JPH0670889B2 - 真空しや断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アークを安定かつ均一に電極表面に分布さ
せ、また大電流通電時に発生する電磁反撥力を軽減し、
機械的強度のある安価で量産性に富む真空しや断器に関
するものである。

〔従来の技術〕

通常、真空しや断器は第５図に示すように、絶縁物から
なる真空容器（１）を両端板（21），（22）により閉塞
し、一対の電極（30），（40）を相対して設けると共
に、これらを前記端板（21），（22）を貫通した導電棒
（５），（６）の端部に設け、一方の前記導電棒（６）
にはベローズ（７）を設けて気密を損なうことなく軸方
向に可動となし、前記電極（30），（40）が互いに接離
自在となるように構成されている。また、アーク発生に
伴い生ずる金属蒸発物を補束するため、シールド（８）
が設けられている。更に図示しない操作機構により前記
導電棒（６）を駆動せしめ、電路の開閉を行なえるよう
になつている。

このような構成の真空しや断器において、特に大電流ア
ークのしや断時にアークに並行な磁界を加えてアークを
電極表面に安定かつ均一に分布させることにより、しや
断性能を向上できることが知られている。また、前記電
極（30），（40）が投入状態の時大電流が流れることに
より電磁反撥力が発生し、前記電極（30），（40）間に
微小間隙が生じて局部アークが発生し、溶着や電極表面
の荒れを促進して耐電圧性能が著しく低下する等の障害
があることが知られている。

上述のような大電流アークのしや断と、大電流の通電時
における電極反撥力を軽減するために考えられた先行の
真空しや断器として、例えば第６図（ａ）〜（ｃ）に示
すもの（特開昭57-3327号公報）があつた。第６図
（ａ）は従来の真空しや断器の一実施例に係る電極構造
を示す側面図で、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｂ−ｂ
矢視図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）のｃ−ｃ矢視図で
ある。第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）において、（5
0），（60）は橋絡導体で、夫々上記導電棒（５），
（６）の先端部に固着されている。これらの橋絡導体
（50），（60）は長方形を成し、その両端部には夫々突
出部（51），（52），（61），（62）が形成されてい
る。（30），（40）は一対の電極で、その外周部背面に
おいて上記各橋絡導体（50），（60）の突出部（51），
（52），（61），（62）に夫々電気的に接続されてい
る。上記各電極（30），（40）には、第６図（ｂ），
（ｃ）に示すように、それぞれの接離面から裏面にわた
つて貫通しかつ電極（30），（40）の周縁から所定間隔
を保つて形成され対向配置された第１高抵抗領域、すな
わち電極の中心に対してほぼ対称の位置に配置された連
結されない一対の円弧状の溝が設けられている。（35）
〜（38），（45）〜（48）はそれぞれ第１高抵抗領域
（33），（34），（43），（44）の両端から電極（3
0），（40）の中心に向い、かつ互いに接続されない第
２高抵抗領域であり、この例では後述の橋絡導体（5
0），（60）にほぼ直角に形成された直線状の溝であ
る。各電極（30），（40）はそれぞれに第1,第２高抵抗
領域（33）〜（38），（43）〜（48）によつて仕切ら
れ、電極外側部（31），（32），（41），（42）および
電極の中心部へ向う電流通路（53），（54），（55），
（56）が形成されている。また、橋絡導体（50），（6
0）はそれぞれ電極裏面に第１高抵抗領域を跨いで配置
され、電極外側部（31），（32），（41），（42）と電
極棒（５），（６）とを電気的および機械的に接続して
いる。上述したそれぞれの電極（30）と（40）および橋
絡導体（50）と（60）は全く同一形状のものであるが、
この実施例では電極（30）と橋絡導体（50）に対して、
電極（40）と橋絡導体（60）を90°ずらせて相対峙する
ように配してある。

以上のように構成された真空しや断器において、図示し
ない操作機構により開極動作が行なわれると、両電極
（30），（40）間にアークが発生するが、この場合、導
電棒（５）から導電棒（６）の方向に電流ｉが流れ、一
方の電極（30）のＡ点および他方の電極（40）のＡ′点
間にアークが発生すると、電流ｉは前記導電棒（５）か
ら橋絡導体（50）を経てその突出部（51）から電極外側
部（31）を通り、電流通路（53）を経てアークのＡ点に
至る。すなわち、電流ループ（50）→（51）→（31）→
（53）→Ａは１ターンを形成し、しかも（51）→（31）
→（53）→Ａは電極自身で形成するループであるためア
ークのＡ点に至近距離にあり、強力な軸方向磁界を生ず
る。同様に、他方の電極（40）のＡ′点からは電流通路
（55）から電極外側部（41）を通り、突出部（61）から
橋絡導体（60）を経て導電棒（６）へと電流ｉが流れ
る。すなわち、Ａ′→（55）→（41）→（61）→（60）
→（６）なる電流ループで１ターンを更に形成し、前述
の電流ループと同方向の軸方向磁界を発生する。これに
より第６図（ａ）に示すように矢印φなる強力な合成軸
方向磁束がアークＡ−Ａ′と並行に作用し、アークから
外部へイオン化金属が放出拡散するのを有効に抑制し、
十分な量のプラズマ粒子を捕束してアークを安定させ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の真空しや断器は以上のように構成されているの
で、アーク電流が大きくなると、両電極（30），（40）
間に発生するアークは電極内側部から外側に吹き出し、
円弧状電極部すなわち電極外側部にも発生するようにな
る。このため接離面の第1,第２高抵抗領域（33），（3
4），（35），（36），（37），（38）及びび（43），
（44），（45），（46），（47），（48）付近にアーク
のエネルギーが集中し局部的な溶融を発生し、しや断失
敗をひき起すという問題点があつた。

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、第1,第２高抵抗領域にアークが発生するのを
防止し、大電流アークのしや断時における局部的な溶融
を抑制できる真空しや断器を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る真空しや断器は、一対の電極のうち少な
くとも一方はその裏面から接離面に向つて所定深さを有
し、かつ電極の周縁から所定距離を保つて形成され対向
配置された第１高抵抗領域と、第１高抵抗領域の両端か
ら上記電極の中心に向い、かつ互いに接続されない第２
高抵抗領域と、電極内部の第１高抵抗領域から上記電極
周縁に亘つて形成されたリング状の第３高抵抗領域とを
備え、上記電極周縁部と第１高抵抗領域で挾まれた電極
外側部と上記導電棒とが、上記電極裏面で第１高抵抗領
域を跨いで配置された橋絡導体により電気的に接続され
たものである。

〔作用〕

この発明における高抵抗領域は、電極の接離面に露出し
ていないので、大電流しや断時にもアークのエネルギー
が集中しにくく、局部的な溶融を防止できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図をもとに説明する。第１
図（ａ）はこの発明の一実施例に係る真空しや断器の電
極構造を示す側面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のｂ
−ｂ矢視図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のｃ−ｃ矢視
図である。図において、（33），（34），（43），（4
4）は第６図（ａ）〜（ｃ）に示す先行例と同様第１高
抵抗領域としての溝であるが、この例では電極（30），
（40）の接離面にわたつて貫通しておらず、電極（3
0），（40）の裏面から接離面に向つて所定深さを有
し、かつ電極（30），（40）の周縁から所定距離を保つ
て形成されている。（35）〜（38），（45）〜（48）も
同様に、第２高抵抗領域としての溝であるが、この場合
も電極（30），（40）の接離面から裏面にわたつて貫通
しておらず、電極（30），（40）の裏面から接離面に向
つて所定深さを有して形成されている。（59），（69）
は電極内部の第１高抵抗領域（33），（34），（43），
（44）から電極周縁に亘つて形成されたリング状の第３
高抵抗領域であり、この例では溝である。

以上のように構成されたこの発明の一実施例による真空
しや断器において、図示しない操作機構により開極動作
が行なわれると、両電極（30），（40）間にアークＡが
発生するが、アーク電流が極めて大きい場合は、アーク
Ａは上記電極（30），（40）の全面にわたつて発生す
る。この場合、導電棒（５）から導電棒（６）の方向に
流れる電流ｉは第１図（ａ）に矢印で示す如く、前記導
電棒（５）から橋絡導体（50）により互いに逆向きに流
れた後、第１図（ｂ）に示すようにその突出部（51），
（53）を経て前記電極（30）の円弧状電極部（31），
（32）を互いに逆向きに流れ、さらに第２高抵抗領域
（35），（37）及び（36），（38）の間の電流通路（5
3）及び（54）を経た後、電極（30）の接離面を通つて
アークＡに至る。即ち、４組の電流ループ（50）→（5
1）→（31）→（53）→A,（50）→（51）→（31）→（5
4）→A,（50）→（52）→（32）→（53）→A,及び（5
0）→（52）→（32）→（54）→Ａはそれぞれ１ターン
を形成し、しかも（51）→Ａ及び（52）→Ａのループは
電極自身で形成するループのため、アークに至近距離に
あり、強力な軸方向磁界を生ずる。

同様に第１図（ｃ）に示すように、他方の電極（40）に
おいては、接離面から流入した電流ｉは２方向に分かれ
て電流通路（55）及び（56）を通り、円弧状電極部（4
1），（42）を互いに逆方向に流れて、突出部（61）及
び（62）を経た後、橋絡導体（60）を介して導電棒
（６）に流れる。即ち、Ａ→（55）→（41）→（61）→
（60）→（６）,A→（55）→（41）→（62）→（60）→
（６）,A→（56）→（42）→（61）→（60）→（６），
及びＡ→（56）→（42）→（62）→（60）→（６）なる
電流ループは４組の１ターンを更に形成し、それぞれが
上述のループと同方向の軸方向磁界を再度発生させる。
しかも、各ループの発生する軸方向磁界の方向は第１図
（ｂ），（ｃ）に示すように互いに逆向きになり、電極
軸中心部の磁界は互いに打ち消し合う。このためアーク
のイオン化金属の消滅にとつて有害である残留磁束を小
さくできる。したがつて大電流アークの発生時には電極
接離面のほぼ全面にわたつて強力な軸方向磁界がアーク
と並行に作用してアークを安定かつ均一に分散させる。
しかも前記高抵抗領域（33）〜（38），（43）〜（4
8），（59），（69）は電極接離面に露出せず、このた
めアークに接触しないのでアークのエネルギー集中によ
る局部的な溶融を抑制できる。

第２図（ａ），（ｂ）はこの発明の他の実施例を示す。
即ち、一般にこの種の電極材料としては導電率の高い銅
系や銀系が使用されるが、これらは機械的に弱く、価格
も高いため、第２図（ａ），（ｂ）に示す実施例では橋
絡導体（50）と電流（30）間に補強材（57）を介在させ
て電極構造の薄肉化を実現したものである。又、前記電
極（30）の内側部（39）をやや突出させて、電極外側部
（31），（32）や前記橋絡導体（50）の腕部に開閉時の
機械力が加わらないよう構成している。上記補強材（5
7）としては、電極材料よりも導電率の低い、例えばス
テンレススチールが好ましい。更に、電極（30）の内側
部（39）を耐溶着又は高耐圧電極材料で形成し、電極外
側部（31），（32）を通常の銅で形成しても良い。ま
た、第２図（ａ），（ｂ）では一方の電極（30）及び橋
絡導体（50）のみを示しているが、対向する電極及び橋
絡導体の双方又は一方を第２図（ａ），（ｂ）に示す構
造としても良い。

なお、上記実施例では、真空容器（１）内に設けられる
一対の電極に本発明の構成を用いたが、何れか一方の電
極にのみ適用しても良い。

また、第３図に示す他の実施例のように、第１高抵抗領
域（33），（34）を円弧状でなく直線とした場合でも有
効な軸方向磁界を発生させることができる。

また、第４図に示す実施例のように橋絡導体（50）を３
分割し、第１高抵抗領域もそれに交叉するように配する
ことで軸方向磁界を発生させる場所を増加させることも
可能である。この場合、相対向する電極は互いに60°偏
らすことが望ましい。また、橋絡導体を３分割以上と
し、第１高抵抗領域をそれらと交叉するように配しても
よい。

さらに、上記実施例において、溝（33）〜（38），（4
3）〜（48），（59），（69）内に高抵抗材料を充填し
て高抵抗領域としてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、一対の電極のうち少
なくとも一方はその裏面から接離面に向つて所定深さを
有し、かつ電極の周縁から所定距離を保つて形成され対
向配置された第１高抵抗領域と、第１高抵抗領域の両端
から上記電極の中心に向い、かつ互いに接続されない第
２高抵抗領域と、電極内部の第１高抵抗領域から上記電
極周縁にわたつて形成されたリング状の第３高抵抗領域
とを備え、上記電極周縁部と第１高抵抗領域で挾まれた
電極外側部と上記導電棒とが、上記電極裏面で第１高抵
抗領域を跨いで配置された橋絡導体により電気的に接続
されたので、アーク電流が相当大きくなつてもアークが
上記高抵抗領域に直接接触しないので、アークエネルギ
の集中による局部的な溶融を防止でき、しかも残留磁束
の少ない真空しや断器が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）はこの発明の一実施例に
係る電極部分を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）
のｂ−ｂ矢視図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ矢視図であ
る。第２図（ａ），（ｂ）はこの発明の他の実施例に係
る電極部分を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ矢視図である。第３図，第４図はそれぞれこの発
明の他の実施例に係る電極部分を示す平面図、第５図は
従来の真空しや断器を示す断面図、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は第５図の電極部分を詳細に示し、
（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、
（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ矢視図である。 図において、（１）は真空容器、（30），（40）は電
極、（５），（６）は導電棒、（31），（32），（4
1），（42）は電極外側部、（33），（34），（43），
（44）は第１高抵抗領域、（35）〜（38），（45）〜
（48）は第２高抵抗領域、（39）は電極内側部、（5
0），（60）は橋絡導体、（51）〜（53），（61），（6
2）は橋絡導体突出部、（53）〜（56）は電流通路、（5
7）は補強材、（59），（69）は第３高抵抗領域であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示すも
のとする。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に収容され互いに接離自在でか
   つそれぞれ導電棒に取り付けられた一対の電極により電
   路を開閉するものにおいて、上記電極のうち少なくとも
   一方はその裏面から接離面に向つて所定深さを有し、か
   つ電極の周縁から所定距離を保つて形成され対向配置さ
   れた第１高抵抗領域と、第１高抵抗領域の両端から上記
   電極の中心に向いかつ互いに接続されない第２高抵抗領
   域と、電極内部の第１高抵抗領域から上記電極周縁に亘
   つて形成されたリング状の第３高抵抗領域とを備え、上
   記電極周縁部と第１高抵抗領域で挾まれた電極外側部と
   上記導電棒とが、上記電極裏面で第１高抵抗領域を跨い
   で配置された橋絡導体により電気的に接続されたことを
   特徴とする真空しや断器。
2. 【請求項２】第１高抵抗領域は電極の中心に対してほぼ
   対称の位置に配置された互いに連結されない複数の円弧
   状高抵抗領域である特許請求の範囲第１項記載の真空し
   や断器。
3. 【請求項３】第1,第2,第３高抵抗領域はそれぞれ中空の
   溝により形成されたものである特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の真空しや断器。
4. 【請求項４】橋絡導体と電極との間に電極の材料より導
   電率の低い補強材を挿入した特許請求の範囲第１項ない
   し第３項の何れかに記載の真空しや断器。
5. 【請求項５】電極内側部と電極外側部とを異なる電極材
   料で形成した特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れ
   かに記載の真空しや断器。
6. 【請求項６】一対の電極をほぼ同一の構成とし、かつ一
   方の電極を流れる電流により形成される磁界と他方の電
   極を流れる電流により形成される磁界とが同一方向とな
   るように両電極の角度をずらして対向させた特許請求の
   範囲第１項ないし第５項記載の真空しや断器。