電軸を設けると
ともに、接触子の表面の中央部に、第２の通電軸の接触
子側の外径よりも小なる凹部を形成することで両端接触
子間にかかる加圧力を、両接触子の凹部の外側の環状部
に印加させたので、外形を増やすことなく、遮断容量を
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平面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】従来の真空バルブの一例を示す縦断面図。

【図４】従来の真空バルブに組み込まれた縦磁界形電極
の一例を示す平面図。

【符号の説明】

１…可動側電極、２…接触子、２ａ…接点、２ｂ…接触
子母材、２ｃ…座ぐり穴、３…可動側通電軸、４…通電
電極、４ａ…円筒部、４ｂ…フランジ部、５…コイル電
極、10…真空バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電軸を介して外部と接続される固定電
極と可動電極が真空容器内に接離可能に収納され、これ
らの固定電極と可動電極の先端にコイル電極を介して接
触子が設けられた真空バルブにおいて、前記通電軸の先
端と前記接触子の間の軸心に、前記コイル電極と並列に
第２の通電軸を設けたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】第２の通電軸に流れる電流値を、通電軸
に流れる電流値の５〜30％としたことを特徴とする請求
項１記載の真空バルブ。
【請求項３】第２の通電軸は、中空部を形成し、接触
子側の外径を通電軸側の外径よりも大としたことを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の真空バルブ。
【請求項４】接触子の表面の中央部に、第２の通電軸
の接触子側の外径よりも小なる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。