JP2016012418A - 真空バルブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒、他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒、及び円弧状の風車羽を有し固定側電極棒及び可動側電極棒の対向端部に、接離可能に配置された固定側風車形電極及び可動側風車形電極を備えた真空バルブであって、少なくとも固定側風車形電極及び可動側風車形電極の一方の風車形電極において、少なくとも1枚の風車形電極の付け根部に、断面が凹状の磁性体が装着されているものである。
【選択図】図3
Description
ここに開示された真空バルブは、図6に示すように遮断器固定側端子11と遮断器可動側端子12の間に配置されている。図6において、ガラスやアルミナセラミックス等からなる絶縁容器1の両端開口部には、開口部をそれぞれ覆うように固定側端板2、可動側端板3が固着され、内部には、高真空に排気された真空容器と、この真空容器の両端部に絶縁容器1と同軸上に設けられた固定側電極棒4、可動側電極棒5と、各電極棒の対向する端部に設けられた固定側風車電極6、可動側風車電極7を備え、可動側電極棒5には、例えば薄いステンレスで蛇腹状に製作されたベローズ9を配置することにより、真空気密を保持しつつ一方の電極棒を軸方向へ移動させることにより、両電極(即ち固定側電極、可動側電極)を接触又は離隔して通電又は遮断を行なうものである。また、固定側風車電極6と可動側風車電極7間で発生するアークによって絶縁容器1内部の汚損やベローズ9を保護するため、真空容器内側にはアークシールド8やベローズカバー10が装備されている。
固定側風車電極6と可動側風車電極7では、向きが逆方向であるが同形状に電極自身に溝を設けた風車形をなしている。電流遮断時には、電極間にアークが発生するが、電流が十数KAを超えるとアークは、アーク柱30を形成することが知られている。図7に示すように、風車形電極では、電極に設けられた溝により電流経路Aのように電流が流れ、この電流によってアーク柱30に対し横方向の磁界Bが発生する。この発生した磁界によりアーク柱30に電磁力Fが加わり、アークを円周方向に駆動させる。これにより、アークによる電極の局部溶解を避け、遮断性能の向上を図っている。
この構造の真空バルブは、例えば特許文献3(特開昭61−153912)で開示されており、図8に示すように、遮断容量をより増大させるために風車電極背面に磁性体20を配置したものである。
このように風車電極背面に磁性体20を配置することによってアークによって発生する磁界を増大させる構造も提案されている。
図中の各矢印は、固定側電極棒4から可動側電極棒5に電流が流れた場合(図では示していないが)のアーク柱30に加わる電磁力40で、矢印の向き、長さが電磁力の向き、大きさを表す。
この電磁力40によってアーク柱30は、羽の根本から先端方向に向かって30aから30eのように駆動され、アーク柱30が羽の先端部まで駆動されると隣の羽にアーク柱30が移行する。これを繰り返すことにより、アーク柱30は、風車電極上の外周部を加速しながら回転し、電流遮断時の遮断位相によって異なるがアーク時間の長い場合4〜6周回転する。
このようにアークを電極上で回転させることによってアークによる局部加熱を避け遮断性能を向上させる。
このため、特に電流遮断開始時にアークの発弧が風車の根本で開始されるとアーク停滞時間が長くなる傾向にあった。また、アークが駆動され風車の1つの羽先端から次の羽へ移行した直後にかかる電磁力が外側方向へ向いているため、アークの周方向の回転速度の加速を阻害していた。このため、遮断容量の大容量化のためには、いかにして羽の根本部分のアーク駆動力を向上させるかが課題であった。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図1〜図3に基づいて実施の形態1を説明する。
図1は、この発明の実施の形態1における真空バルブの風車形電極を示す構造図、図2は、真空バルブの磁性体を示す構造図、図3は、真空バルブの電極に生じる電磁力を示す説明図である。
実施の形態1において、風車形電極の真空バルブへの組み込みは、背景技術(段落0002)で説明したように、固定側風車電極6と可動側風車電極7を対向させたときに風車の向きが一致するように、固定側と可動側の風車の溝の向きを逆方向に形成した一対の風車形電極を用いる。その際、風車の溝の向きは固定側、可動側どちらの向きであっても構わないが、以降の説明では、可動側風車電極7として説明する。なお、電極部以外の真空バルブの構造は、背景技術(段落0002)で説明した図6と同等であるため説明は省略する。
その理由は、20wt%未満ではアークによる損傷を受けやすく耐溶着性が低下し、60wt%を超えると加工性や耐熱衝撃性が低下するためである。また、Cu−Cr合金の密度比は高い導電率や熱伝導性を得るために95%以上が好ましい。
低融点成分の含有量は0.01〜5wt%が好ましい。その理由は、0.01wt%以下では耐溶着性の改善効果を得ることができず、5wt%以上では耐圧性能の低下を招くためである。
Cu合金は、例えばCu中にAg、Cr、Zr、W、Mo、Nb、Sn、Fe、Si、Niが1種又は2種以上添加されたもの等が挙げられる。
また、アークが電極部の外側へ吹き出すこともなくなるためシールド部を損傷させることをなくすことが可能となる。
動させたい向き、すなわちアークを風車羽の先端部方向(電磁力42a〜42e)に向くよう駆動させる制御ができないが、段落0021で説明したように、中心線HYと直交する方向HXを、アークを駆動させたい方向に向ける(風車羽の先端方向)ことで、アークの駆動方向の制御が可能となる。
磁性体20を、このように配置することで電極最外径を大きくすることなく遮断性能に優れた真空バルブ用風車電極を構成することが可能となる。すなわち、磁性体20が風車電極の最外径より突き出ると、電界的な弱点となって耐電圧性能の低下を招く恐れがあるが、これを防ぐことができる。
図4〜図5に基づいて実施の形態2を説明する。
図4は、この発明の実施の形態2における真空バルブを示す構造図、図5は、この発明の実施の形態2における真空バルブの電極に生じる電磁力を示す説明図で、(a)は図4を固定側から見たときの遮断器端子と風車電極、磁性体の位置関係を示す説明図、(b)はその要部を拡大して示した説明図である。
図4では、遮断器固定側端子11から真空バルブを通って遮断器可動側端子12に電流Iが流れることで紙面に対して奥から手前方向に磁界が発生しアーク柱30が端子とは反対方向にFという電磁力が加わる。また、流れる電流Iが逆の場合も発生する磁界の方向が逆になるため電磁力Fの方向は同じ方向になる。
他方、アーク柱30が図の下側にある風車電極の場合は、端子によって生じる電磁力f1と風車電極によって生じる電磁力f2の向きが同じ向きとなり、電磁力が足し合わされることになるので、磁性体20をなくしても駆動力が得られることになる。
このように風車形電極に取り付ける断面が凹状の磁性体20の設置数を、電流Iが遮断器の両端子から真空バルブを流れる際に生じる電磁力の向きに応じて設定されていることで、風車電極の上を駆動されるアーク柱が遮断器端子によって発生する磁界によって減速
されるのを抑制し、遮断性能の良い真空バルブを提供することが可能となる。
電磁力40は、「磁性体なし」におけるアーク柱に加わる電磁力、
電磁力40a〜40eは、電流経路Aの電流による電磁力、
電磁力41は、「磁性体あり」におけるアーク柱に加わる電磁力、
電磁力42aは、この発明の風車電極におけるアーク柱に加わる電磁力である。
5:可動側電極棒、 6:固定側風車電極、 7:可動側風車電極、
8:アークシールド、 9:ベローズ、 10:ベローズカバー、
11:遮断器固定側端子、 12:遮断器可動側端子、 A:電流経路、
20:磁性体、 21:外側立設部、 22:内側立設部、 24:台座部、
23:磁性体の側端面、 30:アーク柱、
40:電磁力、 40a〜40e:電磁力、 41:電磁力、 42a:電磁力、
71:風車電極溝、
72:外周位置(最外径となる外周位置)、
73:外周位置(内径側に変位した風車電極の外周位置)、
74:隣接風車電極の先端部、
75:磁性体配置の外周幅(磁性体配置位置)。
Claims (6)
- 真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒、他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒、及び円弧状の風車羽を有し上記固定側電極棒及び上記可動側電極棒の対向端部に、接離可能に配置された固定側風車形電極及び可動側風車形電極を備えた真空バルブであって、
少なくとも固定側風車形電極及び可動側風車形電極の一方の電極において、少なくとも1枚の風車形電極の付け根部に、断面が凹状の磁性体が装着されていることを特徴とする真空バルブ。 - 上記磁性体は、台座部とこの台座部の両側に立設された立設部とによって構成され、上記立設部の両上端面は、他方の電極に対向するよう配置されていることを特徴とする請求項1に記載の真空バルブ。
- 上記磁性体の両立設部のうち、
上記風車羽の外周側に位置する外側立設部は、内側立設部よりも上記風車形電極の先端部方向に変位させて配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の真空バルブ。 - 上記磁性体は、上記風車羽の幅をW、厚みをDとしたときに、
W/2≦D≦2Wに設定されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の真空バルブ。 - 上記磁性体は、磁性体の肉厚をTとしたときに、
風車電極の最外径となる外周位置から上記磁性体の肉厚分Tだけ内径側に変位した風車電極の外周位置と、隣接する風車電極先端部との間に形成される外周幅内に、上記磁性体が配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の真空バルブ。 - 上記風車形電極に取り付ける上記磁性体の設置数は、
遮断器の電流が真空バルブを流れる際に生じる電磁力の向きに応じて設定されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の真空バルブ。
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