JPH08111148A - 真空バルブの電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】遮断性能と通電容量を上げることができる真空
バルブの電極を得ること。 【構成】通電軸17の先端に背面の中心部が接合される電
極１には、中央部から放射状に外側に形成された４本の
腕部１ａを設け、この腕部１ａの先端には、弧状のコイ
ル部１ｂを形成する。電極１の前面には、電極板３を設
け、この電極板３は、円板部３ａの外周に90°間隔に突
起部３ｂを設け、この突起部３ｂをコイル部１ｂの先端
１ｃにろう付する。電極板３の前面には、接点２をろう
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、真空バルブの電極に係
り、特に、縦磁界電極の構成を変えた真空バルブの電極
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空遮断器に組み込まれる真空バ
ルブの構成の一例を図５の縦断面図に示す。図５に示す
ように、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で封止して構成される真空容器
の内部に、固定電極14と可動電極15を所定の間隙で対置
している。

【０００３】このうち、固定電極14は、固定フランジ12
の中心に貫設された銅棒製の固定通電軸16の先端に固定
され、この固定通電軸16の基端を介して真空容器の外部
と接続される。また、可動電極15は、同じく銅棒製の可
動通電軸17の先端に固定され、真空容器の外部とはこの
可動通電軸17の下部を介して接続される。

【０００４】この可動通電軸17は、可動フランジ13の中
心に挿入された軸受22を貫通し、下端が可動フランジ13
の内面にろう付されたベローズ18を介して可動フランジ
13を気密に貫通している。したがって、真空バルブは、
真空容器内の真空を維持した状態で可動通電軸17の下端
に図示しない絶縁ロッドを介して連結された図示しない
操作機構部により、可動電極15の固定電極14への接離を
可能にしている。べローズ18の上端は、上端が可動通電
軸17に接合されたべローズカバー19の上部下面にろう付
され、絶縁円筒11の内面の中央部には、円筒状のアーク
シールド20が取り付けられている。

【０００５】ところで、真空バルブは、真空の優れた消
弧性能と絶縁特性を利用しているため、他の絶縁媒体を
使用した、例えば、六フッ化硫黄ガスを絶縁媒体とした
遮断器に比べて、電極間の間隙を近接させることがで
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、電極の構造を以下説明するように改良するこ
とによって更に増やすことができる。

【０００６】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的な加熱を抑
える必要がある。したがって、従来から、電極の局部的
な加熱による異常な荷電粒子と金属蒸気の発生を抑える
ことができる電極の構成が研究され、且つ、実用化され
ている。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、アーク電流で発生した
磁界によって駆動力を加える方法が一般的である。

【０００７】この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、直交する方向に磁界を印加
する方法がある。この方法を採用した電極構造には、一
般的にスパイラル電極及びコントレート電極と呼ばれて
いる電極がある。このような電極で発生する磁界は、電
極の中心から放射方向の磁界である。

【０００８】したがって、電極間に発生したアークに対
して円周方向にローレンツ力が働く。この力によって、
アークは円周方向に回転駆動され、電極表面を回転す
る。アークを回転させることにより、局部的な熱入力を
防ぎ、電極の溶融を防ぐことができる。

【０００９】しかし、この真空バルブを高電圧の回路を
遮断する真空遮断器に適用するためには、電極間の耐電
圧を向上させるために、電極間の距離を増やす必要があ
る。この場合に、上述した電極間に発生するアークに対
して直交する方向の磁界を印加する電極構造を用いた場
合には、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、電極の外周から放射方向に飛び出
すおそれがあるだけでなく、この飛び出たアークが、電
極の外側に取り付けられているアークシールドへ点弧す
るおそれがある。

【００１０】すると、アークの脚がその双方の点弧位置
に停滞し、この部分に対して局部的に過大な熱入力が発
生する。この過大な熱入力によって電極とアークシール
ドの点弧部分が溶融し、遮断性能を低下させる。さら
に、このような電極構造では、前述したように、アーク
は高温の集中アークであるため、接触子の消耗が増え、
大電流の開閉寿命が低下する。

【００１１】電流遮断時に発生するアークに対して、こ
のアークを駆動する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、
すなわち、縦磁界を印加する方法がある。この方法を採
用した電極は、いわゆる縦磁界電極と呼ばれ、この電極
間に発生したアークは、電極の対向面の全体に均一に広
がり、電極表面の局部的な過大な熱入力を防ぎ、遮断性
能の優れた電極構造とすることができる。

【００１２】また、高電圧の回路に接続される真空バル
ブにおいて電極間距離を増やした場合でも、前述した縦
磁界の強度を適正に選択することにより、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、アークの点弧位置が分散するた
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。

【００１３】代表的な軸方向の磁界を発生させる従来の
電極構造を図６の平面図で説明する。なお、図６は、接
触子を省略した状態で前面から見た図を示している。こ
の電極は、背後にコイル電極21を設け、このコイル電極
21に流れる電流により、電極間に軸方向の磁界、すなわ
ち、縦磁界を発生させる。コイル電極21に流れる電流
は、中心から90°間隔で放射状に伸びる４本の腕部21ａ
に分流し、各腕部21ａの先端から弧状に湾曲したコイル
部21ｂに流れ、このコイル部21ｂの先端21ｃからこの先
端にろう付された接触子に流れる。

【００１４】このコイル電極21を可動電極側と固定電極
側の接点の後面にそれぞれ取り付け、コイル部21ｂに流
れる電流により電極間に前述した軸方向の磁界を発生さ
せる。なお、図６では腕部21ａが４分割の場合を示して
いるが、腕部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。

【００１５】軸方向の磁界を発生させる他の電極構造と
して、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分に螺旋状のスリットを形成し、軸
方向の磁界を発生させる構造が提案されている。この電
極では、円筒部分の電流経路を螺旋状に形成することに
より、電流の円周方向の成分が発生し、これにより電極
間に軸方向の磁界を発生させる。この軸方向の磁界の強
度は、円筒部に形成されたスリットの傾きを変える等の
方法で変えることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】真空遮断器を大容量の
電力系統に適用するためには、遮断容量と通電容量を増
やすことが必要となる。この要求に対して、電極の構造
と接触子材料の改良が進められ、このうち、接触子材料
としては、例えば、銅クロム合金等の特殊な合金が開発
されている。

【００１７】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の電極構造の研究から、磁界の
強度とアーク電圧の関係を調査した結果、ある磁界強度
でアーク電圧が最低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低値を示す磁界強度を印加する
ことにより、接触子間で消費されるアークエネルギーが
最小となり、遮断性能が最高となる。

【００１８】また、アーク電圧が最低になる磁界強度
は、電極の直径や遮断電流及び接触子材料等によって異
なり、遮断性能を上げるためには、磁界の強度を上げる
必要がある。図６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、腕部21ａの数を減ら
すことによって、前述した電流の弧状成分の増加で磁界
の強度を上げることができる。例えば、腕部21ａの数を
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、２倍と増え、遮断条件に最適な磁界強度
とすることができ、遮断性能を上げることができる。

【００１９】しかし、このような磁界強度の増加方法で
は、通電経路が長くなるので、コイル電極部分での抵抗
が増える。これにより、通常の負荷電流を通電している
場合の温度上昇が過大となるおそれがあった。したがっ
て、腕部の数を減らした場合には、各腕部とコイル部の
断面積を増やす必要があるので、電極が大きくなるとと
もに、製作が難しく、信頼性が低下するおそれがある。

【００２０】また、通電容量を増やすためにコイル部の
断面積を増やすと、同一の電極外径の場合、磁界を発生
させる部分の中心径が減少する。したがって、電極端部
における磁界が減少し、電極面全体を有効に利用するこ
とができず、遮断性能が低下するおそれがある。さら
に、電流を遮断する場合に電極間に発生するアークが電
極の端部から点弧したときに、磁界の弱い部分でアーク
が点弧するためアークが不安定となり、電極からアーク
シールド側へアークが伸び、アークの磁界による制御が
効かず、遮断性能を低下させるおそれがあった。

【００２１】そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑
み、外形を増やすことなく、遮断性能を上げ、かつ、通
電容量を増やすことのできる真空バルブの電極を得るこ
とである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１，２及び請求項
３に記載の発明の真空バルブの電極は、通電軸の先端に
背面の中心部が接合され、この中心部から複数の通電腕
部が放射状に形成され、この通電腕部の先端からコイル
部が弧状に形成された電極の前面に対して、複数の突起
部が円板部の外周に形成された電極板を接合し、この電
極板の前面に円板状の接点を接合したことを特徴とす
る。また、電極板の突起部はコイル部の先端に接合する
ことが好ましく、さらに、接点の断面形状は頂面の外周
が曲面となる円錐台状とし、頂部の直径をＤ１とし電極
板の円板部の直径をＤ２としたとき、Ｄ２＞Ｄ１とする
ことが好ましい。

【００２３】また、請求項４に記載の発明の真空バルブ
の電極は、通電軸の先端に背面の中心部が接合され、こ
の中心部の外側から複数の溝部がこの溝部の底部と通電
軸の軸心を結ぶ線に対して直交方向に放射状に形成され
た有底筒状の電極の前面に対して、複数の突起部が円板
部の外周に形成された電極板を接合し、この電極板の前
面に円板状の接点を接合したことを特徴とする。

【００２４】

【作用】このように構成された真空バルブの電極におい
ては、電極のコイル部の軸方向の厚みを減らすことがで
き、真空バルブの内部で対置される一対の電極のコイル
部間の距離が短縮されるとともに、コイル部の電路も短
縮される。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の真空バルブの電極の一実施例
を図面を参照して説明する。図１は、請求項１及び請求
項２と請求項３に記載の発明の真空バルブの電極を示す
平面図で、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、
図１，図２は、可動通電軸に接合された可動電極の場合
を示し、固定電極も、可動通電軸を固定通電軸に変える
ことによって、同一構造となる。

【００２６】図１及び図２において、可動通電軸17の先
端にろう付れた縦磁界電極１の上面には、円板状の外周
に突起部３ｂが90°間隔に突設された電極板３がろう付
され、この電極板３の上面には、円板状の接点２がろう
付されている。

【００２７】このうち、縦磁界電極１は、図２に示す縦
断面の形状が浅いＵ字状に形成され、図１の平面図にお
いては、従来の技術で示した図６の電極と同様に、90°
間隔に中央部から放射状に形成された腕部１ａと、この
腕部１ａの先端に連続して形成された弧状のコイル部１
ｂで構成されている。

【００２８】したがって、図６で示した電極21と異なる
ところは、図６で示したコイル部21ｂの先端の上面側に
形成された先端21ｃが省かれているだけで、他は同一で
ある。すなわち、コイル部１ｂの上面は、基部から先端
まで平面である。

【００２９】また、電極板３は、この電極板３の直径Ｄ
１で示す円板部３ａの外周に突設された前述した突起部
３ｂが、コイル１ｂの先端の前面に重ねられてろう付さ
れている。なお、 180°に対置した突起部３ｂの外周面
間の寸法（すなわち、突起部３ｂの先端を結ぶ円の直
径）は、縦磁界電極１の外径と同一である。

【００３０】また、接点２は、図２で示した縦断面の形
状が偏平な台形で、外径は、縦磁界電極１及びこの縦磁
界電極１の上面にろう付された電極板３の突起部３ｂ間
の距離と同一である。台形状の接点２の上辺となる可動
通電軸17とほぼ同径の直径Ｄ２の平面部分と、この外周
の斜面部との間に形成された鈍角部は、アークの膠着を
防ぐために面取りされて曲面となっている。

【００３１】次に、このように構成された真空バルブの
電極の作用を説明する。可動通電軸17から接点２に流れ
る電流は、可動通電軸17の先端に接続された縦磁界電極
１から電極板３を経て接点２に流れ、この接点２の表面
から、この接点２と対向して設けられた固定側電極の接
点に流れる。

【００３２】このうち、縦磁界電極１に流れる電流は、
腕部１ａからコイル部１ｂに流れる。このコイル部１ｂ
を流れる電流は、このコイル部１ｂの先端前面にろう付
された電極板３の突起部３ｂから接点２に流れる。する
と、コイル部１ｂに流れる電流は、図１の平面図におい
ては弧状で且つアークと直交方向となるので、このコイ
ル部１ｂに流れる電流によって発生した磁束は、遮断時
において一対の接点間に発生したアークに対して平行な
縦磁界となる。

【００３３】このように構成された真空遮断器の電極に
おいては、縦磁界の強度は、縦磁界電極１に形成された
コイル部１ｂの数を変えることによって、遮断電流に対
応した最適値に変えることができることは前述したとお
りである。

【００３４】また、従来の真空バルブの電極において
は、通電容量を増やすために腕部１ａとコイル部１ｂの
軸方向の厚さを増やした場合には、固定電極に組み込ま
れたコイル部１ｂと可動電極に組み込まれたコイル部１
ｂの相互間の距離が増えるので、それだけアークに対す
る縦磁界の強度が低下していた。しかるに、本発明の真
空バルブの電極においては、図６で示した先端21ｃによ
る軸方向の突起がなく、それだけコイル部１ｂの相互間
の距離が接近するので、逆にアークに対する縦磁界を増
やすことができる。

【００３５】したがって、対向した一対の電極間の距離
が短縮されることによって、真空バルブの長さを減らす
ことができるだけでなく、遮断性能を上げることができ
る。さらに、先端21ｃを省略することによって、電極の
形状が簡単となり製作が容易となるだけでなく、コイル
部の電路が短縮されるので、コイル部の抵抗値の減少に
よって、このコイル部に起因する温度上昇を防ぐことが
でき、通電容量を増やすことができる。

【００３６】さらに、接点２は、直径Ｄ１の広い接合面
積の円板部３ａを備えた電極板３にろう付されるので、
接合強度を上げることができ、投入時の衝撃に耐え、且
つ、僅かな撓みによる接触面のなじみによって相互の接
触面積が広くなり、接触抵抗を減らし、この接触抵抗の
減少により温度上昇も減らすことができ、したがって通
電容量も増やすことができる。

【００３７】次に、請求項４に記載の発明の真空バルブ
の電極の一実施例を図３とこの図３の前面図を示す図４
で説明する。図３及び図４において、図１及び図２と異
なるところは、縦磁界電極１Ａと、この縦磁界電極１Ａ
の上面の電極板３の更に上面にろう付された接点２Ａの
形状である。

【００３８】すなわち、縦磁界電極１Ａには、図１にお
いては底部の中心の外側の部分から放射状に且つ対称的
に４条の溝１ｄが形成されている。これらの溝１ｄは、
縦磁界電極１Ａの外周に抜け、更に図２の正面図におい
て右上方に傾斜して上端に開口部を形成している。ま
た、この開口部の左側に鋭角の先端部１ｃ１をそれぞれ
形成している。

【００３９】縦磁界電極１Ａの上面にろう付される電極
板３は、この電極板３の外周に突設された突起部３ｂが
縦磁界電極１Ａの外周に形成された先端部１ｃ１の上面
と重なるように設けられている。一方、接点２Ａは、接
触面の大部分が平面で、外周部に僅かに曲面部が形成さ
れている。

【００４０】このように可動電極と固定電極が構成され
た真空バルブにおいても、通電電流は、可動通電軸17か
ら縦磁界電極１Ａを経て電極板３の突起部３ｂから接点
２Ａに流れ、この過程において、縦磁界電極１Ａに形成
された溝１ｄにより、この縦磁界電極１Ａの中心部から
外周の先端部１ｃ１に弧状に流れる電流によって、縦磁
界が発生する。

【００４１】この場合には、図１及び図２で示した電極
と比べて、可動通電軸17から各先端部１ｃ１に流れる弧
状の電路の断面積と、接点相互の接触面積を増やすこと
ができるので、通電容量を更に増やし、電極の温度上昇
を更に減らすことができる利点がある。

【００４２】

【発明の効果】以上、請求項１，２及び請求項３に記載
の発明によれば、通電軸の先端に背面の中心部が接合さ
れ、この中心部から複数の通電腕部が放射状に形成さ
れ、この通電腕部の先端からコイル部が弧状に形成され
た電極の前面に対して、複数の突起部が円板部の外周に
形成された電極板を接合し、この電極板の前面に円板状
の接点を接合することで、電極の軸方向の厚みを減ら
し、真空バルブの内部で対置される一対の電極のコイル
部間の距離を減らしたので、外形を増やすことなく、遮
断性能と通電容量を上げることのできる真空バルブの電
極を得ることができる。

【００４３】また、請求項４に記載の発明によれば、通
電軸の先端に背面の中心部が接合され、この中心部の外
側から複数の溝部がこの溝部の底部と前記通電軸の軸心
を結ぶ線に対して直交方向に放射状に形成された有底筒
状の電極の前面に対して、複数の突起部が円板部の外周
に形成された電極板を接合し、この電極板の前面に円板
状の接点を接合することで、電極の軸方向の厚みを減ら
し、真空バルブの内部で対置される一対の縦磁界を発生
させる電路間の距離を減らしたので、外形を増やすこと
なく、遮断性能と通電容量を上げることのできる真空バ
ルブの電極を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【００４４】

【図１】請求項１，２及び請求項３に記載の発明の真空
バルブの電極の一実施例を示す平面図。

【００４５】

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【００４６】

【図３】請求項３に記載の発明の真空バルブの電極の一
実施例を示す平面図。

【００４７】

【図４】図３の前面図。

【００４８】

【図５】従来の真空バルブの電極が組み込まれた真空バ
ルブの一例を示す縦断面図。

【００４９】

【図６】従来の真空バルブの電極の要部を示す平面図。

【００５０】

【符号の説明】

１，１Ａ…縦磁界電極、１ａ…腕部、１ｂ…コイル部、
１ｃ，１ｃ１…先端部、１ｄ…溝，２，２Ａ…接点、３
…電極板、３ａ…円板部、３ｂ…突起部、17…可動通電
軸。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通電軸の先端に背面の中心部が接合され、
   この中心部から複数の通電腕部が放射状に形成され、こ
   の通電腕部の先端からコイル部が弧状に形成された電極
   と、この電極の前面に接合され複数の突起部が円板部の
   外周に形成された電極板と、この電極板の前面に接合さ
   れる円板状の接点でなる真空バルブの電極。
2. 【請求項２】電極板の突起部をコイル部の先端に接合し
   たことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブの電
   極。
3. 【請求項３】接点の断面形状を頂面の外周が曲面となる
   円錐台状とし、頂部の直径をＤ１とし、電極板の円板部
   の直径をＤ２としたとき、Ｄ２＞Ｄ１としたことを特徴
   とする請求項１又は請求項２に記載の真空バルブの電
   極。
4. 【請求項４】通電軸の先端に背面の中心部が接合され、
   この中心部の外側から複数の溝部がこの溝部の底部と前
   記通電軸の軸心を結ぶ線に対して直交方向に放射状に形
   成された有底筒状の電極と、この電極の前面に接合され
   複数の突起部が円板部の外周に形成された電極板と、こ
   の電極板の前面に接合される円板状の接点でなる真空バ
   ルブの電極。