JPS648410B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空スイツチに関するものであ
り、さらに詳しくいうと、真空容器内に互いに接
離する固定電極と可動電極を収納してなる真空ス
イツチに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の真空スイツチとして第３図に示
すものがあつた。図において、円筒状の真空容器
１の一側に固定電極２が固着、収納されており、
この固定電極２に対向して直線移動する可動電極
３がベローズ４で真空容器１に連結支持されてい
る。ベローズカバー５はアークシールドカバー
６，７とともに電極間に発生するアークプラズマ
から真空容器１の内壁面を保護する。真空容器１
の側壁１ａはガラス、セラミツクのような絶縁物
で形成されている。

ここで、アークプラズマとは、真空容器１内に
残存している気体が電離気体となつて、電極の開
極時に発生するものである。

以上の構成により、通常は固定電極２と可動電
極３が互いに接触していて両電極間に電流が流れ
ているが、この真空スイツチを接続した回路に事
故等が発生し、至急に電流を遮断する必要が生じ
たとき、可動電極３を矢印Ａ方向に動かして回路
を開く。この開極時に両電極２，３間にアークプ
ラズマＰが発生する。このとき発生するアークプ
ラズマの量が少ないと電極２，３間にかかる電圧
が非常に低くなつたときに電流が切れ、回路が完
全に開かれる。

ここで、まず、電極間に生じるアークプラズマ
不安定性について述べるが、これについては、カ
ンペン・フエルダーホフの“プラズマ物理学”紀
伊国屋書店（1973）93〜94ページにも記載されて
いる。

アークプラズマには電流が流れているため、ソ
ーセージ型および折れ釘型（キンク型）のプラズ
マ不安定性が生じる。これらは、プラズマ核融合
の研究の初期に問題になつたものであり、最も危
険な不安定性である。この不安定性は、電極２，
３間に生じるアークプラズマにおいても当然発生
し、これによつて、外部回路からアークプラズマ
に注入されるエネルギーは上昇する。この結果、
アークプラズマがクラツシユした後、電極表面と
強く相互作用して、電極材料をプラズマ化する。
これは、電流遮断を行うには望ましくない。なぜ
なら、アークプラズマは電流キヤリアであり、こ
れが多いとアークプラズマは電流が零になつたと
き、すぐには消滅せず、再度電極間に電圧が加わ
つたときには、また電流が流れ始めてしまうから
である。したがつて、遮断性能を向上させるため
には、アークプラズマを多く発生させないことで
あり、その方法としては、プラズマに注入される
エネルギーを押えることである。すなわち、プラ
ズマ不安定性を安定化させることが本質になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の真空スイツチでは、電極間に発生す
るアークプラズマに入力するエネルギーが大とな
る。これは、アークプラズマが不安定なため電極
間にかかる電圧が高くなるからである。そのた
め、アークプラズマによる電極の損傷が大きくな
り、真空スイツチの寿命を短縮するという欠点が
あつた。

この発明は、上記の課題を解決するためになさ
れたもので、長寿命の電極をもつ真空スイツチを
得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る真空スイツチは、真空容器の外
側部に安定化導体壁（シエル）を取付け、かつ、
このシエルに、中心部にある電極に流れる電流の
向きと逆向きに電流を流すようにしたものであ
る。

〔作 用〕

ここで、アークプラズマ不安定性を安定化させ
るには、プラズマ物理の分野では次の２つの方法
が知られている。

(i) たて磁場を印加する。

(ii) 導体壁をつける。

(i)については、実験的にもプラズマ不安定性が
安定化される報告は核融合の研究分野で数多い。
したがつて、ここでは述べないが、作用として
は、加えられたたて磁場の圧力および磁力線方向
の張力によつて安定化されることが理論解析で知
られている。

(ii)については、以下でキンク（Kink）型のプ
ラズマ不安定性について説明する。キンク型、す
なわち折れ曲つたプラズマの両側に導体壁（シエ
ル）があると、シエル側へ突出したプラズマ部分
では、プラズマがシエルに近づいていることか
ら、シエルには渦電流が誘起され、磁気圧力が増
大する。一方、プラズマが突出した反対側では磁
気圧力が減少する。したがつて、プラズマはシエ
ルの存在によつて、中心軸側の方に押しもどされ
る。このことはプラズマ不安定性の安定化であ
る。

また、シエルに逆方向電流を流すようにした理
由は、シエルの効果を最大限に生かすためであ
る。ニユーコム（Newcomb）の理論による、プ
ラズマのキンク型不安定性に対する絶対安定化条
件は、プラズマ表面に内部と逆方向に電流を流す
ことである。しかしながら、これは実際にはでき
ないので、シエルに逆方向電流を流したのであ
る。

シエル効果は上述のように、シエル誘起される
渦電流によるのであるが、シエルに逆方向に電流
を流すと、この電流がインダクタンス最小で流れ
るため、渦電流のようにシエルの抵抗によつてダ
ンピングすることなく、シエル効果を期待できる
からである。すなわち、アークプラズマがシエル
に接近すると、そこの部分に流れる逆電流が強く
なり、アークプラズマを押しもどすのである。こ
れは渦電流よりはるかに大きな力であるので、シ
エル効果が増大される。つまりアークプラズマが
よりよく安定化されるのである。

〔実施例〕

この発明は、以上のようなプラズマ不安定性の
安定化理論に基づき、これを真空スイツチに応用
したもので、その一実施例を第１図について説明
する。固定電極２と可動電極３間にはアークプラ
ズマＰを通り矢印Ｂ方向に電流が流れる。可動電
極３は従来のものと同様にベローズ４を介して動
くことができる。絶縁物でなり、電極２，３を収
納する円筒状の真空容器１の外周面に接して、ア
ークプラズマＰが作る磁場を中心軸側へ閉じ込め
るための円筒状の安定化導体壁（以下シエルとい
う）８を取付ける。シエル８と固定電極２とは導
体９で接続されている。また、シエル８の下端は
引出し電極１０に接続されている。５はベローズ
カバーである。シエル８、引出し電極１０、導体
９には、導電率のよい銅、アルミニウムなどが用
いられる。

以上の構成により、可動電極３→プラズマＰ→
固定電極２の順に流れる矢印Ｂに沿う電流に対
し、シエル８にはこれと逆向きの矢印B′に沿つ
て電流が流れ、かくしてアークプラズマＰの不安
定性の成長を効果的に抑制する。これは、アーク
プラズマＰが変形を生じ、真空容器１の側壁の方
へ寄るとカツプリングがよくなり、その側壁の部
分に流れる電流が増大し、反発力が増してアーク
プラズマを元の位置に戻そうとするからである。
また、シエル８はアークプラズマに流れる電流に
伴う磁束を保持するので、これによつてもアーク
プラズマは安定化される。このように、アークプ
ラズマを不安定性にしないで電極間中央部に閉じ
込めると、アークプラズマに注入されるエネルギ
ーが減少し、電流零点にアークプラズマは消弧さ
れ、電流遮断が完了する。このことは気中遮断や
電極が回動開閉するものとは、その原理が異な
る。

なお、シエル８に電極におけると逆方向の電流
が流れるようにするための固定電極２とシエル８
との接続構成は、第１図によるほか、種々のもの
が考えられる。また、引出し電極１０は再度固定
電極２側に反転延出することも考えられる。

第２図は他の実施例であり、固定電極２、可動
電極３を収納する円筒状の真空容器１が２分割さ
れた半円筒シエル８ａ，８ｂを結合組立ててなる
もので、同様の効果がある。

また、本発明者の別の発明（特願57−132762
号）である真空容器のアークプラズマを囲む部位
に小径部を形成したものに、この発明を適用する
と、アークプラズマに対しシエルを近接させ、シ
エルによるアークプラズマ安定化の効果を、さら
に向上することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、
アークプラズマの安定化によつて電極間電圧が下
がり、アークプラズマに流入するエネルギーが減
少するので、電極の損傷を防ぎ、耐久性を向上す
ることができる効果がある。

また、シエルを真空容器の外周に配設したの
で、工作、組立てが容易であり、さらに、第１図
に示すような同軸構造にすると真空スイツチのイ
ンダクタンスが小となり、インダクタンスの小さ
い回路に利用できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２
図は同じく他の実施例の要部分解斜視図、第３図
は従来の真空スイツチの縦断面図である。 １……真空容器、２……固定電極、３……可動
電極、８……シエル（安定化導体壁）、８ａ，８
ｂ……半円筒シエル、９……導体（接続手段）。
なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定電極と直線移動する可動電極とを収納
   し、少なくとも側壁が絶縁物でなる円筒状の真空
   容器と、 前記真空容器の外周面に接して配設され、開極
   時に生じるアークプラズマを前記真空容器の中心
   軸側へ閉じ込めるために円筒状の安定化導体壁
   と、 前記アークプラズマに流れる電流と逆向きの電
   流が前記安定化導体壁に流れるように、前記固定
   電極および前記可動電極のいずれかと前記安定化
   導体壁の一端部とを電気的に接続する手段と、 を備えてなる真空スイツチ。