JPH02201829A - 真空インタラプタ用磁気駆動型電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人、　産業上の利用分野 本発明は、アークを磁気回転駆動してしゃ断する真空イ
ンタラプタ用磁気駆動型電極に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、磁気駆動型の真空インタラプタ用電橿におい
て、接触面の外径をリード棒の径とほぼ等しいものとし
て、接触面とり一ド棒との間に形成される電流路におけ
る電流成分のうち、接触面に直交する方向の電流成分を
接触面に平行なものより大きくし、かつアーク部のスパ
イラル溝を接触部側にまで延ばし、もって、しゃ断時の
アークの集中化を防止すると共に、金属蒸気によるアー
クの自己拡散力によってアークを接触部からアーク部へ
移動し１、アーク部においてアークを回転移動させてし
ゃ断するようにしたものである。

Ｃ３従来の技術 一般に、真空インタラプタは、第１０図に示すように、
真空容器１内に、固定電極２を有する固定リード棒３と
可動電極４を有し上下動可能な可動リード棒５とを内装
して構成される。図中、６は可動リード棒５を可動とし
ているベローズ、７は真空容器１内周をおおっているシ
ールドである。

このような真空インタラプタの電極２，４には、大電流
しゃ断簡力特性、低さい断電流値特性、高耐電圧値特性
など種々の電気的特性が要求される。

しかしながら、これらの緒特性は相反する性質のもので
あるので、すべてを同時に達成することは難しい。した
がって、従来よ抄、真空インタラプタの用途に応じてい
ずれかの特性を重視して電極材料を選択したり、特殊な
電極構造を採用したりしている。

このような状況のもと、同じ電極径でより電流しゃ断性
能を向上させるための代表例として、磁気駆動型の１極
が知られている。

磁気駆動型のＴ１極の一例を第７図、第８図に示す。図
に示すように、この電極８は、複数のスパイラル溝９を
備えたアーク部１０の一方の面側中央部に接触部１１を
設け、アーク部１０の他方の面側にリード棒１２を接続
する構造となっており、磁気駆動力によりアークを外周
方向に駆動し、電極の極部的な加熱を防止することによ
って、しゃ断限界の増大を図るものである。

しかして、この電極８は、アークを回転させることを目
ざしたものであるから、発生したアークが停滞すること
なく、電流ゼロ点をむかえるまで動いているように種々
の試みがなされている。

つまり、アーク１３は、第７図中の■で発生した後、ア
ークペダル１．　Ｏａ上を■、■。

■のように移動する。この際に、アーク１３は、次々に
発生するアークを集めてアーク柱１３′となって回転す
ることになる。

アーク１３の駆動力となるのは、第８図における、電極
８の半径方向に生じる電流１ｈの成分に基因する電極部
に生じろコ宇状の電流路による磁気力Ｆである。

したがって、従来は、 ■　磁気力Ｆが大きく生じるように、 ａ：　リード棒１２の直径に比較して接触部１１の内径
を大きくする、 ｂ：　リード棒１２の上部に高抵抗材料（ＳＵＳ鋼）か
らなるいわゆるブローアウトリング１４を設けろ、 Ｃ：スパイラル溝９の内端部を第７図中９ａで示す如く
接触部１１の下まで伸ばしてアークペダル１０ａを長（
する、 といった手段をとっており、また、 ■　アークの回転移動のために、 ａ；アークペダル１０ａの先端を第７図中１０ｂで示す
ように長くして、アークが隣接ペダルに移動しやすくす
る、 ｂ：周辺のアークシールドとの間隙寸法を考慮する、 といった手段をとっている。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 上記のような手段をとる従来の電極におけろ思想は、発
生したアーク１３にすばやくいわゆるコ字力による磁９
Ｆ％駆動力を作用させるようにしたものである。したが
って、アーク１３の動きは、前述したように一点で発生
したアーク１３が成長し、次々に発生したアークを集め
て大きなアーク柱１３′となって回転する如くなる。

しかし、アークが回転するといっても、アークには電極
外周方向に向かう磁気駆動力が作用していることから、
アークの回転移動は電極表面の一部のみで終了してしま
い、電極全表面が有効に利用されない。

したがって、電極径に見合ったしゃ断性能が１”Ｊられ
ず、また、前述のように、■スパイラル溝９を長（する
、■アークペダル１０を長くする、■ブローアウトリン
グ１４を設ける等の手段をとっても性能の向上には限界
があり、特に■、■の手段では、耐久性が低下するとい
う別の問題が発生してしまう。

第９図には従来の電極における電極径と電流しゃ断性能
との関係を示しである。図には、併せて縦磁界印加型の
電極についても示しである。図かられかるように、磁気
駆動型の電極では、電極径がある寸法以上になると、し
ゃ断性能の向上は望めない。

また、特に、しゃ断電流が５０ｋＡ以上になると、アー
クエネルギが大きくなるため、磁気駆動力のみではアー
クの局所的集中が防止できず、電極径が１１０〜１２０
　＋＋ＩＩａ以上ではほとんどしゃ断性能は上がらない
。

さらに、定格電圧が１２ｋＶ程度の真空インタラプタに
おいては、外部配線との距離（第１０図中に「！」で示
す）は２５０〜３５０ｍ＋ａ程度であり、電磁力の値は
約２０Ｇａｕｓｓ／　ｋ　Ａ　−ｍ　（磁束密度／電流
・アーク長）磁気駆動力Ｆは１０　ｇ　ｆ　／　ｋ　Ａ
　−ａｍ程度であるため、特にアークがアークペダル１
０ａの外周付近（第７図に示した■の位置）に位置する
場合には、円周方向へアークが移動しにくくなり、しゃ
断性能が低下する。

上記のように、外方向の磁気駆動力によるしゃ断性能の
向上には限界があったので、本件発明者らは原点に帰り
、しゃ断時に発生する金属蒸気の自己拡散力にて発生し
たアークを接触部からアーク部に移動させろことができ
ないか試みた。

すなわち、外方向の磁気駆動力が極力小さくなるように
電極を構成してみたのである。

具体的には、リード棒の外径と接触面の外径とをほぼ等
しいものとして、リード棒と接触面との間の電流路が、
接触面に直交するもの（第１１図中ので示す）が大半と
なるようにして、接触面と平行となる方向の成分（第１
１図中Ｏで示す）が極力少なくなるように配慮したので
ある。

この電極を用いて真空インタラプタを組み立てて、その
しゃ断性能を試験したところ、電流しゃ断性能が１０〜
３０％向上する結果が得られた。しかも、試験後のもの
を分解して電極表面を観察したところ、局部的なエロー
ジョンはなく、電極表面はぼ全体にアークの痕跡が見ら
れた（従来のものでは、局部的なエロージョンであった
）。これから、電極表面全体が有効利用されていること
が判った。

また、真空インタラプタのシールド内壁面のよごれ、パ
リの発生も少なかった。これは、しゃ断後の耐圧低下防
止が図れ、その結果、大電流しゃ断回数の増加が期待で
きることをボしている。

したがって、発生したアークを従来の如く強制的に外方
向向きの磁気力によって駆動させるのではなく、自然発
生の自己拡散力によってアークを接触部からアーク部に
移動させろことにより、良好な結果が得られろことが判
った。

一方、アークを自己拡散力により接触部からアーク部全
域へ円滑に移動させるためには、接触部において発生し
たアークが集中化しないことが必要である。

しかしながら、多点で発生したアークは第７図中に矢印
Ｂで示す回り込み電流によって集中化し、アークが太く
なって、自己拡散力による有効な拡散がなし得す、接触
部、アーク部のエロージョンも局部的で太き（なってし
まう。

Ｅ　課題を解決するための手段 上記知見に基づき、本発明では、 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
面の中央部にリード棒を接続してなる真空インタラプタ
用磁気駆動型電極において、 少なくとも通電時において前記接触面と前記リード棒と
の間に形成される電流路における電流成分を、接触面に
直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する方向の成
分をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように前記接触
部、アーク部、リード棒を接続構成する一方、 前記スパイラル溝の内端部を前記接触部にまで延ばした
のである。

なお、前記接触部はクロム、鋼を主成分とした材料から
なり、例えばＣｕ　−Ｃｒ　−Ｍ　ｏの複合金属が採用
される。

また、前記アーク部は磁性材料と銅を主成分とした材料
からなり、Ｆｅ−Ｃｒや磁性ステンレス網−Ｃｕｃｒ）
複合金属が採用される。

さらに、前記スパイラル溝の内端部を接触部にまで延ば
す構造としては、前記スパイラル溝の内端部につなげ、
かつ接触部表面に開口させて溝を形成するもの、接触部
表面には開口せずに、接触部の背面部に延ばしたものな
どが該当する。

Ｆ　　作　　　　　用 上記真空インタラプタ用電極では、電流のしゃ断時、接
触部の溝が抵抗となって回り込み電流が抑えられること
から、アーク集中を起こすことなく分散発生し、各アー
クは、発生した金属蒸気の自己拡散力によって接触部か
らアーク部へと移動し、アーク部において全体回転し、
電極面を有効に利用してしゃ断が行なわれる。

Ｇ実施例 第１図には本発明の一実施例に係る真空インタラプタ用
電極の平面が示してあり、第２図にはそのｌｌ−ｌ１１
１１Ｋに沿う断面が示しである。

アーク部２１は円盤リング状をなし、その中央部内周面
付近から外周面にかけて多数のスパイラル溝２２が形成
しである。

アーク部２１表面側の内周部には凹部２３が形成してあ
り、この凹部２３にリング状の接触部２４が嵌め込まれ
、アーク部２１とろう付は接合されている。接触部２４
の内径とアーク部２１の内径はほぼ等しいものとしであ
る。この接触部２４には、アーク部２１の各スパイラル
溝２２の内端部につなげて多数の延長ｉ１＄２５が形成
されている。実際には、アーク部２１と接触部２４とを
一体にした後、ＮＧ切削加工等により、スパイラル溝２
２゜延長溝２５は一気に形成される。

アーク部２１の裏面側中央部にはリード棒２６がろう付
は接合される。リード棒２６の外径と接触部２４の外径
はほぼ等しいものとしである。

上記の如く、アーク部２１．接触部２４゜リード棒２６
を接続構成することにより、接触部２４の接触面２４ａ
（接触部２４の表面）とり−ド棒２６との間に形成され
ろ電流路における接触面２４ａに直交する方向（第１１
図中ので示す方向）の電流量を接触面２４ａに平行な方
向（第１１図中Ｏで示す方向）の電流量より大きくする
ことができる。しかも、接触部２４に延長ＷＩＩ２５を
形成し、接触部２４が狭いエリアθで周方向に接続され
ている如くしであるので、言い換えれば、延長溝２５を
設けて、周方向の電流路が小となるようにしであるので
、接触部２４におけろ周方向の抵抗が大となってアーク
の集中化が阻止できるのである。

なお、前記延長溝２５としては、第３図。

第４図に示すように、接触面２４ａには開口させずに、
接触部２４の背面部に延ばしたものでもよい。要は、接
触部２４の円周方向に、電流の流れの抵抗となる部分を
スパイラル溝２２につなげて作ればよいのである。

また、上記電極では、アーク部２１の裏面に、ステンレ
ス、インコネル等製のｍ＋ｊ２板２７を設けである。

本実施例において、接触部２４は外径４０ｍｍ、内径２
０ｍｍで、Ｍ　ｏ　−Ｃｒの多孔質焼結体ににｕを溶浸
して形成される。

アーク部２１は外径８０ｍｍ、スパイラル溝の数（ｒア
ークペダル３（）ａの数）は１２、スパイラル溝２９の
幅Ｉｆ　４　ｍｍ　”’Ｑ　、　Ｆ　ｐ　、　Ｃｒの多
孔質焼結体にＣｕ８溶浸したＣｕ（５０％）−Ｆｅ（４
２％）−Ｃｒ（８％）の成分からなる材料にて形成され
る。

上記構成の電極を第５図に示すように、固定１漁２８、
可動電極２９として真空インタラプタを構成し、電極径
を変えて電流しゃ断性能について試験した結果を第６図
に示す。

なお、第５図において、真空インタラプタの構成部材は
第１０図に示したものと同じであり、同一部材は同一符
号で示しである。また、試験の条件は、電圧１２　ｋ　
Ｖ　、電極間ギャップ１２＋ｍｎである。

電極２８，２９の接触部２４に延長ＷＩｉ２５を形成し
て、接触部２４の周方向に沿う抵抗を増しであるので、
電流しゃ断時に多点で発生するアークの回り込み集中化
は防止されろ。

したがって、アークは多点で発生して分散化されるので
ある。つまり、発生したアークが、従前の如く太くなる
のは防止されるのである。

そして、分散発生したアークは、金属蒸気の自己分散力
によって放射方向に広がって、接触部２４からアーク部
２１へ移動し、アーク部２１のスパイラル４２２によっ
て回転移動して消弧する。第１図においては、アークの
移動を一点についてのみ矢印Ａで説明的に示しである。

試験の結果、本発明の電極を用いた真空インタラプタに
おけるしゃ断性能（第６図中０−０で示す）（よ従来品
のもの（第６図中Ｘ−Ｘで示す）より缶径において１０
〜３０％良好であり、しかも１２０間の大径のものにお
いても、極めて良好な結果が得られた。

Ｈ発明の効果 本発明に係る真空インタラプタ用磁気駆動型電極は、少
な（とも通電時において接触部の接触面とリード棒との
間に形成される電流路における電流成分を、接触面に直
交する方向の成分をＸｖ、接触面に平行する方向の成分
をｉｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように接触部、ア
ーク部、リード棒を接続構成ずろ一方、前記スパイラル
溝の内端部を前記接触部にまで延ばして、電流しゃ断時
、アークが分散発生し、それが、金、＠蒸気の自己拡散
力によってアーク部全域へ移動し、アーク部において全
体回転して消弧するようにしたので、しゃ断性能が向上
し、電極面を有効に利用できることから電極径の小型化
、ひいては真空インタラプタの小型化が達成できる。ま
た、分散アークであるから接触部のエロージョンは少な
く、シかも発生冬アークを自己拡散によってアーク部全
面に移動させるので、アーク部のエロージヨンも少とな
る。さらに、真空インタラプタのシールドのよごれ及び
パリの発生が抑えられろことから、耐電圧の向上、大電
流しゃ断回数の増大が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る真空インタラプタ用電
極の平面図、第２図はそのＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視方向
の断面図、第３図、第４図は他の実施例に係る電極の平
面図とその］Ｖ−ＩＶ線にに沿う矢視方向の断面図、第
５図は実施例に係る電極を備えた真空インタラプタの縦
断面図、第６図は電極径としゃ断性能との関係を示すグ
ラフ、第７図は従来の磁気駆動型電極の平面図、第８図
はその■−■矢視断面図、第９図は従来の電極の電極径
としゃ断性能との関係を示すグラフ、第１０図は真空イ
ンタラプタの概略図、第１１図は電流路の説明図である
。 図　　面　　中、 ２１はアーク部、 ２２はスパイラル溝、 ２４は接触部、 ２４ａは接触面、 ２５は延長溝、 ２６はり−ド棒である。 第１図 一実施例１；係る電極の平ｆ図 ２５延長溝 第２図 第１図のＩＩ−ＩＩ線１；沿う断面図 第３図 他の実施例１：係る電極の平面図 第４図 第３図のｙ−ｙ”ａｔ＝沿う断面図 ＯＯｏ　０ＯＯ （Ｄ　　ｋ　　（ＯＩｏ　　　２　　ｑ−）８％ぜ居（ 混 第９図 電極径と電流しゃ折性能との関係 第１Ｏ図 真空インタラプタの概略構成図 第１１図 電流路の説明図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のスパイラル溝を有するアーク部の一方の面の中央
   部にリング状の接触面を具備する接触部を設け、他方の
   面の中央部にリード棒を接続してなる真空インタラプタ
   用磁気駆動型電極において、 少なくとも通電時において前記接触面と前記リード棒と
   の間に形成される電流路における電流成分を、接触面に
   直交する方向の成分をＩｖ、接触面に平行する方向の成
   分量をＩｈとしたとき、Ｉｖ＞Ｉｈとなるように前記接
   触部、アーク部、リード棒を接続構成する一方、 前記スパイラル溝の内端部を前記接触部にまで延ばして
   あることを特徴とする真空インタラプタ用磁気駆動型電
   極。