JP3840935B2 - 真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタ - Google Patents
真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタ Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は真空インタラプタの接触子及びそれを用いた真空インタラプタに関する。
【0002】
【従来の技術】
真空インタラプタの遮断性能を向上させるためには、遮断時に電極間に発生するアークを一個所に集中させることなく、電極表面全体でアークを受け止める必要がある。電極表面全体でアークを受け止めるものとして、電極間に縦磁界を形成する構造(縦磁界印加方式)が採用されている。電極間に縦磁界を発生させることにより、アークは磁界により閉じ込められ、荷電粒子のアーク柱からの損失が少なくなり、アークが安定し、電極部の温度上昇が抑制され、遮断性能が向上する。
【0003】
縦磁界印加方式を採用したものの一例として、特公平3−59531号公報には「真空スイッチの接触子装置」が開示されている。これは、端面に接触板が設けられた中空円筒状の接点台の周面にスリットを形成したもので、接点台の外径に対し、接点台の深さ(つぼ深さ)、スリット数、スリットの方位角が規定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
真空インタラプタにおいて、高電圧大電流遮断性能を出すためには、接触子の径を大きくし、かつ対向する接触子間の距離(解離距離)を大きくとる必要がある。しかし、特公平3−59531号公報に記載のものでは、そのように接触子の径、解離距離を設定すると、電極間の磁束密度が不足して電極間アークが不安定となり、遮断不能となる。
【0005】
また、発生磁界を確保するため、接点台に形成するスリットの方位角を大きくすると、接触子自体の強度が不足し、開閉操作力により変形して耐電圧性能と遮断性能が悪くなる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第1の発明に係る真空インタラプタの接触子は、接触台の端面に接触板を設ける一方、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第1のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第2のスリットとからなるものとし、前記第1のスリットと前記第2のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、前記接触板には、直線状のスリットが形成されることを特徴とする。
【0007】
上記課題を解決する第2の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第1の発明に係る真空インタラプタの接触子において、前記第2のスリットが、前記接触台の他端面に開口していることを特徴とする。
【0008】
上記課題を解決する第3の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第1又は第2の発明に係る真空インタラプタの接触子において、
前記接触台の外径Dが、
60mm≦D≦200mm
であるとき、
この接触台の外径Dに対し、前記接触台の長さL、前記スリットの数Sが、
0.2D≦L≦D
0.1D/mm≦S≦0.2D/mm
と規定され、
前記第1のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第2のスリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αが、
60°≦α≦80°
と規定され、
前記第1のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第2のスリットの方位角βが、
(540/S)°≦β≦(1440/S)°
と規定され、
前記第1のスリットの傾斜スリット部と前記第2のスリットとの間の方位角γが、
(120/S)°≦γ≦(600/S)°
と規定され、
前記第1のスリットの円周スリット部の方位角δが、
(120/S)°≦δ≦(600/S)°
と規定されることを特徴とする。
【0009】
この真空インタラプタの接触子においては、第1のスリット間、第1のスリットと第2のスリットとの間及び第2のスリット間がコイル部となる。電流は、これらのコイル部を経路として流れ、磁界を発生させる。
又、接触台の端面に円周スリット部があることから、電流は、接触板で円周方向に旋回してから第1のスリット間に流れる。電流の経路が長くなるので、それだけ強い磁界が発生する。
更に、第1のスリットの傾斜スリット部と第2のスリットとの間は中実の柱部分となり、この部分が接触台を補強する。
【0010】
上記課題を解決する第4の発明に係る真空インタラプタの接触子は、上記第3の発明に係る真空インタラプタの接触子において、前記接触台の板厚Wが、6mm≦W≦12mmと規定されることを特徴とする。
【0011】
上記課題を解決する第5の発明に係る真空インタラプタは、上記第1乃至第4の発明に係る真空インタラプタの接触子を同一軸上に対向させて配置し、対向する接触子間の距離Gを、15mm≦G≦100mmとしたことを特徴とする。
【0012】
上記各発明において、前記接触台内には、その底面又は端板上に補強体が設けられる。この補強体の端面に前記接触板が接合され、補強体が接触板及び接触台の変形を防止する。補強体としては、例えば円筒体が用いられる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る真空インタラプタ及び真空インタラプタの接触子の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1には、実施の一形態に係る真空インタラプタの接触子の側面を示し、図2には、その平面を示してある。図3には、方位角を示してあり、図4、図5には、真空インタラプタとして対向させた接触子を示す。
【0014】
接触台1は円筒状をなし、その一方の端面1aには接触板2がろう付けされ、接触台1の他方の端面1bには、リード棒が接続される接触子端板3がろう付けされる。この例では、接触子端板3の表面3aにリング状のはめ込み部3bが形成されており、このリング状のはめ込み部3bが、中空円筒状の接触台1の内側に嵌め込まれ、かつろう付けされている。接触子端板3のはめ込み部3bの内側には、筒状の補強体4の一端が嵌め込まれている。接触台1の端面1aにろう付けにより取付けられる前記接触板2は、この補強体4の端面に当接し、かつろう付けされる。つまり、筒状の補強体4は接触板2及び接触台1を補強し、これらの変形を防止する。尚、筒状の接触台1と接触子端板3とがカップ状をなすことから、このような接触子はカップ形と呼ばれている。
【0015】
接触台1の直径Dは、遮断電流、電圧に応じて、60mm≦D≦200mmの範囲で選択される。この範囲は、電流遮断試験を行った結果に基づくものである。接触台1の長さ(つぼ深さ)Lは、0.2D≦L≦Dの範囲で設定される。これは、後述する傾斜角α、方位角βに基づき定まるものである。また、接触台1の厚さ(壁厚)Wは、6mm≦W≦12mmの範囲で設定される。これは、強度等を考慮して定められた範囲である。図1に示すものでは、接触台1の厚さは全長に亘って均一となっているが、補強等の意味で、図4に示すように、6mm≦W≦12mmの範囲で厚さに変化をつけてもよい。
【0016】
カップ状の接触台1には、第1のスリット5、第2のスリット6が形成される。第1のスリット5は、接触台1の端面1aに円周方向に形成された円周スリット部5aと、円周スリット部5aの端につながり、接触台1の軸線に対し角度((傾斜角)α傾斜して接触台1の周面に形成された傾斜スリット部5bとからなっている。第2のスリット6は、接触台1の他方の端面1bから接触台1の軸方向中程あたりまで形成されている。つまり、第2のスリット6は、端面1bに開口している。図中、6aがその開口部である。弧状をなす第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の接触台1の中心Oに対する開き角度である方位角βは一定となっている。これらのスリット部5b、スリット6に挟まれた部分がコイル部となる。つまり、隣り合う第1のスリット5の傾斜スリット部5b間に挟まれた部分のコイル部7a、第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6とに挟まれた部分のコイル部7b、隣り合う第2のスリット6間に挟まれた部分のコイル部7cが形成されるのである。
【0017】
前記第1のスリット5(傾斜スリット部5b)と第2のスリット6との総数は、0.1D/mm≦S≦0.2D/mmの範囲で設定される。従って、第1及び第2のスリット5、6は、このSの半分の数となる。第1のスリット5の傾斜スリット部5a及び第2のスリット6の傾斜角αは、60°≦α≦80°の範囲で設定される。これは、接触台1の機械的強度と抵抗低減を要素に決められた範囲である。つまり、接触台1の機械的強度と抵抗低減のためには、隣り合うスリット5同士、スリット6同士又はスリット5と6の、これらに垂直な方向の距離xは、7〜18mm程度がよい。とすると、接触台1 の直径D、スリットの数Sから、傾斜角αの範囲は、60°≦α≦80°となる。
【0018】
第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の方位角βは、(540/S)°≦β≦(1440/S)°の範囲で設定される。下限値を(540/S)°としたのは、コイル部の長さを1.5ターンとしたもので、これ以下では、磁束が不足してしまう。上限値を(1440/S)°としたのは、コイル部の長さを4ターンとしたもので、これ以上では、抵抗が大きくなって発熱による不具合が発生する。また、接触台1の機械的強度が低くなってしまう。
第1のスリット5の円周スリット部5aの方位角δは、(120/S)°≦γ≦(600/S)°の範囲で設定される。これは、接触台1の機械的強度の点から定められている。
【0019】
第1のスリット5及び第2のスリット6は、共に等間隔で形成されている。第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6とは、円周方向においては所定の間隔(方位角)γ開けて形成される。この方位角γは、(120/S)°≦γ≦(600/S)°の範囲で設定される。この範囲は、接触台1の機械的強度の点から定められている。
【0020】
第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の長さを短くし、円周方向において傾斜スリット部5bと第2のスリット6との間に間隔(方位角γ)ができるようにしたので、傾斜スリット部5bと第2のスリット6との間に中実の柱部分1cが形成される。この柱部分1cにより、接触台1の強度が維持される。つまり、円周方向に長いスリットを設けてしまうと、接触台1の軸方向の強度が弱くなってしまうが、このように柱部分1cを作ることにより接触台1の軸方向の強度が維持されるのである。
【0021】
第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6とは、接触台1の軸方向においては所定の範囲が重なり合っている。第2のスリット6は、隣り合う二つの第1のスリット5の傾斜スリット部5b間に望むように形成してもよい。前記接触板2には、図2に示すように直線状のスリット8が形成されている。スリット8の数は、第1のスリット5の数と同数となっている。スリット8の内側の延長上は、接触板2の中心Oからずれており、図2に示すように、全体としてスパイラル状をなすようになっている。接触板2は、そのスリット8の周面側の端8aを、前記第1のスリット5の円周スリット部5aの、前記傾斜スリット部5bがつながっている側と反対の側の端に合わせて、取付けられている。つまり、スリット8と第1のスリット5と繋がるように図られているのである。
【0022】
尚、上記の実施の形態では、接触台1の他端側に接触子端板3を接合するようにしているが、この接触子端板3に相当する部分を接触台1と一体に形成してカップ形としておきこともできる。その場合には、例えば、接触台1の内底面に相当する位置を基準位置として第2のスリット6を形成する。カップ形の一体品の深さ(つぼ深さ)は接触台1の長さLに相当する
又、上記実施の形態では、第1のスリット5のみ円周スリット部5aと傾斜スリット部5bからなるものとしたが、第2のスリット6も同様に円周スリット部と傾斜スリットとからなるものとしてもよい。この場合、円周スリット部は、接触台1の他方の端面1bに形成される。
【0023】
図6には、上記構成の真空インタラプタの接触子を用いて構成した真空インタラプタを概略的に示す。図1乃至3に示した構造の二つの真空インタラプタの接触子11、12を、図4、5に示すように所定の間隔(接触子間距離)Gをあけて同軸上で対向させて、真空容器13の中に配置することにより、真空インタラプタ10は構成される。接触子間距離Gは、15mm≦G≦100mmの範囲で設定される。
【0024】
真空容器13は、セラミック又はガラス等からなる絶縁筒14の両端を、金属からなる端板15、16で塞ぎ、内部を高真空に排気して構成される。この真空容器13の一方の端板15を通して固定された固定ロッド17の先端に一方の接触子11が固定電極として固定される。真空容器13のもう一方の端板16を通し、かつベローズ18により可動に設けられた可動ロッド19の先端にもう一方の接触子12が可動電極として固定される。真空容器13内において、接触子11、12の回りにはシールド20が設けられる。
【0025】
上記構成の真空インタラプタにおいて、電流の遮断時、電極である接触子11、12間には、アークが発生する。一方、電流iは、接触板3と接触台1との間に絶縁層である円周スリット部5aがあることから、接触板3に沿って旋回移動した後、接触台1の傾斜スリット部5b間のコイル部7aに入り、更に第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6との間のコイル部7b及び第2のスリット6間のコイル部7cに流れる。コイル部7a,7b,7cに電流が流れることになり、接触板2間に縦磁界Bが発生する。電流の経路が多く、しかも長い経路を確保できることから、第1のスリット5だけの場合に比べて2倍以上の磁界を形成することができる。よって、アークを安定させることができ、良好な遮断性能を得ることができる。
【0026】
次に、上記構成の真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタの実施例について説明する。接触子11、12の各部の寸法を以下のように規定して、真空インタラプタを作製した。
接触台1の外径D=80mm、接触台1の長さL=27mm、スリットの数S=12(片側6)、第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の傾斜角α=70°、第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の方位角β=65°、第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6との間の部分の方位角γ=30°、円周スリット部5aの方位角δ=15°、接触台の壁厚W=8.5mm
【0027】
この真空インタラプタにおいては、接触子11、12を同一軸上に40mmの距離(接触子間距離G)で対向配置させたときの中心部での発生磁束密度は4.2μT/Aとなる。この真空インタラプタにより、定格電圧72kV−定格遮断電流31.5kAの遮断性能を達成した。
【0028】
他の実施例として、以下の寸法の真空インタラプタを作製した。
接触台1の外径D=90mm、接触台1の長さL=37mm、スリットの数S=12(片側6)、第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の傾斜角α=72°、第1のスリット5の傾斜スリット部5b及び第2のスリット6の方位角β=75°、第1のスリット5の傾斜スリット部5bと第2のスリット6との間の部分の方位角γ=13°、円周スリット部5aの方位各δ=20°、接触台の壁厚W=8.5mm
【0029】
この真空インタラプタにおいては、接触子11、12を同一軸上に40mmの距離(接触子間距離G)で対向配置させたときの中心部での発生磁束密度は4.5μT/Aとなる。この真空インタラプタにより、定格電圧72kV−定格遮断電流40kAの遮断性能を達成した。
【0030】
【発明の効果】
本発明に係る真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタによれば、カップ状の接触台の端面に接触板を設け、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第1のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第2のスリットとからなるものとし、前記第1のスリットと前記第2のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、前記接触板には、直線状のスリットが形成されることにより、又、前記第2のスリットを、前記接触台の他端面に開口したことにより、この真空インタラプタの接触子を用いた作製した真空インタラプタにおいては、接触子間に発生する磁界強度をより大きくすることができ、遮断時に発生するアークを均一に分布させ、遮断性能を向上させることができる。
【0031】
又、本発明に係る真空インタラプタの接触子及び真空インタラプタによれば、前記接触台の外径Dが60mm≦D≦200mmであるとき、この接触台の外径Dに対し、前記接触台の長さL、前記スリットの数Sを、0.1D≦L≦D、0.1D/mm≦S≦0.2D/mmと規定し、前記各スリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αを60°≦α≦80°と規定し、前記各スリットの方位角βを(540/S)°≦β≦(1440/S)°と規定し、前記第1と第2のスリット間の方位角γを(120/S)°≦γ≦(600/S)°と規定し、前記第1のスリットの円周スリット部の方位角δを(120/S)°≦δ≦(600/S)°と規定したことにより、この真空インタラプタの接触子を用いた作製した真空インタラプタにおいては、接触子間に発生する磁界強度をより大きくすることができ、遮断時に発生するアークを均一に分布させ、遮断性能を向上させることができる。
【0032】
特に、高電圧大電流遮断性能を確保するために、接触子の径を大きく、解離距離(接触子間距離)を長くとる必要がある場合に、接触子間に発生する磁界強度を必要十分に大きくすることができ、安定した遮断性能を達成することができる。
【0033】
又、円周方向において、第1のスリットの傾斜スリット部と第2のスリットとの間に中実の柱部分ができるので、同一の磁束密度を発生するカップ形接触子に比べて接触台の機械的強度が向上し、接触子の変形による遮断性能や耐電圧性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る真空インタラプタの接触子の側面図である。
【図2】図1に示した真空インタラプタの接触子の平面図である。
【図3】図1に示した真空インタラプタの接触子の方位角の説明図である。
【図4】図1に示した真空インタラプタの接触子を対向させた状態の一部断面とした側面図である。
【図5】図4に示した状態の斜視図である。
【図6】図1に示した真空インタラプタの接触子を用いた真空インタラプタの概略図である。
【符号の説明】
1 接触台
2 接触板
3 接触子端板
4 補強体
5 第1のスリット
5a 円周スリット部
5b 傾斜スリット部
6 第2のスリット
7a,7b,7c コイル部
8 スリット
10 真空インタラプタ
11 接触子(固定電極)
12 接触子(可動電極)
Claims (5)
- 接触台の端面に接触板を設ける一方、この接触台の周面にスリットを形成することによりコイル部を形成し、このコイル部に流れる電流により前記接触台の軸方向に沿う縦磁界を形成するようにした真空インタラプタの接触子において、
前記スリットを、前記接触台の前記端面の表面に形成した円周スリット部とその端につなげて前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した傾斜スリット部とからなる第1のスリットと、前記接触台の軸方向途中から、前記接触台の軸線に対し傾斜させて形成した第2のスリットとからなるものとし、
前記第1のスリットと前記第2のスリットとは、前記接触台軸方向において所定の範囲が重なり合い、
前記接触板には、直線状のスリットが形成される
ことを特徴とする真空インタラプタの接触子。 - 請求項1に記載の真空インタラプタの接触子において、前記第2のスリットが、前記接触台の他端面に開口して形成されていることを特徴とする真空インタラプタの接触子。
- 請求項1又は2に記載の真空インタラプタの接触子において、
前記接触台の外径Dが、
60mm≦D≦200mm
であるとき、
この接触台の外径Dに対し、前記接触台の長さL、前記スリットの数Sが、
0.2D≦L≦D
0.1D/mm≦S≦0.2D/mm
と規定され、
前記第1のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第2のスリットの前記接触台の軸線に対する傾斜角αが、
60°≦α≦80°
と規定され、
前記第1のスリットにおける傾斜スリット部及び前記第2のスリットの方位角βが、
(540/S)°≦β≦(600/S)°
と規定され、
前記第1のスリットの傾斜スリット部と前記第2のスリットとの間の方位角γが、
(120/S)°≦γ≦(600/S)°
と規定され、
前記第1のスリットの円周スリット部の方位角δが、
(120/S)°≦δ≦(600/S)°
と規定されることを特徴とする真空インタラプタの接触子。 - 請求項3に記載の真空インタラプタの接触子において、
前記接触台の板厚Wが、
6mm≦W≦12mm
と規定されることを特徴とする真空インタラプタの接触子。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の真空インタラプタの接触子を同一軸上に対向させて配置し、対向する接触子間の距離Gを、
15mm≦G≦100mm
としたことを特徴とする真空インタラプタ。
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