JP2012164653A

JP2012164653A - 真空回路遮断器の真空インタラプタ

Info

Publication number: JP2012164653A
Application number: JP2012015144A
Authority: JP
Inventors: Byung-Chul Kim; ビュンチュルキム
Original assignee: LSIS Co Ltd; LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN102637548A; CN102637548B; EP2485235A1; ES2555868T3; RU2507624C2; KR20120090698A; US20120200376A1; US8519812B2; EP2485235B1; RU2012104229A

Abstract

【課題】アーク駆動力に影響する横磁界を増大させるための真空回路遮断器の真空インタラプタを提供する。
【解決手段】本発明による真空回路遮断器の真空インタラプタは、強磁性体からなる吸引部材１８０を、固定電極１３０と可動電極１４０との間を囲むように設置することにより、固定電極１３０と可動電極１４０との間で半径方向に発生する横磁界が吸引部材１８０に吸引され、従って、固定電極１３０と可動電極１４０との間で水平方向の横磁界の成分が強化され、究極的には、両電極１３０及び１４０間での横磁界がさらに増大し、アーク駆動力が強化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空回路遮断器でアークの消弧を担う真空インタラプタに関し、特に、アーク駆動力に影響する横磁界を増大させるための真空回路遮断器の真空インタラプタに関する。

一般に、真空回路遮断器の真空インタラプタは、電力系統で負荷電流又は事故電流を遮断するための真空回路遮断器、真空開閉器、真空コンタクタなどに適用される中核消弧装置である。電力輸送の制御及び電力系統の保護の役割を果たす真空回路遮断器は、遮断容量が大きく、信頼性と安全性が高く、狭い空間に設置できるなど、多くの利点があり、中間電圧から高電圧まで、その適用範囲が拡大している。また、産業設備の大型化につれて、遮断器の遮断容量もそれに比例して大容量化していく趨勢である。

真空回路遮断器の真空インタラプタは、事故電流を遮断する際に、その内部の固有の電極構造に流れる電流により発生する磁界を用いて動作する。真空インタラプタは、磁界を発生する方式によって、大きく縦磁界（Axial Magnetic Field: AMF）方式と横磁界（Radial Magnetic Field: RMF）方式に分けられる。

横磁界方式は、アークの発生と同時にピンチ効果により収縮するアークをアーク駆動力で動かすことにより、接点間に高温のアークが停滞する際に発生し得る接点損傷を防止する方式である。

真空インタラプタは、アーク駆動力が大きければ大きいほど、アーク制御の面で有利である。アーク駆動力は、その成分上、アークに流れる電流の電流密度（Ｊ）と接点に流れる電流により発生する磁界の磁束密度（Ｂ）との相互作用（Ｆ＝Ｊ×Ｂ）により発生する（アーク駆動力は、電流密度と磁束密度という２つのベクトルが形成する平面に垂直な方向に作用する）。従って、電流密度又は磁束密度を増加させることにより、アーク駆動力を増大させることができる。

図１０は従来の真空インタラプタを示す縦断面図である。

図１０に示すように、従来の真空インタラプタにおいては、絶縁容器１が固定側シールキャップ２と可動側シールキャップ３により密封され、絶縁容器１の内部には、固定電極４と可動電極５とが接離可能に対向して設置され、かつ固定電極４と可動電極５間を収容するように内部シールド６が設置され、固定電極４の固定軸４ａは、固定側シールキャップ２に固定結合されて外部と連結され、可動電極５の可動軸５ａは、可動側シールキャップ３に摺動可能に結合されて外部と連結されている。

また、可動電極５の可動軸５ａにはベローズシールド７が固定結合され、ベローズシールド７と可動側シールキャップ３との間にはベローズ８が備えられ、可動電極５と可動軸５ａが絶縁容器１の内部で密封された状態で移動可能に設置されている。

内部シールド６は、固定電極４と可動電極５とが完全に開極したときに対称となる位置に配置され、遮断動作時、アークの発生により飛散する金属蒸気を吸着することにより、絶縁容器１の内面に金属蒸気が付着して絶縁耐力が低下することを防止する。

このような従来の真空インタラプタは、アーク発生時、固定電極４と可動電極５とこれら２つの電極４及び５を電気的に接続するアークに流れる電流により、横方向（可動電極５の移動方向から放射状に延びる方向）に向かう磁界を発生する。その磁界は固定電極４から可動電極５に流れる電流との相互作用により力を受けるが、各電極はそのままの状態を維持し、アークはその力を受けて動く。ここで、アークの運動方向は、電流と磁界という２つのベクトルが形成する平面に垂直な方向（図においては、紙面に垂直な方向）、すなわち流体に作用する電磁力などの接点を基準として円周方向（すなわち、軸を中心に回転する方向）でなければならない。

しかし、このような従来の真空インタラプタにおいては、図１１に示すように、アークの一部が電流と磁界が形成する平面に垂直な方向（以下、「純粋水平方向」という）に流れるのではなく、純粋水平方向の周辺、すなわち同図において斜めに拡散する方向（以下、「非純粋水平方向」という）に流れる。非純粋水平方向の場合、アーク駆動力に寄与する純粋水平方向の横磁界に比べて、一種の漏洩磁束により損失が発生し、アーク駆動力を低下させる要因となる。

そこで、本発明の目的は、非純粋水平方向のアークを最小限に抑えてアーク駆動力を高めることのできる真空回路遮断器の真空インタラプタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、密封された絶縁容器と、前記絶縁容器の内部に固定設置される固定電極と、前記固定電極に対向するように配置され、前記絶縁容器に摺動可能に設置され、前記固定電極との対向面間で磁界を発生する可動電極とを含み、前記固定電極と前記可動電極との対向面の周辺に位置し、前記固定電極と前記可動電極との間で発生する横磁界を半径方向に吸引するように、吸引部材が設置される、真空回路遮断器の真空インタラプタを提供する。

本発明による真空回路遮断器の真空インタラプタは、強磁性体からなる吸引部材を、固定電極と可動電極との間を囲むように設置することにより、前記固定電極と前記可動電極との間で半径方向に発生する横磁界が前記吸引部材に吸引される。これにより、前記固定電極と前記可動電極との間で水平方向の横磁界の成分が強化され、究極的には、両電極間での横磁界がさらに増大し、アーク駆動力が強化される。

本発明による真空インタラプタを示す縦断面図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す斜視図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す縦断面図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す縦断面図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す斜視図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す縦断面図である。本発明による真空インタラプタにおいて２つの電極間で電流により発生する横磁界を示す概略図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する他の実施形態を示す縦断面図である。本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定するさらに他の実施形態を示す縦断面図である。従来の真空インタラプタを示す縦断面図である。従来の真空インタラプタにおいて２つの電極間で電流により発生する横磁界を示す概略図である。

以下、本発明による真空回路遮断器の真空インタラプタを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による真空インタラプタを示す縦断面図であり、図２〜図６は本発明による真空インタラプタにおいて吸引部材を固定する一実施形態を示す斜視図及び縦断面図である。

同図に示すように、本実施形態による真空回路遮断器において、セラミックで形成されて両端が開口した円筒状の絶縁容器１１０の両端は、それぞれ固定側シールキャップ１２１と可動側シールキャップ１２２により密封される。

絶縁容器１１０の内部には、固定電極１３０と可動電極１４０とが対向するように配置される。固定電極１３０は、固定電極１３０の一面から延びた固定軸１３１が固定側シールキャップ１２１を貫通して固定され、可動電極１４０は、可動電極１４０の一面から延びた可動軸１４１が可動側シールキャップ１２２を貫通して摺動可能に結合される。

絶縁容器１１０の内周面には、固定電極１３０と可動電極１４０とを収容するように、金属からなる少なくとも１つの円筒状の内部シールド１７０が固定結合される。

絶縁容器１１０の外周面には、固定電極１３０と可動電極１４０との間で発生する横磁界を水平方向に吸引するための吸引部材１８０が固定結合される。

吸引部材１８０は、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金などからなる強磁性体で形成され、絶縁容器１１０の外周面に密着固定されるようにしてもよい。

また、吸引部材１８０は、吸引力を高めるために、その幅方向（可動電極１４０の運動方向、以下、軸方向という）高さがほぼ固定電極１３０と可動電極１４０との間の最大距離より小さくならないように形成されることが好ましい。

さらに、吸引部材１８０は、円形状に形成して絶縁容器１１０に固定してもよく、円弧状に複数形成して絶縁容器１１０に固定してもよい。

例えば、吸引部材１８０が円形状の場合、絶縁容器１１０は、図２〜図４に示すように、第１容器１１１と第２容器１１２とからなり、第１容器１１１及び第２容器１１２には、図２及び図３に示すように、対向する外周縁部に吸引部材１８０を挿入するための支持溝１１１ａ、１１２ａが段差状に形成されてもよく、図４に示すように、対向する内周縁部に吸引部材１８０を挿入するための支持溝１１１ｂ、１１２ｂが段差状に形成されてもよい。そして、第１容器１１１及び第２容器１１２の支持溝１１１ａ、１１２ａ又は１１１ｂ、１１２ｂに吸引部材１８０を挿入して第１容器１１１と第２容器１１２を溶接結合することにより、吸引部材１８０が絶縁容器１１０に軸方向に支持されるようにすることができる。もちろん、第１容器１１１及び第２容器１１２の外周面には、支持溝１１１ａ、１１２ａに替えて支持突条（図示せず）を形成し、吸引部材１８０が軸方向に支持されるようにすることもできる。

それに対して、吸引部材１８０が円弧状の場合は、図５に示すように、絶縁容器１１０の外周面には、所定の深さを有する支持溝１１０ａが形成されるか、又は所定の高さを有する複数の支持突条（図示せず）が形成される。そして、絶縁容器１１０の支持溝１１０ａ又は支持突条に複数の吸引部材１８１、１８２を挿入した状態で、複数の吸引部材１８１、１８２を溶接するか、又は他の方式で結合することにより、吸引部材１８１、１８２が絶縁容器１１０に固定されるようにすることができる。

一方、図６に示すように、吸引部材１８０が絶縁容器１１０の外周面に設置される場合は、吸引部材１８０が円形状であるか円弧状であるかに関係なく、固定リング１９０などの部材を用いて結合することもできる。

以下、このような本発明による真空回路遮断器の真空インタラプタの作用効果を説明する。

絶縁容器１１０の外周面に強磁性体からなる吸引部材１８０が設置される場合、吸引部材１８０が絶縁容器１１０の外周面、より正確には固定電極１３０と可動電極１４０との間を囲むようにすると、図７に示すように、固定電極１３０と可動電極１４０との間で半径方向に発生する横磁界が吸引部材１８０に吸引される。

すると、固定電極１３０と可動電極１４０との間で発生する横磁界のうち、純粋水平方向の横磁界はもちろん、非純粋水平方向の横磁界の一部も吸引部材１８０に吸引され、純粋水平方向の横磁界の成分が強化され、究極的には、両電極１３０及び１４０間での横磁界がさらに増大し、アーク駆動力が強化される。

以下、本発明による真空回路遮断器の真空インタラプタの他の実施形態について説明する。

前述した実施形態においては、吸引部材１８０が絶縁容器１１０の外周面に固定されるが、吸引部材１８０は、場合によって、絶縁容器１１０の外周面と所定の間隔をおいて設置してもよく、絶縁容器１１０の内部に設置してもよい。

吸引部材１８０を絶縁容器１１０の内部に設置する場合は、図８に示すように、内部シールド１７０の内周面に固定結合してもよく、図９に示すように、内部シールド１７０の外周面と絶縁容器１１０の内周面との間に設置してもよい。そして、内部シールド１７０を強磁性体で形成することにより、内部シールド１７０が吸引部材１８０の役割を果たすようにしてもよい。

このような本実施形態による真空回路遮断器の真空インタラプタの基本的な構成とそれによる作用効果は前述した実施形態と同様である。ただし、本実施形態のように吸引部材が絶縁容器の内部に設置される場合は、前記吸引部材の設置空間が必要であるため、前記絶縁容器が前述した実施形態に比べて相対的に大きくなる。しかし、前記吸引部材が前記絶縁容器の内部に設置されるため、全体的な真空インタラプタの外観がきれいになり、前記吸引部材による真空インタラプタと他の部品との干渉を未然に防止することもできる。特に、前記内部シールドを前記吸引部材として活用する場合は、真空インタラプタが大きくならず、かつ組立工数を削減して製造コストを低減することができる。

１１０絶縁容器
１１１第１容器
１１１ａ、１１１ｂ支持溝
１１２第２容器
１１２ａ、１１２ｂ支持溝
１３０固定電極
１４０可動電極
１７０内部シールド
１８０吸引部材

Claims

密封された絶縁容器と、
前記絶縁容器の内部に固定設置される固定電極と、
前記固定電極に対向するように配置され、前記絶縁容器に摺動可能に設置され、前記固定電極との対向面間で磁界を発生する可動電極と、を含み、
前記固定電極と前記可動電極との対向面の周辺に位置し、前記固定電極と前記可動電極との間で発生する横磁界を半径方向に吸引するように、吸引部材が設置される、真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材が前記絶縁容器の外周面に固定結合される、請求項１に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記絶縁容器の外周面には、前記吸引部材が前記可動電極の運動方向である軸方向に支持されるように、支持部が形成される、請求項１又は２に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材が環状に形成される、請求項３に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材が複数の円弧状に形成され、複数の円弧状の前記吸引部材が互いに結合されて環状をなす、請求項３に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記絶縁容器が第１容器と第２容器とからなり、前記第１容器及び前記第２容器の対応端には、前記吸引部材が軸方向に支持されるように、第１支持部及び第２支持部が形成され、
前記第１支持部と前記第２支持部との間に前記吸引部材が挿入され、前記第１容器と前記第２容器とが結合されて前記吸引部材が固定される、請求項１に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材が前記絶縁容器の内周面に固定結合される、請求項１に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記絶縁容器の内部には、前記固定電極と前記可動電極が収容されるように、内部シールドが備えられ、
前記内部シールドの内周面と外周面のいずれか一方に前記吸引部材が設置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材の軸方向高さが、前記固定電極と前記可動電極との間の最大距離より小さくない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。
前記吸引部材が強磁性体からなる、請求項９に記載の真空回路遮断器の真空インタラプタ。