JPH08180775A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮断性能を向上させた真空バルブを得る。 【構成】 電極33の他側の電極との対向面に固着された
接触子32の半径をｒ、電極の背面に接続された縦磁界電
極31の軸方向磁界を発生させるコイル部31ｂの中心半径
をａ、電極を開極状態にしたときの縦磁界電極31のコイ
ル部31ｂの中心間距離の半分の距離をｚとしたとき、
（ａ＞ｒ且つｚ／ａ＜１／√２）を満たすように縦磁界
電極を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遮断性能を向上させた
真空バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】真空の優れた絶縁耐力を利用した真空バ
ルブは、他の絶縁媒体を使用したもの、例えばＳＦ₆ ガ
ス遮断器に比べ電極間距離を小さくでき小形にすること
ができるので、広く普及されてきている。

【０００３】ここで、代表的な真空バルブについて図４
を参照して説明する。同図において、真空バルブ10は、
絶縁円筒11の両端を固定フランジ12および可動フランジ
13により閉止して構成される真空容器内に接離可能な固
定電極14および可動電極15を配置して構成される。ここ
で、固定電極14は固定通電軸16の先端に固着されてお
り、真空容器の外部とは固定通電軸16により電気的に接
続される。また、可動電極15は可動通電軸17の先端に固
着されており、真空容器の外部とはこの可動通電軸17に
より電気的に接続される。また、可動通電軸17はベロー
ズ18を介して可動フランジ13に固着されており、真空容
器内の真空を維持した状態で図示しない操作機構部によ
り電極の接離を可能にしている。電極周囲であって絶縁
円筒の内面には、アークシールド20が取り付けられてい
る。

【０００４】ところで、真空バルブは、電極構造の改良
により遮断性能の向上を図ることができる。すなわち、
真空バルブの遮断性能を向上させるためには、電極間に
発生するアークによる電極の局部加熱を抑える必要があ
る。つまり、電極の局部加熱による異常な荷電粒子の発
生及び金属蒸気の発生を抑えることにより、遮断性能を
向上させることができる。このための電極構造として
は、電流遮断時に電極間に発生するアークに対して磁界
により力を加えるものが一般的である。

【０００５】磁界の印加方法の一つとして、電極間に発
生するアークに対して、直行する磁界を印加する方法が
ある。この方法を採用した電極構造としては、一般的に
スパイラル電極及びコントレート電極と呼ばれるものが
ある。この様な電極構造で発生する磁界は、電極中心か
ら放射方向の磁界である。従って、電極間に発生したア
ークに対して直行する磁界が印加されるため、アークに
は円周方向にローレンツ力が働く。アークはこのローレ
ンツ力により円周方向に回転駆動されて電極表面を回転
し、これにより局部的な熱入力を防止でき、電極の溶融
を防止することができる。

【０００６】しかしながら、真空バルブは、近年では高
電圧の回路にも適用される様になってきている。高電圧
に適用するためには、電極間の耐電圧を向上するために
電極間距離を増加させる必要がある。この様な場合、上
記した電極間に発生するアークに対して直行する磁界を
印加する電極構造を用いると、アークが電極表面を回転
する時にアークが円周方向に伸ばされ、電極より放射方
向に飛び出す場合がある。この場合、電極から発生して
いるアークが電極周囲に取り付けられているアークシー
ルドへ点弧し、アークはその位置に停滞して局部的に過
大な熱入力が発生する。この過大な熱入力により電極及
びアークシールドが溶融し、遮断性能を低下させる場合
があった。さらに、この様な方式の電極構造では、アー
クの状態が高温の集中アークである関係上、接触子の消
耗が大きく、大電流遮断時の開閉寿命を低下させる場合
があった。

【０００７】一方、電流遮断時に発生するアークに対し
て磁界を印加する他の方法として、電極間に発生するア
ークに対して平行な軸方向の磁界を印加する方法があ
る。この様な方法を採用した電極構造は、一般に縦磁界
電極と呼ばれている。この場合、電極間に発生したアー
クは電極全体に均一に広がり、電極の局部的に生じる過
大な熱入力を防止でき、遮断性能の優れた電極構造とす
ることができる。また、高電圧に対し、電極間距離の大
きな場合でも、磁界強度を適正にすることにより電極間
に安定したアークを点弧することができ、遮断性能を向
上させることができる。さらに、アーク形態が分散アー
クであるため、大電流遮断時においても接触子の消耗が
少なく、開閉寿命を長くさせることができる。

【０００８】ここで、軸方向磁界を発生させる従来の縦
磁界電極構造について説明する。図５に示すように、電
極の背面にコイル電極を設け、コイル電極に流れる電流
により電極間に軸方向の磁界を発生させる。コイル電極
に流れる電流は、中心から放射状に伸びる４本の腕部21
ａに分流し、各々の腕部21ａの先端からコイル部21ｂに
流れコイル部の先端21ｃで電極に流れる。コイル部の先
端21ｃはコイル部21ｂより電極側に突出している。電極
は平板状で、前面には接触子が配置されている。このよ
うなコイル電極を可動電極側と固定電極側の両方に取り
付け、コイル部に流れる電流により電極間に軸方向の磁
界を発生させる。また、図５においては、４分割の場合
を示しているが、分割の数を変化させ、軸方向の磁界の
強さを変化させることができる。

【０００９】すなわち、磁界強度とアーク電圧の関係を
調査した結果、ある磁界強度でアーク電圧が最小値を示
すことが明らかになっており、このアーク電圧が最小値
を示す磁界強度を印加することにより、接触子間で消費
されるエネルギーが最小となって遮断性能が最大とな
る。また、アーク電圧が最小になる磁界強度は、電極径
や遮断電流・接触子材料等により異なるが、遮断性能を
増加させる場合には磁界強度を強くしなければならな
い。

【００１０】図５に示すコイル電極21を使用すれば、腕
部21ａの本数を少なくすることによって磁界強度を強く
することができ、例えば腕部の本数を４本から３本、２
本と減らすことにより、磁界強度は約１．３倍、２倍と
増加し、最適な磁界強度を得ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
真空バルブの縦磁界電極では、腕部の本数を減らして磁
界強度を増加させても、磁界強度分布の概略の形態はあ
まり変わらない。すなわち、このようなコイル電極によ
り発生した磁界の強度分布は、中心部では強く端部へ近
づくほど減少し、接触子端部では充分な磁界強度を得ら
れない場合があった。従って、アークの発弧点が接触子
の外周部であった場合では充分な磁界強度が得られず、
アークが不安定となって電極から外向きのアークシール
ド側へアークが延び、遮断性能が不安定になってしま
う。本発明の目的は、安定して優れた遮断性能を有する
真空バルブを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、真空容器内に接離可能に配置さ
れた一対の電極の対向面に固着された接触子と、電極の
背面に接続され電極間に軸方向磁界を発生させる縦磁界
電極とを有し、接触子の半径をｒ、縦磁界電極の軸方向
磁界を発生させるコイル部の中心半径をａ、一対の電極
を開極状態にしたときの対向する縦磁界電極のコイル部
中心間距離の半分の距離をｚとしたとき、（ａ＞ｒ且つ
ｚ／ａ＜１／√２）を満たすように縦磁界電極を配置し
たので、磁界強度分布を平坦にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。なお、従来と同様である真空バルブの全体構造
については、説明を省略する。図１は本発明の一実施例
を示す真空バルブの電極部分の正面図、図２は同断面図
である。

【００１４】これらの図において、通電軸30の先端に縦
磁界電極31を電気的に接続し、縦磁界電極31の前面には
電極33、電極33の前面に接触子32を接続する。縦磁界電
極31は、中心より放射状に延びる腕部31ａと、腕部の先
端より円弧状に延びるコイル部31ｂにより形成されるも
のであり、本実施例では腕部が３本の場合を示す。

【００１５】ここで、コイル部31ｂの内面の半径ｂと接
触子半径ｒとは、ｂ＞ｒという関係が成り立つようにす
る。さらに、対向する電極を開極状態にした時、コイル
中心間距離の半分の距離をｚとした際にコイル部の位置
が（ｚ／ａ）＜（１／√２）となるように配置する。

【００１６】一方、電極33は突起部33ａにより縦磁界電
極31と接続されている。また、電極の突起部33ａを除く
電極33の側面部と縦磁界電極コイル部31ｂとの間は、空
隙となっている。また、接触子32の対向面は、コイル部
31ｂの対向面よりも突出するようにする。

【００１７】次に、作用について説明する。電流を通電
又は遮断する場合の電流は、通電軸30から先端に接続さ
れている縦磁界電極31及び電極33を通して接触子32に流
れ、対向する接触子に流れる。一方、縦磁界電極31に流
れる電流は、腕部31ａからコイル部31ｂに流れる。電極
33とコイル部31ｂは、コイル部の先端と電極の突起部33
ａと電気的に接続されているため、コイル部31ｂに流れ
る電流の経路は、接触子表面側から見た場合、円弧方向
成分を持つ。この電流の円弧方向の成分により、電流遮
断時に接触子を開極した場合に接触子間に発生するアー
クと平行な磁界が発生する。

【００１８】ところで、本発明者らの研究により、接触
子半径ｒとコイル部31ｂの内側の半径ｂとの間にｂ＞ｒ
が成り立つようにすれば接触子端部の縦磁界強度を大き
くできることが判明した。さらに、開極時のコイル間距
離の半分の距離ｚとコイル中心半径ａとの比（ｚ／ａ）
の値を（ｚ／ａ＜１／√２）とすることにより、中心軸
付近での磁界強度分布を平坦にすることができることが
判明した。

【００１９】この（ｚ／ａ）の値の違いによる磁界強度
分布の変化を模式的に示すと図３のようになる。同図に
よれば、本実施例の電極構造であれば、従来のものと比
較して接触子端部の縦磁界強度が十分に大きく、かつ中
心方向の縦磁界強度との差が小さいことが明白である。

【００２０】以上のように本実施例によれば磁界強度を
大きくすることができるだけでなく、接触子端部で磁界
強度を減少させ接触子中央部で均一な磁界強度分布を得
られるため、アークを電極間に安定して制御でき、遮断
性能を向上させることができる。

【００２１】また、接触子32の対向面は、コイル部31ｂ
の対向面よりも突出して設けられているので、閉極時に
は対向する接触子同士でのみ接触する。これにより、コ
イル部にアークが点弧することを防ぐことができる。

【００２２】さらに、コイル部により発生した磁界は、
電極、接触子の過電流の発生により多少の減衰は免れな
い。本実施例では、接触子側面部にコイル部31ｂ内径部
との間に空隙を設けている。この空隙部を貫く磁界は、
減衰することなく電極間に出てくるので、接触子端部で
接触子を囲むようにして磁界強度の強い領域を得ること
ができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、真空容器
内に接離可能に配置された一対の電極の対向面に固着さ
れた接触子と、電極の背面に接続され電極間に軸方向磁
界を発生させる縦磁界電極とを有し、接触子の半径を
ｒ、縦磁界電極の軸方向磁界を発生させるコイル部の中
心半径をａ、一対の電極を開極状態にしたときの対向す
る縦磁界電極のコイル部中心間距離の半分の距離をｚと
したとき、（ａ＞ｒ 且つｚ／ａ＜１／√２）を満たす
ように縦磁界電極を配置したので、遮断性能を向上させ
た真空バルブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す真空バルブの電極部分
の正面図。

【図２】本発明の一実施例を示す真空バルブの電極部分
の断面図。

【図３】径方向と縦磁界強度分布の関係を従来のものと
比較して示す図。

【図４】代表的な真空バルブの断面図。

【図５】従来の真空バルブの電極部分を示す図。

【符号の説明】

31…縦磁界電極、32…接触子、33…電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に接離可能に配置された一対
   の電極の対向面に固着された接触子と、前記電極の背面
   に接続され電極間に軸方向磁界を発生させる縦磁界電極
   とを有し、前記接触子の半径をｒ、前記縦磁界電極の軸
   方向磁界を発生させるコイル部の中心半径をａ、前記一
   対の電極を開極状態にしたときの対向する前記縦磁界電
   極のコイル部中心間距離の半分の距離をｚとしたとき、 ａ＞ｒ 且つ ｚ／ａ＜１／√２ を満たすように前記縦磁界電極を配置したことを特徴と
   する真空バルブ。
2. 【請求項２】 前記接触子の半径ｒと前記縦磁界電極の
   コイル部の内側の半径ｂとが ｂ＞ｒ を満たすように縦磁界電極を配置したことを特徴とする
   請求項１記載の真空バルブ。
3. 【請求項３】 前記縦磁界電極のコイル部とコイル部以
   外の部分の間を高抵抗値にしたことを特徴とする請求項
   １または請求項２のいずれかに記載の真空バルブ。
4. 【請求項４】 前記接触子の接触面は前記縦磁界電極の
   コイル部対向面より突出させたことを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれかに記載の真空バルブ。