JP2745793B2 - 真空バルブ - Google Patents

真空バルブ

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JP2745793B2 JP2216588A JP21658890A JP2745793B2 JP 2745793 B2 JP2745793 B2 JP 2745793B2 JP 2216588 A JP2216588 A JP 2216588A JP 21658890 A JP21658890 A JP 21658890A JP 2745793 B2 JP2745793 B2 JP 2745793B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空遮断器の電流遮断部を構成し、周方
向に間隔をおいて軸線に斜めのスリットが周壁部に形成
されたカップ状の接点台の開放側端面にリング状の接点
が同軸に接合されてなる接触子を真空容器内で同軸に対
向させた真空バルブに関する。
〔従来の技術〕 第2図に従来のこの種接触子構造の一例を示す。接触
子は、カップ状に形成され周壁部に周方向等間隔に軸線
に斜めのスリット2aが複数形成された接点台2の開放側
端面(図では上面)に鋼材からなるリング状の接点1が
接点台と同軸に接合されてなり、真空容器を貫通する一
方の通電棒の先端に該通電棒と同軸に固設されている。
そして、このように構成される接触子の外径は、定格遮
断電流に対応した寸法を有し、定格遮断電流とともにそ
の寸法を益す。
一方、前記接触子が同軸に対向して形成する1対の接
触子を収容する真空容器が、該1対の接触子を同軸に包
囲する金属円筒の軸方向両側に通電棒を外部に引き出す
ためのブッシングを備えた真空バルブの場合には、金属
円筒の内径は、接触子と金属円筒との間に所要耐電圧が
確保される寸法に設定され、通常、金属円筒は接地電位
にあるため、遮断器規格による定格対地耐電圧に耐える
寸法を有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
このように、接点台の周壁部に斜めのスリットが形成
され接合台の開放側端面にリング状接点を備えた接触子
構造においては、接触子と金属円筒との間に印加された
電圧による電界がスリットのエッジ部、あるいは、厚み
がさほど大きくなく大きい丸味が形成されていないリン
グ状接点の外周縁に集中し、この部分から電圧破壊がは
じまるため、接触子を同軸に包囲する金属円筒の小形化
には、接触子の接点台や接点の寸法を考慮してもおのず
から制約が生じ、また、この電界集中が、電流遮断時の
再点弧防止を妨げる一因となっていた。このため、例え
ば、特開昭63−160122号公報において、接点台の周壁部
とリング状接点とを、ステンレス鋼等、耐電圧特性およ
び耐アーク性が良く、導電率の低い材質を用いて形成し
たシールドで空隙を介して囲み、電界の集中を緩和し
て、電流遮断時の再点弧回数の低減を図った提案がなさ
れている。しかしこの提案による接触子構造では、電流
遮断時に、接点台のスリットが形成する電流経路の方向
により生ずる電磁駆動力により、アークがリング状接点
面を周方向に高速で周回駆動され、この周回駆動による
遠心力と、接点台の底部と周壁部とアークとで形成され
る電流経路の形状に基づく電磁力とにより、アークが1
対の接触子の対向空間の外方へ伸びてアークの足点がシ
ールドに移行すると、シールドの材質が低導電性であ
り、従って熱伝導率も低いためにアークの冷却効果が小
さく、遮断特性が低下し、遮断特性を維持するためには
接触子の外径を大きくしてアーク足点の移行を阻止する
必要を生じ、これに伴い、シールドの外径が大きくな
り、シールドの耐電圧向上効果が金属円筒の小形化に生
かされないという問題があった。
この発明の目的は、カップ状の接点台ならびにリング
状接点の外径を大きくすることなく遮断特性を維持する
ことができ、かつ接触子まわりの電界を緩和して接触子
を同軸に囲む金属円筒の小形化、あるいは電流遮断時の
再点弧回数の低減が可能となる接触子構造を提供するこ
とである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明においては、周
方向に間隔をおいて軸線に斜めのスリットが周壁部に形
成されたカップ状の接点台の開放側端面にリング状の接
点が同軸に接合されてなる接触子の前記カップ状接点台
の底部にリング状接点と同一の材質もしくはリング状接
点より導電率の高い材質からなるカップ状シールドを固
定して、接点台の周壁部をシールドの周壁部で一定のギ
ャップを保って囲んだ接触子構造とするものとする。そ
して、この接触子構造において、カップ状シールドの周
壁部がリング状接点の厚みと同等以上の厚みを有するよ
うにすれば好適である。
〔作用〕
接触子を上述の構造に形成すると、電流遮断時に、接
点台のスリットが形成する電流径路の方向により生ずる
電磁駆動力により、アークがリング状接点面を周方向に
高速で周回駆動され、この周回駆動による遠心力と、接
点台の底部と周壁部とアークとで形成される電流径炉の
形状に基づく電磁力とにより、アークが1対の接触子の
対向空間の外方へ伸び、かつリング状接点から金属蒸気
を多量に供給されてアーク電圧が上昇したアークの足が
アークに移行したときにも、アークの足はリング状接点
と同一の材質もしくはリング状接点より高導電性材質す
なわち高熱伝導性材質上にあることから、これらの材質
のアークの冷却効果がリング状接点と同等もしくはそれ
以上となり、移行直後の電流零点で確実に遮断され、カ
ップ状接点台およびリング状接点の外径を増すことなく
遮断特性を維持することができる。そして、カップ状接
点台は周壁部をカップ状シールドにより一定のギャップ
を保って囲まれているから、接点台周壁部の斜めのスリ
ットは、1対の接触子を同軸に囲む金属円筒から遮蔽さ
れ、スリットのエッジ部への電界集中が防止される。ま
た、シールドの周壁部の端面は、リング状接点の接触面
より接点台側へ後退した位置に位置させるから、接点の
外周縁部からシールド周壁部へかけて見かけい上大きい
丸味が形成され、この丸味が電界分布上は材料の実質部
分が形成する丸味と同様に作用して、接点周縁部への電
界集中が緩和される。
一方、金属円筒内壁面の電界は、接触子側における最
大電界よりも常に小さいから、シールドを備えた接触子
側の最大電界がシールドを備える前の接触子に生じてい
た従来の最大電界と等しい電界となるまで金属円筒の内
径を小さくすることができ、この内径の減少分は、シー
ルドによる接触子外径の増加分を容易に越え、真空バル
ブの小形化が可能になる。また、この内径の減少分を小
さくすれば、電流遮断時の再点弧回数を減少させること
が可能になる。
〔実施例〕
第1図に本発明による接触子構造の一実施例を示す。
また、第3図にこの構造の接触子を真空容器内で同軸に
対向させた真空バルブ構造の一例を示す。これらの図に
おいて、第2図と同一の部材および同一の機能部位には
同一符号を付して説明を省略する。
周壁部に周方向等間隔で軸線に斜めのスリット2aが形
成されたカップ状接点台2の底部2cには、この接点台の
開放側端面に接合されたリング状接点1と同一の材質で
ある鋼材からなるカップ状シールド3の底部3bがろう付
け等の手段で接合され、シールド3の周壁部3aは接点台
2の周壁部2bの外周面と一定のギャップを保って該周壁
部2bを囲み、周壁部のスリット2aを真空容器の金属円筒
5(第3図)から遮蔽するとともに、接点2の外周縁部
からシールド周壁部の丸味を帯びた端面にかけて見かけ
上の,しかも電界分布上は材料の実質部分によるものと
同様に作用する大きい丸味を形成して、接点2の外周縁
部に集中しようとする電界を緩和する役目を果たしてい
る。なお、リング状接点1の材質として、耐アーク性を
高めるために硬さが銅よりも硬く導電率が銅よりもやや
低い,例えばクロム銅のような合金を用いた場合にも、
シールドの材質には銅など、クロム銅より導電率の高い
単元素金属もしくは合金を用いることにより、接点台な
らびに接点の外径を大きくすることなく遮断特性を維持
することができる。なお、第3図において、符号4は、
接点1,接点第2,シールドからなる接触子をそれぞれ先端
に有する通電棒10,11を真空容器の外部へ引き出すため
のブッシングを構成する磁器製の絶縁筒であり、8,9は
これらの絶縁筒4のそれぞれ一方の端面を気密に封止す
るためのフランジ、6は通電棒10がフランジ8の開口部
を気密を保って出入りできるようにするための伸縮可能
な金属ベローズである。
真空バルブを事故電流を通過し、接触子が開離する
と、第4図(a)のようにアークが発生する。接点台2
の斜めのスリット2aにより形成される電流径路の方向に
より生ずる磁気駆動力によりアークがリング状接点1の
接触面上を周回駆動され、この周回駆動による遠心力
と,接点台の底部,周壁部およびアークで形成される電
流径路の形状に基づく電磁力によりアークは接触子の対
向空間を外方へ移動する(第4図(b))。アークには
多量の接点金属蒸気が供給され、アーク電圧が上昇をつ
づけながらアークはさらに外方へ駆動されてアークの中
間部がさらに伸びる。このとき、アークの足点も外方へ
駆動され、シールド周壁部の端面にアーク足点が移行す
ると、シールドは接点1と同一材質もしくは導電率がよ
り大きい,従って熱伝導率のより大きい材質で形成され
ているから、アークの冷却効果が維持もしくは強化さ
れ、移行直後の電流零点で確実に遮断される。また、シ
ールド3の周壁部3aの厚みはリング状接点の厚みと同等
以上としており、アーク足点の金属消耗量が、アーク足
点がより厚みの厚い金属の表面に生ずるときほど小さく
なる傾向を示すこと、電流遮断1回ごとのアーク足点の
存在期間が平均としてリング状接点よりもシールド周壁
部の方が短いこと、シールド周壁部端面上のアーク足点
の移行位置は電流遮断ごとにばらつき、電流遮断を重ね
ると周方向に分布することから、シールド周壁部端面の
消耗はリング状接点の消耗よりも小さくなり、リング状
接点の遮断寿命を越えて遮蔽効果を効果的に維持するこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明においては、真空バルブの接触子を上述のよう
に構成したので、次に記載する効果が奏せられる。
請求項1もしくは請求項2に記載の接触子では、電流
遮断時に、接点台のスリットが形成する電流径路の方向
により生ずる電磁駆動力により、アークがリング状接点
面を周方向に高速で周回駆動され、この周回駆動による
遠心力と、接点台の底部と周壁部とアークとで形成され
る電流経路の形状に基づく電磁力とにより、アークが1
対の接触子の対向空間の外方へ伸び、かつリング状接点
から金属蒸気を多量に供給されてアーク電圧が上昇した
アークの足がアークに移行したときにも、アークの足は
リング状接点と同一の材質もしくはリング状接点より高
導電性材質すなわち高熱伝導性材質上にあることから、
これらの材質のアークの冷却効果がリング状接点と同等
もしくはそれ以上となり、移行直後の電流零点で確実に
遮断され、カップ状接点台およびリング状接点の外径を
増すことなく遮断特性を維持することができる。そし
て、カップ状接点台は周壁部をカップ状シールドによる
ギャップを保って囲まれているから、接点台に形成され
た斜めのスリットがシールドにより短絡されることなく
アークの周回駆動が行われるとともに、スリットのエッ
ジ部への電界集中が避けられ、また、リング状接点の外
周縁部からシールド周壁部の丸味を帯びた端面にかけて
見かけ上大きい丸味が形成され、この丸味は電界分布上
は材料の実質部分で形成した丸味と同様に作用するか
ら、リング状接点の外周縁部への電界集中が避けられ
る。これにより、接触子が金属円筒により同軸に囲まれ
た構成の真空バルブの場合には、金属円筒の内径を、シ
ールドによる接触子外径の増加分を越えて減少させるこ
とができ、真空バルブの小形化が可能になる。
請求項3の接触子では、シールド周壁部の厚みを、リ
ング状接点の厚みと同等以上としたので、電流遮断1回
ごとのアーク足点の存在期間が平均としてリング状接点
よりもシールド周壁部の方が短いこと、シールド周壁部
端面上のアーク足点の移行位置は電流遮断ごとにばらつ
き、電流遮断を重ねると周方向に分布すること、と合わ
せ、シールド周壁部の消耗はリング状接点の消耗よりも
小さくなり、リング状接点の電流遮断寿命を越えて電界
の遮蔽および緩和効果を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による接触子構造の一実施例を示す縦断
面図、第2図は従来の接触子構造例を示す縦断面図、第
3図は本発明による接触子を真空容器内で同軸に対向さ
せた真空バルブ構造の一実施例を示す縦断面図、第4図
は本発明の接触子を用いて電流遮断を行うときの現象の
推移を示す説明図である。 1:接点(リング状の)、2:接点台(カップ状の)、2a:
スリット、2b:周壁部、2c:底部、3:シールド、3a:周壁
部、3b:底部。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周方向に間隔をおいて軸線に斜めのスリッ
    トが周壁部に形成されたカップ状の接点台の開放側端面
    にリング状の接点が同軸に接合されてなる接触子を真空
    容器内で同軸に対向させた真空バルブにおいて、該接触
    子が、リング状接点と同一材質からなりカップ状接点台
    の底部に固定されて該接点台の周壁部を一定のギャップ
    を保って囲むカップ状のシールドを備えていることを特
    徴とする真空バルブ。
  2. 【請求項2】周方向に間隔をおいて軸線に斜めのスリッ
    トが周壁部に形成されたカップ状の接点台の開放側端面
    にリング状の接点が同軸に接合されてなる接触子を真空
    容器内で同軸に対向させた真空バルブにおいて、該接触
    子が、リング状接点より高導電率の材質からなりカップ
    状接点台の底部に固定されて該接点台の周壁部を一定の
    ギャップを保って囲むカップ状のシールドを備えている
    ことを特徴とする真空バルブ。
  3. 【請求項3】請求項第1項または第2項に記載の真空バ
    ルブにおいて、カップ状接点台の周壁部を一定のギャッ
    プを保って囲むカップ状シールドの周壁部がリング状接
    点の厚みと同等以上の厚みを有することを特徴とする真
    空バルブ。
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