JPH0775132B2 - 真空インタラプタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタに係り、特にアークに対し
て平行な軸方向磁界を印加する、いわゆる縦磁界方式の
真空インタラプタに関する。

B.発明の概要 真空容器を形成する絶縁筒の一端側に金属容器が設けら
れると共に、その内部に電極棒を接続した一対の電極が
設けられ、真空容器の絶縁筒内壁と電極棒とはシールド
によって離隔されてなる真空インタラプタにおいて、 シールド内壁と電極棒外壁との寸法、絶縁筒側に位する
電極面とシールド遊端部までの寸法、電極外径の寸法等
を所定の寸法関係に設けたことにより、 耐電圧特性を低下させることなく真空インタラプタの小
形化を図ったものである。

C.従来の技術 電極間にアークと平行な磁界（軸方向磁界）を印加する
いわゆる縦磁界方式の真空インタラプタは、磁界発生コ
イル（以下コイルという）を真空容器の内部、特に電極
背部に設けるものと、真空容器の外部に設けるものがあ
る。前者、つまり一対の電極背部にコイル電極を直接設
けたものは強度的に難点があり耐久性（20年間保証）の
点で問題がある。このような難点のない外部コイル方式
の一例としてコイルを真空容器外部に設けると共に、一
対の電極を真空容器の片側に寄せ、該電極を単一のコイ
ルで包囲して構成し、これによって真空インタラプタの
小形化、低コスト化を図ると共に、耐久性，発熱の点を
改善したものに特開昭59−79921号等がある。

これを第５図と第６図によって説明する。１は真空容器
であり、該真空容器１は、ガラス又はセラミツクスから
なる絶縁筒２と、この絶縁筒２の一端側（図中下端側）
を封止する金属から成る端板３と、絶縁筒２の他端側
（上端側）に気密に接続した非磁性のステンレス鋼から
成る金属容器４とで構成されている。この金属容器４は
天井板4aを具備して略カツプ状に形成されており、内部
は消弧室20とされている。金属容器４内の下部位には前
記絶縁筒２に設けた環状金具５および絶縁筒２の一部を
覆う如く非磁性のステンレスから成るシールド６が設け
てある。

金属容器４の天井板4aには、内端部に電極11を備えた固
定側の電極棒７が気密に貫通して設けてある。また、絶
縁筒２の他端側を封止する端板３には、内端部に電極８
を備えた可動側の電極棒９がベローズ10を介して気密に
且つ可動自在に貫通して設けてある。可動電極棒９には
ベローズ10を覆う如く非磁性のステンレス鋼からなるシ
ールド12が設けられている。3aは端板３の内側に設けた
補助シールドである。

13は略円筒状のコイルで、このコイル13は金属容器４の
外周を空隙Ａを介して囲繞すると共に一対の電極11及び
８を遮断時においてなお囲繞する如く設けられている。
コイル13は１箇所にスリツトを具備して略１ターンの円
筒状に形成されたコイル本体13aと、コイル本体13aの軸
方向の一端側に位し、且つコイル本体13aの円弧方向の
両端部から半径方向内方に延びると共に、平行に配置さ
れた一対の第１の腕13b及び第２の腕13cと、各腕13b,13
cの内端部に設けた第１基部13dと第２基部13eとを備え
て構成されている。

第１基部13dには貫通孔14が設けてあり、固定側電極棒
７の外端部7aが嵌入接続される。第２基部13eは空間15
を介して配置され、これには略筒状に形成された外部接
続導体16の一端が接続される。また、17は非磁性材を用
いてなるスペーサ、18は補強体である。

上記のように構成された真空インタラプタにおける電流
の流れを説明すると、例えば外部接続導体16から入った
電流は第２基部13e,腕部13cを介してコイル本体13aの一
方の端部から他方の端部に向けてループ状に流れ、この
際に電極間に発生するアークと平行な、いわゆる縦方向
磁界を発生せしめ、次に腕部13b,第１基部13dを経て固
定側電極棒７に至る。そして、電極11及び相手側電極８
（遮断時には発生アーク）を介して可動側電極棒９に至
るものである。

前記真空インタラプタにおいて、開極時に電極11,8間に
発生するアークにより金属ベーパが生じるが、これら金
属ベーパはシールド６に付着し、絶縁筒２の内壁を汚損
することはなく、よって真空インタラプタの耐電圧特性
の低下を阻止することができる。

D.発明が解決しようとする問題点 ところで、縦磁界方式の真空インタラプタは、アークを
回転駆動させるいわゆるスパイラル方式のものに比べ
て、電流遮断時に生じる金属蒸気が少ないので、真空イ
ンタラプタ内部の汚損防止のためのシールド構造が比較
的簡単である。

しかし、近年真空インタラプタには、例えば定格遮断電
流回数が100回又はそれ以上というように多数回で、し
かも大電流遮断性能が要求されている。縦磁界方式の真
空インタラプタによって前述の要求にこたえるために
は、従来のシールド構造では真空容器の内部沿面距離の
確保，汚損防止として不十分である。この問題を回避す
るためにはスパイラル式の真空インタラプタで用いられ
ている如き交差シールドとすればよいがその場合、真空
インタラプタの外形が増大し、小形化，縮小化，低コス
ト化に反するという別の問題を生じるということがあ
る。

E.問題点を解決するための手段 そこで、本発明者は上記の問題点に着目し、上記構造
（第５図）の真空インタラプタにおいて、一層の小形化
を図り且つ遮断性の向上を図るべく実験を繰返し、研究
を行った。その結果、シールド及びその他の部材の相互
配置関係等が真空インタラプタの耐電圧特性において相
関関係があることを見出だした。

以下本発明に至る実験例を説明する。

実験は第２図に示す構造からなる真空インタラプタで行
った。まず、第２図に示す真空インタラプタを第５図に
示す従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。

絶縁筒２はアルミナセラミツクスからなり、絶縁筒２の
一端はCu材からなる環状金具５を介して、非磁性のステ
ンレス鋼からなる金属容器４によって閉塞されている。
また、絶縁筒２の他端はFe−Ni−Co合金（コバール）を
用いた端板３で気密に閉塞されている。金属容器４で形
成された金属消弧室20内に位し且つ固定側及び可動側の
各電極棒7,9の内端部には、各々電極11,8が設けてあ
る。この一対の電極8,11は、Cuと35重量％のMoと５重量
％のCrとからなる粉末複合金属材料で形成されている。
19は可動側電極８の背面位置で、且つ可動電極棒９に設
けた非磁性のステンレス鋼からなるシールドである。シ
ールド19は上方が拡がったほぼ漏斗状で、その最大径部
は、電極径とほぼ同一寸法に設けてあると共に、先端部
を電極背面側に向けて折曲げている。

金属容器４の下端部には絶縁筒２の金属消弧室側の一部
を覆う如く軸方向に伸びるシールド21が設けてある。こ
のシールド21は非磁性のステンレス鋼から成るものであ
る。またベローズ10の外側を覆う如く可動電極棒９に設
けたシールド12は、非磁性のステンレス鋼から形成され
ている。また、金属容器４の外周を空隙Ａを介して囲繞
するコイル13は円弧部の一端側が外部導体22に接続さ
れ、円弧部の他端側から半径方向内方に伸びが腕13fの
先端の貫通孔23に固定側の電極棒７の外端部が嵌入接続
されている。

実験１ 上記構造及び材料からなる真空インタラプタにおいて、
まず最初下記の実験を行った。この実験は、 電極径 Ｄ₁＝50mm （なお、接触部の外径30mm,周辺のテーパ角度４度とし
た） 可動電極棒の径 ｄ＝22m 開極ギヤツプ Ｇ＝8mmとし、且つ シールドの内径Ｄ₂（変化させる） 開極時における可動側の電極表面とシールド遊端との間
の距離寸法₁（変化させる） シールド内壁と電極棒外壁との間隙寸法₂（変化させ
る） とした場合、Ｄ₁,D₂，₁，₂が耐電圧特性にとってど
のような相関関係があるかを調べた。

すなわち、電極間で発生した金属ベーパが絶縁筒２の内
壁面に付着すると、最も真空インタラプタの耐電圧特性
に影響する。このことから、金属ベーパが絶縁筒２の内
壁面に付着することに最も影響するであろう、シールド
21の形状、すなわち、シールドの内径Ｄ₂，開極時にお
ける可動側の電極表面とシールド遊端との間の距離₁
に基づき、金属ベーパ移動通路となるシールド21と電極
棒９との間の間隔寸法₂と、金属ベーパ発生源の電極
径Ｄ₁との関係で調べた。

実験はＤ₂，₁の寸法を種々変え且つ12kV−25kAを100
回遮断したあとの耐電圧特性を調べた。

実験は下記の寸法関係によって行った。

（なお、₃は、開極時におけるシールド19,21間の寸法
であり、₂＝₃とした。また、Ｄ₂＝70以上はV1が大
径になるので、それ以上のものについては実験を行わな
かった。また₂はＧ＝8mmより若干大きく10mmを最小値
とした。） 実験の結果を第３図に示す。なお、結果は、初期耐電圧
値との比で示す。同図において、曲線イは例−1,−2,−
３の場合の最小値を示し、曲線ロは、例−4,−５の場合
の最小値を示し、曲線ハは例−6,−７の場合の最小値を
示す。よって上記の結果から Ｄ₂＞Ｄ₁＋12mmの場合（例−6,−７）には、曲線ハの
ようにシールドを相当長くしなければならず（₁／₂
＞10）、実用上不適当であることが判った。

Ｄ₁＜Ｄ₂≦Ｄ₁＋8mm場合（例−4,−５）には、曲線ロ
のように絶縁筒２の内壁が汚れやすい傾向にはあるが、
₁／₂≧５とすれば良いことが判った。

Ｄ₂＝（Ｄ₁−８）〜Ｄ₁mmの場合（例−１〜−３）に
は、曲線イのように₁／₂≧４とすれば良いことが判
った。

また、₁／₂が４又は５及び８以下であると、アルミ
ナセラミツクスの内壁が遮断時発生の金属蒸気の付着で
汚れ、これによって耐電圧特性が著しく低下することが
判った。

実験２ そこで、前記表の例−２の寸法関係で、且つ第２図に示
す構造の真空インタラプタにおいて、₁／₂＝5,₁
／₂＝３の寸法関係で実験した。

実験は12kV−25kVを遮断し、50回毎に耐電圧値を測定し
た。実験結果は第４図グラフに初期値との比で示してい
る。同図において曲線ａは₁ ／₂＝5,bは₁／₂＝３の関係の場合の結果であ
る。

図から分かるように、₁／₂＝５では遮断回数150回
までは初期値の80％の耐電圧特性を維持でき、大幅に耐
電圧特性を向上できた。

一方、₁／₂＝３では、遮断回数100回までは初期値
の80％の耐電圧特性を維持できたが、150回では大幅に
低下した。なお、従来の真空インタラプタにおける寸法
は一般に₁／₂≒３程度に設けてある。

また、曲線a,つまり₁／₂＝５の寸法で遮断を行った
場合においては、シールド21に金属蒸気が付着して耐電
圧特性が低下したものであって、絶縁筒２の内壁には金
属蒸気は付着していなかった。曲線b,つまり₁／₂＝
３の場合においてはシールド21の内周面だけでなく、絶
縁筒２の内壁にも付着していた。これが原因で耐電圧特
性が著しく低下したものと思われる。

上記実験1,2の結果から、 Ｄ₂＝（Ｄ₁−８）〜Ｄ₁mmのときは₁／₂≧４、 Ｄ₁＜Ｄ₂≦Ｄ₁＋8mmのときは₁／₂≧５であれば、12
kV−25kAという大電流を、前者は150回、後者は100回遮
断したところ初期値の80％の耐電圧特性を維持できるこ
とが判った。

本発明は以上の結果をふまえてなされたものである。す
なわち、絶縁筒と、該絶縁筒の一端側に設けた金属容器
とで真空容器を形成し、前記金属容器内に相対的に可動
する一対の電極を設け、一方の電極に電極棒を接続する
と共に該電極棒を前記絶縁筒に挿通して設け、前記電極
棒と絶縁筒との間に位置し、且つ両者を離隔する如く軸
方向に伸びたシールドを前記金属容器と同電位に設け、
前記一対の電極間に軸方向磁界を印加するコイルを設け
て構成した真空インタラプタにおいて、電極外径を
Ｄ₁，シールド内径をＤ₂，シールド内壁と電極棒外壁と
の間隙寸法₂，絶縁筒側に位する電極表面と前記シー
ルドの遊端部との間の距離寸法を₁としたとき、Ｄ₂＝
（Ｄ₁−８）〜（Ｄ₁＋８）mmで且つ₁／₂≧５の関係
にして構成した。さらには、Ｄ₂＝（Ｄ₁−８）〜Ｄ₁mm
で且つ₁／₂≧４の関係にして構成したものである。

F.実施例 以下本発明を第１図に示す実施例にもとづいて説明す
る。なお、第２図に示す真空インタラプタと同一部分に
は同一符号を付してその説明は省略する。しかして、こ
の実施例においては、 電極径 Ｄ₁＝50mm 可動電極棒の径 ｄ＝22mm 開極ギヤツプ Ｇ＝8mm シールドの内径Ｄ₂＝50mm 開極時における可動側の電極面とシールド遊端までの寸
法 ₁＝70mm シールド内壁と電極棒外壁との間隙寸法 ₂
＝14mm ２つのシールド19,21間の寸法 ₃＝14mm の寸法関係で構成した真空インタラプタを示している。
なお、可動電極８と真空容器１の内壁との間の寸法は
₃と同等又はそれ以上離す必要があり、実施例では₃よ
り大きく設けてある。また、寸法₃，₂は₃≧₂と
することが必要であり、実施例では同一寸法にしてい
る。さらにシールド21の遊端（下端）とベローズシール
ド12との間は、開極時において₂以上の寸法にする必
要があり、そのように構成している。また、各電極11,8
の電極材料はCu−35Mo−5Crの粉末複合金属を使用し
た。これら一対の電極11,8は、その表面中央には凹部25
を有し、凹部25の外周にリング状接触部11a,8aを有し、
且つその外周から電極周縁にかけて４度の角度のテーパ
24を有する電極を使用した。更に前記電極11,8の厚みは
5mm,凹部25の深さ1mm,リング状接触部11a,8aの内径20m
m,外径30mmとした。

上記構造の真空インタラプタを用いて12kV−25kAの電流
を遮断したところ、150回まで初期値の80％の耐電圧特
性を維持することができた。

なお、図示は省略したが、絶縁筒２を挿通する電極棒が
固定電極棒である場合、また磁界発生コイルの配置が金
属消弧室20の内部である場合、さらに磁界発生コイル13
の配置が可動電極の背部である場合についても実施し
た。その結果、第１図に示す構造の真空インタラプタと
同様のすぐれた耐電圧特性を維持することができた。

G.発明の効果 以上の通りで、本発明によれば、耐電圧特性の長期間安
定した真空インタラプタが得られると共に、金属蒸気発
生源の電極形状とシールド形状との関係を最適なものに
できるので、同定格のものにおいて、最も小形化が図れ
た真空インタラプタを製作することができ、よって製作
コスト低価が図れると共に、ひいては真空開閉装置の小
形化，コストの低価を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る真空インタラプタの断面
図、第２図は本発明の実験に用いた真空インタラプタの
断面図、第３図は実験１の結果を示すグラフ、第４図は
実験２の結果を示すグラフ、第５図は従来の金属消弧室
を有する縦磁界方式の真空インタラプタの断面図、第６
図はコイルの斜視図である。 １……真空容器、２……絶縁筒、４……金属容器、７…
…固定側電極棒、８……可動側電極、９……可動側電極
棒、11……固定側電極、13……コイル、20……金属消弧
室、21……シールド。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁筒と、該絶縁筒の一端側に設けた金属
   容器とで真空容器を形成し、前記金属容器内に相対的に
   可動する一対の電極を設け、一方の電極に電極棒を接続
   すると共に該電極棒を前記絶縁筒に挿通して設け、前記
   電極棒と絶縁筒との間に位置し、且つ両者を離隔する如
   く軸方向に伸びたシールドを前記金属容器と同電位に設
   け、前記一対の電極間に軸方向磁界を印加するコイルを
   設けて構成した真空インタラプタにおいて、 電極外径をＤ₁， シールド内径をＤ₂， シールド内壁と電極棒外壁との間隙寸法を₂、 絶縁筒側に位する電極の表面とシールドの遊端部との間
   の距離寸法を₁としたとき、 Ｄ₂＝（Ｄ₁−８）〜（Ｄ₁＋８）mmとし、且つ₁／₂
   ≧５としたことを特徴とする真空インタラプタ。
2. 【請求項２】絶縁筒を挿通する電極棒が可動電極棒であ
   り、且つ₂の寸法は、開極時における可動側電極の表
   面と金属容器と同電位に設けたシールドの遊端部との間
   の距離寸法である特許請求の範囲第１項に記載の真空イ
   ンタラプタ。
3. 【請求項３】絶縁筒を挿通する電極棒が固定電極棒であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の真空インタラプタ。
4. 【請求項４】磁界発生コイルが金属容器の外部に設けら
   れている特許請求の範囲第１項に記載の真空インタラプ
   タ。
5. 【請求項５】磁界発生コイルが金属容器の内部に設けら
   れている特許請求の範囲第１項に記載の真空インタラプ
   タ。
6. 【請求項６】磁界発生コイルが少なくとも一方の電極背
   部に設けられている特許請求の範囲第１項に記載の真空
   インタラプタ。
7. 【請求項７】絶縁筒と、該絶縁筒の一端側に設けた金属
   容器とで真空容器を形成し、前記消弧室内に相対的に可
   動する一対の電極を設け、一方の電極に電極棒を接続す
   ると共に該電極棒を前記絶縁筒に挿通して設け、前記電
   極棒と絶縁筒との間に位置し、且つ両者を離隔する如く
   軸方向に伸びたシールドを前記金属容器と同電位に設
   け、前記一対の電極間に軸方向磁界を印加するコイルを
   有する真空インタラプタにおいて、 電極外径をＤ₁， シールド内径をＤ₂， シールド内壁と電極棒外壁との間隙寸法を₂、 絶縁筒側に位する電極の表面とシールドの遊端部との間
   の距離寸法を₁としたとき、 Ｄ₂＝（Ｄ₁−８）〜Ｄ₁mmで且つ₁／₂≧４としたこ
   とを特徴とする真空インタラプタ。
8. 【請求項８】絶縁筒を挿通する電極棒が可動電極棒であ
   り、且つ₁の寸法は、開極時における可動側電極の表
   面と金属容器と同電位に設けたシールドの遊端部との間
   の距離寸法である特許請求の範囲第７項に記載の真空イ
   ンタラプタ。
9. 【請求項９】絶縁筒を挿通する電極棒が固定電極棒であ
   る特許請求の範囲第７項に記載の真空インタラプタ。
10. 【請求項１０】磁界発生コイルが金属容器の外部に設け
    られている特許請求の範囲第７項に記載の真空インタラ
    プタ。
11. 【請求項１１】磁界発生コイルが金属容器の内部に設け
    られている特許請求の範囲第７項に記載の真空インタラ
    プタ。
12. 【請求項１２】磁界発生コイルが少なくとも一方の電極
    背部に設けられている特許請求の範囲第７項に記載の真
    空インタラプタ。