JPS593831A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、真空しゃ断器に係り、特に電極構成を改良し
た縦磁界型の真空しゃ断器に関する。

〔背景技術およびその問題点〕

一般に真空しゃ断器の主要部をなす真空パルプは、セラ
ミック等の絶縁材料からなるほぼ円筒状の容器の両端を
端板で閉塞してなる真空容器内に接離自在な一対の電極
を設けることにより構成されている。その電極部分とし
ては、一方の電極の平面図である第１図に示されるよう
に、中央に接点１を有し、周囲に螺旋状の溝を設けた電
極２を有する、いわゆるスパイラル電極構造が採用され
ている。このようなスパイラル電極構造は、大電流しゃ
断のしゃ断性能を高めるためにしゃ断時のアークを回転
磁気駆動させるために採用されたものであり、周知の如
く、接点間に生じたアークを磁気力によりスパイラル電
極に移行させ、移行したアークをスパイラル溝による回
転磁気力で電極の周囲を回転させ、それにより電極の局
部過熱を防止し、電流零点時の残存金属蒸気を少なくさ
せしゃ断性能の増加をはかつている。このような電極構
造でしゃ断性能を増加させるには接点間で発生したアー
クを電極に移行させることが絶対条件であり、そのため
には接点１と電極２にはアーク電圧の差の少ない材料を
使用する必要がある。このため、電極材料としては導電
率が高くしゃ断時性にも優れるという観点で銅材料が通
常使用されるということも相俟って、接点材料としては
Ｃ。

を主成分とし、溶着防止成分としてＢ１やＴｅを添加し
たＣｕ−Ｂ１系あるいはＣ１Ｉ−Ｔ、系合金等のＣＩ系
材料が好んで用いられている・。

し力化ながら、最近の真空しゃ断器の用途の拡大により
上記したｃｕ−系接点材料の使用には一つの問題点が生
じてきた。すなわち、上記のｃｕ系接点材料は、電流開
閉時の高温アークにより、溶着防止成分として加えた。

Ｂ１やＴｏが選択蒸発するという問題があり、これに伴
い、電流さい断レベルが使用中に高くなり、開閉サージ
が発生し易くなるという難点がある。このｃｕ系接点材
料の電流さい断レベルが高くなるという欠点は、従来、
真空しゃ断器が一般にサージ・インピーダンスが低い系
統に使用されていただめ、特に問題となることは少なか
った。しかし、ながら、近年、系統が複雑化し、あるい
は真空しゃ断器でも大容量のモータなどの誘導性負荷を
開閉するケースが増加しており、適用する負荷により開
閉サージの問題を解決する必要が生じてきている。この
ような場合、真空しゃ断器の外部にサージ吸収器を付加
することにより有害なサージを抑制することは可能であ
る。し一方、低サージ接点材料として、Ａｇ−ＷＣ系焼
結今合金が知られている。この接点材料は、低サージ特
性に優れておす、シゃ断性能をそれ程必要としない真空
コンタクタ−には多く使用されている。

しかし、この利料Ｌ１、シゃ断特性が、上述したＣＵ系
接点材料に比べてかなり劣るため、大電流しゃ断が必要
なしゃ断器用真空バルブに使用することについては問題
があった。Ａｇ−ＷＣ系接点材料のしゃ断特性が劣るこ
との理由には、アーク電圧がｃｕより低く、接点間に発
生したアークを畢１極に移行させることができないこと
が挙げられる。斗た、もう一つの理由として、Ａｇ−Ｗ
Ｃ系接点材料は、し２や新現象が従来のものと異ってい
て、これ才でのしゃ新理論が適用できないことも挙げら
れる。

すなわち、周知の如く、真空しゃ断器のしゃ断現束は、
電流しゃ断時のアークで発生した金属蒸気の真空中での
拡散作用を利用したイ、のであり、アーク発生期間中に
電極から大１゛の金属蒸気が発生する。その金属蒸気は
発生と同時に周囲真空空間に拡散し、アークシールドや
電極の低温部分に付着し凝縮するが、アーク発生部分は
比較的高い蒸気圧になっている。電流零点時にはアーク
への供給エネルギーは零になるが真空しゃ断器のしゃ断
性能はこの電流零点時に残存する金属蒸気に大きく左右
される。電流零点以後は、残存金属蒸気が早い速度で拡
散し金属蒸気圧が下っていくが、この間に電極間に再起
電圧が加わるので、この再起電圧上昇に耐えるに充分な
程度まで蒸気圧が低められなければ電流しゃ断に成功し
ない。

仁の場合、電流零点以後の金属蒸気密度ｎの変化を表わ
す関係式として電流零点時の初期密度をｎ（）としだ下
記式が良く用いられる。

１　　　　　　　１　　Ｌ　　１ ｎ＝ｎＯ［：１−ｅｘｐ（−−２）’）ｅｒｆ［−（−
）　−〕−−（１）α　　　　　　　２　Ｒα α＝ｔ−（２１馬に　　　・・・・・・・・・・・・・
・・（２）Ｍ ここでＲ：電極半径、Ｍ：金属原子の質量、Ｋ：ボルツ
マン定数、Ｔ：金属原子の温度、Ｌ　：　’（Ｉｆ、極
間々防長である。

初期値ｎ。は下式で与えられる。

ここで、ω＝＝２πｆＳ　ｆ：周波数、Ｉｒｎ＋＋ｓ　
：　Ｌや断電流値（実効値）Ｅ：蒸発係数。

上記の理論式から明らかなように、真空しゃ断器のしゃ
断性能は、電極の幾何学的構成はもちろんであるが接点
材料の利料特性に大きく依存する。

しかし、各種接点拐料についての試験・研究結果によれ
ば、上記理論はＡｇ−ＷＣ系接点月料にし１、適用でき
ないことが見出された。すなわち、Ａ　ｇ　−ＷＣ系接
点材料は、一般にＷＣの粉末をプレス成形し焼成を行い
空隙を有する焼結体を得だのち、これにＡｇを溶浸させ
る方法で製作された焼結合金であり、しゃ断性能は、１
トロ常、多厳成分となるＷＣよりも、より融点の低いＡ
ｇ成分に犬きく依存しており電流零点時の残存金属蒸気
は合金全体を対像にできない。このことが前記理論の適
用が困難となる一つの理由である。このことはＡｇ−Ｗ
Ｃ系接点の安定したアーク電圧が２Ｏ−３０Ｖで、Ｃｕ
を主体にした溶解系接点（例えばＣｕ−Ｂ＋）のアーク
電圧４０〜８０ｖより低く、またアーク電圧の安定範囲
が狭いことにも関係している。またＡｇ−ＷＣ系接点に
ついて、アークの観測調査を行ったところ、電流しゃ断
限界領域になるとアーク柱とは別に赤熱した金属粒子が
多量に飛散する現象も見出された。

これは、アークがＡｇを主体にした金属蒸気の電離した
ものであるのに対し、粒子間結合の破壊によりＷＣの粒
子が飛散したものであると考えられる。従ってしゃ断性
能の限界は、上述した従来の、残存金属蒸気の鰻とその
拡散だけを考慮した理論の適用により判断できるもので
なく、ＷＣの粒子間結合の破壊をも考慮して判断する必
要がある。

いずれにしても上述したような理由により、Ａｇ−ＷＣ
系接点材料のしゃ断特性を、Ｃｕ系接点材料のそれと比
較すると、第２図にしゃ断電流限界性能の比較を示すよ
うに、はるかに劣るものであった。

〔発明の目的〕

本発明は、Ａｇ−ＷＣ系接点のしゃ断特性を向上し、外
部にサージ吸収器を必要としない大容量真空しゃ断器の
提供を可能にすることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、上述の目的を達成するために研究する過
程で、前述したようにＡｇ−ＷＣ系接点材料はＣｕ系接
点材料とは異なるしゃ断現象を伴うことに着目した。し
たがって、異なるしゃ断原理で機能する電極に用いれば
Ａｇ−ＷＣ系接点材料も良好なしゃ断特性を発揮できる
可能性がある。そこで、この着想のもとに、最近実用化
されつつあるアークと並行に磁界を印加させたいわゆる
縦磁界電極についてＡｇ−ＷＣ系接点材料を適用し、し
ゃ断電流限界性能を測定した。しかしながら、結果は、
第３図に示す通りであり、従来の平板電極に適用した。

鳴合と比べて若干の改善は得られるものの、従来のＣ６
系接点を用いる平板電極に比べても性能は依然としてか
なり劣るものであった。

しかし、その後、これは上記測定がＣｕ又はＣｕ系接点
材料についての適正磁界である加ガウス／ＩＢ（ｌＢは
定格しゃ断電流の波高値で単位はＫＡ）の電性で測定さ
れたものであり、この値がしゃ断現象の異なるＡｇ−Ｗ
Ｃ系接点材料には適用できないことに原因していると考
えられた。そこで、磁界強度を変えて種々、実験を行っ
た結果、第３図に示したように磁界強度を関ガウス／Ｋ
Ａ以上に選定することによシ縦磁界電極におけるＡｇ−
ＷＣ系接点の電流しゃ断性能が飛躍的に向上し得、従来
のＣｕ系接点よりも優れたしゃ断性能が得られる仁とを
見出した。これは、磁界強度を従来より強めたことによ
り、箭の粒子間結合部の破壊限定が高められたことによ
ると考えられる。

本発明の真空しゃ断器は、上述の知見に基づくものであ
り、より詳しくは、アーク柱に対して軸方向に関ガウス
／ＩＢ（定格しゃ断電流の波高値。

単位ＫＡ）以上の磁界を印加するコイル電極を備えた縦
磁界電極を有し、この縦磁界電極の接点をＡｇ−ＷＣ系
焼結合金にて構成したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第５図は、本発明の一実施例を示す真空しゃ断器の構造
図であり、第６図（、）はその要部である電極部分の平
面図、第６図（ｂ）は第６図（、）のＢ−Ｂ線矢視方向
の断面図である。第５図および第６図を参照して、真空
パルプ３は、セラミック等の絶縁材料からなるほぼ円筒
状の容器４の両端を端板５ａ、５ｂで閉塞した真空容器
内に、接離自在な一対の電極６ａ、６ｂを配してなる。

一方の電極（固定電極）６ａには固定軸７＆が接続され
ており、この固定軸７ａは端板５ａを気密に貫通して外
部に突出している。他方の電極（可動電極）６ｂＫは可
動軸７ｂが接続され、この可動軸７ｂはベローズ８を介
して端板５ｂに取付けられ、真空容器内の真空を保持し
た状態で前記一対の電極の開閉を可能にしている。一方
、電極６ａ、６ｂの周囲を包囲するように真空容器内に
アークシールド９を配置し、電流開閉時に電極６ａ、６
ｂから発生した金属蒸気により絶縁容器４の内壁が汚損
することを防止している。電極６ｍ、６ｂは、接触面が
Ａｇ−ＷＣ系焼結合金からなる接点１０ａ、ｌＯｂと、
その背後に設けたコイル電極１１ａ、ｌｌｂとから構成
してお°す、電流開閉時にアークと並行の磁界が加わる
ような構造、すなわち、いわゆる縦磁界電極構造になっ
ている。本発明にしたがい、このコイル電極１１ａ、ｌ
ｌｂと、）じ゛ては、５０ガウス／ＩＢ以上の磁界強度
を与える容量のものが用いられる。

また接点１０ａ、１０ｂの裏面に接し且つコイル１１ａ
。

１１ｂの内側には、磁界発生強度に影響を与えにくい肖
やステンレス鋼などの材料によって構成された補強板１
２が配置され、電流開閉時の衝撃や機械応力によって接
点１０　ａ　＊　１０　ｂが変形したり割れたりするこ
とを防止している。

前記の構成によれば、電流しゃ断時にアークと並行の磁
界が加わるのでアーク電圧を低く抑えることができ、且
つアークが接点１０ａ、ｌＯｂ間で一様に広がるため接
点１０ａ、１０ｂの局部過熱が防止でき、表面の電流密
度を小さく抑えることができることから大電流のしゃ断
が可能になる。特に接点１０ａ、１０ｂにＡｇ−ＷＣ系
焼結合金を使用しているので、低サージ特性に優れ、ま
たコイル電極に大きな磁界強度を与えるものを用いてい
るため、Ａｇ−ＷＣ系接点のしゃ断行性が著しく改善さ
れる。

本発明の真空しゃ断器により得られるしゃ断性能の改善
は第４図にも示したが下表−１の結果よりもわかる。す
なわち、表−１は電極部分の外径寸法を同一にした場合
の接点材料と電極構成の違いによるしゃ断性能の比較検
証結果を示すものであり、従来のＣｕ系接点である表中
の島１試料のしゃ断？＜、流限界を１００チとした場合
の比較値を示しである。なお、表中の値は、しゃ断試験
時の回復電圧を１．２　ＫＶ以下に設定したときの値で
ある。

また接点材料組成の欄における０中の数字は重量％を意
味する。

表１ 上記表中における凋３が本発明の実施例であり、表中の
結果を見れば、Ａｇ−ＷＣ焼結合金接点を、磁界強度間
ガウス／　ＫＡ以上の縦磁界電極に組み込むことにより
同一材料を有するスパイラル電極はもちろん、Ｃ１１−
Ｔ＠接点を組み込んだスパイラル接点よりも改善された
しゃ断性能が得られることがわかる。

なお上述の例においてはＡｇ３０％−ＷＣ残の組成を有
するＡｇ−ＷＣ焼結合金が用いられているが、本発明の
真空しゃ断器における接点材料としては、一般にＡｇが
５〜５０重量％、必要に応じて、Ｆｅ１Ｎ１、Ｃｏ５Ｂ
１．　ＰｂＳＳｂ、　Ｔｏ等の元素を５重量％以下加え
、残部が主要成分としてのＷＣからなるＡｇ−ＷＣ系焼
結合金が一般に用いられる。

また、第５図の実施例ではアークシールド７を絶縁容器
の中間で支持した場合で示しているが、電流しゃ断時の
縦磁界発生によるアークの制御効果で電極間に発生した
アークはアークシールドに触れにく〈々るのでアークシ
ールドの支持方法の相違によるしゃ断性能への影響は少
ない。そのためアークシールド７を端板５ａ、５ｂのい
ずれか一方に固定しても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明によれば、低サージ特性
を有するがしゃ断性能の劣るだめ大容量しゃ断器の接点
として用いられなかったＡｇ−ＷＣ焼結合金接点を５０
ガウス／Ｉ、という大なる磁界強度を発生する縦磁界電
極中に組み込むことにより飛躍的にしゃ断性能を改善す
ることができ、これにより外部サージ吸収器を必要とし
ないしゃ断容量の大なる真空しゃ断器を提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスバイ２ル電極の平面図、第２図〜第４
図は、各種電極構成および接点材料によるしゃ断電流限
界線図、第５図は本発明の一実施例にかかる真空しゃ断
器の正断面図、第６図（ａ）は本発明の一実施例に使用
される電極の平面（接点面）図、第６図（ｂ）は第６図
（−）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 １・・・接点、２・・・電極、３・・・真空バルブ、４
・・・絶縁容器、５ａ、５ｂ・・・端板、６ａ、６ｂ・
・・縦磁界電極、７ａ、７ｂ・・・導電軸、８・・・ベ
ローズ、９・・・アークシールド、１０．　ｌｏａ、　
ｌＯｂ・・・接点、１１　！　１１ａ＋１１ｂ・・・コ
イル電極、１２・・・補強板。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　清第６図 （Ｑ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アーク柱に対して軸方向に（資）ガウス／ＩＢ（定格し
   ゃ断電流の波高値、単位ＫＡ）以上の磁界を印加するコ
   イル電極を備えた縦磁界電極を有し、この縦磁界電極の
   接点をＡｒＷＣ系焼結合金にて構成したことを特徴とす
   る真空しゃ断器。