JPS584226A - 真空しや断器 - 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】 本発明は電極構造を改良してアークを電極１ｉｉ１：Ｓ
安定亘つ均−Ｃ：分布させ得ゐようＣニジた真空し中断
器に関する。

・　　−１：真空しゃ断器は、第１図Ｃ：示すようＩ：
絶縁物からなる円筒体ｌの両端開口部を蓋体２ａ　、２
ｂＣ：より閉塞した真空容器３内（二、１対の電極４゜
５を対峙させて設けると共Ｃ；これらを前記蓋体２ａｓ
２ｂを貫通させて真空容器３内に挿入された導電棒６．
７の端部（；それぞれ取着し、その一方の導電棒７を図
示しない操作機＄１１ｃより軸方向Ｃ：移鋤可能として
前記一方の電極４（一対して他方の電極５を接離できる
よう１ニしてある。この場合蓋体２ｂと導電棒１との間
Ｃ二は、真空容器３内を気密Ｉ；保持し且つ導電棒７の
軸方向の移動を許容し得るベローズ８が設けられる。な
お、図中９は前記電極４．５および導電棒６，７を包囲
するようＣ二股けられたシールドである。

而してこのような構成の真空し中断器Ｃ二おいて、通電
の場合−二は電極４．５は投入状態Ｃ：あるが、このよ
うな状態から図示しない操定機構の動作により導電棒７
が図示矢印方向Ｃ：移動すると、電極４から開離し、両
電極４．５間Ｃ：はアークが発生する。このアークは陰
極例えば電極５側からの金属蒸気の発生Ｃ二より維持さ
れ、電流が零点に達すると、金属蒸気の発生が止り、ア
ークが維持できなくなってしゃ断が完了する。

ところで上記電極４．５間−二発生するアークはし中断
電流が大きいと、アーク自身よシ生じた磁場と外部回路
の作る磁場との相互作用１：より著しく不安定な状態と
なる。この古め、アークは電極面を移動し、電極の端部
あるいは周辺部に片寄プ、その部分を極部的懺；過熱し
、多量Ｃ：蒸気を放出させて容器内の真空度を低下させ
、し中断限界を低下させる。

この対策として従来では、電極面を広面積として電流密
度を低下させるようにした電極構造のもの（前者）、電
極聞書；スパイラル状のスリットを設けてアークをこの
スリット１：沿って回転駆動させるようにした電極構造
のもの（後者）など種々あるが、何れ４次のような欠点
を有する。すなわち、前者のような電極構造としてもや
は９前述一様Ｃ；アークが電極の端部あるいは周辺部、
に片寄るため、電極を極部的に溶かじ、電極かちの極部
的蒸気の発生が大きるなり、シ中断不能となる。まえ後
者の電極構造のものＣ二於ては、アークが一箇所に集ま
ることがなく電極外周面を移動するので局部加熱のおそ
れが少なくなるが、アーク電圧が上昇（例えば２５ＫＡ
　Ｌ中断の第２波ではＺｏｏ〜４００ｖ１ｉ度）して電
極間の消費エネルギーが大きくなるため、大電流領域で
のエネルギー処理の問題つまり大電流し中断ができなく
なる欠点がある。

これらの現象はアーク発生中、金属蒸気またはイオン化
され丸金属蒸気が電極間の外１；逃げ出し、アーク維持
−一必要なイオンが不足するため、電極間のアークが不
安定になるためと考えられている。

すなわち、アーク電流は６般Ｃ、Ｉ用ＩＨ、％ｊ・８（
但し、Ｃは単一電荷、ｎはプラズマ密度、Ｖは電子の速
度、Ｓは電極面積）で表わされ、従って金属蒸気が電極
間の外へ逃ぺ出すと、上記プラズマ密度ｎが不足するの
で、電子の速度Ｖが増大し、その結果アーク電圧が上昇
する。アーク電圧が上昇すると、それだけ電極間１；エ
ネルギーが供給され、そのエネルギー６二よって電極の
温度が上昇し、電極面の一部が溶融する。

このような現象を防止する手段としては電極面に−直な
方向の磁界を印加することが効果的である仁とは既６：
知られているところであや、以下その概要について述べ
る。一般（：アークの陰極点から発生する電子、中性原
子、イオン化原子の割合は１００：１０：１であると云
われている。そζで電極１１（−［１直な方向の磁界を
印加すると、電子が磁界Ｃ：捕捉され、陰極から陽極砿
：到遣す石の６＝「螺旋状」１：運動する丸め、それだ
け長い距離を移動する。その丸め、電子が中性原子をイ
オン化し、（イヂン化する確率が大きい）アーク電圧の
上昇を抑える。従って、陽極電極はエネルギー入射が少
なくなるので、電極は溶融しなくなり、を九電極＠１ニ
ー直方向の磁界は電極外方−二逃げ去るイオン化金属（
プラズマ）を捕捉すると共に電極外方に去るのを防ぎ、
アークを安定化させる。

従来、このような効果を具体化し九ものとして、第１図
と同一部品ｉ；は同一記号を付して示す第２図のよう１
ｍ、真空し中断器の容ｌＩ３外周ｉニコイルｌＯを配置
すると共Ｃ：導電棒７よ〉電流を供給されるよう（：な
して−電極４ｓ５Ｗｉ４：：＠直な磁界を発生させるよ
うにしている（例えば特会昭４４−２１６０７号公報）
。を九ｊ１１１ｍと同一部品６：は同一記号を付して示
す第５ａｉＩのようＣ；電極棒６，７自身にコイル部６
ｍ５７ｍを形成して電極４．５面ζ：働直な磁界を発生
させるようにしたものがある。

しかしＭ　２　ＩＩ　ｇ二示すようなものでは、コイル
１Ｇと電極４．５との距離が遠いので、効果的ｃ二十分
な強度の軸方向磁界を得ることが開離となり、従つて十
分な強度の磁界を得るＣ：は相轟大きなコイルが必要と
なる。また真空容ｌ！１３自体もコイル１０を配置する
ためＣ；大きくしなければならず、真空しゃ断器全体が
大型化し、重量、経済性の置で大きな問題がある。さら
Ｃ；上記コイル１０に導電棒７を通してし中断電流が流
れるようにしである九め構造を機械的６：強くする必要
がある。コイルｌＯの巻回数を増すと通電時コイルのヒ
ート四スＣ；より加熱上昇するおそれがある。

他方、１ｓ３図１＝示すようなものも上記と同様の問題
があり、しかも加工が複雑化し、その割には磁界の効果
が少ない。

本発明は上記のような事情舊二鑑みなされたもので、そ
の目的は電極構造を改良して電極自身で強力な軸方向磁
界を発生させるようにすることにより、アークを電極＠
Ｇ；安定かつ均一に分布させることができる真空し中断
器を提供しようとするものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第４１１は１１１図と同一部品ｇ；は同一記号を付して
示す真空し中断器の縦断＊ｍｉで、本実施例では、真空
容器岑内１；次のような構造の電極４１．５１を対峙さ
せて設けると共Ｃ；それぞれを導電棒６．７の端部に取
付は石ものであ為。すなわち、第５ｌｌａ、ｂは本実施
例Ｃ；係る一方の電極４１を示す−ので、４２はコイル
電極、４３はこのコイル電極４２の背部（図示下側）６
−重ね合せるようＣ二して設けられる主電極である。コ
イル電極４２は第６図ａ、ｂ（：示すようＣ；導電棒６
（：取付けられる円板状の取付基部４２ｍを中心「＝半
価方向６二等間隔を存して伸びる同−長喜を有する複数
個の腕部４２ｂ（本例では４個の腕部を示す）と、これ
ら各腕部４２！ｂの集画部よ１０合う腕部４：向は且つ
先端がその隣９合う腕部の突出端に対して適宜の間隔を
存するようにそれぞれ導電棒を中心として描い九円弧の
軌跡上ε；配置され為外周部として形成され　　　゛る
円弧部４２ｃおよびこれら舎内弧部４２Ｃより主電極４
３側６；集画する央蝙部４２ｄを電気的に一体形成した
−のである。従ってコイル電＠４２の腕部４２ｂと円弧
部４２Ｃｇ：：ｌ！Ｉすれた部分１＝は空間領域が形成
されることＣ；なる。この空間領域の導電棒６と直角方
向の断面Ｃ：おける面積は、腕部４２ｂの前記と同一断
面における面積と比較して広くなる。

また、主電極４３１：は第７１１　Ｃ示すようにその電
極面Ｃ二半径方向の直線状スリット４ハを複数本（本例
では６本のスリットを示す）等間隔を存するようＣ：設
けである。

而してこのようなコイル電極４２および主電極４３を組
合せる（：は、コイル電極４２と主電極４３を重なり合
うようｃニジて設けると共にコイル電極４２の取付基部
４２鳳および主電極４３の中心部間に例えばステンレス
スチールからなる嬉ＳＷ：ｔζ二示すような高抵抗金属
４４をスベーナとして介挿し、しかる後前記コイル電極
４２の各円弧部４２ｃＣ設けられている突起部４２ｄを
土竜１１４３の肩縁部に接着して電極４１を構成する。

この場合、主電極４３に設けられている各スリット４３
１は上記各突起部４２ｄから外れるような位置関係Ｃ二
してコイル電極４２および主電極４３が組合せられる。

以上は導電棒６に取付けられる電極４１ｇ：：ついて述
べたが、導電棒７ｃ；取付けられる電極５１についても
前述と同様の電極構造Ｃ二なってｓ’　ｂ　ｓζこでは
その説明を省略する。

したがって、かかる構造の電極４１．５１を備え九真空
し中断器ｆ二おいて、図示しない操作機構め操作によ）
導電棒７が電極開離方向Ｃ二移動すると、アーク電流は
第Ｓ図ａ、ｂｇ：矢印で示すよう４；フィル−極４２の
取付基＊　４２１　ｇ−入夛、これより各腕部４２ｂを
通して半径方向の電流Ｃ２分ｌＬ（本例では全電流の号
Ｃ：分流）Ｓれる。そして各半径方向Ｃ：分流された電
流は円弧１８４２ｃに沿って流れ、しかゐ後各円弧１１
４２ｃの他側よ１突起部４２ｄを通して主電極４１１：
ｇれる。

し九がって、コイル電＠４２を流れる電流は各腕部４２
ｄを通して円弧部４２Ｃ（：流れることにょｐ総体的ζ
；はループ状の電流が１ターン流れたことと尋価であ）
、１ターンの磁界が土竜１ｉ４３の電極面上Ｃ：軸方向
磁界となって現われることになる。

而してこのようにして主電極４３に導かれ九電滝は前述
と同様に構成された他方の電極５１Ｃ：アーク電流とな
って入り、ことでも上記同様の軸方向磁界−１゛尭生す
る。

上記コイル電極から発生し丸軸方向の磁界は、陰極、陽
極間舊：生じるアークを取り囲む形とな９、しかもアー
クから外部へのイオン化金属の放出拡散を抑制するため
１ニプラズマ粒子の不足を起させない。したがって、こ
の軸方向磁界によって電極開離時に発生するアークは電
極表面で安定化され、しゃ断物性を大きく向上させ得る
。

一方、主電極４３には半径方向の直線状スリット４３ａ
を設けであることから、次のような効果が得られる。す
なわち、主電極４３Ｃ二半径方向の直線状スリットが設
けられていない場合１：おいて、アークが第９図の斜線
部分Ｉ：示す位置にあるとすれば、電流は矢印で示す如
く、１→ｂと１→Ｃの２つのルー）Ｃ分流し、さら直：
コイル電極４２へ前者はｂ　−ａ−ｃ　−ｅ　ｄの履Ｃ
＝、後者は＠−４ｆ−４ｇの臘Ｃ；流れで導電棒６１１
する。その際前者のａ−＋ｂ→Ｃ−４ｄの電流径路−二
おいては、ａ→ｂの電流とｂ→Ｃの電流が互いに向きが
逆であるので、それヤれの電Ｒｔ＝よる磁界は互いに打
ち消し合って、１→ｂ　−ｈ　Ｃ４ｄの電流径路では有
効な軸方向磁界ができない。

しかしながら、主電極４３ｃ二半径方向の直線状スリッ
ト４３畠を複数本等間隔を存して設け、とのスリン）　
４３ｍを第１０図に示す如くコイル電極４２の円弧部４
２ｃの先端ＩＩ（主電極４ｓとの接着部）の近傍で、し
かも切９欠き部とは逆方向ζ：なるように且つコイル電
極４２１；よって橋絡されないような位置関係１ニジて
シけば、軸方陶磁界を有効ｉ二発生させることができる
。すなわち、第１ｏＩｌｌ（＝おいて、アークが１Ｉｉ
９１ＩＩの場合と同じ位置に発生し九と、すると、電流
は■示矢印のようにｈ→１→ｊ→に→ｌとｈ→ｍ→ａ→
０という２つの経路で流れると考えられるが、前者の電
流経路は後者よりも長い丸め、電流は後者の経路の方１
：多く流れる。しかも前者の電Ｒ４ｉ路で電流が流れた
場合でも、電流ｈ−，ムおよび１→ｊと電ｆｆ１ｊ−に
は方向が互いＣ：逆向きではないので、電流ｊ→ｋにょ
る軸方向磁界を打ち消す効果は少ない。以上のことより
、スリットのない主電極よ）もスリットを設けた主電極
とし友方が軸方向磁界を有効−二発生させることができ
る。

を九、コイル電極４２ｃ；より軸方向磁界を発生させる
とこの磁界によ）主電極４３Ｇ＝渦電流が生じて逆方向
磁界により軸方向磁界が減少してしまうが、前述し九よ
う１；主電極４３には直線状スリット４３１が設けられ
ているので、渦電流Ｃ：よる軸方向磁界の減少が防止で
きる。この場合、直線状スリットは少なくともコイル電
極４２の分割数は必要であシ、軸方向磁界の減少防止対
策から主電極４３の外周部から中心へ向っての切）込み
長さは電極半径の５０〜７０１ｇ必要である。こζで従
来のようＣ：スパイラル状のスリットを設は九ものでは
回転−動されるのに対し直線状スリット６二よればアー
クが安定し、電極間の消費エネルギーを小さくできる。

以上述べた実施例は本発明のほんの一例にしかすぎず、
次のような電極構造としても前述同様の作用効果を奏し
得るものである。

コイル電極４２としては第１１５１！暑、ｂに示すよう
Ｃ；導電棒６Ｃ；流れる電流が複数Ｃ二分割され且つそ
の各分流電流が円周部において円弧を描くようＩ：、複
数本の直線状スリット４２・（本例では４本のスリット
を示す）を設けると共Ｃ：台スリッ１４２ｅ　ｉ：より
形成され九各円弧部の先端Ｃ：主電極４３に取着す為丸
めの央起部４２ｆを設けるようにしてもよい。

このようなコイル電極４２とすれば、直線状スリットを
切るだけで前述し九実施例同様の効果が得られるので、
電極構造が簡単とな）、製作も容易１：な石。

なお、上記実施例では、真空容器３内Ｃ二設けられる１
対の電極それぞれＣ；コイル電極を設けて軸方向磁界を
発生させるよう１ニしたが、何れか一方の電極Ｃ；のみ
コイル電極を設けて軸方向磁界を発生させるようにして
もよい。４Ｉｔ：コイル電極を固定軸Ｉ：取付け、ま九
可動軸１：通常の電極を堆付ければ、発熱−二対す為問
題も癖決することができる。

即ち、通常の真空し中断器の可動および固定電極は全く
対象のものが用いられ、また電流導へ棒の長さもほぼ同
じである。しかし、可動軸は可撓導体を通して母線１：
＠絖され、固定軸は大きなクランプ（二固定され丸後母
纏５二接続される＠従って、真空容器内部で発生し丸熱
は、可動軸６二おいては可憐導体を通して放熱畜れ、固
定軸においてはクランプを通して放熱される。このため
當６；可動軸の温度上昇が固定軸のそれ響：比べて大き
くな９、規格１；合格しない場合がある。一方軸方向磁
界形の電極は、通常の電極藝；比してコイル電極部分の
畏さだけ長い丸め、それだけ発熱量が多く、ヒートラン
（定格電流を長時間通電し丸後各部の温度上昇を測定す
る）試験Ｃ；対して苛酷Ｃ：なる。しかし軸方向磁界形
の電極口おいてはある一定以上の磁界が電極表面上Ｃ；
発生すればよいわけであり、必らずしも両電極１二コイ
ル電極を設ける必要はないＯ 従って、熱的Ｃ：荷醗である可動軸には通常の電極を接
続長、熱的Ｃ：楽な固定軸４＝軸方向磁界形電極を取付
ければ、発生する熱は余裕のある固定軸で放熱される丸
め、軸方向磁界形電極を使用してもヒートランＣ；合格
し、を先回動軸はコイル部分だけ重量が囁くな）、可動
−分の重量が金体１：減少する。このことＣ；より操作
機構も秦Ｃ；なｐ％壜九−極投入速度も上昇で１１番の
で、し中断性能が向上す為。ｉ丸上記夾論例のコイル電
極４２はループ電＠１＝よ）１ターｙの磁界を発生させ
たが、との磁界の強−を変え丸い場合（；は、ループの
黴を変えること１＝より調整できる。例えばループの。

数を３つまたは２つ１；すゐこと砿：よりコイル電極Ｉ
：ｔＩＬれる電流は全電流の８１えは号となり、磁界の
強さは上記実施例の場合の１３倍、２倍とすることがで
きる。さらＣ二；イル電極（二流れ番電流を増加ネせた
いような場合１；は電極自身の断面積の大きなものを用
いればよい。さらにまた、上記各実施例ではコイル電極
４３と主電極４３とを別個　　　′にしであるが、これ
らを一体化したものとして構成することも可能であ為。

この他事Ｉｉ＠はその要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施できることは勿論である。

以上述べたように本発明Ｃ；よれば、少なくとも一方の
主電極の背部Ｃ：重ね合わせるよう５；コイル電極を配
置する構造で、且っこのコイル電極を導電棒から伸びる
腕部の突出端に、前記導電棒を中心として描いた円弧の
軌跡上に配置され九九周部の６儒を連結して形成し、こ
の外周部の他側に於て前記主電極との電気的接続を行な
うようＣ：するとともＣ二導電棒端部は空間又は高抵抗
体を介して前記′主電極の臀部と対向するよう＋：ｌ、
、を九前記主電極には直線状スリットを複数本設けであ
るので、電流経路は大部分が主電極と、コイル電極を介
して導電棒との間１；形成されるので、電極自身で強力
な軸方向磁界を発生することができる。したがって、ア
ークを電極面Ｃ二安定かつ均−Ｃ；分布させることがで
きると共Ｃ：、従来のような真空容器の外周面１ニコイ
ルを配置したり導電棒１：コイル部を形成した多する必
要がないので、全体が大型化するようなことがなく簡単
且つ安価にできる。

そして主電極間の閉極時１；おいてもコイル電極を流れ
る電流によって常に軸方向磁界が印加されているので、
主電極間の一路瞬時から主電極関Ｉ：発督 生するアーク−二対して有効な軸方向磁界を印加でき、
更６：導電棒を中心として鍮いた円弧の軌跡上書；配置
されるコイル電極の外周部Ｃ電流れる電流によって土竜
ＩＩｇ＝は均一な軸方向磁界を印加して％Ｉするので常
１ニアークの安定化をはかることができる。

またアークが電極間の何れの位置冨；あっても軸方向磁
界を有効喜二発生させることができ、また渦電流による
軸方向磁界の減少を防止することができる、即ちコイル
電極の腕部と円弧部Ｃ二囲まれ九空関領域部分の面積を
、腕部の面積（両者とも導電棒と直角方向の断面ζ：お
ける面積）に比較し広くしであるので、腕部Ｃ二発生す
るうず電流を減少でき、更に主電極璽；設けた複数本の
直線状スリットによるうす電流の減少により軸方向磁界
を強力Ｉ−できること口＝な〕、シやＷＩｆ＠界電流全
電流できる。

このことは同時にコイル電極の重量を軽減できることと
なるので、真空し中断器全体の重量軽減は勿論のこと％
４１１Ｊ：可動側電極ｉ二あっては操作装置の負荷のｓ
減に役立つ。

ｔえ直線状スリットであるので、その加工も極めて容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空し中断器の原履構威を示す縦断厘図、９２
図および嬉３Ｉｍは従来の異なる真空し中断器をそれぞ
れ示す縦断」Ｌ第４１Ｉｌは本発明の一実施例を示す縦
断Ｉ［ｌＩｌ、第５ｌｌａ＋ｂは同実施例−二おける電
極を拡大して示すもので、麿は側面ｓｖｂは主電極側か
ら見え平面図、第６１１１ｍ、ｂは同じくコイル電極の
側＊ｇおよび平１ｉｒｌｌＩ、第７図は同じく主電極の
平面図、＊Ｓａａは同じくコイル電極と主電極間（ニス
ペーナとして設けられる高抵抗金属の儒函園、第９園お
よび第１０閣は一実施例の作用説明Ｃ二必要な電極の千
ｌＩ閣　＃１１１図ａ、ｂは本発明の他の実施例（：ｓ
Ｐけるコイル電極を示す４ので、１は儒爾閣、ｂは平面
図である。 ３・・・・・・・・・・・・真空容＠　　　Ｓ、γ・・
・導電棒＋１ｓ５１・・・電極　　　　４トー・・・コ
イル電極４３・・・・・・・・・・・・主電極　　　・
、。 第１図　　　第２図 第３図　　　第４！！Ｉ 第５図　　　　第６図 第　７１ｉ 第９１！ｌ　　　　　　第１０図 第１１図 （α） （ｂ） 第１頁の続き ０発　明　者　奥村博行 川崎市川崎区浮島町２番１号東 京芝浦電気株式会社浜川崎工場 内 ０発　明　者　大橋宏 東京都府中市東芝町１東京芝浦 電気株式会社府中工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器内Ｃ：接接離自在Ｃ膜設られ且つ導電棒にそれ
   ぞれ取付けられる１対の主電極によ〕電流を投入、しゃ
   断するものにおいて、前記主電極の少なくとも一方の主
   電極の背部ご−重ね合わせるようにコイル電極を配置し
   て成り、このコイル電極は導電棒の取付基部に一端を固
   着され且つこの取付基部から伸びる腕部を有し、この腕
   部の突出端と一伺が連結され前記導電棒を中心として推
   い九円弧の軌跡上Ｃユ装置され電昇周部を設けて形成し
   、このコイル電極の外周部の他側に於て前記主電極背部
   との電気的接続を行なうようにして成り、前記コイル電
   極を設は九導電棒端部は空間又は高抵抗体を介して前記
   主電極の背部と対向させ、これ（二より大部分の電流が
   コイル電極と主電極との電気的接続部を介して前記主電
   極と導電棒間を流れるようＣニジて成り、前記コイル電
   極の腕部と外周部に囲まれた部分Ｃ：は空間領域を設け
   ており、この空間領域の導電棒と直角方向の断面におけ
   ろ一積は、腕部の導電棒と直角方向の新面ｇ；おける面
   積よりも大であるとともに前記コイル電極署二組合され
   る主電極−一は複数本の直線状スリットを設けるように
   したことを特徴とする真空し中断器。′