JP2017174496A - Vacuum valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、真空遮断器に搭載される真空バルブに関する。 The present invention relates to a vacuum valve mounted on a vacuum circuit breaker.
従来、真空遮断器に搭載される真空バルブの電極として、平板電極、スパイラル電極、縦磁界電極などが用いられている。 Conventionally, a plate electrode, a spiral electrode, a longitudinal magnetic field electrode, or the like is used as an electrode of a vacuum valve mounted on a vacuum circuit breaker.
平板電極は、平板状の電極であり、構造が単純であるため製造しやすいという特徴がある。しかしながら、遮断の際にアークエネルギーがアークの発弧した位置に集中するので、局所的に電極表面の温度が上昇して金属蒸気の発生量が大きくなるため大電流に対する遮断性能が低い。このため、平板電極は、主に定格遮断電流の小さい真空バルブに適用される。 The flat plate electrode is a flat plate electrode and has a feature that it is easy to manufacture because of its simple structure. However, since the arc energy is concentrated at the position where the arc is generated at the time of interruption, the temperature of the electrode surface rises locally and the amount of generated metal vapor increases, so that the interruption performance against a large current is low. For this reason, the plate electrode is mainly applied to a vacuum valve having a small rated breaking current.
スパイラル電極は、円板状の電極を中央部から周辺部まで伸びたスパイラル溝で電極を複数に区画した構造である。この構造によって、遮断の際に中央部から電極周辺端部への電流路で形成される磁界の作用によりアークを回転駆動させることができる。平板電極に比べてアークの停滞がないため、局所的な電極表面の温度上昇を抑制することができる。このため、電極表面からの金属蒸気の発生を抑制して遮断性能を向上させることができる。 The spiral electrode has a structure in which a disk-shaped electrode is divided into a plurality of electrodes by spiral grooves extending from the central portion to the peripheral portion. With this structure, the arc can be rotationally driven by the action of a magnetic field formed by a current path from the central portion to the electrode peripheral end portion at the time of interruption. Since there is no stagnation of the arc as compared with the flat plate electrode, it is possible to suppress a local temperature increase on the electrode surface. For this reason, generation | occurrence | production of the metal vapor | steam from an electrode surface can be suppressed and interruption | blocking performance can be improved.
縦磁界電極は、電極の外側などにコイルを設けた構造である。このコイルに電流を流すことでアークと平行な軸方向磁界、いわゆる縦磁界を発生させる。この縦磁界によってアークが拡散されるのでアークの電流密度が低下し、スパイラル電極以上に電極表面の温度上昇を抑制することができる。スパイラル電極に比べて金属蒸気の発生を抑制することができるので、電極とアークシールドとの距離を短縮して真空バルブの径を小形化できるという長所がある。 The longitudinal magnetic field electrode has a structure in which a coil is provided outside the electrode. By passing an electric current through this coil, an axial magnetic field parallel to the arc, a so-called longitudinal magnetic field is generated. Since the arc is diffused by the longitudinal magnetic field, the current density of the arc is reduced, and the temperature rise of the electrode surface can be suppressed more than the spiral electrode. Since generation of metal vapor can be suppressed as compared with the spiral electrode, there is an advantage that the distance between the electrode and the arc shield can be shortened to reduce the diameter of the vacuum valve.
縦磁界電極において、縦磁界によるアークへの拡散作用に加えてアークを移動させて遮断性能を向上させた真空バルブが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の真空バルブにおいては、縦磁界電極の電極表面に複数の突出部が電極を支持するリード棒の外径よりも周方向の外側に配置されている。この電極においては、遮断の際に複数の突出部に同時にアークが発生し、このアークの電流が複数の突出部からリード棒へ向かって径方向外側へ流れる。この径方向外側への電流路で形成される磁界の作用によりアークを移動させることができる。その結果、アークが拡散されることによるアークの電流密度の低下と、アークの移動による局所的な電極表面の温度上昇を抑制することができ、より遮断性能が向上するという効果が得られる。 In the longitudinal magnetic field electrode, a vacuum valve is disclosed in which the arc performance is improved by moving the arc in addition to the diffusion action to the arc by the longitudinal magnetic field (see, for example, Patent Document 1). In this conventional vacuum valve, a plurality of projecting portions are arranged on the surface of the longitudinal magnetic field electrode on the outer side in the circumferential direction with respect to the outer diameter of the lead rod supporting the electrode. In this electrode, an arc is simultaneously generated in the plurality of protrusions at the time of interruption, and the current of the arc flows radially outward from the plurality of protrusions toward the lead rod. The arc can be moved by the action of the magnetic field formed by the current path outward in the radial direction. As a result, it is possible to suppress a decrease in the current density of the arc due to the diffusion of the arc and a local temperature increase on the electrode surface due to the movement of the arc, and an effect of further improving the interruption performance can be obtained.
従来の電極表面に複数の突出部を備えた電極では、多点発弧させアークエネルギーの分散を図ることで電極表面の温度上昇を抑制している。しかしながら、真空バルブを開極および閉極したときの衝撃が突出部にかかるため、長期的な使用で開閉動作を繰り返すと、突出部先端の高さや電極の平行度にずれが生じて、複数の突出部に接触荷重の不均衡が生じる。この結果、開極動作時に複数の突出部の離隔するタイミングにずれが生じる。すると、先に離隔する突出部は他の突出部より接圧が小さくなるため、接触抵抗が大きくなる。さらに、先に離隔した突出部に発生するアークのアーク電圧は、後に離隔する突出部の接触抵抗によって発生する電圧よりも大きい。このため、先に離隔した突出部に発生したアークは後に離隔する突出部に転流し、結局アークは最後に離隔する突出部に集約し、多点発弧とはならずに１個のみのアーク発生となるという問題があった。 In an electrode having a plurality of protrusions on a conventional electrode surface, the temperature rise on the electrode surface is suppressed by igniting multiple points to achieve a dispersion of arc energy. However, since the impact when the vacuum valve is opened and closed is applied to the protruding portion, if the opening and closing operation is repeated over a long period of use, the height of the protruding portion and the parallelism of the electrodes will be displaced, resulting in a plurality of An imbalance of contact load occurs at the protrusion. As a result, a deviation occurs in the timing at which the plurality of protrusions are separated during the opening operation. Then, since the contact portion of the projecting portion that is separated first has a smaller contact pressure than the other projecting portions, the contact resistance is increased. Furthermore, the arc voltage of the arc generated at the protrusions separated earlier is larger than the voltage generated by the contact resistance of the protrusions separated later. For this reason, the arc generated in the projection part separated earlier is commutated to the projection part separated later, and eventually the arc is concentrated in the projection part separated in the end, so that there is only one arc instead of multipoint firing. There was a problem that it occurred.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の突出部を備えた電極で確実に多点発弧させてアークエネルギーの分散を図ることで高い遮断性能を確保できる真空バルブを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to ensure a high interruption performance by ensuring multi-point ignition with an electrode having a plurality of protrusions and thereby distributing arc energy. The purpose is to obtain a vacuum valve.
この発明に係る真空バルブにおいては、真空容器と、この真空容器の内部に固定された固定電極と、この固定電極を支持する固定電極棒と、前記固定電極に対向して配置された可動電極と、この可動電極を支持する可動電極棒と、前記真空容器の内部に固定され、前記固定電極棒および前記可動電極棒の少なくとも一方を取り囲む磁性体とを備え、前記固定電極および前記可動電極の少なくとも一方の電極は、電極間の対向面にｎ個（ｎは２以上の自然数）の突出部を備えており、前記突出部を備えた電極を支持する前記固定電極棒または前記可電極棒は、その電極棒の軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成されおり、前記磁性体は、前記分割電極棒で構成された電極棒を取り囲んでいるものである。 In the vacuum valve according to the present invention, a vacuum vessel, a fixed electrode fixed inside the vacuum vessel, a fixed electrode rod that supports the fixed electrode, and a movable electrode disposed to face the fixed electrode, A movable electrode rod that supports the movable electrode, and a magnetic body that is fixed inside the vacuum vessel and surrounds at least one of the fixed electrode rod and the movable electrode rod, and includes at least the fixed electrode and the movable electrode. One electrode has n (n is a natural number of 2 or more) protrusions on the opposing surfaces between the electrodes, and the fixed electrode bar or the electrode bar that supports the electrode including the protrusions is: The electrode is composed of n divided electrode rods divided along the axial direction of the electrode rod, and the magnetic body surrounds the electrode rod composed of the divided electrode rods.
この発明は、
固定電極および可動電極の少なくとも一方の電極は、電極間の対向面にｎ個の突出部を備え、突出部を備えた電極を支持する電極棒は軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成され、磁性体は、前記分割電極棒で構成された電極棒を取り囲んでいるので、確実に多点発弧させてアークエネルギーの分散を図ることができる。
This invention
At least one of the fixed electrode and the movable electrode has n protrusions on the opposed surfaces between the electrodes, and the electrode rod supporting the electrode having the protrusions is divided into n pieces along the axial direction. Since it is composed of electrode rods and the magnetic body surrounds the electrode rod composed of the divided electrode rods, the arc energy can be dispersed by reliably firing multiple points.
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における開閉装置の断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態の開閉装置１は、遮断部２と開閉機構部３とで構成されている。開閉機構部３の駆動力発生部３ａの駆動力は、ピン４を介して駆動レバー５に伝達される。駆動レバー５は、支持台７に固定された水平軸６を中心として回転可能である。駆動レバー５の端部には、連結部材８が取り付けられており、駆動レバー５の回転により連結部材８は上下方向に駆動される。この連結部材８の上下方向の駆動によって、連結部材８の上部に取り付けられた操作ロッド９を介して絶縁ロッド１０が上下方向に駆動される。絶縁ロッド１０の上部には、接続部材１１を介して真空バルブ２０の可動電極棒２１が取り付けられている。真空バルブ２０の可動電極棒２１の先端部には、可動電極２２が取り付けられている。真空バルブ２０の固定電極棒２３の先端部には、固定電極２４が取り付けられており、この固定電極２４と可動電極２２とが接触および離隔することで、遮断部２において電流の投入および遮断が行われる。なお、後述するが、可動電極棒２１および固定電極棒２３は、それぞれ可動電極２２および固定電極２４との接続側で複数の分割電極棒に分割されている。
1 is a schematic cross-sectional view of a switchgear according to
真空バルブ２０の固定電極棒２３は、引出端子１３ａを挟んで真空バルブの固定部１４に固定されている。また、真空バルブ２０の可動電極棒２１には、フレッキシブル導体１５の一端が接続されている。フレッキシブル導体１５の他端は、端子支持部１６に固定されている。フレッキシブル導体１５は、端子支持部１６で引出端子１３ｂと電気的に接続されている。引出端子１３ａおよび引出端子１３ｂは、それぞれ端子入出力部１７ａ、１７ｂにより絶縁フレーム１８に固定されている。引出端子１３ａおよび引出端子１３ｂは、絶縁フレーム１８によって支持台７とは電気的に絶縁されている。
The
図１において、支持台７、開閉機構部３、駆動レバー５、連結部材８および操作ロッド９は電気的に接地されている。系統電流の流れる経路は、引出端子１３ａ、固定電極棒２３、固定電極２４、可動電極２２、可動電極棒２１、フレッキシブル導体１５および引出端子１３ｂの経路である。電流投入状態では、固定電極２４と可動電極２２とが接触しており、上述した経路で電流が流れる。電流遮断時には、開閉機構部３の駆動力が駆動レバー５などを介して伝わり、可動電極２２が、例えば１ｍ／ｓという高速度で下に動くことで固定電極２４と可動電極２２とが離隔される。
In FIG. 1, the
開閉装置は、定格電圧や通電電流などに応じて必要な性能が規格によって定められている。ここで、開極ギャップ長を、開閉装置が「開状態」にあるときの固定電極２４と可動電極２２との間の距離とする。この開極ギャップ長は開閉装置に必要な耐電圧性能が確保される距離である。ここで、開閉装置に開極指令を出したときの開極動作時間を、固定電極２４から可動電極２２が離れた瞬間から、可動電極２２が固定電極２４から開極ギャップ長だけ離れた位置まで移動するのに要する時間と定義する。したがって、開極ギャップ長が１０ｍｍで、可動電極２２の開極速度が一定値１ｍ／ｓであると、開極動作時間は１０ｍｓとなる。
The required performance of the switchgear is determined by the standard in accordance with the rated voltage, energization current, and the like. Here, the opening gap length is a distance between the fixed
図２は、本実施の形態に係わる真空バルブ２０の断面模式図である。図２に示すように、本実施の形態の真空バルブ２０は、絶縁筒２８と絶縁筒２８の各端部の開口を塞ぐ固定側端板２９と可動側端板３０とで真空容器が構成されており、内部が高真空状態になっている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
真空バルブ２０の内部では、固定側端板２９を貫通した固定電極棒２３は、分割されていない部位２７の先端に固定側の分割電極棒２６が設けられている。さらに、固定電極２４の表面であって可動電極２２と対向する面に複数の突出部３６が設けられている。固定側の分割電極棒２６の各々は、固定電極２４の各突出部３６の裏側で固定電極２４に固着されている。なお、固定電極および可動電極は、それぞれ固定接点および可動接点という場合もある。
Inside the
同様に、可動側端板３０を貫通した可動電極棒２１は、分割されていない部位２７の先端に可動側の分割電極棒２５が設けられている。さらに、可動電極２２の表面であって固定電極２４と対向する面に複数の突出部３６が設けられている。可動側の分割電極棒２５の各々は、可動電極２２の各突出部３６の裏側で可動電極２２に固着されている。
Similarly, the
なお、本実施の形態においては、可動電極２２および固定電極２４にそれぞれ設けられた突出部３６は３個であり、可動側の分割電極棒２５および固定側の分割電極棒２６もそれぞれ３本である。なお、突出部の個数は２個から５個程度であり、目安として遮断電流を突出部の数で割った値が約１０ｋＡとなるようにその個数を設定することが好ましい。
In the present embodiment, there are three
可動電極棒の分割されていない部位２７と可動側の分割電極棒２５の接合部にベローズカバー３２を設け、ベローズ３１を介して可動側端板３０と接合する。ベローズ３１は伸縮可能であるので、図１の開閉機構部３の駆動により可動電極棒２１が軸方向で移動するのを可能にしている。また、絶縁筒２８の内面には、固定電極２４、可動電極２２、固定側の分割電極棒２６および可動側の分割電極棒２５を囲む円筒状のアークシールド３３が設けられている。このアークシールド３３は、電極間のアークで発生する金属蒸気が絶縁筒２８の内面に付着して固定側端板２９と可動側端板３０との間の耐電圧性が低下するのを防ぐために設けられている。本実施の形態においては、このアークシールド３３を鉄などの磁性体で構成している。
A bellows cover 32 is provided at the joint between the
また、アークシールド３３は、絶縁筒２８に内接して固定されており、電位を持つ固定電極２４や可動電極２２などとは接触していないため浮遊電位となっている。
The
図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図３に示すように、可動側の分割電極棒２５は、３本で構成されており絶縁筒２８の中心付近に各々が接触しないようにギャップを開けて配置されている。
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 3, the movable-side divided
図４は可動電極２２の斜視図を示す。可動電極２２の表面には３つの突出部３６が設けられている。可動側の分割電極棒２５も３つに分かれており、それぞれが円柱状となっている。突出部３６は可動電極２２の縁部周辺に設けられ、突出高さｈをもつ。可動電極２２の裏面で可動側の分割電極棒２５が可動電極２２を挟んで突出部と対向する位置に取り付けられているが、この取り付け位置を突出部３６と直列の位置と表現する。固定電極２４と固定側の分割電極棒２６との接続も同様で、固定電極２４の裏面で突出部３６と直列する位置に固定側の分割電極棒２６が接続されている。なお、図４において、可動側の分割電極棒２５には図２と対応が付きやすいように図２と同じハッチングを付けている。
FIG. 4 is a perspective view of the
図２および図４に示したように、固定電極と可動電極とに設けた突出部が対向するように配置されているので、閉極状態においては固定側の分割電極棒２６−固定電極の突出部３６−可動電極２２の突出部３６−可動側の分割電極棒２５とが直列して３つの通電経路が形成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 4, since the protrusions provided on the fixed electrode and the movable electrode are arranged so as to face each other, in the closed state, the divided
図５は固定電極２４および可動電極２２の上面図である。図５において、突出部３６は紙面に対して手前側に突出しており、突出部３６は灰色で示されている。図５（ａ）に示すように、突出部は電極の周辺部半径Ｒ１の扇形でありその外周部の長さをα１とする。これは、この外周部の長さα１と図３に示した突出高さｈを調整して、固定電極２４と可動電極２２とが開極するときの最終離隔点が必ず突出部となるようにする。図５（ｂ）では突出部の半径Ｒ２および外周部の長さα２を図５（ａ）に示したＲ１およびα２よりもそれぞれ大きくした例である。この例は、突出高さｈが小さくても開極する時の最終離隔点が必ず突出部となるように突出部の面積を大きくしたものである。
FIG. 5 is a top view of the fixed
突出部は円板状の接点材料から削り出しで形成することが可能である。すなわち、図５の白い部分を機械加工で削り、突出部３６を残す。このため、突出高さｈが小さい方が電極の加工の手間が省けるという効果がある。また、後述する遮断時のアークによるエネルギー注入による突出部３６の温度上昇を抑制するという点でも、図５（ｂ）の方が突出部３６から電極本体に熱を拡散する効率が高いため有利である。
The protrusion can be formed by cutting out from a disk-shaped contact material. That is, the white portion in FIG. 5 is cut by machining, and the protruding
なお、図５（ａ）に示したように、本実施の形態においては、突出部の面積すなわち固定電極２４と可動電極２２との接触面積が小さいため、単位面積当たりの圧接力が大きくなるので、小さい接圧で接触抵抗が確保できるという利点がある。このため、遮断電流が小さい真空バルブでは、図５（ａ）の構造とすることで開閉機構を小形化できる。
As shown in FIG. 5A, in this embodiment, since the area of the protrusion, that is, the contact area between the fixed
図１に示したように、真空バルブ２０は可動電極棒２１の軸方向の移動に追従して可動電極２２が固定電極２４側に移動することで電流の投入（閉極）および遮断（開極）が行われる。遮断の際には、固定電極２４と可動電極２２とが離れ、固定電極２４の突出部３６と、可動電極２２の突出部３６との間にアークが点弧する。アークが発生した状態において、固定側の分割電極棒２６−固定電極の突出部３６−アーク３４−可動電極２２の突出部３６−可動側の分割電極棒２５が直列し、３つの通電経路を形成する。この時、アークによって加熱された電極接触面から金属蒸気が発生するが、真空バルブ２０は、アークシールド３３を備えているので、金属蒸気が絶縁筒２８の内面に付着して、沿面耐電圧が低下するのを防止している。
As shown in FIG. 1, the
図６は、本実施の形態の真空バルブにおいて、遮断のために固定電極２４と可動電極２２とが開極し始めた瞬間の模式図である。突出部３６の高さや電極２２、２４の平行度にずれが生じた結果、開極動作時に３つの突出部３６の離隔するタイミングにずれが生じる。図６では、３本の分割電極棒をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃで示しており、その内の一つであるＡに対応する突出部が最初に離隔してアーク３４が点弧した状態を示す。
FIG. 6 is a schematic diagram at the moment when the fixed
図７は、図６に示した真空バルブの開極開始の状態を等価回路で示した回路図である。図７において、上述の３つの通電経路をそれぞれの分割電極棒のＡ、Ｂ、Ｃに対応させて電流路Ａ、電流路Ｂ、電流路Ｃで示している。それぞれの電流路において、分割電極棒とアークシールド間に形成されたインダクタンスをＬとして示している。それぞれの分割電極棒とアークシールドとの距離は同じとして各電流路のインダクタンスの大きさは等しい（Ｌ）とする。真空バルブ２０にはＡＣ電源が接続されており、閉極状態では電流Ｉが流れているとする。図６に示すように電流路Ａにアークが発生し、電流Ｉは分割電極棒により分流され、電流路Ａには電流ＩＡが流れているとする。このとき、電流路Ａにアーク電圧ＵＡが発生したとする。アークの発生していない電流路Ｂおよび電流路Ｃを流れる電流を合計してＩＢ＋Ｃとすると、次の（１）式が成り立つ。
Ｉ＝ＩＡ＋ＩＢ＋Ｃ （１）
FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the opening start state of the vacuum valve shown in FIG. In FIG. 7, the above-described three energization paths are indicated by a current path A, a current path B, and a current path C corresponding to A, B, and C of the respective divided electrode bars. In each current path, L represents the inductance formed between the split electrode bar and the arc shield. The distance between each divided electrode bar and the arc shield is the same, and the magnitude of the inductance of each current path is equal (L). It is assumed that an AC power source is connected to the
I = I A + I B + C (1)
電流路Ａ、ＢおよびＣの両端の電圧は等しいので、次の（２）式が成り立つ。
ＵＡ＋Ｌ・ｄＩＡ／ｄｔ＝Ｌ／２・ｄＩＢ＋Ｃ／ｄｔ （２）
ここで、電流路Ａに対応する突出部が最初に離隔してアークが点孤した瞬間を時間ｔ＝０とする。
Since the voltages at both ends of the current paths A, B and C are equal, the following equation (2) is established.
U A + L · dI A / dt = L / 2 · dI B + C / dt (2)
Here, it is assumed that a time t = 0 is a moment when the protrusion corresponding to the current path A is first separated and the arc is lit up.
（１）式と（２）式とからＩＢ＋Ｃを消去すると、（３）式が成り立つ。
ｄＩＡ／ｄｔ＝１／３・ｄＩ／ｄｔ−２／（３Ｌ）・ＵＡ （３）
When IB + C is eliminated from the expressions (1) and (2), the expression (3) is established.
dI A / dt = 1/3 · dI /
ＡＣ電源の電流Ｉは６０Ｈｚの交流電流とし、ピーク電流値をＩｐとすると、
Ｉ＝Ｉｐ・ｓｉｎ（ωｔ＋α） （４）
となる。ここで、ωは角速度６０×２π（ｒａｄ）であり、αを開極位相（ｒａｄ）とする。
The AC power supply current I is an AC current of 60 Hz, and the peak current value is Ip .
I = I p · sin (ωt + α) (4)
It becomes. Here, ω is an angular velocity of 60 × 2π (rad), and α is an opening phase (rad).
（３）式と（４）式とからＩＡの時間特性を求めると、次の（５）式が得られる。
ＩＡ＝１／３・Ｉｐ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）−２／（３Ｌ）・ＵＡ・ｔ （５）
(3) from equation (4) When determining the time characteristic of the I A, the following (5) is obtained.
I A = 1/3 · I p · sin (ωt + α) −2 / (3L) · U A · t (5)
図８は、ＩＡの時間変化を（５）式から算出して示したものである。ここで、Ｉｐ＝４０ｋＡ（実効値）、ＵＡ＝２０Ｖとしている。図８には、合わせてＩＢ＋Ｃの時間変化も示している。図８において、ＩＡは実線、ＩＢ＋Ｃは破線で示している。図８の時間軸の０における開極位相αは、開閉装置の遮断時の最も厳しい条件として、電流ピーク時（Ｉｐ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）＝±Ｉｐ、すなわちα＝π／２、３π／２）としている。また、図８において、図８（ａ）はＬ＝０．１μＨ、図８（ｂ）はＬ＝０．５μＨ、図８（ｃ）はＬ＝１μＨとした場合である。 Figure 8 is a diagram showing by calculating a time variation of I A from (5). Here, I p = 40 kA (effective value) and U A = 20V. FIG. 8 also shows the time change of I B + C. In FIG. 8, I A solid line, I B + C is indicated by a broken line. The opening phase α at 0 on the time axis in FIG. 8 is, as the most severe condition when the switchgear is shut off, at the current peak (I p · sin (ωt + α) = ± I p , that is, α = π / 2, 3π / 2). In FIG. 8, FIG. 8A shows a case where L = 0.1 μH, FIG. 8B shows a case where L = 0.5 μH, and FIG. 8C shows a case where L = 1 μH.
電流路Ａに対応する突出部が離隔した直後は、アークプラズマによって対向する突出部間のギャップがアークで架橋された状態にある。しかし、電流ＩＡが上述のように０．１ｍｓで減衰すると、アークプラズマの発生が継続しないため、離隔直後のアークプラズマは拡散してしまいアークが維持されない。開極距離が大きくなってもアークが維持されるためには、突出部間のギャップが０．５ｍｍとなった時点において、ピーク電流値の１／１０以上の電流が流れている必要がある。これは、電流路Ａに対応する突出部間のギャップが０．５ｍｍ以上になると、電流路ＢおよびＣに対応する突出部間も離隔してアークが発生するため、電流路Ａ、Ｂ、Ｃの全てにアーク電圧ＵＡが生じる。この結果、ＬとＵＡとによる３つの電流路が並列する回路となるため、以後は電流路Ａ、Ｂ、Ｃの全てに電流が流れ、アークが維持される。 Immediately after the protrusion corresponding to the current path A is separated, the gap between the protrusions facing each other by the arc plasma is in a state of being bridged by an arc. However, when the current I A is attenuated at 0.1ms as discussed above, since the generation of arc plasma does not continue, the arc plasma after separation is not maintained arc will diffuse. In order to maintain the arc even when the opening distance increases, a current of 1/10 or more of the peak current value needs to flow when the gap between the protrusions becomes 0.5 mm. This is because when the gap between the protrusions corresponding to the current path A is 0.5 mm or more, an arc is generated between the protrusions corresponding to the current paths B and C, so that the current paths A, B, C Arc voltage U A occurs in all of the above. As a result, a circuit in which three current paths of L and U A are arranged in parallel is obtained, and thereafter, current flows through all of the current paths A, B, and C, and the arc is maintained.
なお、これ以降アーク電流がピーク電流値から１／１０の電流に減衰するまでの時間をアーク電流の減衰時間と呼ぶ。可動電極２２の開極速度が１ｍ／ｓとすると、突出部間のギャップが０．５ｍｍとなるのは、電流路Ａで固定電極と可動電極とが離隔してから０．５ｍｓ後であり、この間アークが発生している必要がある。
Hereafter, the time until the arc current decays from the peak current value to 1/10 of the current is called the arc current decay time. When the opening speed of the
Ｌ＝０．１μＨでは図８（ａ）のように、電流路Ａの電流ＩＡは０．１ｍｓ後にピーク値の１／１０まで減衰している。この時間の間にＩＢ＋Ｃが立ち上がっている。これは、電流路Ａを流れていた電流が０．１ｍｓ後には電流路ＢやＣに転流していることを示す。したがって、電流路Ａのアークは長時間維持されず、最後に離隔する突出部にアークが移動することを示している。 When L = 0.1 μH, as shown in FIG. 8A, the current IA in the current path A is attenuated to 1/10 of the peak value after 0.1 ms. IB + C rises during this time. This indicates that the current flowing in the current path A is commutated to the current paths B and C after 0.1 ms. Therefore, the arc of the current path A is not maintained for a long time, indicating that the arc moves to the projecting portion that is finally separated.
Ｌ＝０．５μＨでは図８（ｂ）のように、電流路Ａの電流ＩＡはアーク電流の減衰時間０．５ｍｓ、すなわち、アークが発生してから０．５ｍｓ後にピーク電流値の１／１０まで減衰している。電流路Ａの電流ＩＡが維持される時間がアーク維持のために必要な時間０．５ｍｓと同等のため、３つの突出部にアークが並列して発生することになる。 When L = 0.5 μH, as shown in FIG. 8B, the current IA in the current path A is 0.5 ms after the arc current decay time, that is, 0.5 ms after the arc is generated. It has attenuated to 10. Since the time which the current I A of the current path A is maintained equal time 0.5ms and necessary for arc maintained, so that the arc is generated in parallel to the three protrusions.
Ｌ＝１μＨでは図８（ｃ）のように、電流路Ａの電流ＩＡは約１．０ｍｓの間ピーク値の１／１０以上維持され、約０．６ｍｓの間電流１０ｋＡ（Ｉｐのピーク値の約２０％）以上が電流路Ａを流れていることを示している。この間ＩＢ＋Ｃ電流が徐々に増加するが、電流路Ｂおよび電流路Ｃに対応する突出部が離隔してアーク電圧ＵＡが発生するため、電流路Ａの電流ＩＡが維持され確実に３点でアークが点弧することになる。 At L = 1 μH, as shown in FIG. 8C, the current I A in the current path A is maintained at 1/10 or more of the peak value for about 1.0 ms, and the current 10 kA (I p peak) for about 0.6 ms. It shows that about 20% or more of the value flows through the current path A. During this time although I B + C current increases gradually, the current path for B and current path C arc voltage spaced apart protruding portions corresponding to the U A occurs, a current path current I A is maintained reliably three points A The arc will ignite.
図８（ｃ）に示すように電流路Ａの電流ＩＡは約１．５ｍｓ維持されこの間ＩＢ＋Ｃ電流が徐々に増加する状態であれば、さらに確実に３つの突出部でアークが点孤しているので、アークによる電極へのエネルギー注入を３箇所に分散させることができる。その結果、アークが１箇所集中したときのような局所的な電極表面の温度上昇を抑制し、遮断性能を向上させることができる。 If state current I A is about 1.5ms maintained during this period I B + C current increases gradually current path A as shown in FIG. 8 (c), the arc is Tenko with more certainly three protrusions Therefore, the energy injection into the electrode by the arc can be dispersed in three places. As a result, it is possible to suppress the local temperature increase of the electrode surface as when the arc is concentrated at one place, and to improve the interruption performance.
本実施の形態における開閉装置において、アークが維持されるために必要な減衰時間は０．５ｍｓで、開極ギャップ長までの開極動作時間は１０ｍｓである。したがって、アーク電流の減衰時間が開極動作時間の１／２０以上であれば、アークが多点で点孤してアークによる電極へのエネルギー注入を複数の箇所に分散させることができる。 In the switchgear according to the present embodiment, the decay time required to maintain the arc is 0.5 ms, and the opening operation time until the opening gap length is 10 ms. Therefore, if the decay time of the arc current is 1/20 or more of the opening operation time, the arc can be lit up at multiple points, and energy injection into the electrode by the arc can be distributed to a plurality of locations.
なお、本実施の形態の真空バルブにおいては、３個の突出部を固定電極および可動電極の両方の設けた例を示したが、どちらか一方の電極のみに突出部を設けてもよい。同様に、３本の分割電極棒を固定電極および可動電極の両方に設けた例を示したが、どちらか一方の突出部を設けた電極側に設けてもよい。 In the vacuum valve according to the present embodiment, the example in which the three protruding portions are provided as both the fixed electrode and the movable electrode is shown, but the protruding portion may be provided only in one of the electrodes. Similarly, although an example in which three divided electrode bars are provided on both the fixed electrode and the movable electrode has been shown, the electrode may be provided on the electrode side on which one of the protrusions is provided.
以上説明したように、本実施の形態の真空バルブにおいては、固定電極および可動電極の少なくとも一方の電極に電極間の対向面にｎ個の突出部を設け、突出部を備えた電極を支持する電極棒を軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成し、この分割電極棒で構成された電極棒を取り囲む磁性体を配置しているので、確実に多点発弧させてアークエネルギーの分散を図ることができる。 As described above, in the vacuum valve of the present embodiment, at least one of the fixed electrode and the movable electrode is provided with n protrusions on the facing surface between the electrodes, and the electrode including the protrusions is supported. The electrode rod is composed of divided electrode rods divided into n pieces along the axial direction, and the magnetic body surrounding the electrode rod composed of the divided electrode rods is disposed, so that it is possible to reliably ignite multiple points. Dispersion of arc energy can be achieved.
また、分割電極棒と磁性体との間に発生するインダクタンスの値と電極間に発生するアークのアーク電圧と電極間に印加される交流電力の時間特性とで算出されるアーク電流の減衰時間を開極動作時間の１／２０以上となるように設定しているので、アークが多点で点孤してアークによる電極へのエネルギー注入を複数の箇所に分散させることができる。 Also, the arc current decay time calculated from the value of the inductance generated between the divided electrode rod and the magnetic material, the arc voltage of the arc generated between the electrodes, and the time characteristics of the AC power applied between the electrodes is calculated. Since it is set to be 1/20 or more of the opening operation time, the arc is lit up at multiple points, and the energy injection to the electrode by the arc can be distributed to a plurality of locations.
さらには、分割電極棒で構成された電極棒を取り囲む磁性体としてアークシールドを用いているので、新たな部材を追加する必要もない。 Furthermore, since the arc shield is used as the magnetic body surrounding the electrode rod composed of the divided electrode rods, it is not necessary to add a new member.
なお、本実施の形態において、固定電極および可動電極の突出部は図５に示したように電極の周辺部に扇形の形状で形成したが、別の形状であってもよい。図９は、本実施の形態における別の形状をもつ電極の上面図および断面図を示す。図９（ａ）は上面図であり、灰色に塗った突出部３６が上側（手前側）に位置している。図９（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。この別の形状をもつ電極の突出部は図９（ａ）に示すように帯状であり、図９（ｂ）に示すように電極２２、２４と滑らかな段差で接続されている。鋭角的な突起部がないため電極表面の電界緩和が向上するので、定格電圧の高い真空バルブに適している。また、図５に示した突出部に比べて、突出部を形成するための電極の削り量が減るため、電極の材料に無駄が少なく加工しやすいという長所をもつ。突出部３６の周辺長さα３を長くすることで、固定電極２４と可動電極２２が開極する時の最終離間点が必ず突出部となるように調整することもできる。さらには、遮断時のアークによるエネルギー注入によって発生する突出部の熱を電極本体へ拡散する効率も高くなる。
In the present embodiment, the protruding portions of the fixed electrode and the movable electrode are formed in a fan shape at the peripheral portion of the electrode as shown in FIG. FIG. 9 shows a top view and a cross-sectional view of an electrode having another shape in the present embodiment. FIG. 9A is a top view, and the protruding
また、本実施の形態において、アークシールド３３は絶縁筒２８に内接している。これは、電極棒に交流電流が流れることで、磁性体で形成されたアークシールドにうず電流が流れて発生する熱を、絶縁筒に拡散させることで温度上昇を抑制するためである。
In the present embodiment, the
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係わる真空バルブ２０の断面模式図である。図１０に示すように、本実施の形態の真空バルブ２０は、図２で示した実施の形態１の真空バルブの構造と同様であるが、実施の形態１と異なる点が二つある。一つは、分割電極棒２５、２６を囲む磁性体として実施の形態１では磁性体で構成されたアークシールドが配置されていたが、本実施の形態においては、アークシールド３３は磁性体ではない金属、例えばステンレス鋼や銅で形成されている点である。もう一つは、分割電極棒２５、２６を囲む磁性体として分割電極棒２５，２６を軸方向に覆う円筒状の電極棒カバー３７が設けられている点である。なお、電極棒カバー３７は、可動電極２２および固定電極２４と電気的に接続されている。
FIG. 10 is a schematic sectional view of the
図１１は、図１０におけるＣ−Ｃ断面図である。図１１に示すように、可動側の分割電極棒２５は、３本で構成されており絶縁筒２８の中心にギャップを開けて配置されている。電極棒カバー３７は、分割電極棒２５の外周を取り囲んでいる。
11 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. As shown in FIG. 11, the movable-side divided
このように構成された真空バルブは、実施の形態１と同様に、固定電極および可動電極の少なくとも一方の電極に電極間の対向面にｎ個の突出部を設け、突出部を備えた電極を支持する電極棒を軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成し、この前記分割電極棒で構成された電極棒を取り囲む磁性体を配置しているので、確実に多点発弧させてアークエネルギーの分散を図ることができる。 As in the first embodiment, the vacuum valve configured as described above is provided with n protrusions on the opposing surface between the electrodes on at least one of the fixed electrode and the movable electrode, and an electrode including the protrusions is provided. The supporting electrode rod is composed of divided electrode rods divided into n pieces along the axial direction, and the magnetic body surrounding the electrode rod composed of the divided electrode rods is arranged, so that it is possible to reliably generate multiple points. Arc energy can be distributed by arcing.
また、分割電極棒と電極棒カバーとの間の距離が分割電極棒とアークシールドとの間の距離より短くなるので、磁性体を同じ厚さでかつ長さとした場合、実施の形態１よりもインダクタンスＬを大きくすることができるという効果がある。 In addition, since the distance between the divided electrode bar and the electrode bar cover is shorter than the distance between the divided electrode bar and the arc shield, when the magnetic body has the same thickness and length, it is more than that of the first embodiment. There is an effect that the inductance L can be increased.
なお、電極棒カバーはアークシールドに比べると、遮断の際に電極間のアークで発生する金属蒸気の付着量が少ない。このため、電極棒カバーでは、高温の金属蒸気による変形や損傷が起こらないので、分割電極棒と電極棒カバーとの間のインダクタンスの値の変動が小さい。また、磁性体としての電極棒カバーを可動電極または固定電極と同電位としているので、たとえ金属蒸気の付着が起こったとしても分割電極棒と電極棒カバーとの間のインダクタンスの値の変動は小さい。さらには、可動電極側の分割電極棒と電極棒カバーとは同時に動くので、電流の投入および遮断動作による分割電極棒と電極棒カバーとの間のインダクタンスの値の変動はない。これらのことにより、分割電極棒と電極棒カバーとの間のインダクタンスの値の変動が少なく、安定したアークの転流抑制効果が得られる。 The electrode bar cover has a smaller amount of metal vapor generated by the arc between the electrodes when interrupted than the arc shield. For this reason, in the electrode bar cover, since deformation or damage due to high-temperature metal vapor does not occur, the variation in the inductance value between the divided electrode bar and the electrode bar cover is small. In addition, since the electrode bar cover as a magnetic body has the same potential as the movable electrode or the fixed electrode, even if metal vapor adheres, the variation in the inductance value between the divided electrode bar and the electrode bar cover is small. . Furthermore, since the split electrode bar and the electrode bar cover on the movable electrode side move at the same time, there is no fluctuation in the inductance value between the split electrode bar and the electrode bar cover due to the turning on and off of the current. By these things, the fluctuation | variation of the inductance value between a division | segmentation electrode rod and an electrode rod cover is small, and the stable commutation suppression effect of an arc is acquired.
実施の形態３．
図１２は、実施の形態３に係わる真空バルブ２０の断面模式図である。図１２に示すように、本実施の形態の真空バルブ２０は、図２で示した実施の形態１の真空バルブの構造と同様であるが、実施の形態１と異なる点が二つある。一つは、実施の形態１ではアークシールドの断面形状は直線状となっているが、本実施の形態ではアークシールド３３の両端に直径が小さい部位３９が設けられている点である。なお、アークシールド３３は、実施の形態１と同様、磁性体で構成されている。もう一つは、実施の形態１は固定側の分割電極棒と可動側の分割電極棒とはが直線的な円柱状となっているが、本実施の形態では固定側の分割電極棒２６と可動側の分割電極棒２５とに屈曲部３８が設けられている点である。屈曲部３８によって固定電極２４または可動電極２２に近い側の分極電極棒同士の間隔が、電極棒の分割されていない部位２７に近い側の分極電極棒同士の間隔よりも広くなっている。屈曲部３８が設けられていることで電極棒の分割されていない部位２７よりも固定電極２４および可動電極２２の直径を大きくすることができる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the
このように構成された真空バルブにおいては、実施の形態１と同様に、固定電極および可動電極の少なくとも一方の電極に電極間の対向面にｎ個の突出部を設け、突出部を備えた電極を支持する電極棒を軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成し、この前記分割電極棒で構成された電極棒を取り囲む磁性体を配置しているので、確実に多点発弧させてアークエネルギーの分散を図ることができる。 In the vacuum valve configured as described above, as in the first embodiment, at least one of the fixed electrode and the movable electrode is provided with n protrusions on the facing surface between the electrodes, and the electrode having the protrusions The electrode rod that supports the electrode rod is composed of divided electrode rods divided into n pieces along the axial direction, and a magnetic body that surrounds the electrode rod composed of the divided electrode rods is disposed. The arc energy can be distributed by generating an arc.
また、固定電極２４および可動電極２２の直径を大きくすることで、突出部３６の一つ当りの表面積が大きくなり突出部の熱容量が増大する。その結果、電極表面からの金属蒸気の発生を抑制することができるので、遮断性能が向上するという効果がある。
Further, by increasing the diameters of the fixed
さらに、アークシールド３３の両端に直径が小さい部位３９を設けることで、遮断の際に固定電極２４および可動電極２２から発生する金属蒸気を捕捉する機能が向上する。これにより、絶縁筒２８の内面に金属蒸気が付着して絶縁筒２８の沿面耐電圧が低下するのを抑制する効果が向上する。
Further, by providing the portions 39 having a small diameter at both ends of the
１ 開閉装置、 ２ 遮断部、 ３ 開閉機構部、 ４ ピン、 ５ 駆動レバー
６ 水平軸、 ７ 支持台、 ８ 連結部材、 ９ 操作ロッド
１０ 絶縁ロッド、 １１ 接続部材、 １４ 固定部、 １５ フレッキシブル導体
１６ 端子支持部、 １８ 絶縁フレーム
２０ 真空バルブ、 ２１ 可動電極棒、 ２２ 可動電極、 ２３ 固定電極棒
２４ 固定電極、 ２５、２６ 分割電極棒、 ２８ 絶縁筒
２９ 固定側端板、 ３０ 可動側端板、 ３１ ベローズ、 ３２ ベローズカバー
３３ アークシールド、３４ アーク、 ３６ 突出部、 ３８ 屈曲部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
この真空容器の内部に固定された固定電極と、
この固定電極を支持する固定電極棒と、
前記固定電極に対向して配置された可動電極と、
この可動電極を支持する可動電極棒と、
前記真空容器の内部に固定され、前記固定電極棒および前記可動電極棒の少なくとも一方を取り囲む磁性体と
を備えた真空バルブであって、
前記固定電極および前記可動電極の少なくとも一方の電極は、電極間の対向面にｎ個（ｎは２以上の自然数）の突出部を備えており、
前記突出部を備えた電極を支持する前記固定電極棒または前記可動電極棒は、その電極棒の軸方向に沿ってｎ個に分割された分割電極棒で構成されおり、
前記磁性体は、前記分割電極棒で構成された電極棒を取り囲んでいる
ことを特徴とする真空バルブ。 A vacuum vessel;
A fixed electrode fixed inside the vacuum vessel;
A fixed electrode rod for supporting the fixed electrode;
A movable electrode disposed opposite the fixed electrode;
A movable electrode rod that supports the movable electrode;
A vacuum valve comprising a magnetic body fixed inside the vacuum vessel and surrounding at least one of the fixed electrode rod and the movable electrode rod;
At least one of the fixed electrode and the movable electrode includes n (n is a natural number of 2 or more) protrusions on the opposing surface between the electrodes,
The fixed electrode rod or the movable electrode rod that supports the electrode having the protruding portion is composed of divided electrode rods divided into n pieces along the axial direction of the electrode rod,
The vacuum valve characterized in that the magnetic body surrounds an electrode rod composed of the divided electrode rods.
当該インダクタンスの値と電極間に発生するアークのアーク電圧と電極間に印加される交流電力の時間特性とで算出されるアーク電流の減衰時間が開極動作時間の１／２０以上となるように設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。 The value of the inductance generated between the divided electrode bar and the magnetic body is
The decay time of the arc current calculated by the inductance value, the arc voltage of the arc generated between the electrodes, and the time characteristics of the AC power applied between the electrodes is set to be 1/20 or more of the opening operation time. The vacuum valve according to claim 1, wherein the vacuum valve is set.
ことを特徴とする請求項２に記載の真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 2, wherein a value of inductance generated between the divided electrode bar and the magnetic body is larger than 0.1 μH.
ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。 2. The vacuum valve according to claim 1, wherein the n electrode rods and the n protrusions are arranged to face each other with an electrode provided with the protrusions interposed therebetween.
ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1, wherein the magnetic body is an arc shield that surrounds the outer periphery of the fixed electrode and the movable electrode and the divided electrode rod.
ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1, wherein the magnetic body is an electrode bar cover that surrounds the divided electrode bar.
前記アークシールドの両端に直径が小さい部位が設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の真空バルブ。 The split electrode rod is provided with a bent portion so that the interval between the polarization electrode rods is enlarged on the side close to the fixed electrode and the movable electrode,
The vacuum valve according to claim 5, wherein portions having a small diameter are provided at both ends of the arc shield.
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|---|---|---|---|---|
| WO2020059435A1 (en) * | 2018-09-21 | 2020-03-26 | 三菱電機株式会社 | Vacuum valve |
Citations (2)
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| JPS565341U (en) * | 1979-06-27 | 1981-01-17 | ||
| JPS60121636A (en) * | 1983-09-23 | 1985-06-29 | シ−メンス・アクチエンゲセルシヤフト | Contactor unit of vacuum breaker |
-
2016
- 2016-03-18 JP JP2016055564A patent/JP6443369B2/en active Active
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| JPS60121636A (en) * | 1983-09-23 | 1985-06-29 | シ−メンス・アクチエンゲセルシヤフト | Contactor unit of vacuum breaker |
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