JPS5937624A

JPS5937624A - 真空バルブ

Info

Publication number: JPS5937624A
Application number: JP14706682A
Authority: JP
Inventors: 徹上川路; 悟柳父; 徹玉川; 英治金子
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1984-03-01

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、真空しゃ断器のしゃ断容量を大きくするため
に、特に電極部を改良した真空バルブに関するものであ
る。

〔背景技術とその問題点〕

周知のように真空しゃ断器用真空バルブは、１０Ｔｏｒ
ｒ以下の高真空中で電極を開離することにより、真空の
もつ優れた絶縁性・消弧性を利用して電流しゃ断を行な
う。

ところで第１図に示すように、真空しゃ断器用真空バル
ブ１は、絶縁性外筒２の両端開口を、固定側端板３およ
び可動側端板４によって密封して気密な容器となし、こ
の内部を１０−’Ｔｏｒｒ以下の高真空に排気している
。固定側端板３には、固定電極５を支持する固定側電極
支持棒６が支持固定されている。この固定電極５と相対
向して可動電極７が設けられ、この可動電極７は、図示
しない外部操作機構と連結する可動側電極支持棒８によ
って支持されている。しかもこの可動側電極支持棒８は
、金属ベローズ９を介し可動側端板４の開口端と気密性
を保ち連結されておシ、前記絶縁性外筒２内の真空を維
持して動作することができる。また電流しゃ断時のアー
クによって、電極から金属蒸気あるいは金属溶融片が飛
散するが、これらから金属ベローズ９を保護する目的で
、ベローズカバー１０がベローズ９を包囲するように設
置され、さらに絶縁性外筒２の内面が汚損されるのを防
止する目的でシールド１１が設置されている。

以上のような構成の真空バルブにおいて、定常時は電極
５．７は接触状態にあシ、この状態から図示しない操作
機構の動作によシミ極支持棒８が移動すると、可動電極
７と固定電極５は開離して、両電極５．７間にはアーク
が点弧する・このアークは陰極側の電極表面から放出さ
れる金属蒸気によシ維持されるが、電流が零点に達する
と金属蒸気の放出が止−１ニジ、アークが維持されなく
な９、しゃ断が完了する。

このように、真空しゃ断器は真をの優れた消弧性能を利
用し、電流をしゃ断するものであるが、大電流しゃ断が
要求されるときには単に真空の消弧性能のみでは不十分
で電極の表面状態が重要になってくる。すなわち、大電
流の電極への局所的な注入による電極の溶融を何らかの
方法で抑制する必要がある。その方法としては、真空ア
ークに並行な磁界を印加し、アークを安定な小コラムと
して電極全面に均一に分散させるいわゆる縦磁界方式と
、電極にらせん状の溝をつけ分割し、そのらせん状電極
を流れるしゃ断電流による磁界と真空アークの相互作用
によシアークを駆動し、アークの局所的停滞を防ぐ、い
わゆるスパイラル方式とがある。ところが一般にスパイ
ラル方式では、電極開離初期にはアークが中央接点部に
集中し、らせん状電極部を電流が流れないため磁界が発
生しなかったシ、またある程度以上の大電流になると、
アークを十分に駆動できるような強い磁界が得られなく
なったシするので、アークの停滞による電極の局所的溶
融がもたらされる場合がある。

そこで、スパイラル方式のこのような欠点を改善したも
のとしてカスゾ型電極というものがある。次にこのカス
ゾ型電極の構造と原理を第２図を用いて説明する。第２
図は同軸に配置された電極開離時におけるアーク点弧の
状態を示しだもので、しゃ断する電流は、電極軸２１→
コイル腕部２３→コイル２５→円筒状電極２７→真窒ア
ークコラム２９→他方円筒状電極２８→他方コイル２６
→他方コイル腕部２４→他方電極軸２２という経路を流
れる。ただし、コイル２５．２６を流れる電流が互いに
逆方向となシ、円筒状電極２７．２８間における合成磁
界Ｂが、アークコラム２９を電極の中心から外方向へ向
かって横切るようにコイル２５．２６を配置するＱ而し
てアークと磁界の相互作用によシ、アークは円筒状電極
２７．２８の円周方向へ駆動され、アークが一ケ所に停
滞することがないので電極の溶融が防止される。またコ
イル２５．２６の形状を変えることによって駆動力Ｆの
大きさを変えられるので、駆動力不足が生じることもな
いし、さらに電極２７．２８は円筒状であるので、アー
クは点弧から消弧に至るまで常に磁界中を横断して駆動
磁界を有効に使うことができる。ところが、コイル２５
．２６によって発生した磁界は、電極間のアークコラム
駆動という目的では有効に利用されるのであるが、全体
的な磁界分布を考え°た場合に不都合が生じる可能性が
ある。すなわち電極全体の磁界分布は第３図の破線で示
すような閉じ込め磁場を形成し、アークプラズマの一部
はその磁場の中に閉じ込められる。コイル中央部での磁
界が十分に強く、電極２７．２８間のプラズマ閉じ込め
が理想的であれば問題は無いが、通常コイル中央部でこ
のような強い磁界を得ることは困難であシ、そのためプ
ラズマがコイル中央部にまで及ぶことになる。ひとたび
コイル中央部３０．３１にプラズマが及ぶと、円筒状電
極２７．２８間のアークコラム２９以外の導電路３２．
３３．３４が円筒状電極２８．２７とコイル中央部３０
．３１の間、あるいは直接コイル中央部３０と３１の間
に形成され、コイル２５．２６を流れるべき電流が減少
するので、もはやアークを駆動する磁界は得られなくな
る。

そこでコイル中央部３０．３１およびコイル腕部２３，
２４をプラズマから遠去けるため、互いに後方に位置さ
せる方法も考えられるが、これでは電極構造が大型化し
てしまい、また加工・組立が困難になるとともに、構造
上の強度にも問題が生じる。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので電極
構造の大幅な変更をすることなく、安定したしゃ断性能
を有し、信頼性の高い真空バルブを提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するだめ本発明によれば円筒状電極の
背面に磁界発生用のコイルを配置したカスブ型電極構造
に於て、電極とコイル間に高絶縁率、低熱歪み率、低ガ
ス含有率特性を持つ板状部材を配置したものである。

〔実施例の構成〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明本発明によ
る電極構造を片方の電極について示した平面図及び断面
図であシ、円筒状電極２８とコイル２６の間に絶縁板４
０を有する構造となっている。この絶縁板４０は、前述
したような電極間の閉じ込め磁場内にあるプラズマが、
コイル中央部３ノに及ぶのを防止する目的で設けられた
ものである。従って、この絶縁板４０の中央部は扁温の
プラズマに直接さらされることになるので、単に絶縁率
が、高いだけでは不十分であシ、熱歪みが小さく耐熱衝
撃性に優れていること、また真空度を劣化させるような
放出ガスが無いことが絶縁板４０の特性として必要であ
る。このような条件を満足する絶縁板４０の材料として
は各種のセラミックスが考えられる。

周知のようにセラミックスは高電圧に対する絶縁耐力が
大きく、また機械的強度も大きいので、本発明において
は電気絶縁材料として優れているだけではなく、電極の
しゃ断時における機械的衝撃にも十分に耐えられるもの
である。また緻密質セラミックスを使用することによシ
真空度を劣化させるようなガスの放出をおさえることが
できる。

さらに、本発明では、電流しゃ断時における冒温のアー
クプラズマが瞬間的に絶縁板４０に付着するので絶縁板
４０の耐熱衝撃性は特に重要になってくる。この耐熱衝
撃性は、熱伝導率および機械的強度に比例し、熱膨張率
およびヤング率に反比例する。特に熱伝導率、熱膨張率
はセラミ、クスの成分により、オーダ的に異なる値を示
すので、しゃ断器の使用目的に合わせた材料選択をする
必要がある。その結果好ましい実施例としてのセラミッ
クスを第１表に示した。

第１表１］第１表は、アルミナ磁器（Ａｊ２０Ｓ）・ジルコン磁器
（ＺｒＯ２・５１０２）、コージライト磁器（２Ｍｇ０
・２Ａｔ２０３・５Ｓ１０２）の各セラミックスの熱伝
導率と熱膨張率を示している。これら３ｍのセラミック
スは熱膨張率に対する熱伝導率の比が他のセラミックよ
り高く、耐熱衝撃性が優秀なもので、中でもコージライ
ト磁器は最も優れている。従って一般的な真空しゃ断器
にはアルミナ磁器が好適である。大容量しゃ断が必要で
しゃ断時にアークプラズマが多量に発生する場合には、
大きな熱歪力をうける場合があるので、この様な場合に
はジルコン磁器を用いるのが好適である。さらに、多頻
度開閉、大容量しゃ断を要求される場合には上記熱歪力
及び機械的な衝撃力をも受けるのでコージライト磁器が
好適である。

ところで、通常コイル２６と円筒状電極２８は、通電お
よび補強のだめのピン４１．４２で固定されているので
、絶縁板４０の周囲に、このピン４１．４２の通る穴を
開けるだけで電極に組み込むことができ、電極構造の大
幅な変更をする必要はない。

本発明に使用される絶縁板は、上記実施例のように表面
が平滑であってもその効果を出すことが可能であるが、
特に大電流を多数回しゃ断するものにおいては、絶縁板
の表面が金属蒸気によシ汚染され、所期の性能が出ない
場合がある。このような場合は第　２モしたように、絶
縁板５０の電極配置側の面に、同心円状の複数の溝５１
をつけたものが好適である。これは特に、多頻度の電流
しゃ断を行なったシ、あるいは電極材料として蒸気圧の
高いものを用いた場合に、絶縁板５０の表面に金属蒸気
が多量に付着し、導体化するのを防止するのに役立つも
のである。尚５２はピンを挿入する穴を示している。

〔効果〕

以上のように、本発明によればコイル中央部の電極配置
側面に高絶縁率、低熱歪み率、低ガス含有率の特性をも
つ絶縁板を配置するようにしたので電流がコイル中央部
へ直接流入するのを防止することができるため、コイル
部には常にしゃ断電流が完全に流れ、円筒状電極間の磁
界の強さが減少することがなくなる。アークはこの強い
磁界との相互作用によシミ極の円周方向に駆動されるの
で、アークの局所的停滞による電極の溶融が防止され、
安定したしゃ断性能が得られる真空バルブを提供できる
。

【図面の簡単な説明】第１図は、従来の真空バルブを示す断面図、第２図はカ
スプ型電極の構造と原理を示す断面図、第３図はカス７
６型電極の磁界分布を示す説明図、第４図（、）および
（ｂ）は、本発明による電極構造の一実施例を示す正面
図および断面図、第５図（、）および（ｂ）は本発明に
使用される絶縁板の他の実施例を示す正面図および断面
図である。１・・・真空バルブ、５，７・・・電極、２５．２６・
・・コイル、２７．２８・・・円筒状電極、４０゜５０
・・・絶縁板。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第　１　ｒＭ第　２　ｓ２２第　３ＷｉＮ　４　Ｉ％Ｉ（ａ）１

Claims

【特許請求の範囲】（リ　真空容器内に対向する一対の電極を有し、この電
極間を開離することによって電路をし中断するものにお
いて、その電極は双方とも同軸に配置された円筒状で、
かつこの相対する電極の背面に、円筒の軸に沿って互い
に逆方向の磁界を発生するコイルを配置し、さらに電、
極とコイルの間に高絶縁率、低熱歪み率、低ガス含有率
の各特性を持つ板状部材を配置したことを特徴とする真
空バルブ。（２）板状部材が、Ａｔ２０．を成分とする、アルミナ
磁器セラミックスを用いた円板状部材である特許請求の
範囲第１項記載の真空バルブ。（３）板状部材がＺｒＯ□・５１０２を成分とするＩジ
ルコン磁器セラミックスを用いた円板状部材であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空バルブ。（４）板状部材が、２Ｍｇ０・２Ａｔ２０３・５Ｓ１０
２を成分とする、コージライト磁器セラミックスを用い
た円板状部材である特許請求の範囲第１項記載の真空バ
ルブ。（５）板状部材の電極側面に同心円状の溝が設けである
特許請求の範囲第１項記載の真空バルブ。