JPH05325739A - 開閉装置の電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極構造をシンプルにして製造を簡単にでき
ると共に構造的に強くして信頼性を高くする。また、高
い縦磁界を発生させて遮断能力を高めることも容易にす
る。 【構成】 事故によって過渡電流が流れると、これは表
皮効果によって電極軸１９の外周に位置する螺旋状導体
部１５に集中して流れる。このため、螺旋状導体部５１
が電極軸１９を取り巻く回数に応じたターン数のループ
電流となり、これに基づく起磁力によって強い縦磁界が
発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定電極軸と可動電極
軸とを同軸上で接離させて回路を開閉する開閉装置の電
極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば真空開閉器の真空バルブ内には、
固定電極とこれに対して同軸上で移動する可動電極とか
らなる開閉装置が設けられ、操作機構からの駆動力を受
けて可動電極が固定電極に接離することによって回路が
開閉される。この開閉装置では、例えば１０ＫＡ以上と
いう大きな電流を遮断するような場合には、アークが電
極面に一様に広がらず、特に電極の鋭角部分に集中して
発生することがある。このようになると、電極面の一部
が集中的に加熱・溶融されることになるため、多量の金
属蒸気が発生して再発弧の原因となり遮断不能状態に陥
ることがある。

【０００３】そこで、この種の開閉装置では、遮断性能
を高めるためにアークの局部的集中を防止できる電極構
造が種々工夫されている。その一例として、いわゆる縦
磁界印加方式がある。これは、電極面に垂直な方向の磁
界を印加することによりアークを分散・安定化するもの
で、例えば図９に示される構造を備える。

【０００４】即ち、この電極構造は、基本的には電極軸
１の先端にコイル電極２を装着し、そのコイル電極２に
重ねて接触子３を固着した構成である。上記コイル電極
２は、電極軸１の先端に直接に固着されるボス部２ａ
と、このボス部２ａから径方向に延びる連結部２ｂと、
この連結部２ｂの端部に周方向に延びるように連続形成
されたコイル部２ｃとから構成される。また、前記接触
子３には径方向に複数本のスリット３ａが形成され、こ
れがコイル電極２の全体を覆う形態で固着されている。
この構造によれば、アーク電流は同図中矢印で示すよう
に流れ、実質的に電極軸１を１回りするようなループ電
流となるため、電極面に垂直な方向の磁界が発生するの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成で
は、各電極軸１の先端にコイル電極２をロウ付けし、更
にこれに接触子３をロウ付けすることが必要になり、製
造工程が複雑になってコスト高となる。しかも、コイル
部２ｃが電極軸１の周囲に張り出た形態になるため構造
的に弱く、特に回路遮断時に両電極間に作用する電磁吸
引力によって変形するおそれがあるという欠点がある。
更には、コイル部２ｃによって作られるループ電流は１
ターン分しかなく、そのターン数を増やして十分に強い
縦磁界を形成させることは容易ではない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、製造工程が簡単
であると共に構造的にも強く、しかも縦磁界強度を強く
することも容易である開閉装置の電極構造を提供するに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る開閉装置の
電極構造は、固定電極軸に対して可動電極軸を同軸上で
接離させて主回路を開閉する開閉装置にあって、各電極
軸の少なくとも一方の先端部に、その外周に過渡電流を
集中して流すための螺旋状導電部を形成したところに特
徴を有する。

【０００８】

【作用】開閉装置が遮断される場合の多くは短絡・地絡
等の事故が発生した時である。このような場合、事故電
流は急峻に立ち上がる過渡電流となり、これは表皮効果
によって導体の表面部に集中して流れる。

【０００９】本発明は、かかる事故電流の特性に着目し
てなされたものである。上記手段の開閉装置では事故に
よって過渡電流が流れると、これは表皮効果によって電
極軸の外周に位置する螺旋状導体部に集中して流れる。
このため、螺旋状導体部が電極軸を取り巻く回数に応じ
たターン数のループ電流となり、これに基づく起磁力に
よって強い縦磁界が発生する。この結果、アークが電極
面に一様に広がるようになって電極の局部的加熱が抑制
される。

【００１０】なお、定常電流のみが流れている場合に
は、周波数成分としては周波数が低い基本波成分のみで
あるから、電流は電極軸の断面全体を一様に流れる。

【００１１】この構成では、十分な強度がある電極軸の
外周に螺旋状導体部を形成するだけで済むから、製造工
程が簡単になり、しかも十分な機械的強度を確保するこ
とができて信頼性が高くなる。更に、より強い縦磁界を
得ようとすれば、単に螺旋状導体部のターン数を増やし
た構成とすればよく、簡単にこれを達成することができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を真空開閉器に適用した一実施
例について図１ないし図４を参照して具体的に説明す
る。

【００１３】全体の概略的構成は図２に示す通りで、角
形の接地ケース１１の左右両側壁部にそれぞれブッシン
グ１２、１３が取り付けられ、吊り板１１ａによって所
要箇所に吊り下げ固定される。各ブッシング１２、１３
の先端には端子１２ａ，１３ａが設けられ、ここに図示
しない電線路が接続される。

【００１４】２個のブッシングのうち同図の左側に示し
たブッシング１２内には、上記端子１２ａに連なる導体
棒（図示せず）が貫通しており、これの接地ケース１１
内側の端部に固定接触子１４が設けられている。また、
接地ケース１１の後壁部には図示しない断路部開閉機構
の駆動軸１５が支持され、この駆動軸１５の回動に伴い
駆動される可動接触子１６が前記固定接触子１４と共に
断路部１７を構成する。

【００１５】一方、同図の右側に示したブッシング１３
内には、後に詳述するように真空バルブ１８が内蔵さ
れ、その真空バルブ１８の可動電極軸１９がブッシング
蓋２０を貫通して外部に導出されている。この可動電極
軸１９は図示しない真空バルブ開閉機構の駆動軸２１の
回動に伴って同図矢印Ａ方向に駆動され、もって真空バ
ルブ１８内で回路が開閉される。上記真空バルブ開閉機
構は、電線路の事故発生時等に周知の引き外し機構によ
って駆動されて遮断動作が行われる。

【００１６】ブッシング１３内の構造は図１に示した通
りである。ブッシング１３は磁器製であって、接地ケー
ス１１内に位置する基部には径大な中空のバルブ収納部
２２が形成され、接地ケース１１から導出された軸部に
は貫通孔２３が形成されている。

【００１７】ブッシング１３のバルブ収納部２２に内蔵
された真空バルブ１８は、磁器製の本体筒３０の左右両
側にステンレス鋼製の端板３１、３２を取り付けて気密
に構成され、左側の端板３１には例えば弗素樹脂製の軸
受３３を設けてここに前記可動電極軸１９が軸方向移動
可能に支持され、右側の端板３２には固定電極軸３４が
貫通状態に固着されている。なお、両電極軸１９、３４
の先端の構造については後述するが、その周囲にはステ
ンレス鋼製のシールド筒３５が設けられ、また前記端板
３１には軸受３３部分の気密性を確保するためにステン
レス鋼製のベローズ３６が設けられている。

【００１８】一方、端板３２に固定された固定電極軸３
４にはバネガイド筒３７が嵌合され、これとバルブ収納
部２２の内部に設けたバネケース３８との間に圧縮バネ
３９が装着されている。これは、回路投入時に可動電極
軸１９が固定電極軸３４の先端に衝突する際の衝撃を和
らげてブッシング１３の損傷を防止する機能を有する。
なお、上記バネケース３８の周囲とバルブ収納部２２の
内周面との間には半導電性のゴムリング４０が嵌合さ
れ、回路投入時の緩衝と電界集中の緩和を図っている。
また、上記固定電極軸３４の他端部は、ブッシング１３
の軸部先端に設けた蓋４２を貫通する端子１３ａにター
ンバックル４３を介して連結されている。

【００１９】さて、上述した可動電極軸１９及び固定電
極軸３４の構造につき述べる。ここでは、両電極軸１
９、３４の構造は同一であるから、図３及び図４を参照
して可動電極軸１９についてのみ説明する。

【００２０】可動電極軸１９は銅の丸棒製であり、その
外周部には図３及び図４に示すように３本の螺旋溝５０
が形成されている。これらの螺旋溝５０は深い部分ほど
狭くなるいわゆるＶ字カット溝であり、互いに１２０゜
の角度間隔を隔てて形成されており、銅棒の切削加工に
よって製造されたものである。図４に明らかに示されて
いるように、この３本の螺旋溝５０により可動電極軸１
９の外周部が周方向に分断された形態になり、もって各
螺旋溝５０間に可動電極軸１９の中心を取り巻くような
３本の螺旋状導電部５１が形成されている。なお、各電
極軸１９，３４の先端には、銅或いは銅合金製の円盤形
をなす接触子５２がロウ付けによって固着されている。

【００２１】上記構成において、真空開閉器が回路閉成
状態にあるときには、可動及び固定の両電極軸１９、３
４の各接触子５２は互いに接触状態にあり、これを通じ
て電流が流れている。電流は定常状態にあるから周波数
成分としては基本波成分のみであり、電流は各電極軸１
９，３４の断面全体にわたってほぼ一様に流れる。

【００２２】この状態で電線路に例えば地絡事故が発生
したとする。すると、大きな事故電流が流れるために真
空バルブ開閉機構が遮断動作を行い、真空バルブ１８の
可動電極軸１９が固定電極軸３４から離れる方向に移動
され、各電極軸１９、３４の接触子５２が互いに離れ
る。このため、各接触子５２間に一時的にアークが発生
するが、そのアークは次のようにして分散化され、電流
の自然零点で消滅することになる。なお、ここでは説明
の便宜上、アーク電流の向きが可動電極軸１９から固定
電極軸３４に向かう位相において事故電流が流れると仮
定する。

【００２３】事故電流はその性質上、急峻に立ち上がる
過渡電流となる。このため、その電流は表皮効果によっ
て可動電極軸１９の外周側程電流密度が高くなるように
流れる。即ち、この事故電流即ち過渡電流は、可動電極
軸１９の外周に設けられた螺旋状導電部５１に集中して
流れる。このことは可動電極軸１９の中心を取り巻くル
ープ電流が瞬間的に発生したことを意味するから、この
ループ電流の起磁力によって電極軸１９，３４の軸方向
に添う強い磁界が発生し、接触子５２間に発生したアー
クが分散化される。この結果、電極すなわち接触子５２
の局部加熱が防止されて金属蒸気の発生が極小に抑えら
れ、アーク消滅後の再発弧が確実に防止される。

【００２４】また、このように十分な起磁力を確保でき
ながら、本実施例の構造は過渡電流は表皮効果によって
電極軸１９の外周側に集中して流れるという現象を巧み
に利用したものであるから、図９に示した従来例のよう
な複雑な電極構造としなくてもよく、構成が極めてシン
プルである。従って、製造工程も例えば銅棒に対する切
削加工で済んで低コストで製造でき、また電極全体の剛
性も十分に高くできるので、アーク発生時には両電極間
に極めて大きな電磁力が作用するという事情があって
も、電極が変形・破損することもなく、信頼性が高くな
る。勿論、アークの十分な分散化のために必要な起磁力
は遮断容量によって相違するが、特に強い縦磁界が必要
な場合には、螺旋溝５０ひいては螺旋状導体部５１のピ
ッチを小さくすればよく、これは極めて簡単に達成でき
る。

【００２５】図５及び図６は螺旋溝の変形例を示すもの
である。即ち、上記実施例では、螺旋溝５０はいわゆる
Ｖ字カット溝としたが、図５及び図６では螺旋溝６０を
深溝形に形成している。このようにしても各螺旋溝６０
間に３本の螺旋状導体部６１が形成されるから、上記実
施例と同様の効果を奏する。

【００２６】また、上述したように螺旋溝５０，６０を
形成することによって螺旋状導電部５１，６１を形成し
なくとも、予想される事故電流の値によっては図７及び
図８に示すように、導体７０，８０を電極軸１９に螺旋
状に巻回してこれを螺旋状導体部としても良いことは勿
論である。なお、図７に示した導体７０は断面が半円状
であり、図８に示した導体８０は断面が長方形をなす平
角導体であり、共にロウ付けによって電極軸１９に固着
されている。両図に示した導体７０，８０のような断面
形状とすると、電極軸１９との接触面積を広く確保でき
るため、過渡電流が流れ始めた時に、その電流が導体７
０，８０（螺旋状導体部）に集中して流れるように円滑
に移行させることができるようになる。

【００２７】なお、上記各実施例では、真空開閉器にお
ける開閉装置に適用した例を示したが、本発明はこれに
限られず例えば気中開閉器、ガス開閉器は勿論、真空接
触器や遮断器等の他の開閉装置に適用してもよく、要
は、固定電極に対して可動電極を同軸上で接離させて回
路を開閉する構成に広く適用することができる。また、
螺旋状導体部は可動電極軸及び固定電極軸のうちの少な
くとも一方に設けるのみであっても良い等、本発明は要
旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の開閉装置の
電極構造によれば、過渡電流が表皮効果によって電極軸
の外周側に集中して流れるという現象を巧みに利用して
いるため、極めてシンプルな電極構造で十分に強い縦磁
界を発生させて遮断能力を高くでき、しかもコイル電極
全体の剛性を高くすることができるから、遮断時の強い
電磁力に十分に耐えることができるようになって構造的
な信頼性も高くなるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図

【図２】真空開閉器全体の一部破断側面図

【図３】可動電極軸の斜視図

【図４】同横断面図

【図５】電極軸の変形例を示す斜視図

【図６】同横断面図

【図７】電極軸の異なる変形例を示す斜視図

【図８】電極軸の異なる変形例を示す斜視図

【図９】従来の電極を示す斜視図

【符号の説明】

１９…可動電極軸 ３４…固定電極軸 ５１，６１，７０，８０…螺旋状導体部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極軸に対して可動電極軸を同軸上
   で接離させて主回路を開閉する開閉装置において、前記
   各電極軸の少なくとも一方の先端部には、その外周に過
   渡電流を集中して流すための螺旋状導電部が形成されて
   いることを特徴とする開閉装置の電極構造。