JP5020164B2 - Vacuum valve - Google Patents
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Description
この発明は、風車形電極を備えた真空バルブに関し、特に、その風車形電極の改良に関するものである。 The present invention relates to a vacuum valve provided with a windmill electrode, and more particularly to an improvement of the windmill electrode.
風車形電極を有する従来の真空バルブとして、例えば、図6に示すような技術が開示されている。図6(a)は真空バルブを示す全体構成であり、(b)は(a)の可動電極部の斜視図である。絶縁筒21の両端に端板22a、22bを取り付けて、内部を高真空状態にした真空容器23が構成されており、真空容器23内には、一方の端板22aを貫通した固定電極棒24の先端に固着された固定電極25と、他方の端板22bを貫通した可動電極棒26の先端に固着された可動電極27とが対向配置されている。また、可動電極棒26と端板22bとの間にはベローズ28が設けられている。
For example, a technique as shown in FIG. 6 is disclosed as a conventional vacuum valve having a windmill electrode. FIG. 6A is an overall configuration showing a vacuum valve, and FIG. 6B is a perspective view of the movable electrode portion of FIG. A
このような構成の真空バルブは、可動電極棒26に接続された操作装置(図示せず)を駆動源として、可動電極棒26を軸方向に移動させることにより、固定電極25と可動電極27とが電気的に接離する。両電極25,27間に点弧されたアークから拡散する金属蒸気が真空容器23の内壁に付着することを防止するために、シールド29が絶縁筒21の内壁に装着されている。
The vacuum valve having such a configuration is configured to move the
可動電極27は、図6(b)に示すように、電極自身に溝を設け風車形に形成されている。すなわち、中心部に位置して溝30によって分画されている風車部31と、周縁部に位置して溝30によって分割されており前記風車部31より厚さが厚い複数の接触部32とからなり、中央部で可動電極棒26に接合されている。固定電極25も同様である。
この構成により、溝30によって電極内の電流経路が制限され、その電路によって生じる磁界により、アークの発弧直後から強い磁気駆動力をアークに作用させて、アークを駆動して電極の円周上を移動させることにより、アークの停滞を防止して電極の局部溶解を避け、遮断性能の向上を図っている(例えば、特許文献1参照)。
As shown in FIG. 6B, the
With this configuration, the current path in the electrode is limited by the
真空バルブに求められる性能としては短絡遮断性能の他に短絡投入性能、短時間耐電流性能、通電性能(温度上昇試験で検証)などがある。上記の特許文献1に示すような、外周部が突出しているタイプの風車形電極は特に短絡遮断性能に優れている。しかし、短絡投入性能、短時間耐電流性能に関して、次のような電磁反発力の問題がある。これを図7により説明する。図7は、特許文献1に示された電極構造の電極平面図である。
通常、短絡投入試験や短時間耐電流試験の電流ピーク付近においては、固定電極と可動電極の接触点のほぼ一点を大電流が流れるようになるため、この接触点(以下、通電点と称す)において大きな電磁反発力が発生する。しかし、本電極では、図7(a)に丸印で示すような位置に通電点が生じる可能性があり、その場合、固定電極面とこれに対向配置された可動電極面とで電流パスAが隣り合わせとなり、かつ、電流の向きが逆であるため電磁反発力が発生する。
The performance required for the vacuum valve includes short-circuit closing performance, short-time current withstanding performance, current-carrying performance (verified by a temperature rise test), and the like. As shown in the above-mentioned
Usually, in the vicinity of the current peak of a short-circuit insertion test or a short-time withstand current test, a large current flows through almost one of the contact points between the fixed electrode and the movable electrode, so this contact point (hereinafter referred to as the energization point) A large electromagnetic repulsive force is generated at. However, in this electrode, there is a possibility that a conduction point is generated at a position as indicated by a circle in FIG. 7A. In this case, the current path A is formed between the fixed electrode surface and the movable electrode surface arranged opposite thereto. Are adjacent to each other and the direction of the current is opposite, so that an electromagnetic repulsive force is generated.
この電磁反発力について実験及び磁界解析で検討した結果、下記の2点が判明した。
(1)固定電極と可動電極との間に発生する電磁反発力は、上記で述べた、通電点で発生する電磁反発力と電流パスによる電磁反発力との和に等しい。
(2)固定電極面と可動電極面との電流パスによって発生する電磁反発力は通電点の位置に依存し、図7(b)に示す電極の凹部(風車部31)に近い通電点41の場合より、接触部32の先端側の通電点42の場合の方が大きい。このため、トータルの電磁反発力は先端側の通電点42の場合は、凹部に近い通電点41の場合の1.6倍になる。
通電の位置はばらつくため、電磁反発力による発弧抑制のためには接触部32の先端側に通電点42が生じてもいいように大きな接圧をかけておく必要がある。その結果、接圧バネの強化に伴い開閉機構の機械的強度も高めなければならず遮断器が大きくなるという問題点があった。
As a result of examining this electromagnetic repulsion force by experiment and magnetic field analysis, the following two points were found.
(1) The electromagnetic repulsive force generated between the fixed electrode and the movable electrode is equal to the sum of the electromagnetic repulsive force generated at the energization point and the electromagnetic repulsive force generated by the current path described above.
(2) The electromagnetic repulsive force generated by the current path between the fixed electrode surface and the movable electrode surface depends on the position of the energization point, and the
Since the position of energization varies, it is necessary to apply a large contact pressure so that the
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、短絡遮断性能だけでなく短絡投入性能、短時間耐電流性能、通電性能に優れた風車形電極を備えた真空バルブを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a vacuum valve provided with a windmill-type electrode that is excellent not only in short-circuit interruption performance but also in short-circuit insertion performance, short-time current resistance performance, and energization performance. The purpose is to do.
この発明の真空バルブは、真空容器内に接離可能に配置された1対の風車形電極を有する真空バルブにおいて、風車形電極は、電極棒と接合される円形の中心部と、中心部の外周にあって中心部の面より対向電極側に突出した突出部とを有し、中心部側から突出部の周縁に向かい渦巻き状に伸びる複数の溝によって突出部が複数の円弧部に分割されており、1対の風車形電極のうちの一方は、溝の幅を周縁に向かうにしたがって広く形成して、突出部の円弧部の周方向に伸びる先端部の長さが他方の風車形電極の先端部より短くなるようにしたものである。 The vacuum valve according to the present invention is a vacuum valve having a pair of windmill-shaped electrodes that are detachably arranged in a vacuum vessel, wherein the windmill-shaped electrode includes a circular center portion joined to the electrode rod, The protrusion is divided into a plurality of circular arc portions by a plurality of grooves extending in a spiral shape from the center portion side toward the periphery of the protrusion portion. and which, hand of the one pair of the windmill type electrodes are widely formed toward the periphery of the width of the groove, the other wind turbine type length of the tip portion extending in the circumferential direction of the arcuate portion of the projecting portion The length is shorter than the tip of the electrode .
この発明の真空バルブによれば、一対の風車形電極は、中心部とその外周の突出部とを有し、中心部側から周縁に向かい渦巻き状に伸びる複数の溝によって突出部が複数の円弧部に分割されており、一方の風車形電極は、溝の幅を周縁に向かうにしたがって広く形成したので、突出部の先端部で固定電極と可動電極が接触しなくなり、電磁反発力が抑制され、短絡遮断性能を維持したまま、短絡投入性能、短時間耐電流性能を高めることができる。したがって、電極径の小型化と、接圧低減が可能となり、結果として遮断器を小型化することができる。 According to the vacuum valve of the present invention, the pair of windmill-shaped electrodes has a central portion and a protruding portion on the outer periphery thereof, and the protruding portion has a plurality of circular arcs by a plurality of grooves extending spirally from the central portion side toward the peripheral edge. part is divided into, windmill-shaped electrode of the hand is, since the wider toward the periphery of the width of the groove, the fixed electrode and the movable electrode is not in contact with the tip portion of the protruding portion, the electromagnetic repulsive force is suppressed Thus, while maintaining the short-circuit breaking performance, the short-circuiting performance and the short-time current withstanding performance can be enhanced. Therefore, the electrode diameter can be reduced and the contact pressure can be reduced, and as a result, the circuit breaker can be reduced in size.
実施の形態1.
図1及び図2は、この発明の実施の形態1による真空バルブの風車形電極の平面図である。図1と図2は、一方を固定電極、他方を可動電極として組み合わせて使用するものである。以下の説明では、図1を固定電極、図2を可動電極として説明する。図3は図1のIII−IIIから見た断面図である。また、真空バルブの全体の構成図は、背景技術の項で説明した図6と同等なので、図示及び説明は省略する。
1 and 2 are plan views of wind turbine-shaped electrodes of a vacuum valve according to
図1において、風車形電極である固定電極1は、円盤状をした接点材料からなり、後述の電極棒が接合される円形の中心部2と、中心部2の外周を取り巻いて、中心部2の面より対向電極側に突出した突出部3とを有している。そして、中心部2側から突出部3の周縁に向かって渦巻き状に伸びる複数の(図では4個の)溝4が形成され、この溝4によって突出部3は複数(4個)の円弧部に分割されている。溝4は、電極の表面から裏面まで切れ込んでいる。なお、溝4の数は4個に限定しない。
図1に示す面が後述の図2に示す可動電極11の面との対向面となり、突出部3は可動電極11の突出部13と互いに接触する構造になっている。
In FIG. 1, a
The surface shown in FIG. 1 is a surface facing the surface of the
図3の側面断面図に示すように、固定電極1には、中央に貫通する接合穴5が設けられており、その接合穴5に、真空容器外から電流を導く電極棒6の細く絞られた先端部が挿入されて固着されている。固定電極1の背面には、機械的強度を補うための補強板7が設けられており、更に、電極棒6の肩部と補強板7との間にはステンレス製のスペーサ8が介在されて、ろう付けによって一体に固着されている。
なお、固定電極1の接点材料としては、Crを20〜40重量%含むCu−Cr系の合金か、更に微量のTeを含むCu−Cr−Te系の合金が望ましい。また、補強板7はSUSが機械強度、耐電圧性能、導電率の点で望ましい。
As shown in the side sectional view of FIG. 3, the
The contact material of the fixed
次に、図2によってもう一方の風車形電極である可動電極を説明する。
可動電極11は、基本的には図1と同様であり、電極棒6と接合される円形の中心部12と、中心部12の外周を取り巻いて、対向電極側に突出した突出部13とを有し、更に複数の渦巻き状の溝14が形成されているが、溝部の形状が異なっている。
すなわち、溝14は、中心部12側から突出部13の周縁に向かい渦巻き状に伸びる複数の(図では4個の)溝14によって突出部13が4個の円弧部に分割された形となっている。更に、円弧部の突出部13の周方向に伸びる先端部(先端部C)の長さが短くなるように、すなわち、中心部12に近づくように、突出部13において溝14の幅を周縁に向かうにしたがって大きくなるように形成している。なお、溝14の渦巻き方向は、接触面側から見ると固定電極1とは反対方向になっている。
Next, the movable electrode which is the other windmill type electrode will be described with reference to FIG.
The
That is, the
図4は、固定電極1と可動電極11を合わせた状態を示しており、網掛け部が閉極時に両電極が接触する接触面15である。なお、この接触面とは設計的な接触面であり接触可能なエリアであって、実際はこのエリア内のどこか(1点又は複数点)で接触することになる。
可動電極11の溝14の形状を、周縁部になるにつれて広くなるように形成したことにより、図に示すように、閉極時には、固定電極1と可動電極11の両突出部3,13の全てが接触面とはならずに、固定電極1の突出部3のうち、先端部(先端部B)では接触しない構造となっている。
FIG. 4 shows a state in which the fixed
By forming the shape of the
次に動作について図4を参照しながら説明する。
短絡投入試験、短時間耐電流試験時において、両電極1,11の接触面15は図4に示すようになっているが、前述のように、電流ピークでは接触面のどこかのほぼ1点で大電流が通電する。この通電点が、電極の中心部に近い場合に比べて突出部の先端側(先端部B)に近い場合の方がトータルの電磁反発力は1.6倍になる。
そこで、本実施の形態では、図4に示すように、突出部の先端部Bでは接触しない構造としたので、従来の風車形電極に比べて、電磁反発力は抑制されることになる。
Next, the operation will be described with reference to FIG.
In the short-circuit insertion test and the short-time withstand current test, the
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the structure is configured such that the tip end portion B of the projecting portion does not come into contact, so that the electromagnetic repulsion force is suppressed as compared with the conventional windmill electrode.
短絡遮断試験時には電極対1,11は解離し、接触面15上にアークが発生する。図4にアーク発生箇所を丸印で示す。アークは接触面15上であれば任意の位置に発生し、図4では例えば16a〜16cを例として示している。電極棒6を流れる電流Iは接合穴5の接合部から電極1(又は11)へ流れ込み、アーク16aが発生している接触面15に対応した中心部2(又は12)を流れ接触面15(突出部)のアーク16aへ流入する。図4中では電流I2として示している。電流I2のうちの円周方向成分I2θによってアーク16aは円周方向へ駆動力Fを受ける。このため、アークは発弧直後から強力な磁気駆動力を受ける。その結果例えばアーク16aはアーク16bの位置の方に向かって高速に移動し、更に16cを経て隣の突出部へ移る。この動作を連続的に行い実質的にはアーク発生中は突出部の上を回転運動することになる。この結果、アークは発弧直後から高速移動するため接点表面の温度が抑制され、金属蒸気の発生も抑制されるため、従来の風車形電極と同等の遮断性能が得られる。
In the short circuit interruption test, the electrode pairs 1 and 11 are dissociated and an arc is generated on the
通電性能を向上させ真空バルブの温度上昇を抑制するためには、固定電極と可動電極との接触面の接触抵抗を低く抑える必要がある。本実施の形態では、突出部先端の接触面積が減ることになるが、この分を補完するためは、突出部の内径を小さくすることで対処できる。
また、定格電圧が高くない場合は、突出部端部の面取りR(図5参照)を小さくして接触面積を増やすことも可能である。この場合は、真空バルブのコンディショニングで、印加電圧を高くすることや電流コンディショニングを適用するなどの方法で、定格を上げることが可能である。
In order to improve the energization performance and suppress the temperature rise of the vacuum valve, it is necessary to keep the contact resistance of the contact surface between the fixed electrode and the movable electrode low. In the present embodiment, the contact area at the tip of the protrusion is reduced, but in order to compensate for this, it can be dealt with by reducing the inner diameter of the protrusion.
Further, when the rated voltage is not high, it is also possible to increase the contact area by reducing the chamfer R (see FIG. 5) of the protruding portion end. In this case, the rating can be raised by increasing the applied voltage or applying current conditioning in the conditioning of the vacuum valve.
なお、上記の説明では、図2の形状の電極を可動電極としたが、図2の電極を固定電極としても良く、また、図2の電極を固定電極,可動電極の両方に適用しても良い。 In the above description, the electrode having the shape shown in FIG. 2 is a movable electrode. However, the electrode shown in FIG. 2 may be a fixed electrode, and the electrode shown in FIG. good.
以上のように本発明の真空バルブによれば、真空容器内に接離可能に配置された1対の風車形電極を有する真空バルブにおいて、風車形電極は、電極棒と接合される円形の中心部と、中心部の外周にあって中心部の面より対向電極側に突出した突出部とを有し、中心部側から突出部の周縁に向かい渦巻き状に伸びる複数の溝によって突出部が複数の円弧部に分割されており、1対の風車形電極のうちの少なくとも一方は、溝の幅を周縁に向かうにしたがって広く形成して、突出部の円弧部の周方向に伸びる先端部の長さが短くなるようにしたので、突出部の先端部で固定電極と可動電極が接触しなくなり、電磁反発力が抑制され、短絡遮断性能を維持したまま、短絡投入性能、短時間耐電流性能を高めることができる。したがって、電極径の小型化と、接圧低減が可能となり、結果として遮断器を小型化することができる。 As described above, according to the vacuum valve of the present invention, in the vacuum valve having a pair of windmill-shaped electrodes that are detachably arranged in the vacuum vessel, the windmill-shaped electrode has a circular center joined to the electrode rod. And a plurality of protrusions formed by a plurality of grooves extending spirally from the center side toward the peripheral edge of the protrusion. And at least one of the pair of windmill-shaped electrodes is formed so that the width of the groove increases toward the periphery, and the length of the tip portion extending in the circumferential direction of the arc portion of the protruding portion Therefore, the fixed electrode and the movable electrode are not in contact at the tip of the projecting part, the electromagnetic repulsion force is suppressed, and the short-circuit closing performance and short-time current resistance performance are maintained while maintaining the short-circuit breaking performance. Can be increased. Therefore, the electrode diameter can be reduced and the contact pressure can be reduced, and as a result, the circuit breaker can be reduced in size.
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2による真空バルブの風車形電極部を示す断面図である。図示以外の電極の平面構造は、実施の形態1と同等なので、図示及び説明は省略する。また、真空バルブの全体構成は図6と同等である。
FIG. 5 is a sectional view showing a windmill electrode portion of a vacuum valve according to
、
実験及び磁界解析による検討の結果によって、短絡投入試験、短時間耐電流試験での電磁反発力を低減するもう一つの方法として、突出部の高さを高くする方法があることが分った。そこで、本実施の形態では、電極の寸法関係を以下のようにしたものである。
,
As a result of the examination by the experiment and the magnetic field analysis, it has been found that there is a method of increasing the height of the protruding portion as another method for reducing the electromagnetic repulsion force in the short-circuit insertion test and the short-time current resistance test. Therefore, in this embodiment, the dimensional relationship of the electrodes is as follows.
図5において、中心部12の表面から突出部13の対向電極側に突出した突出高さをh、中心部12の厚さをk、突出部13の全厚みをHとする。
そして、h=4mm〜8mm、k=3mm〜7mm、H=15mm以下とした。
なお、上記寸法の電極が適用される真空バルブとしては、定格電流が20kA〜40kA程度のものを想定している。
上記寸法において、特に、突出高さhが上記の範囲にあれば、電磁反発力を低減できることを、実験び磁界解析により検証した。例えば、突出高さを3mmから5mmに増やすと電磁反発力は10%程度低下する。突出高さを高くすると遮断性能にかかわる磁気駆動力が低下するため遮断性能が若干低下するが、短絡投入性能、短時間耐電流性能が電極径を決めている場合には、結果的に電極径の低減、接圧の低減を達成することができる。
なお、この寸法は、固定電極と可動電極のいずれにも適用できる。
In FIG. 5, h is a protruding height protruding from the surface of the
Then, h = 4 mm to 8 mm, k = 3 mm to 7 mm, and H = 15 mm or less.
In addition, as a vacuum valve to which the electrode of the said dimension is applied, the thing with a rated current of about 20 kA-40 kA is assumed.
In the above dimensions, it was verified by experiments and magnetic field analysis that the electromagnetic repulsion force can be reduced particularly when the projection height h is in the above range. For example, when the protrusion height is increased from 3 mm to 5 mm, the electromagnetic repulsion force decreases by about 10%. If the protrusion height is increased, the magnetic driving force related to the breaking performance will be reduced, and the breaking performance will be slightly reduced. Reduction of contact pressure can be achieved.
This dimension can be applied to both the fixed electrode and the movable electrode.
以上のように実施の形態2の真空バルブによれば、中心部の面から対向電極側に突出した突出部の突出高さを、4mm以上、8mm以下としたので、短絡遮断性能と、短絡投入性能、短時間耐電流性能をバランスさせることができるので、電極径の小型化と、接圧低減が可能となり、結果として遮断器を小型化することができる。 As described above, according to the vacuum valve of the second embodiment, the projecting height of the projecting part projecting from the center surface to the counter electrode side is set to 4 mm or more and 8 mm or less. Since the performance and short-time withstand current performance can be balanced, the electrode diameter can be reduced and the contact pressure can be reduced. As a result, the circuit breaker can be reduced in size.
1 固定電極(風車形電極) 2 中心部
3 突出部 4 溝
5 接合穴 6 電極棒
7 補強板 8 スペーサ
11 可動電極(風車形電極) 12 中心部
13 突出部 14 溝
15 接触面 16a〜16c アーク。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記風車形電極は、電極棒と接合される円形の中心部と、前記中心部の外周にあって前記中心部の面より対向電極側に突出した突出部とを有し、前記中心部側から前記突出部の周縁に向かい渦巻き状に伸びる複数の溝によって前記突出部が複数の円弧部に分割されており、
前記1対の風車形電極のうちの一方は、前記溝の幅を前記周縁に向かうにしたがって広く形成して、前記突出部の前記円弧部の周方向に伸びる先端部の長さが他方の風車形電極の先端部より短くなるようにしたことを特徴とする真空バルブ。 In a vacuum valve having a pair of windmill-shaped electrodes arranged in a vacuum container so as to be able to contact and separate,
The windmill-shaped electrode has a circular center part joined to the electrode rod, and a projecting part which is on the outer periphery of the center part and protrudes from the surface of the center part toward the counter electrode, from the center part side The protrusion is divided into a plurality of arc portions by a plurality of grooves extending spirally toward the periphery of the protrusion,
Hand of said pair of the windmill type electrodes are widely formed toward the width of the groove in the periphery, the length of the distal end portion extending in a circumferential direction of the arcuate portion of the projecting portion and the other A vacuum valve characterized by being shorter than the tip of the windmill electrode .
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