JPS58176561A - 耐電弧特性の評価方法および装置 - Google Patents

耐電弧特性の評価方法および装置

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JPS58176561A
JPS58176561A JP57060735A JP6073582A JPS58176561A JP S58176561 A JPS58176561 A JP S58176561A JP 57060735 A JP57060735 A JP 57060735A JP 6073582 A JP6073582 A JP 6073582A JP S58176561 A JPS58176561 A JP S58176561A
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阪本 芳昭
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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】 この発明は、耐電幅特性の評価方法および装置に関する
本ので、あり、より詳しくいうと1例えば気中遮断装置
の電流遮断接点の両側に配設し、発生1弧の逸散を防止
する所謂消弧板の耐電幅特性。
消弧特性を評価する方法および装置に関するものである
気中遮断装置には異常電流の遮断を主目的にする遮断器
、電流グ遮断−短絡の反復を主目的にする接触器等があ
る。前者における消弧板は′単に発生1弧の逸散を防止
するだけでなく、その材質の保持する特性は遮断装置の
遮断性能を大きく支配する。また後者にあっては、消弧
板の損耗量は漬斗装置の耐用寿命に直接関係する。一般
に、前者の特性を消弧特性、後者の特性を耐gA特性あ
るいは耐弧寿命特性と称している、 遮断装置における発生1弧の大きさは、遮断容量、交直
流の違い、′接点の開極速廣あるいは機種の差等に関連
し、小は家庭用のナイフスイッチから、大は送電用の基
幹遮断器にいたるまで千差万別であり、消弧板材質は、
上記の発生1弧の大きさに従い4IIi々雑多なものが
使用されている。例えば家庭用ナイフスイッチのように
発生1弧の小さい1弗器には有機材料のモールド品が、
送電用基幹遮断器のように発生1弧の大きい機器では磁
器材料等が使用さ4℃いる、その他無機質および無機質
、有機質の複合材料等も使用されている。
また、消弧板材質の特性の良否は上記のように遮断性能
、耐弧寿命等特性面を支配するに留まらず磯4の形状、
大きさに直接関係するので、Φ器の設計において消弧板
材質の選定はきわめて重要な因子であることは当該装置
の多くの設計者が認めるところである。
従東、消弧板材質の8定に供用される耐電幅特性の評価
方法および装置として第1図に示すような11L極構成
のA、S、T、Mによる耐弧試験装置があった。これは
タングステンのような溶融温度の晶い直径約ユリlの頷
属棒を斜めに切断して鋭角部を形成したものコ本を*極
λ、3に使用し、試験試料lの平面上に電極コ、3の鋭
角の先端部を密着させA 、? k wgの1i11隔
を保持して対向するように配置する。最初に電極コ、3
間に商用周波/コ200Vを印加する。このとき電極コ
、3の先端間忙/θIIAの電流が流れて放電現象が発
生し、室幅をに秒ON 、 /%秒OFFの状態で1分
間保持する。
その後101Lkで%秒ON、%秒OFFの状態で7分
間1%秒ON、%秒OFFの状態で1分間、連続通電状
態で1分間と印加し、さらに連続通電状態で電流コθ!
1IA1分間、30WLk1分間、G(OIIA1分間
と1分間ごとに段階的にアークの性質を強めて試験する
ものである。
評価は試験面の絶縁が完全に破壊されて室幅がものと判
断するものである。
以上の試験では、試料の材質が有機系の場合には試験途
中に室幅が消滅することが多く、材料間の差を読み取る
ことが可能であるが、試料が無機系で例えば磁器材質の
場合には最終条件においてもほとんど室幅の消滅現象が
なくその差は読み取ることができない。また、この方法
にあっては。
高電圧、小電流の条件で電弧を発生させてはいるが、実
質的には高温小容量の熱源で試料表面を加熱しているに
過ぎない。したがって、有様系材質の場合には熱伝導率
が小さいために極部的ecstが上昇し、材質が熱分解
して炭素質を析出し、この炭素が電路を形成するので特
性の良否は殆んど材質の炭素含有率に支配され、独自の
耐室幅特性を評価することができない。
上記のように、従来の耐弧試験方法、装置では無機系材
質の評価が不可能であること、および有機系材質の場合
でも独自の耐電ill特性が把握できないという致命的
な欠陥があった。
次に1表面抵抗回復速度を測定する耐弧試験方法がふっ
た。これも81図に示すような電極構成で、タングステ
ンのような溶融温変の高い直径Gl關の金属棒な斜めに
切断して鋭角部を形成したもの1本を電極コ、JIC使
用1、試験試料lの平面士に電極コ、3の鋭角の先端部
を密着させ3mの間隔を保持して対向するように配電す
る。そうして電極コ、3間にリーケージトランスが励磁
され交流/j、りθθVを印加し、グロー放電現象を発
生させ、引続きメイントランスが励磁され交流3.0O
OV、/ OAを印加し、大きな熱容量の電弧をコθH
z保持する。そうすると電極λ、3間の試料/の部分は
完全に溶融する。つぎに、この電弧の発生時間が完了す
ると同時に電極−97′4f抵抗値測定用の電極に切り
換え、電極間に生成した溶融部の抵抗値の変化を測定す
る。この溶融部は。
初期の抵抗値はきわめて低いが、時間の経過とともに溶
融部のm度が低下するためその抵抗値は急速に回復する
この抵抗の回復速度の遅速をもって耐電i特性の良否の
評価基準とするもので、速いもの程良とする。
このff@i方法では、有機系試料の場合は室幅熱によ
り試料が燃焼するため試験不能である。無機系試料につ
いては1例えば磁器材質の場合、溶融生bv物の溶融軟
化湯度とiIi!i潟時における粘度変化特性、結晶性
、非結晶性物質の存在1.比率等に大さく支配さね、こ
れらは構成成分組成と密接に関係するので、成分組成中
に含有されるアルカリ金属酸化物N&aO9に20  
などの比率の大小は容易に推定できるが、試料自体の消
弧特性あるいは耐弧寿命特性等を判定することはきわめ
て困難で現実には不可能に近い。
以上の69明で明らかr(ように、従来の耐電弧特性W
f価方法は、消弧特性あるいは耐弧特性を把握すること
は勿論のこと推定すらできるものがなく。
単[1品購入に必要な規格試験に適用されているのが現
実である。
本発明者らは、遮断器あるいは接触器の性能の向上を目
的として、優れた消弧特性あるいは耐弧特性もしくは両
者を警備した消弧板を得るべく研究を開始したが、先ず
最初に当面した問題は、試作した消弧板について成分構
成あるいは成形条件と、上記の消弧あるいは耐弧特性の
関係を如何にして把握する、かということであった。最
も安易な方法としては実益を使用した試験が考えられる
この場合には常に実益相応の形状を保持する試料が必要
であり 容易に試作できる板状晶では試験が不可能で、
試料の作成に多くの手数を要すること、加速試験が困難
であるためとくに耐弧特性を求める場合には長期間を必
要とすること、電源役備が大掛かりVCなること等の理
由により、数多くの試作試料の試験は実質的に実施困難
で、現実的にはほとんど価値を認め難い方法ということ
VC(−なる。
そこで、この発明は1以上の事情に鑑みてなされたもの
で、消弧板自体の研究に先立ち、消弧および耐弧特性を
有意義に把握できる評価方法、装置を得るべく多くの研
究を重ね、従来のものの欠陥を完全に除去し;消弧およ
び耐弧特性の評価が可能で、材料の研究1選定に有用に
活用し得る耐室幅特性の評価方法および装置を得ること
を目的とするものである。
以下、この発明を 図面に示すいくつかの実施例につい
て説明する。第2図の第一の実施例において、試料//
は厚さ3〜5■、直径100〜lコ0mの円板で、中央
に回転軸/jを貫通し得るW通軸用貫通孔//fiと外
周に近い円周軌道上の一定点に固定電極lコを貫通し得
る電極用孔//bを有する。試料台/ダは固定されてい
て試料//に一装置でき、試料l/と同位置に回転軸用
貫通孔lpaおよび電極用貫通孔/餌すを有する。
回転軸/りは試料//および試料台lゲの回転軸用貫通
孔//a、/Glaを貫通して位置し、その一端は取付
台2U&C固定されている回転機構76に連結さねてお
り1回転速度は任意に調節することができる。固定型&
/コは試料/’/の電極用貫通孔llbに嵌合する直径
を有し、試料台/Fの11/1極用貰通孔/(gbを貫
通して設置され、土面は試料/lの上面と同一で平滑面
を保持しており。
銅あるいは銅合金でなり直径は約Kmである、回転11
ILgtyは銅あるいは銅合金でなり、直径は固定電極
lコと近似であり先端は曲面に仕上げられて試料//の
表面および固定電接/コに垂直に接するように発条(図
示せず)□に′jり適圧で押しつけらねるように電極保
持台/lK保持されている。
集電部/1は上面に摺動面/faを有し1回転軸/!に
固定されており、電極保持台17を連結保持している。
刷子/9は刷子保持板/9aに支えられ摺動面/g:P
IK接して集電部/IT/C通電できるようになってい
る。磁石−〇は固定電極/−の側部に近接して配設され
るよう欧付台コダに固定された直径35簡の鉄芯に巻回
したコイル導線コ/が11N、電源ココと刷子/9.集
電部/1を経由して回転電接/JK直列に接続されてな
る電磁石で構成され、試料l/の側部に近接するヨーク
コ□aを備えている、この磁石−〇により回転軸/り。
回転磯構部/4.取付台コダ 電磁石コ0を経由する方
向の磁束通路を構成し、試料l/の上面に沿って回転電
極/3.の円周軌道と回転軸/!との半径方向に磁場を
形成するようにしている。直流電源2コは固定電極lコ
と電磁石コイル導線コl。
刷子/9.集電部/1を経由して回転電極13に電圧が
印加されるように導線23VCより接続されている。
次に動作とともに方法について説明する。第3図に示す
ように、固定電極lコと回転電極/Jに直流電源コλを
接続し1回転電極/、?を回転する。
先づ固定11極/コと回転電極/Jが接触して短絡[2
,ついで開極され、電@へが固定電極lコと回転電極7
3間に発生する。このとき、電@AK磁石−〇による磁
場が作用し、室幅電流により試料/lの表面に向って運
動力が働き、1弧Aが試料/lの面へ押し付けられ、固
定電極lコ近傍の試料//の表面に横傷痕が生じるよう
になる。この横傷痕は電極の開極時の電流量が大きいほ
ど、開極速度が遅いほど、また開極回数が多いほど大き
くなる 従って試料//の材料構成により室幅発生の条
件を適宜に変化させ1例えば有機系材料については小さ
な1弧を、磁器系材料の場合には大きな1弧を発生させ
るようにする。ただし、1弧A[作用する磁場の大きさ
は、磁石コ0のコイル導#!コlを室幅発生回路に直列
に接続しているため、電源λコの印加する電流量に比例
して強弱する。
次に耐W弧特性の評価であるが、消@特性は。
電極の開極による発生室幅の継続時間が基準になり、電
気的な継続時間の測定把握あるいは横傷痕の長さおよび
幅の測定により行なう。耐室幅損耗量は、損傷痕の状態
の肉眼観察によるもよく、その他蒸発による試料の減量
の重量測定、あるいは1弧Aにより試料から発生した損
傷生成物の重量を測定するのも有用な手段である。
この評価方法においては、電磁石20の磁場宜よって発
生室幅Aを試料/lの表面に押し付つけているため、室
幅柱および室幅炎を含め、密度の高い、エネルギーの大
きい1弧Aが試料/lの表面に触れることから、−回の
1弧Aによる損傷痕は大きいものとなり、とくに耐室幅
損耗量の加速試験をするには磁石のない場合に比して室
幅回数が少なくてすみ、かつ、異なる試料間の有意差が
得やすく、効率的で実用効果が大きい。
以上の点についてさらに詳しく述べると、磁石を設けな
いときの1弧の状態は、第9図に示すように発生室幅A
aは試料77面上方が開放であるため、土方へ浮き上が
り広がろうとする。したがって、室幅密度は小さくなる
とともに試料//の表面には室幅エネルギーの小さい外
炎部が触れるだけで、発生する損傷痕は小さいものとな
る。このような室幅エネルギーの小さい条件設定の評価
試験では、試料//から発生する7分解ガスに影響さね
易く、消弧特性の評価という点からは利点があるが耐弧
損耗量の評価の点では耐熱温度の低い有機系材料な除い
て、重紙発生回数を相当多くしないと有意差のある評価
が得られず1等価試験法としては効率が悪く、信頼性に
乏しい。
次に、第一実施例ではこの発明の基本的なものな示した
が、放電回数を多くして試験するためおよび電極の消耗
を少なくし電極の取り替えなど試験の操作を簡単にする
ための電1I7L41II造でなり、第一の実施例と同
様の耐電弧特性の評価が得られる第二の実施例を第5図
について説明する。図において、試料//は前例と同様
に厚さ3〜!■、直径lθθ〜12θ譚の円板で、□中
央九回転軸/jを貫通[7得る貫通軸用孔ti=誉有す
るものである。固定電極/JAには先端を曲面に仕上げ
た板状のものを使用し、試料//の上面に接触させてた
板な電極保持発条コロを介して試料//の上面と一定の
間隙を保持して収電部/lVc固定され。
っている。
かかる構成により1両電極間で発生した室幅は一1磁場
により試料l/の表面に押し付けられ、横傷痕を発生す
る点、前例と同様であるが、放電回数を多くした場合の
電極の耐久性およ、び電音め取替の点で有利となる。
第6図、第7図は第三の実施例であり1円周軌道士の一
定点に電極用貫通孔を有し、スベ〜サコクを介して一定
の間隙03〜S寵を設けた4枚の円板を試料としたもの
で、一方を回転させて回転試料//Aに、他の一方を固
定させて固守試料//Bとする。/uA、/u13 は
それぞれ回転試料//A。
固定試料//Bの試料台である。回転電極7.7Bは回
転試料//AのKm用貫通孔に嵌合さ−れ、その下端面
が回転試料//Aの下面と同一になるよう固定する、固
定4f4t/コBは先端を曲面に仕上げたもので、固定
試料//Bの電極用貫通孔を貫通して先端が回転試料/
/Aの下面の円周軌道上に発条により適圧で押接されて
いる。
電極/2Bに接触させて短絡したのち開極すると。
回転試料’/Aと固定試料//Hの間隙で室幅Aが発生
する、このとき室幅AK第一、第二の実施例とは極性な
逆にした磁石20による磁場を作用させ、Vt弧電流に
より回転試料//Aの表面に向って運動力を作用させる
と、電@Aは回転試料//Aの表面に押し付けられ0、
回転電極/3BVC隣接する回転試料//Aの表面に損
傷痕が生じる。
オだ、回転試料//Aの表面へ室幅Aを押し付けるのは
、試料の新しい面が速やかに室幅kK接し、を弧AVc
対する材料特性がより顕著に測定できるためであり、当
然、電磁石2oを第一、第二の実施例と同様の極性にし
て固定試料//Bの表面に室幅Aを押しつけるようにし
てもよい。
とくに第三の実施例による評価方法では、試料//A、
//B間の狭い間隙で電@Aを発生させるため、高温の
室幅熱により画状N / / A、/ /Bから発生す
る分解ガスの室幅hyc対する冷却や分散作用および高
温時の表面抵抗が消弧に影響しゃすい点で消@特性の評
価方法として有用なものであり、室幅密度が高くエネル
ギーな増した安定な沿面室幅を試料面に押し付けること
により、消弧材料の性質と耐電弧特性の相互関係を効果
的に評価することができる。
第三の実施例に対し、磁石コ0を設けない場合れぞれ隣
接した回転試料//Aおよび固定試料//Hの表向に約
半分づつの長さで発生する。このような電@Abの形態
では、不安定で損傷痕の長さを測定して数値的に評価す
る場合に信頼性に欠けることになる。
なお、これまでの実施例では、評価装置の電弧発生回路
ic rW列にコイル導線コlを接続した電磁石を使用
したが、第四の実施例として第を図に示すように、コイ
ル導線λ/Aを室幅発生回路の導線23にとは別の回路
とし、室幅発生の電流量に影響されないで一定した磁場
を保持して室幅条件を変化し試験することが可能で、直
流、交流のどちらでも電源λざとして用いることができ
る。
また、第1O図は第五の実施例であり、電弧に磁場を与
える磁石として電磁石を使用しないで。
電弧に作用する能力を有する永久磁石コOkを用いて試
験することも可能である。さらには、永久磁石コ(7A
に代えて、固定電極lコの側面に磁化さねやすい金属部
材1例えば鉄などの磁性材料でなる金−属部材を配設し
1発生した室幅自身の電流により磁場を生じるように構
成することも考えられ、この金属部材が全くない場合に
比べて、電弧は上方へ広がらす、試料//の表面にこう
着し。
効果がある。ただし、この場1有効な電弧のエネルギー
は磁石を配した場合に比べて格段に小さいものであるが
、損傷痕の小さいもので室幅発生久試験のような耐弧損
耗量を重視する場合などの評価には好適である。もちろ
ん消弧特性の評価本可能である。
次に、第六の実施例として、第11図、第72図および
第73図示すように、試料の形状を電弧の横傷痕を形成
し得るに足りるだけの大きさと、シ。
これを試料保持板に嵌め込むように構成することも考え
られる。第1/図および第1コ図は、それぞれ第一図、
第S図の構成における試料’/IK代えて試料iicが
小形になっており、この試料//Cを異種の材料でなる
試料保持板λデに嵌め込んで全体として円板状に構成し
た場合であり。
第73図は、第6図における試料を試料保持板コ9A、
29BKそれぞれ嵌め込んだ小形の試料/ /D 、 
/ /にに代えた構成としたものである。
かような構成により、小形の試料および複雑な形状のも
のを加工し:て作成する試料などの耐室幅特性の評価試
験を容易に実施することができる。
とくに、蒸発減量あるいは損傷、溶融生成分重量を測定
する耐弧4耗量の評価においては、異なる試験試料間の
有意差が得られやすく、評価晴変が向上し効果が大であ
る。
以上の説明で明らかなように、この発明は、一定条件な
設定【7.この条件により無機系、有機系その他各種材
料を対象に、その特性の適否を評価することが可能であ
るが、無機系、有機系と各材料の系統に応じ最適条件を
設定することにより。
さらに試料間の特性の有意差を数値的に明らかに評価す
ることが容易にできる。
また1条件の設定に際しては、適用機器の発生電釧の大
きさを基準にすることにより、有用な結果を得ることが
できる。
このように、各穫材料の消弧および耐室幅損耗特性な数
値的に把握して比較評価が可能で、前述した従来の評価
方法の致命的な欠陥を完全に除去したに留まらず新しい
機能を有しており、消弧板の開発に必要な特性の評価が
得らねる。しかも試料の形態が至極単純であり、試料作
成に格別な手数を必要とせず、試験も長時間を要しない
。また。
設備本大損かりでなく、消弧板の開発に資すること大で
あり、その技術的および経済的効果はきわめて大きい。
さらに、磁器系消弧板は、実機で使用中に室幅熱による
熱衝撃により破壊することがしばしばある。この発明に
よれば、大きな電弧を用いて熱衝撃試験を実施すること
が可能で、これは大きなq4次的効果である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術の概略構成図1.第2図はこの発明の
第一実施例の斜視図、第3図は同じく動作説明のための
側面図、第V図は第1図における一部構成要件を欠如し
た場合の動作説明側面図、第3図はこの発明の第二実施
例の斜視図、第を図は同じく第三実施例の斜視図、第7
図は同じく動作説明のための側面図、第を図は第6図に
おける一部構成要件を欠如した場合の動作説明側面図、
第を図はこの発明の第四実施例の斜視図、第1O図は同
じく第五実施例の斜視図、第11図、第1.2図および
第13図は同じくそれぞれ第六実施例の斜視図である。 //、//   へ  、   //B   、  /
/C、//D、//R・・試料、/コ、/2に、/コB
・・固定電極。 /3./3に、/、1B−命回転電極、lダ、/G’A
。 /uB・・試料台、/!・・回転軸、/A・・回転機構
、/7・・電極保持台、/1・・集電部。 19・・刷子、/9a・・ゆ1子保持板、コO。 コθA−−磁石、−〇a−−ヨーク、コ/、J/A・−
コイル導線、、2コ、コt・・電源、コ参・・取付台、
26・・電極保持発条、コア・・スペーサ、コデ、コ?
A、29B・・試料保持板。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 幣1図 幣2図 11t)、141) 処3図 焔4図 幣5図 処9図 も10図 特許庁長官殿 1.  +34件の表示    特願昭Iクー40:I
JI号2、発明の名称 耐室幅特性の評価方法および装置 3、補正をする考 0) 明Im誓の発明の詳細な説明の−4補正の内科 明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  軸中心に固定された平板な試料の円周軌道上
    の一宇点に設けた固定電極と前記円周軌道十を円周運動
    をする回転電極との間に直流電圧を印加し、前記円周運
    動に伴う前記回転電極の前記固定電極との離接によって
    両電極間に電弧を発生させ、同時に前記円周軌道の半径
    方向に前記試料の表面KGう磁場を形成して前記電弧を
    前記試料の表面に押し付ける運動力を4気て前記試料に
    横傷痕を生じさせることを特徴とする耐電弧特性の評価
    方法。 (2)試料の側部近傍に配置され磁場を形成する電磁石
    のコイル導線を電弧発生用の電源に直列に接続し、前記
    電源の電流量に対応して前記磁場の大きさを変化させる
    特許請求の範囲第1項記載の耐電弧特性の評価方法。 (3)  電弧継続時間、損傷痕の寸法の測定により消
    弧特性を判定する特許請求の範囲第1項記載の耐電弧特
    性の評価方法。 (リ 横傷痕の視認、蒸発による試料の減量測定。 損傷生成物の重量測定により耐弧特性を判定する特許請
    求の範囲m1項記載の耐電弧特性の評価方法。 (り) l対の試料を間隙をおいて同軸上に平ζ〜に配
    置し、前記試料の一方に回転電極を配設して回転試料と
    し他方に固定電極を配設して固定試料とする特許請求の
    範囲第1項記載の耐電弧゛4件の評価方法。 (6)所望の横傷痕を得るに足りる大きさの試料を用い
    これを異種材料でなる試料保持板に結合し両者により円
    板を形成する特許請求の範囲第1項記載の耐電弧特性の
    評価方法。 (7)回転軸に結合され円周運動をする回転電極と、前
    記回転軸と同軸的に平板状試料を固定的に支持する試料
    台と、前記試料の表面に前記回転電極が接離する位置に
    配設された固定電極と、前記回転電極と前記固定電極間
    に直流電圧を印加して室幅を情生させる電源と、前記試
    料の表面に沿って前記円周運動の軌道の半径方向に磁場
    を形成する磁気手段を備えてなることを特徴とする耐電
    幅特性の評価装置。 (に)電磁石でなる磁気手段のコイル導線を直流電圧印
    加用電源に直列に接続した特許請求の範囲第7項記載の
    耐電幅特性の評価装置。 (テ)磁気手段が永久磁石である特許請求の範囲第7項
    記載の耐電幅特性の評価装置。 (10)磁気手段が室幅電流によって磁場を形成する磁
    性金属部材でなる特許請求の範囲第7項記載の耐電幅特
    性の評価装置。 (l/)磁気手段が試料側部く近接する円弧面を有する
    ヨークを備えたものである特許請求の範囲第7項記載の
    耐電幅特性の評価装置。 (/2)固定試料と回転試料を同軸上に間隙をおいて並
    置するl対の試料台と、前記固定試料と前記回転試料の
    表面にそれぞれ配M’された固定電極と回転成極を備え
    た特許請求の範囲第7項記載の耐電幅特性の評価装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008053329A2 (en) * 2006-11-01 2008-05-08 Eaton Corporation Automated arc generator and method to repeatably generate electrical arcs for afci testing
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