JPS583333B2 - シンクウシヤダンキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電極構造を改良してアークを電極面に安定且つ
均一に分布させ得るようにした真空しゃ断器に関する。

一般に真空しゃ断器は、第１図に示すように絶縁物から
なる円筒体１の両端開口部を蓋体２ａ，２ｂにより閉塞
した真空容器盈内に、１対の電極４，５を対峙させて設
けると共にこれらを前記蓋体２ａ，２ｂを貫通させて真
空容器ｌ内に挿入された導電棒６，７の端部にそれぞれ
取着し、その一方の導電棒７を図示しない操作機構によ
り軸方向に移動可能として前記一方の電極４に対して他
方の電極５を接離できるようにしてある。

この場合蓋体２ｂと導電棒７との間には、真空容器１内
を気密に保持し且つ導電棒Ｉの軸方向の移動を許容し得
るベローズ８が設けられる。

なお、図中９は前記電極４，５および導電棒６，７を包
囲するように設けられたシールドである。

而してこのような構成の真空しゃ断器において、通電の
場合には電極４，５は投入状態にあるが、このような状
態から図示しない操作機構の動作により導電棒Ｉが図示
下方向に移動すると、電極５は電極４から開離し、両電
極４，５間にはアークが発生する。

このアークは陰極例えば電極５側からの金属蒸気の発生
により維持され、電流が零点に達すると、金属蒸気の発
生が止り、アークが維持できなくなってしゃ断が完了す
る。

ところで上記電極４，５間に発生するアークはしゃ断電
流が太きいと、アーク自身より生じた磁場と外部回路の
作る磁場との相互作用により著しく不安定な状態となる
。

このため、アークは電極面を移動し、電極の端部あるい
は周辺部に片寄り、その部分を極部的に過熱し、多量に
蒸気を放出させて容器内の真空度を低下させ、しゃ断限
界を低下させる。

この対策として従来では、電極面を広面積として電流密
度を低下させるようにした電極構造のもの（前者）、電
極面にスパイラル状のスリットを設けてアークを回転さ
せるようにした電極構造のもの（後者）など種々あるが
、何れも次のような欠点を有する。

すなわち、前者のような電極構造としてもやはり前述同
様にアークが電極の端部あるいは周辺部に片寄るため、
電極を極部的に溶かし、電極からの極部的蒸気の発生が
太き《なり、しゃ断不能となる。

また後者の電極構造のものも電極全面積で電流を均一に
分担することが不可能であり、前者の場合と同様の現象
が発生する。

これらの現象はアーク発生中、金属蒸気またはイオン化
された金属蒸気が電極間の外に逃げ出し、アーク維持に
必要なイオンが不足するため、電極間のアークが不安定
になるためと考えられている。

すなわち、アーク電流は一般に、Ｉ＝ｅ−ｎ−Ｖ・Ｓ（
但し、ｅは単一電荷、ｎはプラズマ定数、■は電子の速
度、Ｓは電極面積）で表わされ、従って金属蒸気が電極
間の外へ逃げ出すと、上記プラズマ密度ｎが不足するの
で、電子の速度■が増大し、その結果アーク電圧が上昇
する。

アーク電圧が上昇すると、それだけ電極間にエネルギー
が供給され、そのエネルギーによって電極の温度が上昇
し、電極面は温度で溶融される。

このような現象を防止する手段としては電極面に垂直な
方向の磁界を印加することが効果的であることは既に知
られているところであり、以下その概要について述べる
。

一般にアークの陰極点から発生する電子、中性原子、イ
オン化原子の割合は１００：１０：１であると云われて
いる。

そこで電極面に垂直な方向の磁界を印加すると、電子が
磁界に捕捉され、陰極から陽極に到達するのに「螺旋状
」に運動するため、それだけ長い距離を移動する。

そのため、電子が中性原子をイオン化し、アーク電圧の
上昇を抑える。

従って、陽極電極はエネルギー入射が少なくなるので、
電極は溶融しな《なり、また電極面に垂直方向の磁界は
電極外方に逃げ去るイオン化金属（プラズマ）を捕捉す
ると共に電極外方に去るのを防ぎ、アークを安定化させ
る。

従来、このような効果を具体化したものとして、第１図
と同一部品には同一記号を付して示す第２図のように、
真空しゃ断器の容器１外周にコイル１０を配置すると共
に導電棒７より電流を供給されるようになして電極４，
５面に垂直な磁界を発生させるようにしている。

また第１図と同一部品には同一記号を付して示す第３図
のように電極棒６，７自身にコイル部６ａ，７ａを形成
して電極４，５面に垂直な磁界を発生させるようにした
ものがある。

しかし第２図に示すようなものでは、コイル１０と電極
４，５との距離が遠いので、効果的に十分な強度の軸方
向磁界を得ることが困難となり、従って十分な強度の磁
界を得るには相轟大きなコイルが必要となる。

また真空容器盈自体もコイル１０を配置するために大き
くしなければならず、真空しゃ断器全体が大型化し、重
量、経済性の面で大きな問題がある。

さらに上記コイル１０に導電棒７を通してしゃ断電流が
流れるようにしてあるため構造を機械的に強くする必要
がある。

他方、第３図に示すようなものも上記と同様の問題があ
り、しかも加工が複雑化し、その割には磁界の効果が少
ない。

本発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、その
目的は電極構造を改良して電極自身で強力な軸方向磁界
を発生させるようにすることにより、アークを電極面に
安定かつ均一に分布させることができると共に全体を大
型化することなく簡単且つ安価になし得る真空しゃ断器
を提供しようとするものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第４図は第１図と同一部品には同一記号を付して示す本
発明の真空しゃ断器の縦断面図で、本実施例では、真空
容器１内に次のような構造の電極４１，５１を対峙させ
て設けると共にそれぞれを導電棒６，７の端部に取付け
るものである。

すなわち、第５図ａ，ｂは本実施例に係る一方の電極Ｕ
を示すもので、４２はコイル電極、４３はこのコイル電
極４２の下側に重ね合せるようにして設けられる主電極
である。

コイル電極４２は第６図ａ，ｂに示すように導電棒６に
取付けられる円板状の取付基部４２ａを中心に半径方向
に等間隔を存して伸びる同一長さを有する複数個の腕部
４２ｂ（本例では４個の腕部を示す）と、これら各腕部
４２ｂの突出端より隣り合う腕部に向け且つ先端がその
隣り合う腕部の突出端に対して適宜の間隙を存するよう
にそれぞれ同一方向の円弧を描かせた円弧部４２ｃと、
これら各円弧部４２Ｃの先端からさらに基部４２ａ方向
にそれぞれ向け、且つ腕部４２ｂと平行に設けられた短
腕部４２ｅおよびこれら各短腕部４２ｅの先端部より主
電極４３側に突出する突起部４２ｄとを電気的に一体に
形成したものである。

また、主電極４３は第７図に示すようにその電極面に半
径方向の直線状長短スリツ｝４３ａ，４３ｂを複数本（
本例では長スリット４本と短スリット１２本を示す）等
間隔を存するように設けたものである。

而してこのようなコイル電極４２および主電極４３を組
合せるには、コイル電極４２と主電極４３を重なり合う
ようにして設けると共にコイル電極４２の取付基部４２
ａおよび主電極４３の中心部間に例えばステンレススチ
イールからなる第８図に示すような高抵抗金属４４をス
ペーサとして介挿し、しかる後前記コイル電極４２の各
短腕部４２ｅの先端部に設けられている突起部４２ｄを
主電極４３の略中心部に接着して電極４１を構成する。

即ち、この実施例では長スリツ｝４３ａ２本と短スリッ
ト４３ｂ３本とで囲まれる主電極４３の略中心部（第７
図では符号４３ｃにて示す部分）にコイル電極４２の突
起部４２ｄが位置して両者は接合される。

この場合、主電極４３に設けられている各スリツＦ４３
ａ，４３ｂは上記各突起部４２ｄから外れるような位置
関係にしてコイル電極４２および主電極４３が組合せら
れる。

以上は導電棒６に取付けられる電極４１について述べた
が、導電棒７に取付けられる電極５１についても前述と
全《同様の電極構造になっており、ここではその説明を
省略する。

したがって、かかる構造の電極４１，５１を備えた真空
しゃ断器において、図示しない操作機構の操作により導
電棒７が電極開離方向に移動すると、アーク電流は第５
図ａ，ｂに矢印で示すようにコイル電極４２の取付基部
４２ａに入り、これより各腕部４２ｂを通して半径方向
の電流に分流（本例では全電流の１／４に分流）される
。

そして各半径方向に分流された電流は各円弧部４３ｃに
沿って流れ、更に各短腕部４２ｅへ流れ、しかる後各短
腕部４２ｅの先端部より突起部４２ｄを通して主電極４
３に流れる。

したがって、コイル電極４２を流れる電流は各腕部４２
ｂを通して円弧部４２ｃに流れることにより総本的には
ループ状の電流が１ターン流れたことと等価であり、■
ターンの磁界が主電極４３の電極面上に軸方向磁界とな
って現われることになる。

而してこのようにして主電極４３に導びかれた電流は前
述と全く同様に構成された他方の電極５１にアーク電流
となって入り、ここでも上記同様の軸方向磁界が発生す
る。

したがってコイル電極４２から発生した軸方向の磁界は
陰極、陽極に生じるアークを取り囲む形となり、しかも
アークから外部へのイオン化金属の放出拡散を抑制する
ためにプラズマ粒子の不足を起させない。

このことより軸方向磁界によって電極開離時に発生する
アークは電極表面で安定化され、しゃ断特性を大きく向
上させ得る。

一方、主電極４３とコイル電極４２の接合部が長短スリ
ット４３ａ，４３ｂで囲まれる略中央部に位置している
ため、主電極４３のどの部にアークがついても電流はほ
ぼ同一の条件でコイル電極４２に達する。

しかも、見かけ上１／４分割された主電極４３０周辺に
は短スリツ｝４３ｂを際限な《入れることができ、この
ことより主電極４３についたアークは第５図ｂに示す如
くイ，口，ハ，二の如く主電極４３の中心に向かって流
れるため、主電極４３面を均一に使用し、アークがつけ
ばこの電流が作る磁界は互いに相殺し合って無くなり、
コイル電極４２の作る磁界（円周方向電流による）には
なんらかかわりがなくなる。

また、コイル電極４２により軸方向磁界を発生させると
この磁界により主電極４３に渦電流が生じて逆方向磁界
により軸方向磁界が減少してしまうが、前述したように
主電極４３には長短スリット４３ａ，４３ｂが設けられ
ているので、渦電流による軸方向磁界の減少が防止でき
る。

しかも主電極４３０田辺には短スリツ｝４３ｂを数多《
設けてあることから、周辺領域は渦電流の影響を最少に
おさえることができると共に、渦電流の流れる有効半径
即ち第７図に示す如く半径Ｒを最少におさえることも可
能となる。

尚、上記構造とした場合の電極４１，５１のスリット位
置は両電極４１，５１共に同じ位置すなわち長スリツ｝
４３ａを合せればよい。

以上述べた実施例は本発明のほんの一例にしかすぎず、
次のような電極構造としても上述同様の作用効果を奏し
得る。

即ち、第９図に示す如くコイル電極４２と主電極４３の
接続位置を主電極４３の中央部にさらに近づけ、そして
長スリッ｝４３ａのみを主電極４３に設け実質的にはス
リットの長短をなくした場合である。

また、第１０図に示す如くコイル電極４３と主電極４３
との接続位置は第９図と同様とし、長スリット４３ａと
短スリット４３ｂとの組み合せより成る場合である。

このような電極構造としても前述同様の効果が得られる
。

更に、第１１図に示すように複数本のスパイラル状のス
リツ｝４３ｄ（本例では４本のスリットの場合を示す）
を設けた主電極４３と第６図または第９図、第１０図に
示すコイル電極４２との組合せより成る電極構造として
も同様の作用効果が得られる。

なお、上記各実施例では、真空容器主内に設けられる１
対の電極４１，５１それぞれにコイル電極４２を設けて
軸方向磁界を発生させるようにしたが、何れか一方の電
極４１または５１にのみコイル電極４２を設けて軸方向
磁界を発生させるようにしてもよい。

また上記のコイル電極４２はループ電流により１ターン
の磁界を発生させたが、この磁界の強弱を変えたい場合
には、ループの数を変えることにより調整できる。

例えばループの数を３つまたは２つにすることによりコ
イル電極４２に流れる電流は全電流の１／３または１／
２となり、磁界の強さは上記実施例の場合の１．３倍、
２倍とすることができる。

さらにコイル電極４２に流れる電流を増加させたいよう
な場合には電極自身の断面積の大きなものを用いればよ
い。

さらにまた、上記各実施例ではコイル電極４２と主電極
４３とを別個にしてあるが、これらを一体化したものと
して構成することも可能である。

この他本発明はその要旨を変更しない範囲内で種々変形
して実施できることは勿論である。

以上説明したように本発明によれば、真空容器内に接離
自在に設けられ且つ導電棒にそれぞれ取付けられる一対
の主電極により電流を投入、しゃ断するものにおいて、
上記主電極の少なくとも一方の主電極の背部に重ね合わ
せるようにコイル電極を配置し、このコイル電極は導電
棒の取付基部に一端を固着され且つこの取付基部から伸
びる腕部を有し、この腕部の突出端と一側が連結され上
記導電棒を中心とする円弧状の外周部を設けて形成し、
このコイル電極の外周部の他側で上記主電極背部との電
気的接続を行なうようにし、上記主電極には中心部から
外周面へ向かうように延びるスリットを複数本設け且つ
これらスリットを複数本設け且つこれらスリットでかこ
まれ上記円弧状の外周部よりも内側に位置する箇所で上
記コイル電極にそれぞれ接続する電極構造としたので、
電極自身で確実でかつ安定した強力な軸方向磁界を発生
させることができる。

したがって、アークを電極而に安定かつ均一に分布させ
ることができると共に、従来のような真空容器の外周面
にコイルを配置したり導電棒にコイル部を形成したりす
る必要がないので、全体が大型化するようなことがなく
簡単且つ安価にできる。

また、特に前記主電極には中心部から外周面へ向かうよ
うに延びるスリットを複数本設け且つこれらスリットで
囲まれる円弧状の外周部よりも内側の位置にて主電極と
コイル電極とを接続してあるので、アークが電極面の何
れの位置にあっても軸方向磁界を有効に発生させること
ができ、また渦電流による軸方向磁界の減少を防止する
ことができる。

以下、この点について第１２図ａ，ｂおよび第１３図ａ
，ｂを用いて詳述する。

つまり、もつと具体的に言うとスリットでかこまれ円弧
状の外周部よりも内側に位置する箇所でコイル電極に夫
々接続したことにより、■電極面上の電流密度が均一と
なり易い、■腕部分の不都合な磁界をキャンセルするこ
とができる、等の効果が得られる。

まず、上記■項については電極接続位置が端部にあると
、第１２図ａに示すように図示ｂ点、Ｃ点に点弧したア
ークの電流は、斜線で示す接続部まで流れるのにパスが
ａ点におけるよりも長い。

したがって、ｂ点、Ｃ点にはａ点におけるよりもアーク
が点弧しにくく、そのためａ点付近にアークが集中し易
くなる。

これに対し、接続位置が内側にあると第１２図ｂに示す
ように、図示ａ点、ｂ点、Ｃ点のどこでも斜線で示す接
続部までの長さは同図ａほどの差が生じない。

したがって、電極上で電流が均一に流れることになる。

次に、上記■項については電極接続位置が外側にあると
、第１３図ａに示すように腕部の磁界はコイル部と逆に
なる部分■があり、また逆に強化される部分■がある。

そのため、磁界分布がアンバランスとなる。

これに対し、接続位置を内側にすると第１３図ｂに示す
ように、腕部の不都合な磁界をキャンセル（図示■部分
）することができ、磁界分布を均一なものとすることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空しゃ断器の原理構成を示す縦断面図、第２
図および第３図は従来の異なる真空しゃ断器をそれぞれ
示す縦断面図、第４図は本発明の一実施例を示す縦断面
図、第５図ａ，ｂは同実施例における電極を拡大して示
すもので、ａは側面図、ｂは主電極側から見た平面図、
第６図ａ，ｂは同じくコイル電極の側面図および平面図
、第７図は同じく主電極の平面図、第８図は同じくコイ
ル電極と主電極間にスペーサとして設けられる高抵抗金
属の側面図、第９図および第１０図は夫々本発明の他の
実施例における電極構造を示す平面図、第１１図は本発
明の異なる他の実施例における本電極の平面図、第１２
図ａ，ｂおよび第１３図ａ，ｂは本発明の効果を説明す
るための図である。 ３・・・・・・真空容器、６，７・・・・・・導電棒、
４１，５１・・・・・・電極、４２・・・・・・コイル
電極、４３・・・・・・主電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に接離自在に設けられ且つ導電棒にそれ
   ぞれ取付けられる一対の主電極により電流を投入、しゃ
   断するものにおいて、前記主電極の少な《とも一方の主
   電極の背部に重ね合わせるようにコイル電極を配置し、
   このコイル電極は導電棒の取付基部に一端を固着され且
   つこの取付基部から伸びる腕部を有し、この腕部の突出
   端と一側が連結され前記導電棒を中心とする円弧状の外
   周部を設けて形成し、このコイル電極の外周部の他側で
   前記主電極背部との電気的接続を行なうようにし、前記
   主電極には中心部から外周面へ向かうように延びるスリ
   ットを複数本設け且つこれらスリツトでかこまれ前記円
   弧状の外周部よりも内側に位置する箇所で前記コイル電
   極にそれぞれ接続するようにしたことを特徴とする真空
   しゃ断器。