WO2010052992A1 - 真空遮断器用電極構造 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode structure for a vacuum circuit breaker in which a longitudinal magnetic field is applied so that an arc is distributed substantially uniformly on the surface of a contact plate.
  • the pair of electrodes While maintaining the degree of vacuum in the vacuum vessel, the pair of electrodes is separated, and the electrode structure of a vacuum circuit breaker that extinguishes the arc generated between the electrodes in a vacuum, generating a longitudinal magnetic field in the axial direction of the electrode.
  • a vacuum circuit breaker that extinguishes the arc generated between the electrodes in a vacuum, generating a longitudinal magnetic field in the axial direction of the electrode.
  • Patent Document 1 a cylindrical contact table having a plurality of inclined slits formed to be inclined with respect to an axis, and the cylindrical contact table
  • an electrode structure comprising a contact plate which is provided on one end face and has a plurality of circumferential slits extending inward from the outer peripheral portion so as to be continuous with the above-described inclined slit.
  • an arc is generated between the contact plates that are separated when the current is interrupted, the interrupting current is temporarily interrupted at the current zero point, and then a recovery voltage is applied between the contact plates. If the dielectric strength between the contact plates exceeds the recovery voltage, the insulation is successful.
  • the contact plate is also required to have high conductivity in order to ensure current-carrying performance, and an alloy based on copper, such as a copper-chromium alloy, is used.
  • An object of the present invention is to provide an electrode structure for a vacuum circuit breaker that prevents dielectric breakdown at the outer peripheral portion of a contact table disposed behind a contact plate and further improves the breaking performance.
  • the present invention provides a contact plate serving as an arc generating portion, and a longitudinal magnetic field generating contact table that is provided behind the contact plate and applies a longitudinal magnetic field to an arc generated in the contact plate.
  • the electrode structure for a vacuum circuit breaker having the above structure is made of a material of a high-resistance conductor having a melting point higher than that of the contact plate at an outer peripheral portion of the vertical magnetic field generating contact table and at least a portion located on the contact plate side. It is characterized by providing an outer periphery coating.
  • the outer peripheral portion covering is a layer formed from the contact plate side to the axially intermediate portion of the longitudinal magnetic field generating contact table.
  • the outer peripheral coating is a layer formed by plasma irradiation of chromium or tungsten.
  • the outer peripheral portion covering made of a material having a higher melting point than the contact plate is provided on the outer peripheral portion of the longitudinal magnetic field generating contact table. Since an arc requires a high arc voltage, it cannot exist stably. For this reason, the arc is stopped between the opposing parts of the contact plate, preventing discharge on the outer peripheral surface of the vertical magnetic field generating contact table, and the interruption performance is improved by the stable vertical magnetic field by the vertical magnetic field generating contact table. Can do.
  • the outer periphery of the vertical magnetic field generating contact table is provided with an outer periphery covering made of a material having a higher melting point than the contact plate.
  • the conductivity of the longitudinal magnetic field generating contact table is maintained as well as before, and a stable longitudinal magnetic field can be generated.
  • FIG. 1 is a side view showing an electrode structure for a vacuum circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the electrode structure for a vacuum circuit breaker shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of a vacuum circuit breaker employing the vacuum circuit breaker electrode structure shown in FIG.
  • FIG. 1 The main part of the vacuum circuit breaker using the electrode for vacuum circuit breakers by one Example of this invention is shown in FIG.
  • Both ends of the insulating cylinder 1 are hermetically sealed with end plates 2 and 3 to constitute a vacuum vessel 4, and a pair of fixed and movable side electrodes 5 and 6 are disposed oppositely in the vacuum vessel 4.
  • the fixed-side electrode 5 is fixed to the end plate 2 by a fixed-side rod 7, while the movable-side electrode 6 is fixed to a movable-side rod 9 that can move in the axial direction while maintaining the vacuum state in the vacuum vessel 4 by the bellows 8. It is attached.
  • the movable rod 9 is connected to an operating device (not shown), and is configured to open and close the movable electrode 6 by this operating device.
  • a shield 10 that protects the internal creeping surface of the insulating cylinder 1 is fixed to the outer peripheral portions of the electrodes 5 and 6.
  • the movable electrode 6 described above is shown in an enlarged manner in FIGS.
  • the movable side electrode 6 having substantially the same structure as that of the fixed side electrode 5 includes a plate-like contact plate 11 provided on the opposite side, a substantially cylindrical longitudinal magnetic field generating contact table 12 attached to the back of the contact plate 11, An adapter part 13 provided behind the longitudinal magnetic field generating contact table 12 is provided, and the movable side rod 9 is connected to the adapter part 13.
  • a plurality of circumferential slits 14 are formed in the contact plate 11 at substantially equal intervals in the circumferential direction so as to go from the outer peripheral portion to the central portion.
  • the vertical magnetic field generating contact table 12 is formed with a plurality of inclined slits 15 and inclined slits 16 formed so as to be inclined with respect to the axis thereof.
  • the inclined slit 15 is formed such that one end thereof is continuous with the circumferential slit 14 of the contact plate 11 and the other end is cut to an intermediate portion in the axial direction of the longitudinal magnetic field generating contact table 12.
  • the inclined slit 16 has one end portion formed to the adapter portion 13 side, and the other end portion is cut to an intermediate portion in the axial direction of the longitudinal magnetic field generating contact table 12.
  • the contact plate 11 and the longitudinal magnetic field generating contact table 12 described above are formed of an alloy based on copper, such as a copper-chromium alloy.
  • the outer periphery coating 17 is formed, for example, by forming chromium or the like as a layer of about 100 microns on the outer surface of the longitudinal magnetic field generating contact table 12 by plasma irradiation.
  • the outer peripheral portion coating 17 does not cancel out the longitudinal magnetic field generating action of the inclined slits 15, 16, and its formation region covers the entire outer peripheral portion over the entire axial direction of the vertical magnetic field generating contact table 12.
  • it may be formed from the contact plate 11 side to the axially intermediate portion of the longitudinal magnetic field generating contact table 12. The limit of the formation region in the latter case may be determined experimentally based on the phenomenon described later. As shown in FIG.
  • the movable side electrode 6 when the movable side electrode 6 is driven in the lower cutoff direction by an operating device (not shown), the movable side electrode 6 is separated from the fixed side electrode 5, and an arc is generated between the two electrodes.
  • the inclined slit 15 and the inclined slit 16 formed on the contact table 12 for generating the vertical magnetic field and the circumferential slit 14 formed on the contact plate 11 form a current path in a coil shape to generate a vertical magnetic field, thereby generating an arc.
  • the arc Under the action of the material of the contact plate 11 and the vacuum in the vacuum container 4, the arc reaches the current zero point and disappears, and the current is interrupted.
  • the constituent material itself of the longitudinal magnetic field generating contact table 12 is not a high resistance material, but the outer periphery of the longitudinal magnetic field generating contact table 12 is made of a high resistance material having a melting point higher than that of the contact plate 11. Since the portion coating 17 is provided, the electrical conductivity of the longitudinal magnetic field generating contact table 12 is maintained as good as before, and a good longitudinal magnetic field is generated since no deterioration of the energization performance occurs. Can be improved.
  • a contact plate 11 in which the circumferential slit 14 is omitted is used, or another vertical magnetic field generating type contact table 12 for generating a vertical magnetic field is used without being limited to a cylindrical shape. can do.
  • the outer periphery coating 17 is not limited to chromium or tungsten, and other materials made of a high resistance conductor having a melting point higher than that of the contact plate 10 can be used.
  • the electrode structure for a vacuum circuit breaker according to the present invention can be applied not only to the vacuum circuit breaker shown in FIG.

Abstract

 接触板の背後に配置された接触台の外周部での絶縁破壊を防止してさらに遮断性能の向上を図った真空遮断器用電極構造を提供する。  接触板11及び縦磁界発生用接触台12は、銅をべースとした合金である銅-クロム合金などで形成し、縦磁界発生用接触台12の外周部には、接触板11よりも溶融点の高い高抵抗導体であるクロムのプラズマ照射によって外周部被覆17を設けた。

Description

真空遮断器用電極構造
 本発明は、縦磁界を与えて接触板表面にアークをほぼ均一に分布させるようにした真空遮断器用電極構造に関する。
 真空容器内の真空度を保持しながら一対の電極間を開離し、電極間に発生したアークを真空中で消弧する真空遮断器の電極構造として、電極の軸方向に縦磁界を発生させてアークを一対の接触板表面上でほぼ均一に分布させて遮断能力を向上させたものが知られている。
 例えば、日本の特許公開公報2003−86068号(特許文献1)に記載されている如く、軸線に対して傾斜させて形成した複数の傾斜スリットを有した筒状接触台と、この筒状接触台の一方の端面に設けられて上述の傾斜スリットに連続するように外周部から内側に向かう複数の円周スリットを形成した接触板とから構成した電極構造が知られている。
 この種の電極構造を採用した真空遮断器では、電流遮断時に開離した接触板間にアークが発生し、遮断電流がその電流零点で一旦遮断され、その後に接触板間には回復電圧が印加され、この回復電圧よりも接触板間の絶縁耐力が上回れば遮断に成功する。
 しかし、遮断限界を超えた電流を遮断しようとした場合、接触板表面の局部的な溶融が生じ、これが極間絶縁耐力を低下させ、回復電圧により接触板間で絶縁破壊に至る。このため、遮断性能を向上させるためには前述のように縦磁界を用いてアークを均一化する他に、接触板の材料として溶融しにくい材料を用いることが効果的である。
 また、接触板には通電性能を確保するため導電率が高いことも同時に求められ、銅をベースとした合金、例えば銅−クロム合金などが使用されている。銅より融点の高いクロムを組み合わせた銅−クロム合金とすることにより、銅のみの場合よりも融点を高めて溶融が生じ難くしている。
 しかしながら、上述した従来の真空遮断器用電極構造では、縦磁界によりアークを安定化すると共にアークを均一に分布させて、接触板表面での局部的な溶融を防ぐことができる。ところが、真空遮断器用電極構造での遮断試験後の分解調査及びアーク観測結果で検討してみると、接触板の背後に配置された接触台の外周部での絶縁破壊による遮断失敗が生じ、遮断性能を低下させていることが新たに判明した。
 本発明の目的は、接触板の背後に配置された接触台の外周部での絶縁破壊を防止してさらに遮断性能の向上を図った真空遮断器用電極構造を提供することにある。
 本発明は上記目的を達成するために、アーク発生部となる接触板と、この接触板の背後に設けられて前記接触板に発生するアークに対して縦磁界を与える縦磁界発生用接触台とを有した真空遮断器用電極構造において、前記縦磁界発生用接触台の外周部で、かつ少なくとも前記接触板側に位置する部分に、前記接触板よりも溶融点が高い高抵抗導体の材料からなる外周部被覆を設けたことを特徴としている。
 好ましくは、外周部被覆は、前記接触板側から縦磁界発生用接触台の軸方向中間部まで形成した層であることを特徴としている。
 また好ましくは、外周部被覆は、クロム或いはタングステンをプラズマ照射によって形成した層であることを特徴としている。
 発明の効果
 本発明による真空遮断器用電極構造では、縦磁界発生用接触台の外周部に接触板よりも溶融点が高い材料から成る外周部被覆を設けているため、外周部被覆に点弧したアークは高いアーク電圧を必要とするため、安定して存在することができない。このため、アークが接触板の対向部間に止められて縦磁界発生用接触台の外周面で放電するのが防止され、縦磁界発生用接触台による安定した縦磁界によって遮断性能を向上させることができる。
 しかも、縦磁界発生用接触台の構成材料そのものの材料を変えるのではなく、縦磁界発生用接触台の外周部に接触板よりも溶融点が高い材料でなる外周部被覆を設けているため、縦磁界発生用接触台の導電率はこれまで同様に良好に保持され安定した縦磁界を発生させることができる。
 図1は、本発明の一実施例である真空遮断器用電極構造を示す側面図である。
 図2は、図1に示した真空遮断器用電極構造を示す平面図である。
 図3は、図1に示した真空遮断器用電極構造を採用した真空遮断器の要部を示す断面図である。
 以下、本発明による真空遮断器用電極の実施例を図面に基づいて説明する。本発明の一実施例による真空遮断器用電極を用いた真空遮断器の要部を図3に示している。絶縁筒1の両端を端板2、3で気密に封じて真空容器4を構成し、この真空容器4内に一対の固定側及び可動側電極5、6を対向配置している。
 固定側電極5は固定側ロッド7によって端板2に固定され、一方、可動側電極6は、ベローズ8によって真空容器4内の真空状態を保持しながら軸方向に移動可能な可動側ロッド9に取り付けられている。
 この可動側ロッド9は、図示しない操作器に連結されており、この操作器によって可動側電極6を開閉操作する構成となっている。両電極5、6の外周部には、絶縁筒1の内部沿面を保護するシールド10が固定されている。
 上述した可動側電極6を、図1及び図2に拡大して示している。固定側電極5とほぼ同一構造の可動側電極6は、対向側に設けた板状の接触板11と、この接触板11の背後に取り付けたほぼ円筒状の縦磁界発生用接触台12と、この縦磁界発生用接触台12の背後に設けたアダプタ部13とを有し、このアダプタ部13に可動側ロッド9が連結されている。
 接触板11には、外周部からほぼ中心部に向かうように複数本の円周スリット14が円周方向にほぼ等間隔で形成されている。また、縦磁界発生用接触台12には、その軸線に対して傾斜するように形成した複数本の傾斜スリット15及び傾斜スリット16が形成されている。
 傾斜スリット15は、一端部を接触板11の円周スリット14に連続するように形成すると共に他端部を縦磁界発生用接触台12の軸方向の中間部まで切り込んでいる。また傾斜スリット16は、一端部をアダプタ部13側にまで形成すると共に、他端部を縦磁界発生用接触台12の軸方向の中間部まで切り込んでいる。
 上述した接触板11及び縦磁界発生用接触台12は、銅をベースとした合金、例えば銅−クロム合金などで形成している。そして、縦磁界発生用接触台12の外周部には接触板11よりも溶融点の高い高抵抗導体、例えば、クロム(Cr)やタングステン(W)等からなる外周部被覆17を設けている。
 この外周部被覆17は、例えば縦磁界発生用接触台12の外表面に、クロム等をプラズマ照射によって100ミクロン程度の層として形成したものである。勿論、この外周部被覆17は、傾斜スリット15、16の縦磁界発生作用を相殺することがないようにされており、その形成領域は縦磁界発生用接触台12の軸方向全体にわたって外周部全体に形成しても良いし、接触板11側から縦磁界発生用接触台12の軸方向中間部までの形成しても良い。後者の場合の形成領域の限界は、後述する現象に基づいて実験的に決定しても良い。
 図2に示したように図示しない操作器によって可動側電極6を下方の遮断方向へ駆動すると、固定側電極5から可動側電極6が開離し、両電極間にアークが発生する。このとき、縦磁界発生用接触台12に形成した傾斜スリット15及び傾斜スリット16と、接触板11に形成した円周スリット14とによって、通電路がコイル状になって縦磁界が発生し、アークは接触板11間で均一に分布することになる。また、接触板11の材料、真空容器4内の真空などの作用を受けてアークは電流零点を迎えて消滅し電流遮断が行われる。
 従来構成の電極構造を用いた場合、遮断試験後に分解して行った調査によると、縦磁界発生用接触台12の外周面にアーク痕跡及び陰極点が移動した痕跡が認められ、また高速度ビデオによる観測によると、縦磁界発生用接触台12の外周面での放電する現象が観察された。
 しかしながら、上述したように本実施の形態における電極構造では、縦磁界発生用接触台12の外周部に外周部被覆17を設けた電極構造を使用しているため、外周部被覆17に点弧したアークは高いアーク電圧を必要とするから、安定して存在することができなくなる。このため、アークは接触板11の対向部間に止められて縦磁界発生用接触台12の外周面で放電するのが防止された。
 しかも、縦磁界発生用接触台12の構成材料そのものを高抵抗材料とするのではなく、縦磁界発生用接触台12の外周部に、接触板11よりも溶融点が高い高抵抗材料でなる外周部被覆17を設けているため、縦磁界発生用接触台12の導電率はこれまで同様に良好に保持され、通電性能の低下は生じないので良好な縦磁界を発生させ、その結果遮断性能を向上することができる。
 本発明の他の実施の形態における電極構造としては、円周スリット14を省略した接触板11を用いたり、円筒状に限らず他の縦磁界発生型の構造縦磁界発生用接触台12を使用することができる。また外周部被覆17としては、クロムやタングステンに限らずに接触板10よりも溶融点の高い高抵抗導体からなる他の材料を使用することができる。
 本発明による真空遮断器用電極構造は、図2に示した真空遮断器に限らず他の構成の真空遮断器にも適用することができる。

Claims (4)

  1. アーク発生部となる接触板と、この接触板の背後に設けられて前記接触板に発生するアークに対して縦磁界を与える縦磁界発生用接触台とを有した真空遮断器用電極構造において、前記縦磁界発生用接触台の外周部で、かつ少なくとも前記接触板側に位置する部分に、前記接触板よりも溶融点が高い高抵抗導体の材料からなる外周部被覆を設けたことを特徴とする真空遮断器用電極構造。
  2. 請求項1において、前記外周部被覆は、前記接触板側から縦磁界発生用接触台の軸方向中間部まで形成した層であることを特徴とする真空遮断器用電極構造。
  3. 請求項1又は2において、前記外周部被覆は、クロムをプラズマ照射によって形成した層であることを特徴とする真空遮断器用電極構造。
  4. 請求項1又は2において、前記外周部被覆は、タングステンをプラズマ照射によって形成した層であることを特徴とする真空遮断器用電極構造。
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