JPS648411B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空スイツチに関するものであ
り、さらに詳しくいうと、真空容器内に互いに接
離する固定電極と可動電極を収納してなる真空ス
イツチに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の真空スイツチとして第３図に示
すものがあつた。図において、円筒状の真空容器
１の一側に固定電極２が固着、収納されており、
この固定電極２に対向して直線移動する可動電極
３がベローズ４で真空容器１に連結支持されてい
る。ベローズカバー５はアークシールドカバー
６，７とともに電極間に発生するアークプラズマ
から真空容器１の内壁面を保護するためのもので
ある。真空容器１の側壁１ａはガラス、セラミツ
クのような絶縁物で形成されている。８ａ，８ｂ
は導体の端板である。

ここで、アークプラズマとは、真空容器１内に
残存している気体が電離気体となつて、電極の開
極時に発生するものである。

以上の構成により、通常は固定電極２と可動電
極３が接触していて両電極間に電流が流れている
が、この真空スイツチを接続した回路に事故等が
発生し、至急に電流を遮断する必要が生じたと
き、可動電極３を矢印Ａ方向に動かして回路を開
くと、この開極時に両電極２，３間にアークプラ
ズマＰが発生する。このとき発生するアークプラ
ズマの量が少ないと、電極２，３間にかかる電圧
が非常に低くなつたときに電流が切れ、回路が完
全に開かれる。

ここで、電極間に生じるアークプラズマ不安定
性について述べるが、これについては、カンペ
ン・フエルダーホフの“プラズマ物理学”紀伊国
屋書店（1973）93〜94ページにも記載されてい
る。

アークプラズマには電流が流れているため、ソ
ーセージ型および折れ釘型（キンク型）のアーク
プラズマ不安定性が生じる。これらは、プラズマ
核融合の研究の初期に問題になつたものであり、
最も危険な不安定性である。これは、電極間に発
生するアークプラズマ中でも当然発生し、これに
よつて、外部回路からアークプラズマに注入され
るエネルギーは上昇する。この結果、アークプラ
ズマがクラツシユした後、電極表面と強く相互作
用して、電極材料をプラズマ化する。これは、電
流遮断を行うには望ましくない。なぜなら、アー
クプラズマは電流キヤリアであり、これが多いと
アークプラズマは電流が零になつたとき、すぐに
は消滅せず、再度電極間に電圧が加わつたときに
は、また電流が流れ始めてしまうからである。し
たがつて、遮断性能を向上させるためには、多く
のアークプラズマを発生させないことであり、方
法としては、アークプラズマに注入されるエネル
ギーを押えることである。すなわち、アークプラ
ズマ不安定性を安定化させることが本質になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の真空スイツチは以上の構成になつてお
り、電極間に発生するアークプラズマに入力する
エネルギーが大となる。これは、アークプラズマ
が不安定なためアークプラズマが動的に活発化
し、そのためにはエネルギーを必要とする。した
がつて外部からアークプラズマにエネルギーが注
入され、電極間にかかる電圧が高くなる。そのた
め、アークプラズマによる電極の損傷が大きくな
り、耐久性が低下する。

この発明は上記の課題を解決するためになされ
たもので、長寿命の電極をもつ真空スイツチを得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る真空スイツチは、側壁が絶縁物
でなる円筒状の真空容器の、アークプラズマ発生
部位を小径部とし、この小径部の外周面に接し
て、円筒状の安定化導体壁が取付けられている。

〔作 用〕

この発明においては、キンク型のアークプラズ
マの両側に導体壁があるので、導体側壁へ突出し
たアークプラズマ部分では、アークプラズマが導
体壁に近づいていることから、導体壁には渦電流
が誘起され、磁気圧力が増大する。

一方、アークプラズマが突出した部位の反対側
では、磁気圧力が減少する。したがつて、アーク
プラズマは導体壁の存在によつて、中心軸側へ押
しもどされる。

〔実施例〕

ここで、実施例の説明に先立つて、アークプラ
ズマの安定化について述べる。

上述したプラズマ不安定性を安定化させるに
は、プラズマ物理の分野では次の２つの方法が知
られている。

(i) たて磁場を印加する。

(ii) 導体壁をつける。

(i)については、実験的にもプラズマ不安定性が
安定化される報告は核融合の研究分野で数多い。
したがつて、ここでは述べないが、作用として
は、加えられたたて磁場の圧力および磁力線方向
の張力によつて安定化されることが理論解析で知
られている。

(ii)については、以下でKink（キンク）型のプラ
ズマ不安定性について説明する。キンク型、すな
わち折れ曲つたプラズマの両側に導体壁（シエ
ル）があると、導体壁側へ突出したプラズマ部分
では、プラズマが導体壁に近づいていることか
ら、導体壁には渦電流が誘起され、磁気圧力が増
大する。一方、プラズマが突出した反対側では磁
気圧力が減少する。したがつて、プラズマは導体
壁の存在によつて、中心軸側の方に押しもどされ
る。このことはプラズマ不安定性の安定化であ
る。すなわち、アークプラズマを不安定性にしな
いで電極間中央部に閉じ込めると、アークプラズ
マに注入されるエネルギーが減少し、電流零点で
容易にアークプラズマは消弧され、電流遮断が完
了する。このことは気中遮断や電極が回動開閉す
るものとは、その原理が異なる。これが、導体壁
を備える第１の理由であり、渦電流が誘起され易
いように、導電率の高い、少し厚い材料でなる導
体壁を設ける。

この発明は、以上のようなプラズマ不安定性の
安定化理論に基づき、これを真空スイツチに応用
したもので、理論計算によると、上述したシエル
（導体壁）効果は、シエルとアークプラズマ間の
距離が短いほど有効であることに着目し、真空容
器のアークプラズマの発生部位および導体壁を小
径に形成したことを特徴としている。

次に、この発明の一実施例を第１図、第２図に
ついて説明する。第１図において、円筒状の真空
容器１のアークプラズマＰが発生する位置に対応
する部位を小径部１ｂとなし、この部分の外周面
に接してシエル、すなわち円筒状の安定化導体壁
９が配設されている。この安定化導体壁９は第２
図に示すように、軸方向の平面で２分割されたシ
エル部材９ａ，９ｂを真空容器１の小径部１ｂに
配設して組立てる。その他の部分は第３図と同様
である。

以上の構成により、真空スイツチとしての基本
的動作原理は従来のものと同等であるが、安定化
導体壁９がアークプラズマＰに近接して配設され
ているので、安定化導体壁９側へ突出したキンク
型アークプラズマ部分では、アークプラズマが導
体壁９に近づいていることから、導体壁９には渦
電流が誘起され、磁気圧力が増大する。一方、ア
ークプラズマが突出した部位の反対部位では磁気
圧力が減少する。したがつて、アークプラズマは
安定化導体壁９の存在によつて、中心軸側へ押し
もどされ、アークプラズマは安定化される。これ
により、電極２，３間の電圧は低くなる。

なお、安定化導体壁９は２分割に限らずそれ以
上の複数分割とすることができ、同様の効果を奏
する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、
真空容器のアークプラズマ発生部位が小径部とな
つており、この小径部に安定化導体壁を設けたの
で、アークプラズマと安定化導体壁間の距離が近
くなり、アークプラズマの安定化が促進されるの
で発生するアークプラズマの量もしくはエネルギ
ーが少なくなり、もつて、電極の損耗が抑制さ
れ、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２
図は同じく要部分解斜視図、第３図は従来の真空
スイツチの縦断面図である。 １……真空容器、１ａ……側壁、１ｂ……小径
部、２……固定電極、３……可動電極、９……安
定化導体壁、９ａ，９ｂ……シエル部材。なお、
各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線的な相対移動により開閉する１対の電極
   と、 少なくとも側壁が絶縁物からなり、前記１対の
   電極を収納し、開極時に生じるアークプラズマの
   位置に対応する部位を小径部とした円筒状の真空
   容器と、 前記小径部の外周面に接して配設され、前記ア
   ークプラズマを前記小径部の中心軸側へ閉じ込め
   るための円筒状の安定化導体壁と、 を備えてなる真空スイツチ。 ２ 安定化導体壁が円筒軸に平行に複数に分割さ
   れたシエル部材の組合わせでなる特許請求の範囲
   第１項記載の真空スイツチ。