JPH0777104B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、真空開閉器に用いられる真空バルブに係り、
特に電極の構造を改良し、耐溶着性または低サージ性を
損うことなく、遮断性能を向上し得るようにした真空バ
ルブに関するものである。

（従来の技術） 従来、真空バルブにおける電極の接点を有効に利用する
手段として、電極裏面にコイル電極を配置し、自己電流
によって強力かつ有効なアーク軸に平行な軸方向磁界を
発生させ、真空アークを電極径内に閉じ込める方式があ
り、既に実用化されている。この代表的な例を第７図に
示す。

同図において、真空バルブ１は、絶縁円筒２の両端開口
部を端板3a,3bで閉止して気密とし、この内部を10^-2Pa
以下の高真空に排気して真空容器４を形成し、この真空
容器４の内部に対向しかつ接離自在とした一対の電極5,
6を配設して構成している。この電極５は、端板3aを貫
通した固定通電軸７の端部に装着されており、電極６
は、端板3bにベローズ８を介して貫通した可動通電軸９
の端部に装着されている。この可動通電軸９は、図示し
ない外部の操作機構によって軸方向に移動され、電極5,
6を接離して電流を投入遮断する。また、この可動通電
軸９は、ベローズ８を介して端板3bを貫通することによ
り、真空容器４の気密を保持しながら軸方向の移動を自
在としている。一方電流を遮断したとき電極5,6間から
飛散する溶融金属または金属蒸気からベローズ８を保護
するために、ベローズカバー10がベローズ８を包囲して
設けられ、また、金属蒸気が直接絶縁円筒２の内面に付
着して絶縁性が低下するのを防止するために、金属シー
ルド11が一対の電極5,6の周囲を包囲するように設けら
れている。

しかして、電極5,6は、上記したように縦磁界電極であ
り、その構成を第８図および第９図を参照して説明す
る。なお、電極5,6は同様の構成であるから、以下の説
明は一方の電極５について行う。電極５は、主電極12
と、その背面に設けられたコイル電極13と、主電極12と
コイル電極13の間に設けられた補強部材14から構成され
ている。ここで、コイル電極13は、固定通電軸７と同心
で円周方向の電流経路を形成する円弧部13a,13a,13a,13
aが設けられており、各円弧部13aを流れる円周方向の電
流によって、電極5,6間に軸方向の磁界を発生させ、電
極5,6間に生ずる真空アークを安定させて大電流の遮断
を可能にしている。なお、第８図中符号15は電極６の主
電極、符号16は電極６のコイル電極、符号17は電極６の
補強部材を示し、第９図中符号13bは円弧部13aと主電極
12の接続部を示す。

このように構成された真空バルブの電極5,6間に発生す
る磁界の軸方向成分の径方向の分布は第10図に示すよう
になり、この軸方向磁界が有効に作用している主電極面
の面積に応じた電流遮断性能が得られる。一方、真空バ
ルブに要求される他の性能として電流を投入あるいは通
電後に電極間で容易に引外しが可能である。すなわち、
耐溶着性があること、または遅れ小電流を良好に遮断
し、過大な開閉サージを出さないいわゆる低サージ性が
あることである。

そこで、耐溶着性についてみると、特に、投入電流ある
いは遮断電流が数KAを超えるようになると、投入直前に
電極間で絶縁破壊して起きるプレアークや、大電流通電
で発生するジュール熱等による、電極材料の溶融によ
り、強固な溶着が起き易くなる。このため、電極材料に
は例えばCu-Biのように遮断性能は非常に優れている
が、耐溶着性の劣るCuに適量のBiを混ぜることにより、
耐溶着性を向上させた材料を使用する方法が実用化さ
れ、あるいはCu-Crのように遮断性能，耐電圧性能が優
れているが、耐溶着性においては上記Cu-Biに比べて若
干劣るような電極材料については、電極を駆動する外部
の操作機構の引外し力を増大させる方法が取られてお
り、電極の耐溶着性の劣っているのを補っている。

また、低サージ性についてみると、特に、電動機や乾式
変圧器等のように絶縁レベルの低い機器の開閉には、こ
の低サージ性が要求されるので、主電極12,15の材料と
してさい断電流の低い例えばAg-WC系焼結合金が用いら
れ、特開昭59-3831号公報に示されているように適正な
軸方向の磁界を印加することにより、低サージ性と遮断
性能を両立させることが可能となった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記した真空バルブの構成においては、
例えば電極材料にCu-Biのように本来遮断性能や耐電圧
性能が優れているCuに耐溶着性を付加するためにBiを加
えたことにより、遮断後の電極間の絶縁性能が劣化し、
遮断性能も低下する。また、Cu-Crのように耐溶着性が
若干劣る電極材料を用いる場合には、電極を駆動する外
部の操作機構の引外し力を増大する必要があり、機構の
大型化や、機械的負荷の増大のため機械的寿命の減少等
を招く。

また、一般に、第７図に示すように真空バルブと外部回
路を接続する外部接続導体18,19が配置され、“コ”の
字形に電流が流れる。このとき外部接続導体18,19を流
れる電流Ｉにより電極5,6間に同図の紙面に垂直手前向
きに磁界Ｂが発生し、電極5,6間に発生するアーク20は
この磁界により電磁力を受ける。したがって、フレミン
グの左手の法則により、Ｆの向きに力が働き、アークは
その方向に移動させられる。このため電極5,6間に発生
するアーク20は、電極5,6の中心軸と同心にはならず外
へ向かってずれることになり、主電極12,15の全面にア
ークが広がらず第11図に21（アーク痕跡）で示すように
主電極12,15の一部に片寄って点弧し、全面を有効に用
いていないことが分かった。特に、Ag-WC系統結合金の
場合、熱伝導率が低く、一旦アークが片寄ってしまうと
アークが点弧していた部分に集中し易く、全面にアーク
が広がり難いという欠点があり、主電極面の面積に応じ
た遮断性能が得られないばかりでなく、Ag-WC系焼結合
金のように高価な電極材料を主電極全面に用いると真空
バルブ全体も一般の真空バルブに比べ比較的高価となる
欠点があった。

そこで、本発明の目的は、電極の溶着による引外し力の
増大を防止しまたは小電流遮断時の開閉サージを抑制
し、しかも大電流遮断性能を備えかつ安価とした真空バ
ルブを提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は、絶縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板で閉止
した真空容器の内部に、主電極と軸方向の時間を発生さ
せるコイル電極とから成る一対の電極を接離自在に配設
する真空バルブにおいて、大電流遮断性能を有する材料
から形成した主電極の外周端部上面でかつ中心軸から外
部接続導体が延びる方向の位置に、主電極より小さい外
径で耐溶着性またはさい断電流の低い低サージ性を有す
る材料から形成した接触子を固着した構成とし、耐溶着
性を良好にして溶着による引外し力の増大を防止し、ま
たは小電流遮断時の開閉サージを抑制し、しかも大電流
遮断時には自己電流によってアークを接触子から大電流
遮断性能の優れた主電極に移行・拡散させ、大電流を遮
断するようにしたものである。

（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。なお第７図乃至第９図と同一部分には同符号
を付し、重複した説明は省略する。第１図において真空
バルブ22は、真空容器４の内部に対向しかつ接離自在と
した一対の電極23,24が配設され、この一対の電極23,24
の周囲には金属シールド11が設けられ、ベローズ８には
ベローズカバー10が設けられている。

電極23は、第２図乃至第４図に示すように、主電極12
と、その背面に設けられたコイル電極13と、主電極12と
コイル電極13の間に設けられた補強部材14と、主電極12
の外周端部上面に固着された接触子25とから構成されて
いる。

しかして、接触子25は、耐溶着性に優れた材料例えばCu
-Biから成り、主電極12より小さい外径とし、主電極12
の外周端部上面にろう接等の手段により強固に固着され
る。

なお、電極24も電極23と同様の構成で、主電極15、コイ
ル電極16、補強部材17、接触子26を備えている。

以上のように構成された一対の電極23,24は、それぞれ
の接触子25,26を相対向して接離するように配設すると
ともに、真空バルブ22に接続される外部接続導体18,19
が真空バルブ22から延びる方向と、真空バルブ22の中心
軸から接触子25,26の方向を同じに揃えるように構成し
ている。

したがって、大電流の投入時や通電時には、耐溶着性の
優れた接触子25,26間で投入・接触しているため、投入
時のプレアークや投入時のチャタリングによる発弧、ま
たは大電流通電による接触部でのジュール熱等による溶
融が生じる場合でも十分な耐溶着性が発揮される。一
方、大電流遮断時には、遮断直後に接触子25,26間で点
弧したアーク27は、外部接続導体18,19を流れる電流Ｉ
により第１図に示すような磁界Ｂが電極23,24間に同図
の紙面に垂直手前向きに発生し、フレミングの左手の法
則によりＦの方向の力を受け、大電流遮断性能の優れた
主電極12,15上のアーク28に移動し、電流Ｉの増大、電
極間距離の拡大とともにアークが拡散し、コイル電極1
3,16によって発生する軸方向磁界により安定化されて大
電流を遮断できる。

また、従来は、主電極12,15に耐溶着性の優れた電極材
料としてCu-Bi等の高蒸気圧元素（Cu-Biの場合にはBi）
を含んだ材料を用いる場合には、Bi等の高蒸気圧元素
が、大電流遮断時にアークに曝されたり、真空バルブ製
造時のろう接や脱ガスによる加熱により、蒸発・飛散
し、真空バルブ内部に付着して絶縁性能を低下させた
り、ろう接部に付着してろう接の機械的強度を低下させ
る等の悪影響を及ぼすことがあった。これに対し、本発
明の上記構成によれば、高蒸気圧元素を含む材料は主電
極より小さい接触子の部分だけでよく、しかも大電流遮
断時にはアークが接触子の部分から主電極へ移動するの
で、高蒸気圧元素の蒸発量が非常に少なくなり、悪影響
を及ぼすことが少なくなる。

次に、本発明の真空バルブの他の実施例を図面を参照し
て説明する。なお第７図乃至第９図と同一部分には同符
号を付し、重複した説明は省略する。第４図において真
空バルブ29は、真空容器４の内部に対向しかつ接離自在
とした一対の電極30,31が配設され、この一対の電極30,
31の周囲には金属シールド11が設けられ、ベローズ８に
はベローズカバー10が設けられている。

電極28は、第５図および第６図に示すように、主電極12
と、その背面に設けられたコイル電極13と、主電極12と
コイル電極13の間に設けられた補強部材14と、主電極12
の外周端部上面に固着された接触子32から構成されてい
る。

しかして、接触子32は、さい断電流の低い、低サージ性
を有する例えばAg-WC系焼結合金のような合金から成
り、主電極12より小さい外径とし、主電極12の外周端部
上面にろう接等の手段により強固に固着される。

なお、電極31も電極30と同様の構成で、主電極15、コイ
ル電極16、補強部材17、接触子33を備えている。

以上のように構成された一対の電極30,31は、それぞれ
の接触子32,33が相対向して接離するように配置すると
共に、真空バルブ29に接続される外部接続導体18,19が
真空バルブ29から延びている方向と、真空バルブ29の中
心軸から接触子32,33の方向を同じに揃えるように構成
されている。

したがって、遮断時には相対向して接している接触子3
2,33間にアーク27が点弧するが、数10A以下の小電流遮
断時には、外部接続導体18,19を流れる電流Ｉも小さい
のでアーク27に作用する力は無視でき、アーク27は接触
子32,33上で動き回るが、主電極12,15へ移行することは
なく、さい断電流の低い低サージ性を有する接触子32,3
3上で消弧する。このため、開閉サージの出易い小電流
遮断時には低サージ性が発揮される。一方、数1000A以
上の大電流遮断時には、遮断直後に接触子32,33間で点
弧したアーク27は、外部接続導体18,19を流れる電流Ｉ
により、第５図に示すような磁界Ｂが電極30,31間に同
図の紙面に垂直手前向きに発生し、フレミングの左手の
法則によりＦの方向の力を受け、大電流遮断性能の優れ
た主電極12,15上のアーク28に移動し、電流Ｉの増大、
電極間距離の拡大とともにアークが拡散し、コイル電極
13,16によって発生する軸方向磁界により安定されて大
電流を遮断できる。

また、従来は、主電極12,15にAg-WC系焼結接点のような
高価な低サージ性を有する材料を用いていたが、本発明
の上記構成によれば主電極12,15より外径が小さく厚さ
も薄くてもよい接触子32,33だけに低サージ性を有する
材料を使えばよく、しかも接触部である接触子32,33に
は数1000A以上のアークが直接点弧し続けることはない
ので、電極消耗も極めて軽微であり、外径，厚さとも大
幅に小さくできる利点がある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成されているから、高蒸気圧
元素を含む耐溶着性の優れた電極材料または高価な低サ
ージ性を有する電極材料を、接触子の部分に用いること
でその使用量を削減し、しかも大電流遮断時には自己電
流によってアークを接触子から大電流遮断性能の優れた
主電極へ移行，拡散し、この主電極で大電流を遮断する
ので、耐溶着性または低サージ性と大電流遮断性を同時
に満足し、しかも安価とした真空バルブを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の一実施例の電極を示す正面図、第３図は第２図の平
面図、第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５
図は本発明の他の実施例の電極を示す正面図、第６図は
第５図の平面図、第７図は従来の真空バルブを示す断面
図、第８図は従来の真空バルブの電極を示す正面図、第
９図は従来の真空バルブのコイル電極を示す平面図、第
10図は真空バルブの電極間に発生する磁界の径方向分布
を示す線図、第11図は従来の真空バルブの大電流遮断後
のアーク痕跡を示す説明図である。 ４……真空容器、12,15……主電極 13,16……コイル電極、18,19……外部接続導体 23,24……電極、25,26……接触子 27……アーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板で閉
   止した真空容器の内部に、主電極と軸方向の磁界を発生
   させるコイル電極とから成る一対の電極を接離自在に配
   設する真空バルブにおいて、大電流遮断性能を有する材
   料から形成した前記主電極の外周端部上面でかつ中心軸
   から外部接続導体が延びる方向の位置に、前記主電極よ
   り小さい外径で耐溶着性またはさい断電流の低い低サー
   ジ性を有する材料から形成した接触子を固着したことを
   特徴とする真空バルブ。