JP5249255B2 - 真空遮断器の電極 - Google Patents

Description

本発明は、真空遮断器（vacuum interrupter）に関し、特に真空遮断器の電極に関する。

真空遮断器は、真空の高い電気的絶縁性及び消弧性能により、数ｋＶの高圧遮断器の主回路遮断部（main circuit switching mechanism）用、並びに数十〜数百ｋＶの超高圧遮断器の主回路遮断部用に使用される電力機器である。

以下、一般的な真空遮断器の構成及び作用について図１０を参照して説明する。
真空遮断器１００は、セラミックなどの通常の電気的絶縁材で形成され、内部が真空状態に維持される絶縁容器６０と、絶縁容器６０内に固定的に設置される固定電極１０と、固定電極１０に接触する閉路位置（closing position）又は固定電極１０から分離される開路位置（opening position）に移動可能な可動電極４０とを含む。固定電極１０は、例えば電気回路の電源側と接続される固定軸２０に接続され、固定軸２０は、絶縁容器６０の内部に延びて固定電極１０と接続される部分と、絶縁容器６０の外部に延びて前記電源側と接続される部分とを有する。

可動電極４０は、例えば電気回路の負荷側と接続される可動軸３０に接続され、可動軸３０は、絶縁容器６０の内部に延びて可動電極４０と接続される部分と、絶縁容器６０の外部に延びて前記負荷側と接続される部分とを有する。

絶縁容器６０の内部中央には、可動電極４０が固定電極１０から分離される開路位置への移動時に発生するアークから絶縁容器６０の内壁を遮蔽するために、中央アークシールド７０が設置される。
絶縁容器６０の外側の上部及び下部には、それぞれ接続フランジ６０ａ、６０ｂが溶接されており、絶縁容器６０の内部を密閉する。

可動軸３０の軸方向移動を案内するために、絶縁容器６０の下部に位置する接続フランジ６０ｂには、可動軸３０の軸方向貫通移動を許容するように案内フランジ９０が設けられる。
可動軸３０に隣接する接続フランジ６０ｂには、可動軸３０の移動によって引張又は収縮するように蛇腹管（ベローズ）５０が接続される。また、蛇腹管５０の可動電極４０側の端部には、蛇腹管５０をアークから遮蔽するように蛇腹管遮蔽部材８０が設置される。

前述のような真空遮断器に設置される可動電極や固定電極などの電極においては、電極の開路動作時に可動電極と固定電極間に発生するアークを迅速に消滅させるために、軸方向の磁束を発生させる構成が求められていた。

しかしながら、従来の電極においては、軸方向の磁束密度が電極の中央部で高くなる現象があった。このような現象は、アークを電極の中央部に集中させて高い発熱を起こし、可動電極と固定電極の接点中心部の損傷を引き起こすという問題があった。また、従来の電極においては、アークが電極の中央部に集中するため、アークの消弧時間も長くなるという問題があった。

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、軸方向の磁束密度の分布が電極中心部で高くなることを避けて分散させることのできる真空遮断器の電極を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、接点部を提供する接触電極板と、開ループ状の１つの電気的導体で形成され、第１回転方向に電流が流れる内部コイル電極と、前記内部コイル電極の半径方向外側に前記内部コイル電極と同心に配置される開ループ状の１つの電気的導体で形成され、前記内部コイル電極に流れる電流と並列に、前記第１回転方向の逆方向である第２回転方向に電流が流れる外部コイル電極と、導電材で形成され、前記接触電極板と前記内部コイル電極を接続して電流の通電路を提供する第１導電ピンと、導電材で形成され、前記接触電極板と前記外部コイル電極を接続して電流の通電路を提供する第２導電ピンとを含む、真空遮断器の電極を提供する。

本発明による真空遮断器の電極は、第１回転方向に電流が流れる内部コイル電極と、前記内部コイル電極に流れる電流と並列に、前記第１回転方向の逆方向である第２回転方向に電流が流れる外部コイル電極とを備えることにより、電極中央部では、内部コイル電極により形成される磁束の方向と外部コイル電極により形成される磁束の方向が逆方向であるので相殺されて最小限に抑えられ、内部コイル電極と外部コイル電極間の空間では、内部コイル電極により形成される磁束の方向と外部コイル電極により形成される磁束の方向が同一方向であるので磁束密度が増加して、結局、電極の磁束密度が中央に集中するのではなく、分散される。従って、アークを小さく分けて迅速に消弧することができ、真空遮断器の遮断容量をより増大させるという効果が得られる。

本発明による真空遮断器の電極は、内部コイル電極の通電路の幅を外部コイル電極の通電路の幅より狭く形成することにより、内部コイル電極の電気抵抗が外部コイル電極の電気抵抗より大きくなり、内部コイル電極を流れる電流量より外部コイル電極を流れる電流量が多くなるので、外部コイル電極により発生する磁束が内部コイル電極により発生する磁束より大きくなる。従って、電極の磁束密度が中央部に集中するのではなく、分散されることによって、真空遮断器において可動電極と固定電極の分離時に発生するアークが分散されて、迅速に消弧することができ、真空遮断器の遮断容量をより増大させるという効果が得られる。

本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、内部コイル電極と外部コイル電極をそれぞれ１対のコイル導体部で構成することにより、電流が４つのコイル導体部に分かれて流れるので、１つのコイル導体部に流れる電流が小さくなり、特に、固定電極の接点部と可動電極の接点部との間隔が狭い真空遮断器において、アークを効果的かつ迅速に消弧し、接点部の損傷を最小限に抑え、真空遮断器の遮断容量を増大させるという効果が得られる。

本発明の一実施形態による真空遮断器の電極の構成を示すもので、接触電極板が分解された状態の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における内部コイル電極及び外部コイル電極に流れる電流の方向を示す横断面図である。 本発明による真空遮断器の電極における内部コイル電極及び外部コイル電極において、中心部では逆方向の磁束が相殺され、内部コイル電極と外部コイル電極間の空間では同一方向の磁束が付加される動作状態を示す磁束形成説明図である。 本発明による真空遮断器の電極における電極中心位置から半径方向外側に遠ざかる位置による軸方向の磁束密度の変化を示す軸方向磁束密度関係グラフである。 本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極における内部コイル電極及び外部コイル電極に流れる電流の方向を示す横断面図である。 本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における接触電極板の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における支持板、導体支持軸、及び主軸の構成を別に示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における補助電極板の詳細構成と作用を示す平面図である。 図８の補助電極板の変形例の詳細構成と作用を示す平面図である。 一般的な真空遮断器の構成を示す断面図である。

本発明の上記目的とこれを達成する本発明の構成及びその作用効果は、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明することによって明確に理解できるであろう。
まず、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極を図１、図２、図６、及び図７を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極の構成を示すもので、接触電極板が分解された状態の分解斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における内部コイル電極及び外部コイル電極に流れる電流の方向を示す横断面図であり、図６は、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における接触電極板の構成を示す分解斜視図であり、図７は、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における支持板、導体支持軸、及び主軸の構成を別に示す分解斜視図である。

本発明の一実施形態による真空遮断器の電極２００は、背景技術で説明した可動電極又は固定電極に相当するものであり、接触電極板２１０と、内部コイル電極２２０と、外部コイル電極２３０と、第１導電ピン２４０と、第２導電ピン２５０とを含む。

接触電極板２１０は、真空遮断器の可動電極及び固定電極に対して機械的接触又は分離が行われて電気的接続又は遮断が行われる接点部を提供する。接触電極板２１０は、図６に示すように、主接触電極板２１０ａと補助接触電極板２１０ｂとを含む。

図６をさらに参照すると、主接触電極板２１０ａ及び補助接触電極板２１０ｂは、それぞれ渦電流の発生を抑制するために半径方向に形成された複数のスリット２１０ａ−１、２１０ｂ−１を備えるが、本実施形態ではそれぞれ４つのスリット２１０ａ−１、２１０ｂ−１を備える。また、補助接触電極板２１０ｂの上部中心部には、主接触電極板２１０ａを圧入してろう付けできるように凹部が形成され、補助接触電極板２１０ｂの下面には、第１導電ピン２４０及び第２導電ピン２５０が挿入されて接続される導電ピン挿入孔部（図示せず）が、内部コイル電極２２０及び外部コイル電極２３０の導電ピン挿入孔部（図示せず）に対応する半径方向の位置に設けられる。

内部コイル電極２２０は、開ループ状の１つの電気的導体で形成され、内部コイル電極２２０を介して第１回転方向に電流が流れる。ここで、開ループ状とは、図１に示すように、予め定められた幅を有し、一部が切断されて開放チャネル部が形成された略リング状を意味する。

外部コイル電極２３０は、開ループ状の１つの電気的導体で形成され、内部コイル電極２２０の半径方向外側に内部コイル電極２２０と同心に配置される。外部コイル電極２３０は、内部コイル電極２２０と同様に、予め定められた幅を有し、一部が切断されて開放チャネル部が形成された略リング状に形成される。外部コイル電極２３０に流れる電流は、内部コイル電極２２０に流れる電流と並列であり、前記第１回転方向の逆方向である第２回転方向に流れる。外部コイル電極２３０に流れる電流と内部コイル電極２２０に流れる電流とが並列であるということは、例えば、固定電極の場合、電源側からの電流が、後述する主軸３００、補助電極板２６０、第３導電ピン２７０ｂ、及び第４導電ピン２７０ｃを介して、同時に外部コイル電極２３０と内部コイル電極２２０に分かれて流れ、可動電極の場合、接触電極板２１０からの電流が、第１導電ピン２４０及び第２導電ピン２５０を介して、同時に外部コイル電極２３０と内部コイル電極２２０に分かれて流れることを意味する。前記第１回転方向は図１及び図２において時計方向であり、この場合、前記第２回転方向は反時計方向である。

本発明の特徴によれば、図２に示すように、内部コイル電極２２０の電流が流れる通路の幅ａは、外部コイル電極２３０の電流が流れる通路の幅ｂより狭く形成されることが好ましい。

第１導電ピン２４０は、１つで構成され、例えば銅などの導電材（conductor）で形成されて、接触電極板２１０と内部コイル電極２２０を接続して電流の通電路を提供する。第１導電ピン２４０は、予め定められた厚さを有する円筒状のフランジ部と、その円筒状のフランジ部から上方及び下方に延びる上部突部及び下部突部を有する導電体ピンとから構成される。

第２導電ピン２５０は、１つで構成され、例えば銅などの導電材で形成されて、接触電極板２１０と外部コイル電極２３０を接続して電流の通電路を提供する。第２導電ピン２５０も、第１導電ピン２４０と同様に、予め定められた厚さを有する円筒状のフランジ部と、その円筒状のフランジ部から上方及び下方に延びる上部突部及び下部突部を有する導電体ピンとから構成される。

外部コイル電極２３０に流れる電流の方向と、内部コイル電極２２０に流れる電流の方向が逆になるように、第１導電ピン２４０は、第２導電ピン２５０から時計方向又は反時計方向のいずれか一方向に１８０°より大きく２７０°より小さい角度で回転した位置（図１及び図２では反時計方向に約２１０°回転した位置）に位置する。

図１に示すように、内部コイル電極２２０より中心部に配置される支持板２８０は、図１における接触電極板２１０の背面に当接して接触電極板２１０を下部から支持するためのものであって、ステンレス鋼などのように、前記導電ピンに比べて相対的に機械的強度及び電気抵抗が大きいか、絶縁性を有する材料を鋳造して形成してもよい。接触電極板２１０と支持板２８０とは、ろう付けにより接続してもよい。

以下、図１及び図７〜図９を参照して説明する。本発明の一実施形態による真空遮断器の電極２００は、補助電極板２６０と、第３導電ピン２７０ｂと、第４導電ピン２７０ｃとをさらに含む。

補助電極板２６０は、電気的導電材で形成され、内部コイル電極２２０及び外部コイル電極２３０の下部に設けられる。図７及び図８を参照すると、補助電極板２６０は、前記内部コイル電極及び外部コイル電極に補助的に軸方向の磁束を形成するとともに渦電流の発生を抑制するように、補助電極板２６０の外周面から補助電極板２６０の中心に向かって半径方向に形成される複数のスリットを含む。本実施形態では、４つのスリット（第１スリット２６０ｂ−１、第２スリット２６０ｂ−２、第３スリット２６０ｂ−３、第４スリット２６０ｂ−４）が９０°間隔で設けられている。

図８に詳細に示すように、補助電極板２６０の中心部には、通孔２６０ａが形成されており、通孔２６０ａを形成する補助電極板２６０の内周面が図７に示す導体支持軸２９０と接触することによって、導体支持軸２９０から補助電極板２６０に、又はその逆に電流が流れるようになっている。導体支持軸２９０は、補助電極板２６０の通孔２６０ａを貫通して延びるように設置され、導体支持軸２９０と補助電極板２６０とは、ろう付けにより接続されて相対的位置が固定される。

図８をさらに参照すると、補助電極板２６０は、第１スリット２６０ｂ−１、第２スリット２６０ｂ−２、第３スリット２６０ｂ−３、第４スリット２６０ｂ−４のうち隣接する前記スリットにより区画される４つの部分の中で、補助電極板２６０の外周面に隣接する部位毎に、それぞれ少なくとも１つのピン挿入孔２６０ｃ、すなわち第１ピン挿入孔２６０ｃ−１、第２ピン挿入孔２６０ｃ−２、第３ピン挿入孔２６０ｃ−３、第４ピン挿入孔２６０ｃ−４が設けられる。第１ピン挿入孔２６０ｃ−１、第２ピン挿入孔２６０ｃ−２、第３ピン挿入孔２６０ｃ−３、第４ピン挿入孔２６０ｃ−４には、第３導電ピン２７０ｂ又は後述する支持ピン２７０ａが挿入される。

さらに、図７及び図８に示すように、補助電極板２６０は、通孔２６０ａに隣接する１箇所（１位置）に、内部コイル電極２２０に接続される第４導電ピン２７０ｃ用のピン挿入孔２６０ｄが設けられる。従って、図８を参照すると、補助電極板２６０の内周面を介して流れる電流は、第１スリット２６０ｂ−１、第２スリット２６０ｂ−２、第３スリット２６０ｂ−３、第４スリット２６０ｂ−４のうち隣接する前記スリットにより区画される４つの部分の中で、矢印方向に沿って、第３導電ピン２７０ｂが挿入される第１ピン挿入孔２６０ｃ−１、及び第４導電ピン２７０ｃが挿入されるピン挿入孔２６０ｄ側に流れることによって、それぞれ電流ループを形成する。この電流ループにおいては、電流が第３導電ピン２７０ｂと接続されている外部コイル電極２３０に流れる電流、及び第４導電ピン２７０ｃと接続されている内部コイル電極２２０に流れる電流と同じ方向に流れることによって、内部コイル電極２２０及び外部コイル電極２３０により形成される磁束と同じ方向の磁束を形成する。この軸方向の磁束は、真空遮断器において、電極間を分離して電気回路を遮断する開路動作時、アークを誘導して（引き寄せて）水平方向に拡散させることで迅速に消滅させる作用効果を発揮する。

図７を参照すると、３つの支持ピン２７０ａが補助電極板２６０と外部コイル電極２３０間に設けられているが、支持ピン２７０ａは、これに限定されるものではなく、接触電極板２１０と外部コイル電極２３０間、接触電極板２１０と内部コイル電極２２０間に設けてもよい。支持ピン２７０ａは、前記導電ピンと類似した形状を有し、前記内部コイル電極及び外部コイル電極、並びに前記導電ピンに比べて相対的に電気抵抗が大きい材質で形成されて、電流の通電経路を提供する機能は果たせず、電極の機械的強度を補強する機能を果たす。支持ピン２７０ａは、例えばステンレス鋼で形成することが好ましい。

図７に示す第３導電ピン２７０ｂは、電気的導体で構成され、補助電極板２６０と外部コイル電極２３０間に接続され、補助電極板２６０と外部コイル電極２３０間の通電経路を提供し、図７に示す第４導電ピン２７０ｃは、電気的導体で構成され、補助電極板２６０と内部コイル電極２２０間に接続され、補助電極板２６０と内部コイル電極２２０間の通電経路を提供する。

図７及び図８を参照すると、外部コイル電極２３０に流れる電流の方向と、内部コイル電極２２０に流れる電流の方向が逆になるように、第４導電ピン２７０ｃは、第３導電ピン２７０ｂから時計方向又は反時計方向のいずれか一方向に１８０°より大きく２７０°より小さい角度で回転した位置（図７及び図８では反時計方向に約２１０°回転した位置）に位置する。

また、第３導電ピン２７０ｂは、外部コイル電極２３０の接続位置に対応して電極２００の中心部から半径方向外側位置（電極２００の中心部から遠い位置）に位置する。第４導電ピン２７０ｃは、内部コイル電極２２０の接続位置に対応して電極２００の中心部から半径方向内側位置（電極２００の中心部に近い位置）に位置する。

一方、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極における補助電極板の変形例である補助電極板２６０’の構成及び作用効果について図９を参照して説明する。
補助電極板２６０’は、前述した内部コイル電極及び外部コイル電極を補助する手段であって、軸方向の磁束を形成するとともに渦電流の発生を抑制するように、半径方向に対して斜めに鋭角に形成される複数のスリット部２６０’ｂを含む。ここで、スリット部２６０’ｂの半径方向に対する傾斜角度は、３０°〜６０°であることが好ましい。このように、スリット部２６０’ｂが半径方向に対して斜めに形成されており、円弧状の電流移動経路Ｃを形成して軸方向の磁界を形成することによって、アーク発生時、アークを誘導して分散させることで迅速に消弧する作用効果が得られるだけでなく、渦電流の発生をさらに抑制する作用効果も得られる。

以下、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極の構成及び作用について図５を参照して説明する。
図５に示すように、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、外部コイル電極と内部コイル電極がそれぞれ２つのコイル電極で構成されるという点で、前述した本発明の一実施形態による真空遮断器の電極と異なり、その他の構成と作用効果は同様である。よって、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極については、上記一実施形態と異なる点のみを説明する。

図５に示すように、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、２つの電気的導体で形成される内部コイル電極、すなわち第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂと、２つの電気的導体で形成される外部コイル電極、すなわち第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂとを含む。

開ループ状の２つの電気的導体で形成される内部コイル電極、すなわち第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂを介して、第１回転方向に電流が流れる。図示していない接触電極板（図１及び図６の符号２１０参照）から第１導電ピン２４０ａ、２４０ｂを介して第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに電流が流れる場合、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂを流れる電流の方向は、図５に示すように時計方向である。一方、図示していない補助電極板（図７〜図９の符号２６０又は２６０’参照）から第４導電ピン２７０ｃ−１、２７０ｃ−２を介して第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに電流が流れる場合、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂを流れる電流の方向は、図５において反時計方向である。

開ループ状の２つの電気的導体で形成される外部コイル電極、すなわち第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂは、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂの半径方向外側に第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂと同心に配置される。

第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流は、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流と並列であり、前記第１回転方向の逆方向である第２回転方向に流れる。これは、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の開始点となる第１導電ピン２４０ａ、２４０ｂが、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流の開始点となる第２導電ピン２５０ａ、２５０ｂからそれぞれ図５において時計方向に１８０°より大きく２７０°より小さい約２１０°回転した位置に位置するからである。また、これは、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の開始点となる第４導電ピン２７０ｃ−１、２７０ｃ−２が、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流の開始点となる第３導電ピン２７０ｂ−１、２７０ｂ−２からそれぞれ図５において時計方向に１８０°より大きく２７０°より小さい約２１０°回転した位置に位置するからである。

図示していない接触電極板（図１及び図６の符号２１０参照）から第２導電ピン２５０ａ、２５０ｂを介して第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに電流が流れる場合、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂを流れる電流の方向は、図５に示すように反時計方向である。一方、図示していない補助電極板（図７〜図９の符号２６０又は２６０’参照）から第３導電ピン２７０ｂ−１、２７０ｂ−２を介して第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに電流が流れる場合、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂを流れる電流の方向は、図５において時計方向である。

第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂの電流が流れる通路の幅は、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂの電流が流れる通路の幅より狭く形成されることが好ましい。このような構成の目的は、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂの電気抵抗を第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂの電気抵抗より大きくして、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂを流れる電流量が、これとは並列に第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂを流れる電流量より多くなるようにするためである。従って、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂの周囲に発生する軸方向の磁束が第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂの周囲に発生する軸方向の磁束より大きくなることによって、アークは第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂ側に強力に誘導される。

前述のように、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、上記構成の他に、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極と同様に、接点部を提供する接触電極板（図１の符号２１０参照）を含む。また、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、電気的導電材で形成され、内部コイル電極２２０ａ、２２０ｂ及び外部コイル電極２３０ａ、２３０ｂの下部に設置され、軸方向の磁束を形成するとともに渦電流の発生を抑制するように、半径方向又は半径方向に対して斜めに形成される複数のスリットを有する補助電極板（図７〜図９の符号２６０又は２６０’参照）をさらに含んでもよい。また、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、外部コイル電極２３０ａ、２３０ｂと前記補助電極板を電気的に接続するために、外部コイル電極２３０ａ、２３０ｂと前記補助電極板との間に設けられる複数の第３導電ピン２７０ｂ−１、２７０ｂ−２、及び内部コイル電極２２０ａ、２２０ｂと前記補助電極板を電気的に接続するために、内部コイル電極２２０ａ、２２０ｂと前記補助電極板との間に設けられる複数の第４導電ピン２７０ｃ−１、２７０ｃ−２をさらに含んでもよい。

以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態による真空遮断器の電極の動作と作用効果を説明する。
図１に示す真空遮断器の電極２００において、例えば可動電極の接触電極板２１０から主軸３００側に電流が流れる場合、接触電極板２１０と対称的構造を有する固定電極の相対的接触電極板（図示せず）が接触すると、接触電極板２１０に流れる電流は、接触電極板２１０と内部コイル電極２２０との間に接続された第１導電ピン２４０を介して内部コイル電極２２０に流れるとともに、並列に、接触電極板２１０と外部コイル電極２３０との間に接続された第２導電ピン２５０を介して外部コイル電極２３０に流れる。

第１導電ピン２４０は、第２導電ピン２５０から時計方向又は反時計方向のいずれか一方向に１８０°より大きく２７０°より小さい角度で回転した位置（図１及び図２では反時計方向に約２１０°回転した位置）に位置する。従って、外部コイル電極２３０に流れる電流の方向と、内部コイル電極２２０に流れる電流の方向が逆になる。
図１に示す真空遮断器の電極２００において、例えば固定電極の主軸３００から接触電極板２１０側に電流が流れる場合、電流は、電源側（図示せず）から主軸３００と補助電極板２６０を介して、図７に示す第３導電ピン２７０ｂと第４導電ピン２７０ｃをそれぞれ経由して、内部コイル電極２２０に流れるとともに、並列に外部コイル電極２３０に流れる。

第４導電ピン２７０ｃは、第３導電ピン２７０ｂから時計方向又は反時計方向のいずれか一方向に１８０°より大きく２７０°より小さい角度で回転した位置（図８では反時計方向に約２１０°回転した位置）に位置する。従って、外部コイル電極２３０に流れる電流の方向と、内部コイル電極２２０に流れる電流の方向が逆になる。

図３を参照すると、内部コイル電極２２０を流れる電流の方向が左側から入って右側から出る方向であり、外部コイル電極２３０を流れる電流の方向が右側から入って左側から出る方向であって、互いに逆の場合、図３において２点鎖線で示す電極中心から発生する内部コイル電極２２０による磁束は上方から下方に発生し、これに対して、電極中心から発生する外部コイル電極２３０による磁束は下方から上方に発生することによって、内部コイル電極２２０による磁束と外部コイル電極２３０による磁束が相殺されて消滅する。
一方、内部コイル電極２２０と外部コイル電極２３０間の空間には、外部コイル電極２３０により下方から上方に磁束が発生し、かつ内部コイル電極２２０により下方から上方に磁束が発生するので、磁束が付加されて図３の矢印のように下方から上方に強力な磁束が発生する。このように、電極の半径方向外側位置に強力な軸方向の磁束が発生する。
つまり、本発明による真空遮断器の電極における電極中心位置から半径方向外側に遠ざかる位置による軸方向の磁束密度の変化を実験により示す関係グラフである図４を参照すると、本発明による真空遮断器の電極においては、アークの誘導に有効な程度の磁束密度が電極中心より電極中心から半径方向外側位置のほうが高くなる特性を示すことが分かる。

よって、本発明の一実施形態による真空遮断器の電極は、電極の半径方向外側位置に強力な軸方向の磁束が発生して、可動電極と固定電極の分離時に発生するアークを誘導するので、アークを分散させることができ、アークの電極中心部への集中による消弧時間の遅延、性能の低下、及び接触部の損傷など、従来技術の問題を解消することができる。

一方、図５に示す本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極も、前述した本発明の一実施形態による真空遮断器の電極と同様に動作する。
すなわち、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流は、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の方向（第１回転方向）と逆である第２回転方向に流れる。これは、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の開始点となる第１導電ピン２４０ａ、２４０ｂが、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流の開始点となる第２導電ピン２５０ａ、２５０ｂからそれぞれ図５において時計方向に１８０°より大きく２７０°より小さい約２１０°回転した位置に位置するからである。また、これは、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の開始点となる第４導電ピン２７０ｃ−１、２７０ｃ−２が、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに流れる電流の開始点となる第３導電ピン２７０ｂ−１、２７０ｂ−２からそれぞれ図５において時計方向に１８０°より大きく２７０°より小さい約２１０°回転した位置に位置するからである。

図示していない接触電極板（図１及び図６の符号２１０参照）から第２導電ピン２５０ａ、２５０ｂを介して第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに電流が流れる場合、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂを流れる電流の方向は、図５に示すように反時計方向である。このとき、前記接触電極板から第１導電ピン２４０ａ、２４０ｂを介して第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の方向は、時計方向である。

一方、図示していない補助電極板（図７〜図９の符号２６０又は２６０’参照）から第３導電ピン２７０ｂ−１、２７０ｂ−２を介して第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂに電流が流れる場合、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂを流れる電流の方向は、図５において時計方向である。このとき、前記補助電極板から第４導電ピン２７０ｃ−１、２７０ｃ−２を介して第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂに流れる電流の方向は、反時計方向である。
従って、図５に示す本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極も、電極中心部で第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂによる磁束と、第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂによる磁束が相殺されて消滅する。一方、第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂと第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂ間の空間では、同一方向に磁束が発生するので、磁束が付加されて強力な磁束が発生する。このように、電極の半径方向外側位置に強力な軸方向の磁束が発生する。

よって、本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極は、電極の半径方向外側位置に強力な軸方向の磁束が発生して、可動電極と固定電極の分離時に発生するアークを誘導するので、アークを分散させることができ、アークの電極中心部への集中による消弧時間の遅延、性能の低下、及び接触部の損傷など、従来技術の問題を解消することができる。

図５に示す本発明の他の実施形態による真空遮断器の電極においては、内部コイル電極を１対のコイル導体部、すなわち第１内部コイル電極２２０ａ及び第２内部コイル電極２２０ｂで構成し、外部コイル電極を１対のコイル導体部、すなわち第１外部コイル電極２３０ａ及び第２外部コイル電極２３０ｂで構成することにより、電流が４つのコイル導体部に分かれて流れる。従って、１つのコイル導体部に流れる電流が小さくなり、特に、固定電極の接点部と可動電極の接点部との間隔が狭い真空遮断器において、アークを効果的かつ迅速に消弧し、接点部の損傷を最小限に抑え、真空遮断器の遮断容量を増大させるという効果が得られる。

２００ 電極
２１０ 接触電極板
２２０ 内部コイル電極
２２０ａ 第１内部コイル電極
２２０ｂ 第２内部コイル電極
２３０ 外部コイル電極
２３０ａ 第１外部コイル電極
２３０ｂ 第２外部コイル電極
２４０、２４０ａ、２４０ｂ 第１導電ピン
２５０、２５０ａ、２５０ｂ 第２導電ピン
２６０、２６０’ 補助電極板
２７０ａ 支持ピン
２７０ｂ、２７０ｂ−１、２７０ｂ−２ 第３導電ピン
２７０ｃ、２７０ｃ−１、２７０ｃ−２ 第４導電ピン
２６０ｂ−１ 第１スリット
２６０ｂ−２ 第２スリット
２６０ｂ−３ 第３スリット
２６０ｂ−４ 第４スリット
２６０’ｂ スリット部

Claims (7)

1. 真空遮断器の電極において、
   接点部を提供する接触電極板と、
   開ループ状の２つの電気的導体で形成され、第１回転方向に電流が流れる内部コイル電極と、
   前記内部コイル電極の半径方向外側に前記内部コイル電極と同心に配置される開ループ状の２つの電気的導体で形成され、前記内部コイル電極に流れる電流と並列に、前記第１回転方向の逆方向である第２回転方向に電流が流れる外部コイル電極と、
   導電材で形成され、前記接触電極板と前記内部コイル電極を接続して電流の通電路を提供する第１導電ピンと、
   導電材で形成され、前記接触電極板と前記外部コイル電極を接続して電流の通電路を提供する第２導電ピンと
   を含み、
   前記内部コイル電極の電気抵抗が、前記外部コイル電極の電気抵抗より大きいことを特徴とする真空遮断器の電極。
2. 前記内部コイル電極の電流が流れる通路の幅が、前記外部コイル電極の電流が流れる通路の幅より狭いことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器の電極。
3. 電気的導電材で形成され、前記内部コイル電極及び前記外部コイル電極の下部に設けられ、軸方向の磁束を形成するとともに渦電流の発生を抑制するように、半径方向に形成される複数のスリットを有する補助電極板と、
   前記外部コイル電極と前記補助電極板を電気的に接続するために、前記外部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる第３導電ピンと、
   前記内部コイル電極と前記補助電極板を電気的に接続するために、前記内部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる第４導電ピンと
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器の電極。
4. 前記外部コイル電極及び前記内部コイル電極を支持するように、前記外部コイル電極と前記補助電極板との間、及び前記内部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる複数の支持ピンをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の真空遮断器の電極。
5. 電気的導電材で形成され、前記内部コイル電極及び前記外部コイル電極の下部に設けられ、軸方向の磁束を形成するとともに渦電流の発生を抑制するように、半径方向に対して斜めに傾斜して形成される複数のスリットを有する補助電極板と、
   前記外部コイル電極と前記補助電極板を電気的に接続するために、前記外部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる第３導電ピンと、
   前記内部コイル電極と前記補助電極板を電気的に接続するために、前記内部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる第４導電ピンと
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の真空遮断器の電極。
6. 前記外部コイル電極及び前記内部コイル電極を支持するように、前記外部コイル電極と前記補助電極板との間、及び前記内部コイル電極と前記補助電極板との間に設けられる複数の支持ピンをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の真空遮断器の電極。
7. 前記スリットの半径方向に対する傾斜角度は３０°〜６０°であることを特徴とする請求項５に記載の真空遮断器の電極。

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