JPS59148223A - 真空インタラプタ - Google Patents

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】 本発明は、真空インタラ１夕に係り、特に接離自在な一
対の電極間に発生するアークに、このアークと平行な磁
界全印加せしめるように構成した真空インタラプタに関
したものである。

一対の電極間に生じるアークに平行な磁界（所謂縦磁界
）全印加することによってしゃ断性能の向上を図った真
空インタラプタは良く知られているところでアク、そし
て、縦磁界発生用のコイルは！極の背部又は真空容器の
外周に囲繞して設けられているのが一般的である。

前者の電極背部にコイルを一体的に設けてなるものは、
晋通第１図に示す如く、電極ｌの背部に高抵抗材料から
なるスペーサー２全介して縦磁界を発生するコイルケが
設けられ、このコイルグの中央部にはリード棒３が接続
さｎ５またコイルグの周辺側は接続体ｊを介して電極ｌ
の背部に接続されて構成さ几、こ庇によってＴヒ＠！ｌ
とリード棒３との間に２ける電流ケコイル弘により、リ
ード棒３全中心としたループ電流に変えて電極ｌの表面
ＩＯに直交する磁界（縦磁界）全発生するように成さ几
ている。な２、第１図中の符号ＩＩにｔ他ｌに設けた半
径方向のスリットであり、！！／にうず電流が生ずるの
ｔ防止するためのものであんところで、前記ｔ！／は、
表面ｉｏがフラットな平担面に形成さｎていて、全面が
相手電極（図示省略）との接触面となるようになされて
いるので、このｔ極ｌは、高導電性で且つ酬溶看性に優
れたＣｕ　Ｂｌ　、Ｃｕ　ｐｂ　、Ｃｕ　Ｆｅ　ＨＣｕ
５ｅ等の銅合金からなるのが一般的であり、またしゃ断
器にあっては表面ｉｏに多数のアーク柱が発生（銅の場
合には１００アンペア当り１個発生）するｌことが知ら
れている。

一方縦磁界が印加されている場合にあっては、アーク中
の荷電粒子等が磁界効果によって電極表面上での移動を
拘束さｎることがら、多点発生した各アーク柱は集中化
することなく各々の発生点に止っている傾向にある。こ
のように発生した各アーク柱が集中化することなく分散
していると、各アーク柱のエネルギーは比較的に小さい
ので（集中すると大きくなる）過度の金属蒸気全発生せ
ず確実に電流零点にしてしゃ断が行え、結果しゃ断性能
が向上するものであり、こｎが縦磁界印加式の特徴でめ
る。

しかして、通電々流の観点から見れば、一対の電極の接
ｊつＩ！（面相は比較的小さくても艮いものであるが、
縦磁界によってアーク柱が動きにくいものであるにして
も、狭い面積上に多数のアーク柱が発生した場合には各
アーク柱の間隔は小さいものとなるので、外部（ロ）路
及びアーク０芽の持つ磁力等の作用によって、極めて接
近して発生しているアーク同志が集中化してしまう場合
があるために、一対の？！極の対同面積はできるたけ広
くしておくことが望ましいものである。

このような観点に基づいてなされたのが前述の第１図に
示すような鴇：極／であって、表面ＩＯの全面が相手電
極との接触面となυ、またアークの発生点となるように
している。

しかしながら、第１図に示すように構成さｎた電極ｌに
あっては、広い表面１０上にてアークが発生するので、
アークの分散発生（集中化しないで分散してアークが発
生する）は期待できるものの、表面１０ｕ接触面と兼用
である〃≧ら％［極／は前述のように高導電性の銅合金
にて作らなけ詐はならないものである。このためにｍ極
ｌ内には、磁界の影響によってうず電流が生じてしまい
、このうず電流の発生によって■磁界の位相遅ｎによる
しゃ断性能の低下、■うず電流による逆磁界によシ縦磁
界が減衰し荷電粒子等の拘束効果すなわちアーク分散効
果（集中化防止効果）の低下。といった問題が生ずるこ
とになる。

すなわち、縦磁界中に存在する電極１等の構成部材には
うず電流が生じて磁界の位相遅れが生ムこの遅れは部材
全形成する材料の導電率に関係していることが知られて
おり、第２図にこの関係金示す。第２図は縦軸に位相遅
れの比率（％）を、横軸に導電率（％）をとって示した
ものである。

従ってこの第２図から、前述の第１図の場合のように電
極ｌが銅合金の如き高導電性の材料からなる場合にあっ
ては、著しい磁界の位相遅ｎが生じることが判り、また
換言すれば大きなうず電流が生じていることが判る。

一方、第３図は、しゃ断電流■とコイルによる磁界Φと
の間の位相差（位相遅れ）θを示したものであり、この
ように位相遅れがあると、電流零点において残留磁界憂
０が存在することになる。縦磁界全印加した場合にはし
ゃ断性能の向上に役立つものの、電流零点後もその磁界
があると、荷電粒子などはその磁界にとらえらｎて真空
空間へＩ拡散することなく一対の電極間に止ってしまう
ことになる。この結果、電極間の絶縁回復が遅ｎたシ、
また再点弧な生じてしゃ断性能が低下するといった問題
音引き起すことになる。従って位相遅ｎ１換言すれば電
流零点での残留磁界をできるだけ小さくするのが望まし
いものである。

従って電極ｌが前述の第１図の場合のように高導電性の
材料からなる場合において、うず電流の発生防止（磁界
の位相遅れ防止）を行なうには、第１図に示すような半
径方向のスリツ）／Ｉｆ電極電極機数本設けなければな
らないものでらつへしかしスリット／／ｆ設けると、電
極ｌの機械的強度は著しく低下し、耐久性が悪くなると
いった問題を惹起するものであった。

このようなことから、第２図の磁界からも明らかなよう
に、電極／ｉ導電率の小さい材料にて形成すれば、うず
電流は発生しに％＜いことから位相遅れは小さく、よっ
てスリットｉ設ける必要がないので電極の機械的強度の
低下はないといった利点があシ、しかも導電率が４０％
以下であＷＥ実用上差し支えないとされている位相差（
位相遅れ）の角度θ＝３０〜３５　ｄｅｇ以下にＰさえ
ることができ、また逆磁界の発生による縦磁界の減衰も
小さいといった利点がある。

しかしながら、このような事は電極ｌに限って見た場合
のみ言えることでおシ、第１図に示したように電極ｌ、
スペーサλ、コイルμ及びリード棒Ｊ全相互に接続して
構成した場合にあっては、特にコイル≠及びリード棒３
が高導電性の材料（例えば＠）からなるものでおるから
、これらの各部材内及び結合し念各部材間に渡ってうず
電流が複雑な閉ループ全形成して流れているものであん
よって電極ｌ全導電率４０％以下の材料で形成しても、
他の部材と組合せた状態になると、位相遅れがθ−３０
〜３５　ｄｅｇ以上のものとなってしゃ断性能に悪影響
を及ばず場合がちった。

第４図は、電極上における磁界の位相遅れの分布ｔ−調
べたものであり、横軸を電極の半径（吟縦軸全磁界の位
相遅れ（θ１として示しである。そして第４図における
曲線（イ）は第１図の構成で且つ電＆ｌが銅合金からな
る場合の分布であり、曲線（口］は導電率が４０％の材
料からなる電極ｌのみの場合の分布であシ、また曲線ｅ
１は第１図の構成で且つ電極ｌが導電率４０％の材料か
らなる場合の分布を示している。

この第４図の結果から明らかなように、磁界の位相遅ｎ
は、電極の中心部（０点）が最も著しく、また周辺部（
Ｄ／２点）に至る１１ど小さいものである。

そこで種々の実験の結果、前述の第１図に示したような
電極ｌの表面（接触面）ｉｏが全面フラットに形成され
て接触面となっている場合には、磁界の位相遅れが最も
著しく大きな残留磁界の存在する！！／の中心部分にア
ークが発生する場合があって、こｎによってしゃ断性能
が低下することが明らかとなった。

すなわち、前述の第１図のように表面１０の平担な電極
ｌにスリットｌｌを設は念場合にあっては、機械的強度
が低下していることから投入及びしゃ断時の衝撃によっ
て変形しやすく、またスリットの有無に関係なく投入時
の片当シ（電極周辺部が最新に接触する）によって電極
の周辺部側又は全体が変形してしま・つて接触面ｌθの
平担度が悪化するものであった。このために変形歪がほ
とんど生じないリード棒Ｊに対応した電極ｌの中心部分
の表面にアークが発生して前述のようなしゃ断性能の低
下全署しいものとしてい九。しかも電極Ｉが低導電率の
材料からなる場合にあっては発熱しやすく、また接触抵
抗が増して溶層しやすいものであった。

ま之、実用上差し支えないとされている磁界の位相遅れ
の角度θに；３０〜３５ｄｅｇＴｈ、第４図における曲
線１／ｌ・・・（導電率が４０％の材料からなる電極を
備えたもの）に当てはめて、電極径に換算すると、ＤＫ
＋２０ＷｔＪｎに相当していることが明らかとなった。

以上のようなことから、磁界の位相遅れの最も著しい部
分、換言すれば残留磁界の最も大きい部分にアークが発
生せず、且つ荷電粒子が存在しないようにすれば電流零
点において例え大きな残留磁界が存在していても、この
磁界に拘束さｎる荷電粒子がないので、電極間の絶縁回
復が遅れたり、また再点弧することがなく、結果しゃ断
性能が向上することが判った。

本発明は以上の点に鑑みてなさｎたものであり、従来の
うず電流の発生全防止することによって磁界の位相遅れ
全減少させてしゃ断性能の向上を図ることに代えて、ｔ
ｉｔａに２ける磁界の位相遅ｎの著しい部分にアークが
発生せず、且つ荷電粒子が存在することのないようにし
てしゃ断性能の向上を図ることを目的としたものである
。

この目的全達成するために本発明は、電極を１導電率４
０％以下の材料からなるアーク電極と、このアーク！ｆ
ｆｌの中央部に突出して設けた耐溶着性に優ｎた銅合金
からなる接触子とで形成し、且つ接触子の中央部に内径
約２０問以上の凹穴を設けてリング状の接触面を形成し
て構成し、この電極上一対組合せて真空インタラプタ全
形成したものである。

次に本発明の実施例を第５図ないし第８図に基づいて説
明する。

まず第５図は真空インタラプタの全体構成含水すもので
あり、図中において、６は真空容器でめシ、ガラス又は
セラミックスから成る絶縁筒６１と、この絶縁筒６１の
軸方向の両端を封止する金属からなる端板乙コ及びｔ３
とで構成さｎている。

そして、図中下方の端板ｔ２にはベローズ６μを介して
可動側のリード棒３ａが気密に貫通して設けてあり、且
つこのリード棒３ａの内端部には電極／＆が設けである
。また他方の端板６３には、固定側のリード棒３ｂが気
密に貫通して設けてあシ、且つこのリード棒Ｊｂの内端
部には、前記電極／ａが接離し得るＷ、極／ｂが設けで
ある。更にこの電極／ｂとリード棒３ｂとに接続され、
且つ一対のｔ極ｊａ及び３ｂＱ囲繞する如く円筒状のコ
イルｌが設けてあシ、このコイルμは、電極ｌｂとリー
ド棒３ｂとの間に２ける電流を一対の電極Ｊ＆、ｊｂ全
囲繞するルーズ電流に変え、こｎによって一対の電極Ｊ
ａ　、　Ｊｔ１間に生じるアークと平行な縦磁界全発生
するものである。

そして前述のコイルグツリード棒３ｂ及び電極／ｌ）は
、第６図の詳細図に示す如く構成さｎて一体結合される
ものである。

すなわち、コイルヶは、１箇所にスリット弘コを具備し
て略円筒状に形成されたコイル本体μｌと、該コイル本
体４！ｌの円弧方向の両端ｓｌＢ。

≠ｌｂの部位から半径方向内方に延び且つ平行配置され
た一対の腕４ｃＪ及び弘μとで構成さｎている。この一
対の腕＋Ｊ、４ｔグは、コイル不休４４／の軸方向の一
端側（図中の上方側）に寄った位置に設けである。

このコイルリの一対の腕ＩＩＬ３．≠μの内端部の一方
の両側には、リード棒３ｂの端部が結合さ詐るわけであ
るが、リード棒３ｂの端部には、半円状の段付形状に成
されて突部３１と低部３−２とが設けである。突部３１
は直接にコイルＶの一方の腕≠３に結合さ扛て電路を形
成するように成さ八また低部７．２は高抵抗体（例えば
非磁性のステンレス鋼又はインコネル合金）からなるス
ペーサ３３を介在して他方の腕＜＜ｐに結合さｎて電路
が形成されることのないようになさ扛る。

一方、電＆／ｂ＆ｌ１ｌｔその背面側に位して突部１３
と低部ｌ弘と全備えて端部が半円状の段付形状になされ
次接続体７．２が設けである。この接続体ｌコの突部／
Ｊは、直接にコイル≠の腕４ｔ４ｔの下面側に結合され
て電路を形成するように成され、また低部１４ｔけ高抵
抗体から成るスペーサｌｊ（前記スペーサ３Ｊと同様な
材料からなる）ｔ−介在して他方の腕≠３に結合さｎて
電路が形成されることのないようになされている。

上記したようにコイル４ｔは形成され、またリード棒３
ｂ及び電極ｌｂが結合されているので、例えばリード棒
３ｂから入った電流Ｉは第６図に示す如く、一方の腕≠
３を介してコイル本体４Ａ／’ｉループ状（時計方向）
に流れ、他方の腕４Ａ≠全介して電極／ｂに至シ、そし
て直接又はアークを介して相手側の電極ｌＢに至るもの
である。

次に電極／＆、／ｋ）の構成？詳細に説明するめζこの
両電ｆｆｌは同様な構成からなるものであるかへ第７図
に基づき一方の電極／ｉで説明する。

すなわち、電極／、は、リード棒３ａの端部に設けた円
板状のアーク電極１６と、リード棒３＆の端部で且つア
ーク電極ｌ乙の中央部に位すると共にこのアーク電極１
６よシ軸方向′に突出した接触子１７とで構成されてい
る。そして接触子１７は、中央部に凹穴／７ａ全備えて
カップ状に形成さｎｌこｎによって開口側にリング状の
接触面／７ｂ全具備するようになされている。

ところで接触子／７の形状寸法であるが、接触子１７の
中央部の径２０ｗｍの範囲は磁界の位相遅れが最も著し
い部分であることから、接触子／７の内径寸法ｄ、≧２
０ｍとする必要がある。一方性径寸法ｄ、は、接触子１
７内におけるうず電流の発生全極力小さいものにしてコ
イルμによる縦磁界全減衰させる逆礎界の発生を防止す
る点から％　６１６６０ｍ５の範囲で通電々流による接
触面積全考慮して最適値を決めるものである。

また、接触子１７の凹穴／７ａの深さ寸法りはこの部分
にアークが生じることのな込ようにする観点から、接触
面／７ｂがアーク電極１６の表面／ｊａから突出してい
る寸法Ｓに対してＪ＞Ｓとなるようにすｎは良いもので
ある。なｈ、Ｓ寸法は、接触子ｌ乙の消耗しろであ、り
７％　２ｒｒａｎ程度あｎば実用上差し支えないもので
ある。

そして前記？ａＣｆｆｌ／ａを形成する材料としては、
アーク電極１６は、相手電極と非接触であり、しかもう
ず電流の発生全防止する観点から導電率４０％以下の材
料上使用する。例えばＢｅ　、Ｃｕ−Ｗ、Ａｇ−Ｗ、Ｆ
ｅ−Ｎ１−Ｃｒ（例えばホステナイト系ステンレス鋼）
、Ｆ　ｅ−Ｃｒ−Ｃｕ　、　Ｃｕ−８ＵＳ等の合金であ
る。

また接触子１７は、Ｃｕ−Ｂ　ｌ　、Ｃｕ−Ｐｂ　１ｃ
ｕ−’Ｉ’ｅ　。

なる＠極／３であり、接触子１７が簡単なリング状体に
形成されていると共にアーク電極１６内に半没してリー
ド棒３ａの先端部に固着したものであシ、各部の寸法ｄ
ｓ　ｐｄ鵞＊’ｐＳは、前述の第７図の場合と同様な値
及び関係にて構成されるものである。この第８図の構成
によれば、接触子１７が簡単なリング状であるから、形
整加工が簡単であるばかシでなく、第７図の接触子に比
較して材料のむだが少なく安価な接触子が得られるとい
った利点がるる。

な２１以上の説明は、一対組合されて使用さ扛る電極／
ａ　、／ｂのうちの一方の！他／ａに基づいて説明した
が、他方の電極ｌｂも同様に構成されるものである。

また縦磁界を発生させるコイルμは、前述（第５図）の
場合のように一対の電＆／ａ、／ｂｉ囲繞する如く設け
る場合に限らず、第１図のように電極背部に設けている
場合、更には真空容器の外部に配置している場合であっ
ても同様な効果を奏するものでおる。九だ本発明にあっ
ては、電極のアーク％Ｌ極１６が低導電率の材料からな
るので、前述の第１図のように電極背部にコイル弘會設
け、このコイルの一部をアーク電極の外周側に電気的に
接続してなる場合にあっては、通電時においてアークｉ
ｌｔ＆／６内に半径方向の電路が形成されて発熱しｆす
くなることから、コイルｌと電極との接続は、電極の中
央部裏側（接続子１７に対応した位置・・・・・・・・
・・・・第６図参照）にて行なうことのできるように構
成することが望ましいものである。

以上説明したように構成さｎた本発明からなる真空イン
タラゲタにあっては次のような種々の効果を奏するもの
である。

■　電極は、アーク電極１６と接触子１７とからなり、
しかも大径のアーク電極１６は導電率４０％以下の材料
からなり、更に接触子１７は耐溶着性に優れた銅合金か
らなっているものであるから、電極に２けるうず電流の
発生はわずかであって逆磁界による縦磁界の減衰は少な
くなり、また溶着の問題も生じないものである。

■　位相遅ｎの最も著しい部分でおる電極中央部に位す
る接触子１７は、その中央部に内径ｄ１≧２０欄の四穴
／７ａｉ備えているので、この接触子１７の中央部には
アークが発生することはなく、また荷電粒子が存在しな
いものであるから、たとえ位相遅し７５にあって残留磁
界が存在しても、電流零点後に絶縁回復が遅ｎたシ、ま
た再点弧することはないものであシ、縦磁界効果による
しゃ断性能の向上全一層向上できるものである。

■　アーク電＆１６は低導電率の材料からなるので、う
ず電流防止用のスリット？設ける必要はなく電極の機械
的強度が低下することはない。

しかも、アーク電極／６よシ接触子１７が相手電極側に
突出しているものであるから、従来のように投入時に２
いて電極の外周縁部が接触するといった間辿は生じず、
更に電極が投入時に揺れても、接触子１７は揺れ変化の
最も小さいリード棒の軸線上に位しているものであるか
ら偏接触の程度はわずかであシ、総じて耐久性の高い真
空インタラプタを得ることができる。

■　接触子１７は、その中央部に深さ１寸法の凹穴／７
ａｉ備えているので、この接触子１７の部分の電位傾度
（ｋ　ｖ／ｍｍ　）は小さくなって、一対の！極間ギャ
ップが２Ｊ−（一対の電極の組合せ）分に相当して大き
くなるものであるから、この接触子１７の部分で閃絡す
ることはなくなシ、結果−／＠Ｌや断性能の向上が図ｎ
るものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の縦磁界′に極の正面図、第２図に導％Ｌ
率と位相遅れの比率との関係説明図、第３図は、電流と
磁界の関係説明図、第４図は位相遅扛の分布図、第５図
は本発明の一実施例からなる真空インタラプタの断面図
、第６図は第５図のコイル及び！極部の分解斜視図、第
７図は第５図の電極の断面図、第８図は本発明の他の実
施例からなる電極の断面図である。 ／＆、Ｉｂ・・・電極、／Ｍ・・・アーク電極、１７・
・・接触子、／７ａ・・・凹穴、／７ｂ・・・接触面、
３ａ。 ３ｂ・・・リード棒。 １０　　　１　　　　　Ｉ＋ 第２図 ０　２０４０　６０　８０　１００　　　　　（４電ヤ
（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リード棒（３ａ、３ｂ）の内端部に設けられた接離自在
   な一対の電極（ｌａ、／ｂ）間に発生するアークに、該
   アークと平行な磁界全印加せしめるようにコイル′に備
   えて構成さｎた真空インタラゲタにおいて、削配一対の
   電極？、導電率４０％以下の材料からなる円板状のアー
   ク’１１ｆ惨（／６）と、該アーク電極（１６）の中央
   部に位し且つリード林（Ｊ　ａ　、　Ｊ　ｂ）に対応し
   た位置に設けられると共に相手電極側に突出して設けら
   れた銅合金からなる接触子（１７）とで形成し、且つ接
   触子（１７）の中央部に内径が２０間以上の凹穴（／７
   ａ）を設けてリング状の接触面（／７ｂ）ｌ−形成した
   ことを特徴とする真やインタラプタ。