JPH02201838A - 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。

Ｂ９９発明概要 本発明は、真空インタラプタ用磁気駆動型電極において
、接触面の外径をリード棒の直径以下とすると共に、ア
ーク部を磁性材料を含む材料で形成して、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、もってしゃ断時の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、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。

Ｃ従来の技術 一般に、真空インタラプタは、第８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ば真空容器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
しゃ断面力特性、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、従来より、真空インタラプタの用途に応じてし
）ずれかの特性を重視して電極材料を選択しなり、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、磁気駆動型の電極
が知られている。

磁気駆動型の電極の一例を第５図、第６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５図中の■で発生した後、ア
ークペダル１０ａ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６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
に生じるコ字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錆）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５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を長く
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５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ｙ、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気
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得られず、
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１
４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７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
電極についでも示しである。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
　ｍｍ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８図中にｒＮ」で示す
）は２５０〜３５０關程度であり、電磁力の値は約２０
　Ｇａｕｓｓ／　ｋ　Ａ−ｍｍ　（磁束密度／電流・ア
ーク長）、磁気駆動力Ｆは１０　ｇ　ｆ　／　ｋ　Ａ−
ｍｍ程度であるため、特にアークがアークペダル１０ａ
の外周付近（第５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ることができ
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、接触面の外径をリード棒の直径以下のもの
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９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９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、局部的なエロージヨンであっ
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
きることを示している。

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。

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、 前記接触面の外径を前記リード棒の直径以下として、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と共に、アーク部
を磁性材料を含む材料で形成したのである。

前記アーク部ζよ磁性材料と銅を主成分とした材料から
なり、Ｆｅ−Ｃｒや磁性ステンレス鋼−Ｃｕの複合金属
が採用されろ。

なお、前記接触部はクロム、銅を主成分とした材料から
なり、例又はＣｕ−Ｃｒ−Ｍｏの複合金属が採用される
。

Ｆ　　作　　　　用 上記真空インタラプタ用磁気駆動型電極では、電流のし
ゃ断時、アーク集中を起こすこ・となく、発生した金属
蒸気の自己拡散力によって発生各アークは接触部からア
ーク部へと移動する。しかも、アーク部が磁性材料を含
有していることから、各アークペダルにおけるペダル表
面部の磁束密度が上がる。このため、各アーク柱の特に
足の部分に作用する回転駆動力が抑制され、結果として
外方への移動力Ｆ、　（第１図参照）は弱められ、アー
クは円周方向（こ沿うＦ２の方向（第１図参照）に移動
することになる。よって、電流しゃ断性能が向上する。

実施例 第１図、第２図には本発明の一実施例に係ろ真空インタ
ラプタ用磁気駆動型電極の平面とそのＩＩ−Ｉｆ矢視断
面を示しである。

当該電極のアーク部３０は複数のスパイラル溝２９を有
し、複数のアークペダル３０ａに分割されている。アー
ク部３０の表面側の中央部にはリング状の接触部３１を
ろう付けにより結合する。この電極においては、アーク
部３０のスパイラル溝２９は接触部３１にまで及んでい
ろ。

アーク部３０の裏面側の中央部にはリード棒３２をろう
付けにより接合する。前記接触部３１の外径りはこのリ
ード棒３２の直径ｄ以下のものとされる。こうすること
によって、少なくとも通電時においては、接触面３１ａ
（接触部３１の表面）に直交する方向の電流路が大きく
確保されるのである。ちなみに、接触面３１ａの外径り
を、リード棒３２の直径ｄより大きくすると、大きくな
るにつれて、接触面３１ａに平行な方向の電流路Ｏ成分
が大きくな秒、電流ｒｈが増大してしまう。

なお、本電極では、アーク部３０の裏面に、ステンレス
、インコネル再製の補強板３５を設けである。

本実施例において、アーク部３０は外径８０ｍｍ、スパ
イラル溝の！（＝アークペダル３゜ａの数）は１２、ス
パイラル溝２９の幅は４ｍｍで、磁性材料であろＦｅ、
Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕを溶浸したＣｕ（５０％）−
Ｆｅ（４２％）−Ｃｒ（８％）の成分からなる材料にて
形成される。磁性材料としては、ほかにフェライト系ス
テンレス鋼（例えば、５ＵＳ４１０）マルテンサイト系
ステンレス鋼（例文ば、５ＵＳ４３０）などが使われろ
。

なお、接触部３１は外径４０閤、内径２０ｍｍで、Ｍｏ
　　Ｃｒの多孔質焼結体にＣｕを溶浸して形成されろ。

上記構成の電極を第３図に示すように、固定電極３３、
可動電極３４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４図
に示す。

第３図において、真空インタラプタの構成部材は第８図
に示したものと同じであり、同一部材１よ同一符号で示
しである。なお、試験の条件は、電圧１２　ｋＶ、電極
間ギャップ１２間である。

通電時及び開極直後（アークが接触面上に存在する間）
においては、リード棒１２と接触面３１ａとの間の電流
路が、接触面３１ａに直交するもの（第２図、第９図中
ので示す）が大半（Ｉ　ｖ＞　Ｉ　ｈ）となるので、し
ゃ断時に生ずる金属蒸気の自己拡散力によって、アーク
は放射方向に広がって、接触部からアーク部へ移動する
。アークは分散状態で接触部３１からのアーク部３０へ
移動するので、個々のアーク柱のエネルギは小である。

しかも、アーク部３０は磁性材料を含有していることか
ら、各アークペダル３０ａにおけるペダル表面部の磁束
密度が上がる。このために各アーク柱の特に足の部分に
作用する回転駆動力が抑制され、結果として、第１図に
示すペダル欠方への移動力Ｆ、は弱められ、アークはＦ
２の方向に移動することになる。よって、電流しゃ断性
能が向上する。

試験の結果、本発明の電極を用いた真空インタラプタｆ
こおけるしゃ断性能（第４図中ｏ　−ｏで示す）は従来
品のもの（第４図中×−×。

△−Δで示す）より谷径において１０〜３０％良好であ
り、しかも１２０聴の大径のものにおいても、極めて良
好な結果が得られた。なお、第４図中、ｒｘ−ｘ」で示
す従来品は、アーク部を、Ｃｕ　−Ｃｒの複合金属とし
たものであり、「Δ−Δ」で示すものは、Ｃｕ−非磁性
ステンレス鋼の複合金属としたものである。

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、接
触部の接触面外径をリード棒の直径以下とし、少なくと
も通電時において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
棒を接続構成すると共に、アーク部を磁性材料を含む材
料で形成し、電流しゃ断時に発生する金属蒸気の自己拡
散力によってアークが接触部からアーク部へ移動し、さ
らに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ろ
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、シールドのよごれ及びパリ
の発生が抑えられることから、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Ｔ
ｉ極の平面図、第２図はそのＩＩ−］Ｉ矢視断面図、第
３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４図は電極径としゃ断性能との関係を示すグ
ラフ、第５図は従来の磁気駆動型電能の平面図、第６図
はそのＭ−■矢視断面図、第７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８図（よ真空イ
ンタラプタの概略図、第９図は電流路の説明図である。 図　　面　　中、 ２９はスパイラル溝、 ３０はアーク部、 ３０ａアークペダル、 ３１は接触部、 ３１ａは接触面、 ３２はリード棒である。 第１図 一実施例１：１朶るｔ橿の平面図 第２図 第１２のπ−π矢視矢視図 面２　許　　出　　願　　人 株式会社　明　　　電　　　舎 代　　　　理　　　　人

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、 前記接触面の外径を前記リード棒の直径以下として、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が、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と共に、前記アー
   ク部を磁性材料を含む材料で形成したことを特徴とする
   真空インタラプタ用磁気駆動型電極。