JPS59198624A - 真空バルブの電極構造 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は真空バルブの電極構造に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

真空しゃ断器に用いられている真空バルブは良く知られ
ている様に、真空容器の中に接離可能な一対の電極を設
けて、電路のしゃ断を行うものである。真空中において
は金属のしゆう動部分を設けるのは困難なため、電極の
接触は平面の突き合わせであるのが一搬的である。とこ
ろが真空中に金属を接触させておくと互いが溶着するこ
とがある。特に電極投入時や、大電流通電時の発弧など
により溶着する。これを防止するために真空バルブの対
向する面には耐溶着性能の良好な金属材料や、種々の添
加物を含む銅合金を接触子として用いている。一般的に
このような材料や添加物は銅に比べ同じ温度において高
い蒸気圧を有する材料である。良く知られているように
真空バルブのしゃ断時に発生するアークは、電極の材料
から供給される金属蒸気により点弧継持されるので、特
も二縦磁界を印加してアークを電極空間に安定して点弧
するものでは、もしも対向する電極面上にこの材料の偏
在があると、アークはその材料の偏在部分に集中する可
能性がある。また添加物を含んだ合金は一搬に金属学的
欠陥を持つ可能性が大きいため、耐圧やしゃ断性能に制
約をうける可能性がある。従って真空しゃ断器内部では
このような接触子の面積をなるべく小さくすることが望
まれるが、アークは第１図に示すように接触子１，２の
Ａ部に集中してしまい局所的に電極３，４の接触子］、
２の加熱、溶融等により十分なしゃ断性能を出すことが
できない。そのため第２図に示すように電極３，４の対
向面全体に接触子１，２を設けることがある。しかしな
がらアークは十分に広がりしゃ断性能も十分大きなもの
が期待できるものの、材料の欠陥に原因するたとえば耐
圧不良などの可能性が増えて必ずしも十分な性能とは伝
えなくなる。

逆に蒸気圧の低いものを接触子材料に用いると、接点以
外の部分にアーク集中が起り、やはり十分なしゃ断能力
のあるしゃ断器とすることのできない可能性がある。こ
のように接触子の材料選択にあたっては、材料の蒸気圧
は重要な要因となるが、これだけでは不十分でその他要
因についても検討が必要である。

〔発明の目的〕

本発明は高圧大容量しゃ断の可能な真空バルブの電極構
造を提供することを目的とした。

〔発明の概要〕

本発明においては、真空容器内に接離自在な一枚の電極
構造を備えた真空バルブに於いて、電極に取付けられた
接触子の表面積が、電極の表面積より小さく、接触子に
対′向する材料で接触子以外の電極の材料の融点におけ
る蒸気圧ＰＯ［Ｐａ）、電気抵抗率ρｏＣＸ−ｍ］、接
触子の材料の蒸気圧Ｐ、（Ｐａ）、Ｌ ρ１〔ｘ−ｍ〕とし、このときこれらの間に１００±２
０％であることを特徴とする真空バルブの電極構造。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面によって説明する。

発明者らは、真空中のアークの特性と、特に電極材料及
び接触子材料とのかかわりあいについで実験した結果、
縦磁界を印加し、アークを安定化する方式の電極におい
て、電極径よりも接触子径が小さい場合で、以下の関係
が存在するときに、真空中のアークは電極間に均一に分
散・点弧し、十分なしゃ断性能を示すことを見い出した
。

まず接触子以外の電極の材料、たとえば銅であるならば
この銅の電気抵抗率とρ。Ｃｚ−ｍ：］その融点におけ
る蒸気圧をＰ。（Ｐａ）とし、接触子材料の電気抵抗率
をρ１〔χ・ｍ〕同じ温度における蒸気圧をＰｌ（Ｐａ
）としたときにこれらの間に となる関係があるときにアークは均一に広がり、安定し
て点弧することを見い出した。さらにアークの分散・安
定化には材料の比熱・気化熱、融解熱等の緒特性が接触
子材料と電極材料とで差のないことが重要であり、調査
検討の結果、電極材料はたとえば銅と比べ１００±２０
％以内に接触子材料の諸特性値が存在するときにアーク
は電極に均一に分散実験結果より見い出された。

第３図は本発明による真空バルブの一実施例を示す電極
部分である。電極部分をわかりやすくするためにコイル
部分を省略した。電極中を流れていると考えられる電流
を矢印Ｂ、Ｃで示している。

接触子１２に流れ込む電流Ｂ゛は抵抗率ρ１の接触子材
料中を流れてからアークＤとなり他の電極に達する。接
触子１２以外に流れる電流Ｃは抵抗率ρ。の材料中を流
れてからアークＥを介して他の電極に達する。このとき
接触子１２．１３が高蒸気圧特性を持つ金属材料である
と接触子部分からだけ金属蒸気が供給されるのでアーク
は接触子１２．１３の部分に集中してしまう。そこで接
触子材料のある温度における蒸気圧をＰｌ、接触子以外
の材料の同じ程度における蒸気圧をＰｏとしたときＰ。

＞Ｐ工の条件であれば電−極からも蒸気が供給されるの
で比較的容易にアークは接触子部分から移動を始める。

ただし、Ｐｏが極端にＰ、より大きいと逆に接触子以外
の部分にアークが集中するのでＰ。はＰ□の１０倍以内
である必要がある。さらに接触子材料の抵抗率をρ１、
接触子以外の尾極利訓の抵抗率をρ。

とすると流れる電流の大きさは抵抗率の逆数に比例する
から という関係をもてばアークの広がりが良くなる。

この２つをまとめて なる関係は磁界を印加し、アークを安定化し、しゃ断を
行わせる方式の真空バルブで、接触子が電極よりも小さ
なとき１″−有効な条件である。

ただし、このように接触子材料等の特性を利用してアー
クを均一に広げしゃ断能力を上げるためにはこの関係だ
けでは不十分で、アークにより、接触子や電極が加熱さ
れるときにどこもほぼ同じ温度に加熱され温度が均一に
上がらないと、上記関係があっても、局部的に加熱され
、その部分から蒸気が供給されるので上記の効果が生じ
ない場合がある。すなわち電極等に入射される熱入力に
よりどの部分も同じ様な温度上昇がおこらなければなら
ない。この温度上昇を決定する材料の主な特性は、材料
の比熱、気化熱、融解熱であり、発明者らはこれらにつ
いて検討した結果、これらが接触子以外の電極として用
いられるたとえば銅の特性の値と比べてほぼ１００±２
０％にある場合（″−アークの分散が良く、安定して点
弧する。

これらの関係を満す電極の具体的な例として実験で確認
した。その結果７−りは接触子のみでなく電極合体に広
がっていることが良くわかる。

以上述べたように上記の関係を持つ真空バルブではその
しゃ断時（二発生するアークが、電極間に均一に分布す
ることができ、しゃ断性能が良好であることが示された
。

なお本発明において、たとえば銅と述べたのは銅に限定
せず、接触子材料以外の電極部分の材料という意味であ
る。

また接触子材料は、ある種の純金属に限らず、銅とその
他の金属材料の溶解系合金、銅とその他の金属材料の焼
結系合金（＝おいても同様の効果を示すことは明らかで
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高電圧で大容岨しゃ断の可能な信頼性
の高い真空しゃ断器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の真空バルブの電極構造の斜視図
、第３図は本発明の一実施例を示す電極構造の側面図で
ある。 ３．４・・・電極 １２、１３・・・接触子 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほ
か１名） 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空容器内に接離自在な一対の電極構造を備えた真空バ
   ルブに於いて、前記一対の電極構造の電極に取付けられ
   た接触子の表面積が、前記電極の表面積より小さく、前
   記接触子に対向する材料で前記接触子以外の前記電極の
   倒斜の融点における蒸気圧Ｐ。（Ｐａ）、電気抵抗率ρ
   。〔工・ｍ〕、前記接触子の祠料の蒸気圧Ｐ、（Ｐａ）
   、′４気抵抗率ρ、ＣＸ・ｍ〕とし、このときこれらの
   間に １００±２０％であることを特徴とする真空バルブの電
   極構造。