JPS648409B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送配電及び開閉装置に使用される如き
真空型遮断器に関するものである。真空型遮断器
内では、対をなす電流担送用接触子が離れるよう
に運動してアークを発生し、次いで遮断を行う。

接触子間のアーク電流に働く磁力を利用するこ
とは、当該技術分野でよく知られている。発生す
る磁界をアーク電流と相互作用させてアーク電流
を接触子表面をめぐる周縁に沿つて駆動するよう
に接触子を設計することが一般に実施されてい
る。ごく最近の技術の進歩によつて、アーク電流
の軸路に沿う方向で、アーク電流に平行な磁界
が、拡散アークを生じると云う点で有利であるこ
とが、明かにされている。アークを拡散させれば
させるほど、繰返し動作させても接触子の腐食が
少くなく、また一般に大電力しや断を高信頼度を
以つて処理する装置の能力が増大する。

このような装置における軸方向磁界は、初めは
密閉容器の外側に発生させられていた。

最近になつて、接触子構造の一部として又は接
触子に密接に関連した軸方向磁界発生手段を組込
んだ接触子構造を設計することに努力が注がれて
いる。このような構造の最近における例は、1978
年９月26日付の米国特許第4117288号である。

当該技術分野では他に様々な軸方向磁界接触子
断路器が知られているが、これらは製作する上で
比較的複雑であるかあるいは電流担送能力が限定
されている。

重要なことは、接触子構造の一部として軸方向
磁界手段を組込んだ真空型遮断器を信頼性を向上
しまた製作コストをより低減化するためにできる
だけ構造的に簡単にすることである。接触子によ
る閉路動作に耐えるために、まだ繰り返し開閉を
行うことが可能なように、接触子は堅牢でなけれ
ばならない。

電流が磁界発生用導体を通過する軸方向磁界発
生接触子の場合は、接触子構造は損失を最少にす
るとともに相当大きな電流を運ぶようなものでな
ければならない。

したがつて本発明は、排気されかつ密閉された
外被を含み、該外被を通して密閉されかつ該外被
内に支持された相対運動する一対の接触子を備
え、該接触子の少くとも１つが他の接触子と導電
的に係合し合う閉位置と上記他の接触子から間隔
を置いて離れ上記両接触子の間のアークギヤツプ
を横切つて遮断期間中にアークが形成される開路
位置との間を移動可能である真空型遮断器に於
て、上記接触子の少くとも１つは拡散アーク維持
用軸方向磁界発生手段を含み、上記少なくとも一
つの接触子は、高導電率のアーク接触子部材と、
比較的低導電率の支持基板であつて、上記支持基
板から上記アーク接触子部材へ延び上記支持基板
と上記アーク接触子部材の互いに整列した中心と
それらの周縁との中間に設けられた複数の低導電
率支持柱により上記アーク接触子部材から離間さ
れており、また高導電率の接触子支持棒が通つて
延びる中央開口を有する支持基板と、上記支持基
板と上記アーク接触子部材との間に配置された軸
方向磁界発生手段であつて、中央ウエブ部と該ウ
エブ部から突出した複数の部分巻コイル部とを持
つ略々平担な高導電率の部材からなり、上記部分
巻コイル部は共通な周方向に向いており、上記コ
イル部の突出端は上記アーク接触子部材の周縁部
に向つて延び上記周縁部に電気的に接続され、上
記部分巻コイル部の全体によつて上記アーク接触
子領域に実質的に均一な軸方向磁界を発生する軸
方向磁界コイルを形成する軸方向磁界発生手段と
を備えたことを特徴とする真空型遮断器に在る。

次に添附図面に示す本発明の実施例に沿つて本
発明を説明する。

第１図において、真空型遮断器１０は完全密閉
され真空排気された外被即ち容器１２を備えてい
る。この容器１２は円筒形絶縁体部１４を含み、
対向する導電性端板１６ａ，１６ｂが環状封止手
段１８ａ，１８ｂによつて、円筒形絶縁体部１４
の両端にそれぞれ封着されている。導電性引込導
体である接触子支持棒２０が端板１６ａを封止貫
通しかつ固定接触子２２ａを支持している。もう
１つの接触子支持棒２１がベロー封止装置２４を
介して移動可能な状態で端板１６ｂを封止貫通し
ている。接触子支持棒２１は可動接触子２２ｂを
支持している。

複数のアーク遮蔽が容器１２内に配置されてい
て接触子のアーク発生表面から放出される物質を
遮蔽するようにしてある。このようにして、全体
的に円筒状の中央遮蔽２６及びオーバラツプした
環状端縁環２８ａ，２８ｂは蒸発した物質が絶縁
体部１４又は遮蔽領域に衝突するのを防止する。
略々コツプ形の遮蔽３０は、ベロー封止装置２４
に被せられて配置されこれを蒸発したアーク接触
子材料から防護する。第１図に示した実施例にお
いては、絶縁体部１４は、絶縁体部１４から内側
に延びた中央遮蔽２６を支持する支持部材２５を
有している。

固定接触子２２ａ及び可動接触子２２ｂは、第
１図から明かなように同じ構造である。これらの
接触子２２ａ，２２ｂの各々は、それぞれの導電
性接触子支持棒２０，２１の突出端に電気的に接
続されかつこれによつて支持されている。

接触子２２ａ，２２ｂはいずれも比較的低導電
率の支持基板３２を備えている。

第２図に示す如く、中央開口３４が支持基板３
２に設けられており、接触子支持棒２０又は２１
の小直径部分３５がこの中央開口３４に係合しか
つこれを通過している。軸方向磁界発生手段３６
が支持基板３２に支持されている。

軸方向磁界発生手段３６は、接触子支持棒２０
と直列接続された複数の部分巻コイルから作られ
ている単一巻回の全体的に平扁なコイルであつ
て、したがつて、この遮断器を通過する全電流が
この軸方向磁界発生手段３６を通過する。軸方向
磁界発生手段３６は、開口４０を形成された円形
中央ウエブ部３８を具備し、この開口４０内にそ
れぞれの接触子支持棒２０，２１の突出端が終端
しろう付けによつて電気的に接続されている。本
実施例においては、２つの半巻コイルを採用して
いるが、３分の１あるいは４分の１巻部分を使つ
て容易に有効な完全単一巻回コイルを作ることが
できる。複数の半径方向アーム４２ａ，４２ｂが
中央ウエブ部３８から延びている。弧状の円周方
向に沿う部分巻コイル部４４ａ，４４ｂが、半径
方向アーム４２ａ，４２ｂからそれぞれ延びてい
る。部分巻コイル部の突出端４６ａ，４６ｂは、
円板状のアーク接触子４８ａの方へ突出しかつ図
の影を施した部分をろう付けするなどによつてア
ーク接触子４８ａの周縁上の間隔を置いた各部分
においてこのアーク接触子に電気的に接続され
る。ウエブ部３８及び半径方向アーム４２ａ，４
２ｂは、第２図において支持基板３２上の影によ
つて示されたように支持基板にろう付けされる。

アーク接触子４８ａ，４８ｂは、軸方向磁界発
生手段の部分巻コイル部によつて定まる直径と同
じ直径を持つ円板状部材である。複数の低導電率
支持柱は、ここでは、４つの対称的に間隔をとつ
た同等の支持柱５０であつて、支持基板３２とア
ーク接触子の後側との間に延びている。支持柱５
０は、アーク接触子を有効に支持するように各端
においてろう付けされる。多数の対称的に間隔を
とつたさら穴５５が支持基板３２の表面に設けら
れ、この中に支持柱５０が整列をとるために係合
され、所定位置にろう付けされる。拡がつたヘツ
ド５２は支持柱５０の１端に具備されかつアーク
接触子の背後に設けられたさら穴５４（第１図）
に係合する。アーク接触子の前面すなわちアーク
発生面５６は、アーク接触子どうしが離れる方へ
移動するときにアーク接触子間に起こる初期アー
クが接触子の中心から外れて起こるように中央に
くぼみ５８を有する。アーク接触子は、銅−クロ
ム接点材料のような高導電率材料から作られる。

軸方向磁界発生手段３６はOFHC銅のような高
導電率材料で作られる。支持基板３２及び支持柱
５０は、ステンレス鋼のような高強度の比較的低
導電率材料により形成される。ステンレス鋼と
OFHC銅との間の導電率比が比較的高いため、電
流のかなりの部分が、支持棒とアーク接触子の間
に電気的に直列に入つている軸方向磁界発生手段
を通つて流れる。

第３図の実施例においては、支持棒、支持基板
及び軸方向磁界発生手段は、第１図及び第２図の
実施例に示されているとおりである。第３図の実
施例においては、アーク接触子６０は高導電率材
料の薄い円板６２で構成されるように変形されて
おり、また、ステンレス鋼のような低導電率、高
強度材料の裏当て又は支持円板６４が、高導電率
円板６２の背面上に当接されている。裏当て又は
支持円板６４は、部分巻コイル部の突出端４６
ａ，４６ｂをアーク発生用円板即ちアーク接触子
の周縁部に接続できるようにアーク発生円板６２
の直径よりも小さい直径を持つ。アーク発生円板
６２は、その中心と周縁部との間に環状の持上り
部６６を有する。ステンレス鋼の支持柱６８は、
ここでは、ステンレス鋼支持基板３２と支持円板
６４の間に延びる管状部材として示されている。

高導電率アーク発生円板の質量はこのように低
減されているので、軸方向磁界がアーク接触子を
貫通しまたアークが形成されるに従つて接触子間
に必要な磁界が成立するのを保証する。重要なの
は、磁界がアーク接触子を貫通すること、またア
ークが形成されるとこれを拡散するように維持し
かつ強いアークが形成されないようにする際に直
ちに有効であることが重要である。もしアーク接
触子が高導電率を有するならば、アーク接触子間
の磁界の立上り時間は、長時間の遅れをとるであ
ろう。ステンレス鋼裏当て円板は薄い接触子を補
強し、またこの低減された導電率でもつて、磁界
は急速に接触子を貫通し、接触子が離れるように
移動する際に強いアークスポツトが形成されるの
を防ぐ。

軸方向磁界発生手段３６は、アーク拡散を維持
するに充分な軸方向磁界が接触子の開離動作の際
にアーク領域中に生じるように適正な寸法のもの
でなければならない。少くとも４×10^-3T（テス
ラ）の軸方向磁界が有効であることが判つてい
る。軸方向磁界は、比較的対称的でかつ均一でな
ければならず、この目的のため、個々の接触子２
２ａ及び２２ｂは、１つの接触子の半径方向アー
ムが対向する接触子の半径方向アームと交さする
ように相手に対し90゜回転している。これによつ
て、突出端４６ａ，４６ｂと各コイルの半径方向
アームとの間のギヤツプが対向する接触子の間で
偏位し、したがつて、強いアークが発生するとこ
ろに低磁界領域が整列することがないように設定
される。対向し合うアーク接触子のコイル巻は、
アーク路に平行な追加の軸方向磁界を与えるよう
に円周方向に同じ向きをとる。

本発明の真空式断路器は、高電流動作定格を達
成することが可能である。たとえば、11.83cm
（4.5in）の接触子を具備する第１図及び第２図の
装置は、定格動作11.5KV、48KA RMSであつ
て、アメリカ国家規格協会（ANSI）規格C37.06
−1971に適合している。この装置においては、軸
方向磁界の強さは約９×10^-3T／KAである。こ
の装置の電流担送容量は、装置の容器の外側の導
体支持棒に関連する熱転送装置を配設することに
よつて増大される。

超高電圧に耐える能力を具備する真空型遮断器
が本発明の軸方向磁界の効用によつて提供され得
る。接触子は、接触子間に約2.54cm（1in）と云
つた、きわめて広い間隔のギヤツプをとつて開く
ことができ、高耐電圧が得られる。このようなギ
ヤツプは、従来型の真空型遮断器における接触子
間の標準開路間隔の約２倍を上回るものである。
軸方向磁界が与えられることによつて、接触子間
のこのような広い間隔において従来起るはずの強
いアークの形成を伴うことなる接触子間に広い間
隔をとることができる。

軸方向磁界は、接触子の一部として直列に接続
された磁界発生用コイルを具備する単一接触子
（第２図参照）、及びこれに対向する接触子として
の従来型の円板形接触子を具備することによつて
構成される。軸方向磁界発生接触子は、好ましく
は固定接触子であり、また、平坦な台じり式接触
子は、軽量で動作機構の要求条件が簡単であるの
で、可動接触子である。磁界発生手段を具備する
単一接触子から生じる軸方向磁界は、なお接触子
間のギヤツプに軸方向磁界を生じるが、この磁界
は、平坦な台じり式接触子の付近においては、半
径方向の磁界成分を多量に含む。台じり型接触子
は、軸方向磁界接触子のアーク接触子にほぼ等し
い半径を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空型遮断器の１部断面を含
む側面図であり、この遮断器の接触子は、該接触
子のアーク発生部に電気的に直列な径路内の接触
子構造の一部をなす軸方向磁界発生コイルを具備
している。第２図は第１図に示されたものと同一
の接触子の分解斜視図であつて、組立て前の接触
子構造の部分を描いている。第３図は接触子構造
の他の形式の側面図である。 １０…真空型遮断器、１２…外被（容器）、２
０，２１…接触子支持棒、２２ａ…固定接触子、
２２ｂ…可動接触子、３２…支持基板、３４…中
央開口、３６…軸方向磁界発生手段、３８…ウエ
ブ部、４２ａ，４２ｂ…半径方向アーム、４４
ａ，４４ｂ…部分巻コイル部、４８ａ，４８ｂ…
アーク接触子、５０…支持柱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気されかつ密閉された外被を含み、該外被
   を通して密閉されかつ該外被内に支持された相対
   運動する一対の接触子を備え、上記接触子は、導
   電的に係合し合う閉位置と、互いに離間して遮断
   期間中にアークが横切つて形成されるアークギヤ
   ツプを形成する開位置との間を相対的に移動可能
   であり、少なくとも一つの上記接触子は高導電率
   のアーク接触子と拡散アーク維持用の軸方向磁界
   発生手段とを含み、 上記少なくとも一つの接触子が更に、比較的低
   導電率の支持基板であつて、上記支持基板から上
   記アーク接触子部材へ延び上記支持基板と上記ア
   ーク接触子部材の互いに整列した中心とそれらの
   周縁との中間に設けられた複数の低導電率支持柱
   により上記アーク接触子部材から離間されてお
   り、また高導電率の接触子支持棒が通つて延びる
   中央開口を有する支持基板と、上記支持基板と上
   記アーク接触子部材との間に配置された軸方向磁
   界発生手段であつて、中央ウエブ部と該ウエブ部
   から突出した複数の部分巻コイル部とを持つ略々
   平坦な高導電率の部材からなり、上記部分巻コイ
   ル部は共通な周方向に向いており、上記コイル部
   の突出端は上記アーク接触子部材の周縁部に向つ
   て延び上記周縁部に電気的に接続され、上記部分
   巻コイル部の全体によつて上記アーク接触子領域
   に実質的に均一な軸方向磁界を発生する軸方向磁
   界コイルを形成する軸方向磁界発生手段とを備え
   たことを特徴とする真空型遮断器。 ２ 上記アーク接触子部材が、アーク発生表面の
   中心が環状アーク発生表面より窪んでいるアーク
   発生表面を含む特許請求の範囲第１項記載の真空
   型遮断器。 ３ 上記軸方向磁界発生手段が、２つの半巻コイ
   ル部を具備する特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の真空型遮断器。 ４ ２つの接触子によつて発生させられる軸方向
   磁界は少くともアーク電流１キロアンペア当り４
   ×10^-3テスラである特許請求の範囲第１項、第２
   項又は第３項記載の真空型遮断器。 ５ 支持基板とアーク接触子部材との間の複数の
   支持柱は対称配置されている特許請求の範囲第１
   項乃至第４項のいづれか記載の真空型遮断器。 ６ アーク接触子部材の厚さが薄く、その背面上
   に低導電率高強度の支持円板を有し、上記支持円
   板は上記部分巻コイル部の直径よりも小さな直径
   を有し上記部分巻コイル部の突出端は上記支持円
   板の周縁を越えて上記アーク接触子部材に電気的
   に接続されている特許請求の範囲第１項乃至第５
   項のいづれか記載の真空型遮断器。 ７ ２つの接触子は同一であつて、上記接触子の
   各々の部分巻コイル部が、離間した上記接触子間
   のギヤツプに追加の軸方向磁界を生じる方向に配
   置された軸方向磁界発生手段を備えた特許請求の
   範囲第１項乃至第６項のいづれか記載の真空型遮
   断器。 ８ 対向する接触子は互いに相対的に回転した位
   置にあり、上記対向する接触子の中央ウエブ部が
   互いに交差する位置をとる特許請求の範囲第７項
   記載の真空型遮断器。