JP2012089495A - 真空インタラプタの接点 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速なアーク消弧性能と、接点接触時に電極に加わる機械的応力に対する耐力としての機械的強度に優れた真空インタラプタの接点を提供する。
【解決手段】真空インタラプタの可動接点２及び固定接点3は、接触面の中心Cからそれぞれ離れた複数の位置から外周面側に延びるように形成される複数のスロット部2a1、2a2又は3a1、3a2と、隣接する１対のスロット部2a1、2a2又は3a1、3a2間に形成されるペタル部2a、3aとを有し、アークの回転運動を誘導すると共に、ペタル部2a、3aの幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えるように、それぞれのスロット部2a1、2a2又は3a1、3a2は、中心Cに近い閉じた第１端部2a3、3a3と、前記外周面に近い開いた第２端部2a4、3a4と、第１端部2a3、3a3から直線的に延設される第１スロット部2a1、3a1と、第１スロット部2a1、3a1から所定の角度で折り曲げられて第２端部2a4、3a4に直線的に延設される第２スロット部2a2、3a2とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空回路遮断器（Vacuum Circuit Breaker; VCB）の中核接点機構部（contacts mechanism）である真空インタラプタに関し、特に、迅速なアーク消弧性能と、接点接触時に電極に加わる機械的応力に対する耐力としての機械的強度に優れた真空インタラプタの接点に関する。

以下、図６を参照して一般の真空インタラプタの構成例を説明する。

一般に、真空インタラプタは、図６に示すように、電気的絶縁性及び耐熱性に優れたセラミックなどの陶器材料で形成され、上下部がそれぞれ開放された絶縁容器９と、絶縁容器９内に挿入され、一端部には固定接点３が設けられ、他端部は電気的に例えば電源に接続される固定電極４と、絶縁容器９内に挿入され、一端部には可動接点２が設けられ、他端部は電気的に例えば負荷側に接続される可動電極１とを含む。

符号５は可動電極１を移動可能に支持する金属製気密ベローズ（sealing bellows）を示し、符号６は気密ベローズ５を遮蔽してアークから保護するように可動電極１に設けられる遮蔽板を示す。

符号７は絶縁容器９の下部開放部と可動電極１との間を密閉するように絶縁容器９に溶接されて固定設置される可動側シールカップ（seal cup）を示し、符号８は絶縁容器９の上部開放部と固定電極４との間を密閉するように絶縁容器９に溶接されて固定設置される固定側シールカップを示す。

符号１０は絶縁容器９の内壁面をアークから保護するように絶縁容器９の中央に設けられる中央遮蔽板を示す。

このように構成される一般の真空インタラプタは、スプリングや電動機などの動力源とリンクとから構成されるアクチュエータ（図示せず）からの駆動力の伝達により、図６の状態で可動電極１が上昇すると、可動電極１の一端部に設けられた可動接点２が固定接点３に接触する。従って、可動電極１側に電気的に接続される負荷側と固定電極４側に電気的に接続される電源側とが電気的に接続され、閉路動作状態となる。

前記アクチュエータからの駆動力の伝達により、前記閉路動作状態で可動電極１が下降すると、可動電極１の一端部に設けられた可動接点２が固定接点３から分離される。従って、可動電極１側に電気的に接続される負荷側と固定電極４側に電気的に接続される電源側とが電気的に切断され、開路動作状態となる。

開路動作時には、図７に示すように、可動接点２と固定接点３との間にアークＡが発生し、アークＡによりアーク電流Ｉａｒｃが流れ、アーク電流Ｉａｒｃの周辺にアーク電流Ｉａｒｃによる磁界Ｂが形成される。すると、アークＡは、可動接点２と固定接点３との間の距離Ｌと磁界Ｂにより、横方向の力、すなわちいわゆるローレンツ力と呼ばれる力Ｆを受ける。従って、ローレンツ力により外側に押し出されるアークは、図８に示すように、可動接点２及び固定接点３における複数のペタル（petal）と呼ばれる電気的導体経路の形状に沿って接点表面上で回転する。

以下、図９〜図１２を参照して従来の真空インタラプタの接点構造の２つの例を説明する。

図９〜図１２に示す真空インタラプタの接点は、図８に示すような横磁界方式接点構造を有する。横磁界方式接点構造においては、電流の方向が、図８において矢印で示すａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅの経路のように、略軸方向（すなわち、垂直方向）であるので、電流の周辺に直角方向に形成される磁界の方向は横方向となる。以下、図９〜図１２を参照して横磁界方式接点構造を有する真空インタラプタの接点について説明する。

横磁界方式接点構造を有する真空インタラプタにおいて、回路の短絡電流などの事故電流により開離する接点間に発生したアークの金属蒸気を迅速に接点表面上で回転させて消弧できるか否かは、迅速に極間絶縁（insulated status between contacts）状態、すなわち接点間が電気的に完全に遮断された状態となって効果的な回路遮断を行えるか否かを左右する。

そこで、アークの金属蒸気を回転させる回転力を増大させるために、接点２、３のペタル２ａ、３ａの長さを増加させたものが、図９及び図１０に示す従来技術の一例である。

図９及び図１０に示す従来技術の一例においては、ペタル２ａ、３ａの長さが増加するので、アークの金属蒸気を迅速に回転させるのには効果的であるが、図示のように、接点２、３の直径φが増加することにより、真空インタラプタの直径が大きくなり、ひいては、真空インタラプタを採用する真空遮断器のサイズが大きくなるという問題があった。

また、図９に示すように、ペタル２ａ、３ａの折曲部の幅Ｗが狭いため、真空インタラプタの接点閉路動作時に機械的衝撃により接点の変形や損傷が発生しやすく、従って、接点開閉特性が急激に低下するという問題を引き起こすことがあった。

一方、図１１及び図１２に示す従来技術の他の例においては、ペタル２ａ、３ａの長さｌを増加させながらも、接点２、３の直径は増加させないことに特徴がある。

図１１及び図１２に示す従来技術の他の例においては、ペタル２ａ、３ａの長さｌが増加するので、アークの金属蒸気を迅速に回転させるのには効果的であり、接点２、３の直径が増大しないため、真空インタラプタ及び真空遮断器のサイズが増加しないという利点がある。

しかし、図１１に示すように、ペタル２ａ、３ａの開始部分の幅Ｗｓが狭いため、真空インタラプタの接点閉路動作時に機械的衝撃により接点の変形や損傷が発生しやすく、従って、接点開閉特性が急激に低下するという問題を引き起こすことがあった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ペタルが長いのでアーク消弧性能に優れ、接点の直径が大きくなく、かつ接点開閉時の機械的衝撃に対する機械的変形や損傷を防止して機械的強度を維持することのできる真空インタラプタの接点を提供することにある。

上記の本発明の目的は、可動接点及び固定接点を含む真空インタラプタの接点において、前記可動接点及び前記固定接点は、それぞれ、接触面の中心からそれぞれ離れた複数の位置から外周面側に延びるように形成される複数のスロット部と、隣接する１対の前記スロット部間に形成されるペタル部とを有し、アークの回転運動を誘導すると共に、前記ペタル部の幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えるように、それぞれの前記スロット部は、前記中心に近い閉じた第１端部と、前記外周面に近い開いた第２端部と、前記第１端部から直線的に延設される第１スロット部と、前記第１スロット部から所定の角度で折り曲げられて前記第２端部に直線的に延設される第２スロット部とを有することを特徴とする、本発明による真空インタラプタの接点を提供することにより達成される。

前記本発明による真空インタラプタの接点は、前記接点の中心から所定の直径で凹状に形成される接点中心凹部をさらに含み、アークの回転運動を誘導するように、前記接点中心凹部の外周面から前記第１スロット部までの長さが所定の第１距離を有することがさらに効果的である。

前記本発明による真空インタラプタの接点において、前記所定の第１距離は、零（ゼロ）より大きく、５ミリメートル（ｍｍ）以下であることがさらに効果的である。

前記本発明による真空インタラプタの接点において、前記所定の角度は、３０°以上、６０°以下の角度であることがさらに効果的である。

前記本発明による真空インタラプタの接点において、アークの回転運動を誘導するように、それぞれの前記スロット部は、前記第１端部から隣接するスロット部の前記第２スロット部までの長さが所定の第２距離を有することがさらに効果的である。

前記本発明による真空インタラプタの接点において、前記所定の第２距離は、接点厚さの０．８倍以上、２倍以下であることがさらに効果的である。

本発明による真空インタラプタの接点は、可動接点及び固定接点が、それぞれ、接触面の中心からそれぞれ離れた複数の位置から外周面側に延びるように形成される複数のスロット部と、隣接する１対の前記スロット部間に形成されるペタル部とを有し、それぞれの前記スロット部が、前記中心に近い閉じた第１端部と、前記外周面に近い開いた第２端部と、前記第１端部から直線的に延設される第１スロット部と、前記第１スロット部から所定の角度で折り曲げられて前記第２端部に直線的に延設される第２スロット部とを有するので、アークの回転運動を誘導してアークの金属蒸気を迅速に消弧することができ、前記ペタル部の幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えることができるという効果がある。

本発明による真空インタラプタの接点は、前記接点の中心から所定の直径で凹状に形成される接点中心凹部をさらに含み、前記接点中心凹部の外周面から前記第１スロット部までの長さが所定の第１距離を有するので、接点開閉時の機械的強度を維持することができるという効果がある。

本発明による真空インタラプタの接点は、前記所定の第１距離が、零（ゼロ）より大きく、５ミリメートル（ｍｍ）以下であるので、接点開閉時の機械的強度を維持することができるという効果がある。

本発明による真空インタラプタの接点は、前記所定の角度が、３０°以上、６０°以下の角度であるので、アークの回転運動を誘導してアークの金属蒸気を迅速に消弧することができ、前記ペタル部の幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えることができるという効果がある。

本発明による真空インタラプタの接点は、それぞれの前記スロット部が、前記第１端部から隣接するスロット部の前記第２スロット部までの長さが所定の第２距離を有するので、接点開閉時の機械的強度を維持することができるという効果がある。

本発明による真空インタラプタの接点は、前記所定の第２距離が、接点厚さの０．８倍以上、２倍以下であるので、接点開閉時の機械的強度を維持することができるという効果がある。

本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点構造を示す接点（可動接点又は固定接点）の平面図である。 本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点形状を示す、図１のＡ−Ａ線縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点構造を示す接点（可動接点及び固定接点）の斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点における接点開離時のアークの移動を示す動作状態図である。 本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点における接点開離時のアークの電圧波形を示す波形図である。 一般の真空インタラプタの構造を示す断面図である。 図６の真空インタラプタにおいて接点開離時に発生するアークがローレンツ力により外側に押し出されることを示す説明図である。 図６の真空インタラプタにおける接点接触時の電流の流れを示す動作状態図である。 従来の真空インタラプタの接点構造の一例を示す接点の平面図である。 図９の接点の縦断面図である。 従来の真空インタラプタの接点構造の他の例を示す接点の平面図である。 図１１の接点の縦断面図である。

上記の本発明の目的とそれを達成する本発明の構成及び作用効果は、添付の図面を参照した本発明の好ましい実施形態の後述する詳細な説明によりさらに明確に理解できるであろう。

本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点２、３は、図３に示すように、可動接点２及び固定接点３を含む。図３において、符号２ａ２、３ａ２はスロット部、符号１は可動電極、符号４は固定電極をそれぞれ示す。真空インタラプタの全体構成は図６を参照して前述した通りであるので、本発明の接点構造以外の部分については重複を避けるために説明及び図示を省略する。

本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタの接点２、３は、図８を参照して前述した横磁界方式の接点であって、電流の方向が縦方向（垂直方向）であり、磁界は縦方向の電流と直角をなすように形成されるので横磁界（水平磁界）を形成する。

図１及び図２に示すように、本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタにおいて、可動接点２は、複数のスロット部２ａ１、２ａ２と、ペタル部２ａとを含む。固定接点３は、複数のスロット部３ａ１、３ａ２と、ペタル部３ａとを含む。

複数のスロット部２ａ１、２ａ２は、可動接点２において接触面の中心Ｃからそれぞれ離れた複数（本実施形態では３つ）の位置から外周面側に延びるように形成される。同様に、複数のスロット部３ａ１、３ａ２は、固定接点３において接触面の中心Ｃからそれぞれ離れた複数（本実施形態では３つ）の位置から外周面側に延びるように形成される。

本発明の好ましい実施形態によれば、ペタル部２ａは、図１及び図３に示すように３つ設けられ、それぞれのペタル部２ａは、隣接する１対のスロット部２ａ１、２ａ２間に形成され、翼のような形状を有し、導電性を有する材料からなる。同様に、ペタル部３ａは、図１及び図３に示すように３つ設けられ、それぞれのペタル部３ａは、隣接する１対のスロット部３ａ１、３ａ２間に形成され、翼のような形状を有し、導電性を有する材料からなる。

アークの回転運動を誘導すると共に、ペタル部２ａ、３ａの幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えるように、それぞれのスロット部２ａ１、２ａ２は、中心Ｃに近い閉じた第１端部２ａ３と、可動接点２の外周面に近い開いた第２端部２ａ４と、第１端部２ａ３から直線的に延設される第１スロット部２ａ１と、第１スロット部２ａ１から所定の角度で折り曲げられて第２端部２ａ４に直線的に延設される第２スロット部２ａ２とを有し、同様に、それぞれのスロット部３ａ１、３ａ２は、中心Ｃに近い閉じた第１端部３ａ３と、固定接点３の外周面に近い開いた第２端部３ａ４と、第１端部３ａ３から直線的に延設される第１スロット部３ａ１と、第１スロット部３ａ１から所定の角度で折り曲げられて第２端部３ａ４に直線的に延設される第２スロット部３ａ２とを有する。

つまり、本発明の特徴によれば、スロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２が、直線状に延設されるスロット部分と、当該スロット部分から所定の角度θで折り曲げられて延設されるスロット部分とを含むことにより、隣接する１対のスロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２により複数のペタル部２ａ、３ａが回転する翼状に形成されるので、アークの回転を誘導することができ、また、スロット部分が、直線的に延び、さらに折り曲げられるように形成される構造を有することにより、ペタル部２ａ、３ａの幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えることができる。ここで、前記所定の角度θは、３０°以上、６０°以下の角度であることが好ましい。

図１及び図２に示すように、本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタにおいて、可動接点２及び固定接点３は、それぞれ、中心Ｃから所定の直径ｄで凹状に形成される接点中心凹部Ｃ１をさらに含む。

接点開閉時の機械的強度を維持するために、図１に示すように、接点中心凹部Ｃ１の外周面から第１スロット部２ａ１、３ａ１までの長さは、所定の第１距離Ｗ１にする。ここで、所定の第１距離Ｗ１は、零（ゼロ）より大きく、５ミリメートル（ｍｍ）以下であることが好ましい。

このような特徴を式で表すと、下記式１のとおりである。

０＜Ｗ１≦５ｍｍ ・・・・・式１

接点開閉時の機械的強度を維持するために、それぞれのスロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２は、第１端部２ａ３、３ａ３から隣接するスロット部の第２スロット部２ａ２、３ａ２までの長さを所定の第２距離Ｗ２にする。ここで、第２距離Ｗ２は、接点厚さｔの０．８倍以上、２倍以下であることが好ましい。

このような特徴を式で表すと、下記式２のとおりである。

０．８ｔ≦Ｗ２≦２ｔ ・・・・・式２

図３に示すように、本発明の好ましい実施形態による真空インタラプタにおける可動接点２及び固定接点３は、それぞれ可動電極１及び固定電極４に接続されて図６に示すような真空インタラプタに設けられる。

一方、図１〜図５を参照して、前述したように構成される本発明による真空インタラプタの接点の働きを説明する。

まず、図４及び図５を参照して、本発明による真空インタラプタを含む真空遮断器に接続された電力回路に短絡電流などの大電流が発生することにより、回路遮断のために本発明による真空インタラプタの接点が開離動作する状況とその効果を説明する。

図４の（ａ）〜（ｅ）は、接点の開離動作の進行を示す図である。

図４の（ａ）に示す可動接点２と固定接点３との開離初期には、大きな事故電流の遮断により金属蒸気のアークＡが発生し、アークＡは、図７を参照して前述したローレンツ力により可動接点２と固定接点３との間で外側に押し出されて柱状に収縮し、図５に示すように一定の電圧を有する。

その後、アークＡは、図５のアークの回転時期に示すように変動する電圧を有し、図４の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、可動接点２と固定接点３との間の距離が遠ざかることにより接点表面に沿って回転する。

その後、アークＡは、図５の完全拡散時期に示すように電圧が急激に低下し、図４の（ｅ）に示すように完全に拡散して消滅する。

本発明による可動接点２及び固定接点３は、前述したように、スロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２が、直線状に延設されるスロット部分と、当該スロット部分から所定の角度θで折り曲げられて延設されるスロット部分とを含む。従って、隣接する１対のスロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２により複数のペタル部２ａ、３ａが回転する翼状に形成されるので、アークの迅速な回転を誘導することができ、可動接点２と固定接点３との開離及び絶縁回復、すなわち事故電流の完全遮断時間が短くなる。

次に、図４を参照して、本発明による真空インタラプタを含む真空遮断器に接続された電力回路を接続（投入）するために本発明による真空インタラプタの接点が閉路位置に動作する状況とその効果を説明する。

本発明による真空インタラプタの接点が閉路位置に動作するとは、可動接点２と固定接点３とが接触する位置に動作することであるので、図４の（ｅ）から（ａ）へと開離動作の逆順で動作し、閉路動作では、図４に示すようなアークＡは発生しない。

このような閉路動作時に可動接点２及び固定接点３には大きな接触荷重が加わるが、本発明による真空インタラプタの可動接点２及び固定接点３は、折り曲げられた直線状に形成されるスロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２を有し、かつ接触面においてペタル部２ａ、３ａの幅の狭い機械的脆弱部位がないため、可動接点２及び固定接点３の変形や損傷の発生が防止され、従って、真空インタラプタの開閉性能、動作信頼性、及び寿命が保証されるという作用効果を得ることができる。

また、本発明による真空インタラプタの可動接点２及び固定接点３は、図１及び図２に示すように、中心Ｃから所定の直径ｄで凹状に形成される接点中心凹部Ｃ１をさらに含み、接点中心凹部Ｃ１の外周面から第１スロット部２ａ１、３ａ１までの長さが所定の第１距離Ｗ１を有するため、接点開閉時に当該部分の機械的強度を維持するのに効果的である。

本発明による真空インタラプタの接点において、前記所定の第１距離Ｗ１は、零（ゼロ）より大きく、５ミリメートル（ｍｍ）以下であるため、接点開閉時に当該部分の機械的強度を維持するのに効果的である。

また、図１に示すように、本発明による真空インタラプタの接点において、スロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２は、直線状に延設されるスロット部分と、当該スロット部分から所定の角度θで折り曲げられて延設されるスロット部分とを含み、前記所定の角度θが、３０°以上、６０°以下の角度であるため、アークの回転運動を誘導してアークの金属蒸気を迅速に消弧すると共に、ペタル部の幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えるという効果を得ることができる。

さらに、本発明による真空インタラプタの接点において、それぞれのスロット部２ａ１、２ａ２又は３ａ１、３ａ２は、第１端部２ａ３、３ａ３から隣接するスロット部の第２スロット部２ａ２、３ａ２までの長さが所定の第２距離Ｗ２を有するため、ペタル部２ａ、３ａの幅の狭い機械的脆弱部位が最小限に抑えられ、接点開閉時の衝撃により変形や損傷が発生することが防止されるので、接点の機械的強度を維持できるという効果を得ることができる。

本発明による真空インタラプタの接点において、第２距離Ｗ２は、接点厚さｔの０．８倍以上、２倍以下であるため、ペタル部２ａ、３ａの幅の狭い機械的脆弱部位が最小限に抑えられ、接点開閉時の衝撃により変形や損傷が発生することが防止されるので、接点開閉時に機械的強度を維持できるという効果を得ることができる。

１ 可動電極
２ 可動接点
３ 固定接点
４ 固定電極
２ａ、３ａ ペタル部
２ａ１、３ａ１、２ａ２、３ａ２ スロット部

Claims (6)

1. 可動接点及び固定接点を含む真空インタラプタの接点において、
   前記可動接点及び前記固定接点は、それぞれ、
   接触面の中心からそれぞれ離れた複数の位置から外周面側に延びるように形成される複数のスロット部と、
   隣接する１対の前記スロット部間に形成されるペタル部とを有し、
   アークの回転運動を誘導すると共に、前記ペタル部の幅の狭い機械的脆弱部位を最小限に抑えるように、
   それぞれの前記スロット部は、
   前記中心に近い閉じた第１端部と、
   前記外周面に近い開いた第２端部と、
   前記第１端部から直線的に延設される第１スロット部と、
   前記第１スロット部から所定の角度で折り曲げられて前記第２端部に直線的に延設される第２スロット部と
   を有することを特徴とする真空インタラプタの接点。
2. 前記接点の中心から所定の直径で凹状に形成される接点中心凹部をさらに含み、
   接点開閉時の機械的強度を維持するために、前記接点中心凹部の外周面から前記第１スロット部までの長さが、所定の第１距離を有することを特徴とする請求項１に記載の真空インタラプタの接点。
3. 前記所定の第１距離が、零（ゼロ）より大きく、５ミリメートル（ｍｍ）以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空インタラプタの接点。
4. 前記所定の角度が、３０°以上、６０°以下の角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空インタラプタの接点。
5. 接点開閉時の機械的強度を維持するために、それぞれの前記スロット部は、前記第１端部から隣接するスロット部の前記第２スロット部までの長さが、所定の第２距離を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空インタラプタの接点。
6. 前記所定の第２距離は、接点厚さの０．８倍以上、２倍以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空インタラプタの接点。

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