JPS5928011B2 - 真空しや断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しゃ断器に関するものである。

第１図に一般的な真空しゃ断器を示す。

図において、１，２は接続リング３，４および中間リン
グ５を介して一端間を一体に接続された絶縁筒、６．７
は夫々絶縁筒１，２の他端に接続リング８゜９を介して
封着された端板、１０は端板６に挿着された固定電極棒
、１１は端板７の孔７ａに挿通されるとともにベローズ
１２を介して端板７に封着された可動電極棒、１３，１
４は夫々電極棒１０．１１の先端に相互に対向するよう
に取付けられた固定電極および可動電極、１５は中間リ
ング５に取付けられ、しゃ断時に発生する金属蒸気が絶
縁筒１，２に付着するのを防止するシールド筒である。

上記構成の真空しゃ断器では可動電極１４を可動電極棒
１１を介して図示しない操作装置により操作して固定電
極１３に対して接離し、電流の投入、しゃ断を行ってい
る。

しかるにしゃ断時には電極１３．１４間にアークが発生
し、このアークはしゃ断電流が大きいとアーク自身によ
り生じた磁界と外部回路の作る磁界との相互作用により
電極１３，１４の外周方向への電磁力を受け、アークは
電極１３．１４の外周部に片寄ってその部分を局部的に
加熱し、多量の金属蒸気を発生させる。

このため、電流零点後に電極１３゜１４間に金属蒸気が
残留し、絶縁回復が遅れてしゃ断能力が低下する。

これに対し、従来、電極棒の内端部に軸方向磁界を発生
するコイル電極部の一端を接続し、このコイル電極部の
他端に、一端面が高抵抗スペーサを介して電極棒に支持
されかつ他端面に電極が固着される、電極より小径の円
板状部に半径方向性外に延びる腕部を有するアダプタを
、その腕部先端にて接続した真空しゃ断器が知られてい
る。

かかる真空しゃ断器は、しゃ断時に発生したアークにこ
の軸方向磁界を加え、アーク電流を運ぶ電子および金属
イオンをこの磁界により捕捉してアーりの集中を妨げ、
しゃ断能力の向上を図るものである。

しかしながら、上記アダプタは、腕部の電気抵抗を考慮
して高導電率の材料により形成されている。

したがって、上記真空しゃ断器においては、軸方向磁界
により電極、アダプタおよび電極棒等の通電部材にうず
電流が発生し、このうず電流はコイル電極部が発生する
軸方向磁界と逆方向の磁界を発生するのでしゃ断時にア
ークに作用する軸方向磁界が弱まるとともにしゃ断電流
に対して軸方向磁界の位相遅れが生じる。

このため、電流零点でアークが消滅した後も磁界が残留
し、この磁界に電極間にある荷電粒子が捕捉されて拡散
を妨げられ、絶縁回復が遅れてしゃ断能力が低下する。

このため、従来では電極や電極棒に外周から中心方向に
放射状の溝を設けるなどしてうず電流を抑制していたが
、この場合電極や電極棒は機械的強度が弱くなり、真空
しゃ断器の操作時に発生する大きな衝撃に耐えられなく
なる。

そこで、放射状の溝を設けた電極や電極棒の周囲に高抵
抗で機械的強度が比較的大きなステンレス鋼などから成
る補強材を嵌合ロー付けして補強していた。

しかし、この場合にはロー材と補強材を介して結局うず
電流が流れてしまうのでうず電流抑制効果は充分で彦り
、このため軸方向磁界の減少と位相遅れを招き、しゃ断
能力が低下した。

本発明は上記の欠点を除去して、うず電流を効果的に抑
制することにより軸方向磁界の減少と位相遅れを防ぎ、
しゃ断能力を向上することができる真空しゃ断器を提供
することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、真空容器内に
対をなす電極棒を介し１対の電極を接離自在に設けるに
あたり、電極棒の内端部に軸方向磁界を発生するコイル
電極部の一端を接続するとともに、このコイル電極部の
他端に一端面が高抵抗スペーサを介して電極棒に支持さ
れかつ他端面に電極が固着された径方向の通電経路を有
するアダプタを接続してなる真空しゃ断器において、前
記電極棒の内端部に％導電率が７〜４０％の銅合金から
なる円柱状のコイル電極中心部材を連接し、このコイル
電極中心部材の外周を囲繞するが如くして前記コイル電
極部を配設するとともにその一端をコイル電極中心部材
を介して電極棒に接続し、前記高抵抗スペーサをコイル
電極中心部材の先端に固着し、前記アダプタを条溝電率
が７〜４０％の銅合金からなる円板状に形成するととも
に前記電極をベリリウムにより形成し、アダプタと電極
とを銀からなる導電スペーサを介して固着したものであ
る。

まず、直径７０ｍｍで板厚６ｍｍの各サンプルに電流に
より生じた軸方向磁界を印加し、その中心における各サ
ンプルの条溝電率（国際標準軟鋼の導電率を１００％と
する。

）と軸方向磁界の磁束密度の関係、および％導電率と軸
方向磁界の電流に対する位相遅れ（導電率１００％の部
材をサンプルに用いた場合の位相遅れを１００％とする
。

）の関係を測定した。

その結果を第２，３図に示す。図から明らかなように％
導電率が４０係以下であればうず電流が流れ難いため軸
方向磁界の磁束密度があまり低下せず、位相遅れも小さ
いことが判明した。

特に条溝電率が２０％以下であると、磁束密度の低下が
ほとんどなくなり、位相遅れも導電率１００係の場合の
１１５程度になることが判明した。

以下、第４図ＡおよびＢを用いて本発明の一実施例につ
き詳細に説明する。

第４図ＡおよびＢにおいては銅棒１６ａの内部にステン
レスの補強棒１６ｂを嵌合ロー付された電極棒、１７は
電極棒１６の先端に一端面を嵌合ロー付けして連接され
た条溝電率が約７〜４０裂の銅−ニッケル合金から成る
コイル電極中心部材、１８（ｒｉ電極棒１６の外周およ
びコイル電極中心部材１７の外周に嵌合ロー付けされた
ステンレスから成る補強材、１９はコイル電極中心部材
１７に嵌合ロー付けされた環状の中央部１９ａを有する
とともに中央部１９ａからコイル状に伸びて一ターンコ
イルを形成するコイル部１９ｂを有する銅から成るコイ
ル電極部材で、このコイル電極部材１９ば、コイル電極
中心部材１７の外周を囲繞しており、コイル電極中心部
材１７とコイル電極部材１９とからコイル電極部２０が
形成される。

２１は補強材１８の外周に嵌合ロー付けされるとともに
コイル部１９ｂの軸方向一端にロー付けされたステンレ
スから成るコイル部補強部材、２２けコイル電極中心部
材１７の他端面に一端をロー付けされたステンレスなど
から成る高抵抗スペーサ、２３はコイル部１９ｂの先端
に設けられた孔１９ｃに一端を嵌合ロー付けされるとと
もに高抵抗スペーサ２２の他端に設けた孔２２ａに挿通
された銅から成る接続導体、２４け％導電率が約７〜４
０俸の銅−ニッケル合金から成る円板状のアダプタで、
アダプタ２４の一端面は高抵抗スペーサ２２の他端およ
び接続導体２３の他端に嵌合ロー付けする。

２５は一端面をアダプタ２４の他端面に嵌合ロー付けさ
れた銀から成る導電スペーサ、２６は導電スペーサ２５
の他端面にロー付けされたベリリウムから成る接触電極
部である。

ベリリウム製の接触電極部２６は、■べＩＪ ＩＪウム
が銅、銀糸金属に比べて導電率（％導電率２７％）が小
さいためにうず電流が流れ難く、残留磁界が少ない。

■べＩＪ ＩＪウムは二次電子放出係数が小さいために
しゃ断時発生する金属蒸気中の中性粒子がイオン化され
難く、アークの集中が生じ難くなり、金属蒸気の発生が
少ない。

■べＩＪ ＩＪウムの比熱が太きいためアークによる温
度上昇が小さく、金属蒸気の発生が少い。

■べＩＪ ＩＪウムは原子量が小さいために軽く、シゃ
断時発生した粒子の拡散も早い。

などの利点があり、しゃ断能力が向上する。一方、アダ
プタ２４け、接触電極部２６を直接接続導体２３と接続
すると接触電極部２６には電流が周辺部に片寄って流れ
ることとなりしゃ断時アークが均一に分布しないのを防
ぐためと、接触電極部２６を高抵抗スペーサ２２および
接続導体２３０両者と接続すると接触電極部２６が傾く
恐れがあるとともにベリリウムは硬くて脆いため加工が
面倒になるのを防ぐために設けである。

また、アダプタ２４ば、斜溝電率が７〜４０係の銅合金
により形成されているが、その形状は円板状となってお
り、発熱による問題は生じず、接触電極部２６を導電ス
ペーサ２５を介して均一かつ安定に支持でき、しかもう
ず電流はほとんど生じないものである。

さらに、銀の導電スペーサ２５は銅のアダプタ２４とべ
ＩＪ ＩＪウムの接触電極部２６を直接ロー付けすると
金属間化合物（Ｂｅ３Ｃｕ）が形成されて強度が極端に
低下するのでこれを防ぐために設けである。

尚、２２ｂは高抵抗スペーサ２２の中央に設けた突出部
、２４ａは突出部２２ｂと嵌合する凹部で、突出部２２
ｂと凹部２４ａとの間には二面ロー付けを防ぐためにギ
ャップＧ□が設けてあり、又Ｇ２は電極棒１６とコイル
電極中心部材１７との間に二面ロー付けを防ぐために設
けたギャップである。

又、２２ｃ 、２２ｄ 、２４ｂは夫夫高抵抗スペーサ
２２およびアダプタ２４に設けたガス抜き孔である。

上記の真空しゃ断器においては電流は銅棒１６ａからコ
イル電極中心部材１７に流れ、さらにコイル電極部材１
９の中央部１９ａを通りコイル部１９ｂに流れ、さらに
接続導体２３、アダプタ２４、導電スペーサ２５を介し
て接触電極部２６に流れ、さらに対向電極に流れる。

従ってコイル部１９ｂは軸方向磁界を発生し、しゃ断能
力が向上する。

コイル電極中心部材１７およびアダプタ２４にｕ％導電
率が約７〜４０係の銅−ニッケル合金を用いているが、
これは前述したように係導電率が４０％以下であればう
ず電流が流れ難いため軸方向磁界があ捷り減少せず、位
相遅れも小さいためである。

しかし、導電率があまりに低いと定格電流通電時の発熱
量が多くなり、しゃ断物性上および強度上具合が悪いた
め斜溝電率は最低７チ程度は必要となる。

このため銅−ニッケル合金の％導電率は約７〜４０係で
ある必要がある。

第５図は銅−ニッケル合金におけるニッケルのｗｔ％と
斜溝電率の関係を示し、ニッケルのｗｔ％がＩＣ＄前後
において％導電率が７〜４０係の範囲内にある。

又、各構成部材のロー付けにおいては、補強棒１６ｂ、
補強材１８、コイル部補強部材２１および高抵抗スペー
サ２２などのステンレス製の部材は高温ロー付けを要し
、銀の導電スペーサ２５とべＩＪ ＩＪウムの接触電極
部２６とのロー付けはＡｇ８９％−８ｎｌ１％のロー材
を用いて７２ｏ−７８０℃の温度で真空中で低温ロー付
けを行う。

従って、他の部材も７００〜１０００℃の温度範囲でロ
ー付は可能な必要があるが、銅−ニッケル合金はこの条
件を満たしている。

尚、コイル電極中心部材１７およびアダプタ２４には銅
−ニッケル合金の他にＣｕ Ａｌ１合金、Ｃｕ−８ｎ
合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａ１合金およびＣｕ−Ｂｅ合金など
の銅合金を用いることができる。

又、上記の電極および電極棒の構造は固定電極と可動電
極の双方又はいずれか一方に適用することができる。

以上のように、本発明によれば、軸方向磁界を発生する
コイル電極部を備えた真空しゃ断器において、軸方向磁
界に悪影響を及ぼす部分を斜溝電率が７〜４０％の銅合
金により形成しているので、うず電流が流れ難く、うず
電流により生じる磁界により軸方向磁界が弱められたり
位相遅れが生じたりすることが抑制される。

したがって、しゃ断時電極間に発生したアークには強力
な軸方向磁界が有効に作用してアークの集中が妨げられ
るとともに残留磁界により金属蒸気の拡散が妨げられる
ことがないのでしゃ断能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は＝般的な従来の真空しゃ断器の縦断正面図、第
２図および第３図は夫々サンプル部材における条溝電率
と軸方向磁界の磁束密度の関係図および条溝電率と軸方
向磁界の位相遅れの関係図、第４図ＡおよびＢは夫々本
発明の一実施例に係る真空しゃ断器の電極部分の縦断正
面図およびコイル電極部材の平面図、第５図は銅−ニッ
ケル合金におけるニッケルの重量係と条溝電率との関係
図である。 １．２・・・・・・絶縁筒、３，４，８，９・・・・・
・接続リング、５・・・・・・中間リング、６，７・・
・・・・端板、１０・・・・・・固定電極棒、１１・・
・・・・可動電極棒、１２・・・・・・ベローズ、１３
・・・・・・固定電極、１４・・・・・・可動電極、１
６・・・・・・電極棒、１６ａ・・・・・・銅棒、１６
ｂ・・・・・・補強棒、１７・・・・・・コイル電極中
心部材、１９・・・・・・コイル電極部材、１９ａ・・
・・・・中央部、１９ｂ・・・・・・コイル部、２０・
・・・・・コイル電極部、２３・・・・・・接続導体、
２４・・・・・・アダプタ、２５・・・・・・導電スペ
ーサ、２６・・・・・・接触電極部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １真空容器内に対をなす電極棒を介し１対の電極を接離
   自在に設けるにあたり、電極棒の内端部に軸方向磁界を
   発生するコイル電極部の一端を接続するとともに、この
   コイル電極部の他端に一端面が高抵抗スペーサを介して
   電極棒に支持されかつ他端面に電極が固着された径方向
   の通電径路を有するアダプタを接続してなる真空しゃ断
   器において、前記電極棒の内端部に係導電率が７〜４０
   係の銅合金からなる円柱状のコイル電極中心部材を連接
   し、このコイル電極中心部材の外周を囲繞するが如くし
   て前記コイル電極部を配設するとともにその一端をコイ
   ル電極中心部材を介して電極棒に接続し、前記高抵抗ス
   ペーサをコイル電極中心部材の先端に固着し、前記アダ
   プタを係導電率が７〜４０係の銅合金からなる円板状に
   形成するとともに前記電極をベリリウムにより形成し、
   アダプタと電極とを銀からなる導電スペーサを介して固
   着したことを特徴とする真空しゃ断器。