JPS59148222A - 真空インタラプタ - 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】 不発明は、真空インタラゲタに係り、特に接離自在な一
対の電極間に発生するアークに、このアークと平行な磁
界全印加せしめるようにｍ成した真空インタラプタに関
したものである。

一対の電極間に生じるアークに平行な磁界（Ｐ９ｒ請縦
磁界）勿印加することによってしゃ断性能の向上上図っ
た真空インタラゲタは良く知らｎているところで１ハそ
して縦磁界発生用のコイルは′ｗＩＬ＆の・背部又は真
空容器の外周に囲繞して設けられでいるのが一般的であ
る。

前者の電極背部にコイルを一体的に設けてなるものは、
普通第１図に示す如く、電極／の背部に高抵抗材料から
なるスペーサ２を介して縦磁界全発生するコイル≠が設
けら九、このコイル弘の中央部にはリード棒３が接続さ
扛、またコイル弘の周辺側は接続体ｊｐ介して電ｆｆｌ
／の背部に接続されて構成され、これによって電極ｌと
リード棒３との間に２ける電流全コイルμにより、リー
ド棒３會中心としたループ電流に変えて１！６．極ｌの
表面ｌＯＫ直交する磁界（縦磁界）全発生するように成
されている。なお、第１図中の符号ｌｌは電極ｌに設け
た半径方向のスリットであり、′ｔ！Ｌ極ｌにうず電流
が生ずるの全防止するためのもので６．Ｌところで、前
記電極ｌは、表面ＩＯがフラットな平担面に形成されて
いて、全面が相手電極（図示省略）との接触面となるよ
うになされているので、この電極ｌは、高導電性で且つ
耐溶着性に優れたＣｕ−Ｂ１　、Ｃｕ−Ｐｂ　、Ｃｕ−
Ｆｅ　、Ｃｕ−８ｅ等の銅合金からなるのが一般的でち
ゃ、またしゃ断器にあっては表面ｉｏに多数のアーク柱
が発生（銅の場合には１００アンペア当シ１１個発生す
る）ことが知られている。

一方縦磁界が印加さｎている場合にあっては、アーク中
の荷電粒子等が磁界効果によって電極表面上での移動を
拘束されることから、多点発生した各アーク柱は集中化
することなく各々の発生点に止１っている傾向におる。

このように発生した各アーク柱が集中化するととなく分
散していると、谷アーク柱のエネルギーは比較的に小さ
いので（集中すると大きくなる）過度の金属蒸気を発生
せ性能が向上するものであり、これが縦磁界印加式の特
徴である。

しかして、通電々流の観点から見れば、一対の電極の接
触面積は比較的小さくても良いものであるが、縦磁界に
よってアーク柱が動きにくいものであるにしても、狭め
面積上に多数のアーク柱が発生した場合には各アーク柱
の間隔は小さいものとなるので、外部回路及びアーク自
身の持つ磁力の作用によって、極めて接近して発生して
いるアーク同志が集中化してし筐う場合があるために、
一対の電極の対向面積はできるだけ広くしておくことが
望ましいものでろる。

このような観点に基づいてなされ友のが前述の第１図に
示すような電極！であって、表面ｌθの全面が相手電極
との接触面となシ、またアークの発生点となるようにし
ている。

しかしながら、第１図に示すように構成さｎ念電極／に
おつては、広い表面／θ上にてアークが発生するので、
アークの分散発生（集中化しないで分散してアークが発
生する）は期待できるものの、表面ｉｏは接触面と兼用
であるから、電極ｌは前述のように高導電性の銅合金に
て作らなけｎばならないものである。このために電極ｌ
内には磁界の影響によってうず電流が生じてしまい、こ
のうず電流が生じると逆磁界が生じてコイル弘による縦
磁界の減衰があるばか力でなく、シゃ断性能に最も悪影
響全及ばず磁界の位相遅れが生ずることになる。

すなわち、第２図は、しゃ断電流Ｉとコイルによる磁界
Φとの間の位相差（位相遅れ）θを示したものであり、
このように位相遅れがあると、電流零点において残留磁
界型が存在することになム縦磁界ケ印加した場合にはし
ゃ断性能の向上に役立つものの、電流零点後もその磁界
があると、荷電粒子などはその磁界にとらえら几で真空
空間へ拡散することなく一対のｔｍ間に止まってし１う
ことになる。この結果電極間に絶縁回復が遅れたり、ま
た再点弧？生じてしゃ断性能が低下するといった問題を
引き起すことになる。従って位相遅れ、換言す牡は電流
零点での残留磁界をできるだけ小さくするのが望ましい
ものである。

このようなことから、磁界の位相遅ｔ′Ｌｆ防止する手
段として、うす電流の発生全防止することが行なわれて
おり、その手段全大別すると、第１図の如く電極ｌに半
径方向のスリットｌｌを設けること、または電極／Ｑ低
導電率の材料で形成することであった。しかし前者によ
ｎばスリットの存在によって機械的強度が著しく低下す
る問題がちシ、また後者にあっては通電々流、によって
著しく発熱するといった問題があるために、これらいず
ｎの方法にも限界があって高電圧、大電流化が図れない
ものでおった。

ところで、電極上における磁界の位相遅ｊ、の分布を調
べると、第３図に示す如く、電極の中心部（０点）に２
ける遅ｎが最も著しく、周辺部熱点）に至るほど小さい
ものである。第３図は横軸を電極の半径（Ｄ／２）、縦
軸全磁界の位相遅れｔθ）として示しである。この第３
図に示したような磁界の位相遅れ分布状態は、電極の材
質、スリットの有無によって最大値が上下変化するもの
の、電極の中心部（０点）が周辺部１’４点）に比較し
て高くなるといった分布状態は変らないものである。

なお、第３図は電極が銅でスリットなしの場合の結果で
ある。

そこで種々の実験の結果、前述の第１図に示したような
電極ｌの表面１０が全面フラットに形成されて接触面と
なっている場合には、磁界の位相遅れが最も著しくて大
きな残留磁界の存在する電極ｌの中心部分にアークが発
生する場合がｂカ、こ詐によってしゃ断性能が低下する
ことが明らかとなった。

すなわち、前述の第１図のように表面ＩＯの平担な電極
／にスリット／１１に設けた場合にあっては、機械的強
度が低下していることから、投入及びしゃ断時の衝撃、
更に投入時の片当シによって電極ｌの周辺部側が変形し
てしまって接触面ｌθの平担度が悪化するものであった
。このために、変形、歪がほとんど生じないリード棒３
に対応した電極ｌの中心部分の表面にアークが発生して
、前述のようなしゃ断性能の低下？著しいものとしてい
た。

また磁界の位相遅れがあっても、その遅ｎ角度θに＝３
０〜３５　ｄｅｇ以下であれば実用上差し支えないこと
が解シ、この角度を第３図に当てはめて電極径に換算す
ると、Ｄｋ÷２０調に相当していることが明らかとなっ
た。

このようなことから、磁界の位相遅れの最も著しい部分
、換言すれは残留磁界の最も大きい部分にアークが発生
せず且つ荷電粒子が存在しないようにすｎば、電流零点
において例え大きな残留磁界が存在していても、この磁
界に拘束さｎる荷電粒子がないので、電極間の絶縁回復
が遅れたり、また再点弧することがなく、鯖来しゃ断性
能が向上することが判った。

本発明は以上の点に鏝みてなさｎたものであシ、従来の
電極に２けるうず電流の発生全防止することによって磁
界の位相遅れ全減少させてしゃ断性能の向上全図ること
に代えて、！極における磁界の位相遅ｎの著しい部分に
アークが発生せず、且つ荷電粒子が存在することのない
ようにしてしゃ断性能の向上を図ることｔ目的としたも
のでらる。

この目的を達成するために不発明は、１ＪＩＬ極紮、ア
ーク１１Ｌｆｌｋと、このアークｔａの中央部に突出し
て設けた接触子とで形成し、且つ接触子の中央部に内径
約２０ｙ＋＋ｍ以上の凹穴を設けてリング状の接触面を
形成し、更に凹穴の深さを突出寸法よシ大きくして構成
し、この電極全一対の′ｒｌＬ＆のうちの少なくとも一
方の側に用いて真空インタラ１夕全形成したものでるる
。

次に不発明の実施例金弟４図ないし第７図に基づいて説
明する。

１ず第４図は真空インタラプタの全体構成を示すもので
あシ、図中において、６は真空容器であシ、ガラス又は
セラミックスから成る絶縁筒６１と、この絶縁筒６１の
軸方向の両端１１ＦＩ止する金属からなる端板６−２及
び６３とで構成さｎている。

そして図中下方の端板６．２にはベローズ６≠勿介して
可動側のリード棒３ａが気密に貫通して設けてあシ、且
つこのリード棒３ａの内端部には電極／、が設けである
。また他方の端板６３Ｖｃは、固定側のリード棒３ｂが
気密に貫通して設けてあり、且つこのリード棒３ｂの内
端部には、前記ｖｔ極／ａが接離し得る電極／ｂが設け
である。更にこの電極ｌｂとり−ド棒３ｂとに接続さｎ
、且つ一対の電極３ａ及びＪｂ’ｋＦＨ３Ｍする如く円
筒状のコイル７が設けてろり、このコイル４ｔに、′ａ
極／ｌ）とリード棒３ｂとの間に２ける電流ｒ一対の電
極Ｊ　ａ。

Ｊｂｙ（１繞するループ電流に変え、こｎによって一対
の１１他Ｊ　ａ　、　Ｊ　ｂｉｉ！ｌ［生じるアークと
平行な縦磁界全発生するものである。

そして前述のコイル≠、リード棒３ｂ及び電極／ｂは、
第５図Ｏｆｆ’Ｍ図に示す如く構成さｎて一体結合さｎ
るものでめる。

すなわち、コイル≠は、１箇所にスリット≠２を具備し
て略円筒状に形成さ扛たコイル本体Ｆ／と、該コイル不
体併ｌの円弧方向の両端４ｔ／ａ。

４′ｌｂの部位から半径方向内方に延び且つ平行配置さ
ｎた一対の腕４ｔ３及び≠弘とで栴成さ扛ている。この
一対の腕≠３，４ｔ４ｔに、コイル不体弘ｌの軸方向の
一端側（図中の上方側）にをった位置に設けである。

このコイル参の一対の腕４ｔ３．弘≠の内端部の一万〇
１ｉｌＩＩＩには、リード棒３ｂの端部が結合さｎるわ
けであるが、リード棒３ｂの端部には、半円状の段付形
状に成嘔ｎて突部３１と低部３−２とが設けてるる。突
部Ｊｌｆｆ、直接にコイル参の一方の腕４′３にＭ合さ
ｎて電＊’に形成するように成さへまた低部３λは尚抵
抗体（例えば非磁性のステンレス鋼又はインコネル合金
）からなるスペーサ３３を介在して他方の腕４ｔグに結
合さｎて電路が形成さｎることのないよう［ｆｉされて
いる。

になされた接続体１２が設けである。この接続体ｌ−２
の突部１３は、直接にコイル≠の腕ググの下面側に結合
さｎて電路を形成するように成さｎ。

また低部１４ｔは高抵抗体から成るスペーサ／ｊ（前記
スペーサ３３と同様な材料からなる）を介在して他方の
腕≠３に結合されて電路が形成されることのないように
なされている。

上記したようにコイル４′は形成さｎ％またリード棒３
ｂ及び電極／ｂが結合さｔているので、例えばリード棒
３ｂから入つ几電流■は第５図に示す如く、一方の腕グ
３を介してコイル本体弘ｌ″ｆ：ループ状（時計方画に
流れ、他方の腕グ≠を介して電極／ｂに至り、そして直
接又はアークを介して相手側の電極ｌａに至るものであ
る。

次に電極１ａ、／ｂの構成を詳細に説明する力（この両
を極は同様な構成からなるものであるから第６図に基づ
き一方のｍ！、／ａで説明する。

すなわち、電極／ａは、リード棒３ａの端部に設けた円
板状のアーク電極１６と、リード棒３ａの端部で且つア
ーク電極ｌ乙の中央部に位すると共にこのアーク［＆／
６よシ軸方向に突出した接触子１７とで構成さｎている
。そして接触子１７は、中央部に凹穴／７ａ（ｉ７備え
てカップ状に形成さｎ、これによって開口側にリング状
の接触面／７ｂ會具備するようになきｎでいる。

ところで接触子１７の形状寸法であるが、接触子１７の
中央部の径２０ｍｍの範囲は磁界の位相遅れが最も著し
い部分であることから、接触子１７の内径寸法ｄ、は、
ｄＩ≧２０調とする必要がある。

一方性径寸法ｄ２は、接触子／７内におけるうず電流の
発生全極力小さいものにしてコイル４ｔＶｃよる縦磁界
を減衰させる逆磁界の発生音防止する点から、ｄ２≦６
０ｖａｎの範囲で通電々流による接触面積全考慮して最
適値？決めるものである。

また、接触子１７の凹穴１７ａの深さ寸法１にこの部分
にアークが生じることのないようにする観点から、接触
面１７ｂがアークｔ＆／６の表面／６．から突出してい
る寸法Ｓに対して、ｔ　＞　Ｓとなるようにす牡は良い
ものである。なｓ’、Ｓ寸法は、接触子１６の消耗しろ
であり、２園程度あｎば実用上差し支えないものである
。またアーク電極ｌ乙の外径寸法りは、０寸法が大きく
なるに従って悪影響を及ぼすうず電流の発生が増加する
ので、この０寸法は、通電々流によって決まる接触子１
７の外径寸法ｄ１１に対して、３ｄ鵞≧Ｄ≧１．２ｄ！
の範囲でしゃ断電流値によって最適値を決めるのが望ま
しい。

そして前記電＆／ａ’ｅ形成する材料としては、アーク
電極１６は相手電極と非接触であって接触子１７から移
動してきたアークが立つ部分であるから、安価な銅で形
成できる。また接触子１７は耐溶着性に優れた例えばＣ
ｕ　１３ｔ　、Ｃｕ　ｐｂ　、Ｃｕ　’ｌ’ｅ　１Ｃｕ
−８６等の銅合金又は接触子として好適な高導電性の材
料が用いられるものである。

次に第７図に示すものけ、本発明の他の実施例からなる
電極／ａであり、接触子１７が簡単なリング状体に形成
さ扛ると共にアーク電極１６内に半没してリード棒３ａ
の先端部に固着したものであり、各部の寸法ｄ＋　ｔｄ
２　ｙ’＋ｓＩＤは、前述の第６図の場合と同様な値及
び関係にて構成されるものである。

この第７図の構成によｎば、接触子／７が簡単なリング
状であるから、形整加工が簡便であるばかシでなく、第
６図の接触子に比較して材料のむだが少なく安価な接触
子が得ら牡るといった利点がある。

なお、以上の説明は、一対組合さｎて使用さｎる′ｆｌ
Ｌ極／ａ、／ｂのうちの一方の電極ｌＨに基づいて説明
したが、他方の１！極ｌｂも同様に構成されるものであ
る。またこのような構成からなる電極は、一対の電極両
者に実施して組合せ使用する場合に限らず、一対の電極
のうちの一方に適用し他方の電極は従来例（第１図）の
電極であっても差し支えなく同様な効果を奏するもので
ある。しかし一対の電極両者に適用するのが望ましいも
のである。

また縦磁界上発生させるコイルｌ／−は、前述（第４図
）の場合のように一対の電極／ａ、／ｂｉ囲繞する如く
設ける場合に限らず、第１図のように電極背部に設けて
いる場合、更には真空容器の外部に配置している場合で
あっても同様に実施でき同様な効果を春するものである
。

以上の説明から明らかなように、本発明から成るｔ極／
＆（／ｂ）’に備えた真空インタラプタにろっては、位
相遅れの最も著しい部分である電極の中央部に位する接
触子１７がその中央部に内径ｄ１≧２０簡の四穴１７ａ
＠備えているので、次のような種々の効果を奏するもの
である。

■　電極中央部の接触子１７の部分には、位相遅れが大
きくて残留磁界があるものの、接触子１７は中央部に凹
穴／７ａ４備えて形成さｎているので、この部分にアー
クが発生することはなく、また荷電粒子が存在しないも
のであるから、たとえ大きな残留磁界がめっでも電流零
点後に絶縁回復が遅れたり、また再点弧することはない
ものであり、縦磁界効果によるしゃ断性能φ藺Ｊｆ一層
向上できるものである。

■　接触子１７は、アーク１！極１６の表面／４５１よ
りＳ寸法ｔ１ど相手電極側に突出しているものの、接触
子１７の中央部には深さ１寸法の凹穴／７ａが存在して
いるので、この部分の電位傾度（ｋｖ／ｍｍ　）は小さ
くなって極間ギャップが１（一対組合せｎば２１）分に
相当して大きくなるものであるから、この接触子１７の
部分で閃絡することはなくなＱ１結果一層しゃ断性能の
向上が図詐るものである。

■　磁界の位相遅ｎの著しい電極／ａの中央部にアーク
が発生しないように構成したので、電極／、にうず電流
が生じて磁界の位相遅れがあっても差し支えないものと
なり、従来のように電極／ａ（アーク電極／Ａ）にうず
電流防止用のスリット？設ける必要がないので電極ｌａ
の機械的強度はその分向上し、投入及びしゃ断時の衝撃
によって１１．極／、が変形するといった問題は解決さ
れ耐久性が向上するものである。

■　電極／ａけ、アーク￥Ｌ極１６と接触子１７とで形
成したので、大形部分のアーク電Ｑ／Ａには安価な銅材
が使用でき、一方接触子／７ｆ高価ではあるが耐溶着性
に優れた特殊な銅合金にて形成しても、この接触子１７
は小形部品であるから、従来のように電極／ａ全全体性
特殊銅合金にて形成する場合に比較して安価な電極が得
られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の縦磁界電極の正面図、第２図は電流と磁
界の関係貌明図、第３図は位相遅れの分布図、第４図に
不発明の一実施例からなる真空インタラゲタの断面図、
第５図は第４図のコイル及び！極部の分解斜視図、第６
図は第４図の！極の断面図、第７図は本発明の他の実施
例からなる電極の断面図である。 ／　ａ　、　／　ｂ　・・−電極、／　＆−・・アーク
ｉＩ！極、／７．、。 接触子、／７ａ・・・凹穴、１７ｂ・・・接触面、３ａ
。 ３ｂ・・・リード棒。 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リード棒（ｊ　ａ　、　Ｊ　ｂ）の内端部に設けられた
   接離自在な一対の′ａ億（／　ａ　、　／　ｂ）間に発
   生するアークに、該アークと平行な磁界勿印加せしめる
   ようにコイル全備えて構成式れた真空インタラゲタｉＣ
   ２いて、Ｓｖ記一対の電極（／　ａ　、　／　ｂ）　ｔ
   ：ｒ）うちの少なくとも一方のｔｋ’ｅ、円板状のアー
   ク電極（１６）と、該アークを極（１６）の中央部に位
   し且つリード棒（Ｊａ、ｊｂ）に対応した位置に設けら
   ｎると共に相手電極側にＳ寸法はと突出して設けらｎた
   接触子（１７）とで形成し、接触子（１７）の中央部に
   内径２０ｍｍ以上で且つ深さ寸法りの四穴（７７ａ）’
   に設けてリング状の接触面（／７ｂ）’ｌｉ−形成し、
   前記接触子（１７）の突出寸法Ｓと凹穴（／　７　ａ）
   の深さ寸法との関係ｉＪ＞ｓとしたこと’に特徴とする
   真空インクラブタ。