JPH0427650B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空インタラプタに係り、特にアーク
と平行な軸方向磁界を発生させる手段を電極の背
部に設けた真空インタラプタに関する。

近年、アークにこれと平行な軸方向磁界を印加
することにより、アークを電極面上に分散せしめ
てその局部的な集中を防止し、もつて電極の過度
の溶融を防ぐことによりしや断性能の向上を図つ
た、いわゆる縦磁界方式の真空インタラプタが知
られている。

かかる縦磁界方式の真空インタラプタは、真空
容器内に１対の電極棒を相対的に接近離反自在に
導入するとともに、各電極棒の内端部に接触部と
アーク拡散部とからなる笠形円板状の電極を絶縁
スペーサを介在せしめて機械的に固着し、各電極
と電極棒の内端部とを電極の背部に配設されかつ
電極棒に流れる軸方向の電流を電極棒を中心とす
るループ電流に変更して軸方向磁界を発生させる
コイルにより電気的に接続して構成されている。

しかして、従来の縦磁界方式の真空インタラプ
タの電極は、Cuおよび0.5重量％のBiを含有する
Cu（以下「Cu−0.5Bi合金」という）の如く比較
的高導電率（約100％の％導電率）の電極材料、
または20重量％のCuと80重量％のＷ（以下「20Cu
−80W合金」という）の如く比較的低導電率（20
〜30％の％導電率）の電極材料を単一材料として
形成されている。

しかし、前者のCuおよびCu−0.5Bi合金からな
る電極の場合は、高導電率のためうず電流の発生
が顕著となり軸方向磁界の強度低下をもたらす問
題があり、電極に径方向の複数のスリツトを設け
てその解決を図つている。

ところが、スリツトの縁部に電界が集中するた
め電流しや断能力としや断後の絶縁耐力の低下を
もたらし、特にCu−0.5Bi合金の場合は、その蒸
気圧が高いので、電流しや断能力としや断後の絶
縁耐力の一層の低下をもたらしているとともに、
複数のスリツトのため機械的強度の低下をもたら
しているとともに、電流さい断値が10A程度と高
いため小電流を良好にしや断し得ない問題があ
る。

また、後者の20Cu−80W合金からなる電極の
場合は、低導電率のためうず電流の発生が少ない
とともに、機械的強度も比較的大きく、かつ静的
な絶縁耐力も大きいものの、動的な絶縁耐力が低
く、かつ大電流しや断能力が低くなる問題があ
る。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、電極の接触部を20
〜60％の％導電率を有するCu−Cr−Mo合金によ
り、またアーク拡散部を10〜20％の％導電率を有
しかつ少なくともCu、FeおよびCrを含有する材
料により形成することによつて、機械的強度、絶
縁耐力および大電流しや断能力に優れるととも
に、小電流をも良好にしや断し得るようにした縦
磁界方式の真空インタラプタを提供するにある。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細
に説明する。

本発明に係る真空インタラプタは、第１図に示
すように、真空容器１内にその軸線上に位置せし
めて１対の電極棒２，２を相対的に接近離反自在
に導入し、各電極棒２の内端部に笠形円板状の対
をなす電極３，３を絶縁スペーサを介在せしめて
機械的に固着し、各電極３と電極棒２とを電極３
の背部に配設されかつ電極棒２に流れる軸方向
（第１図において上下方向）の電流を電極棒２を
中心とするループ電流に変更して軸方向磁界を発
生するコイル５，５により電気的に接続して概略
構成されている。

すなわち、真空容器１は、ガラスまたはセラミ
ツクスからなる円筒状の複数の絶縁筒５，５を両
端に固着したコバル等からなる薄肉円環状の封着
金具６，６，…の一方を介し接合して１本の絶縁
筒とするとともに、その両開口端を他方の封着金
具６，６を介して円板状の金属端板７，７により
閉塞し、かつ内部を高真空に排気して形成されて
いる。そして、真空容器１内には、前記各電極棒
２がそれぞれの金属端板２の中央から真空容器１
の気密性を保持して相対的に接近離反自在に導入
されている。

なお、一方（第１図において上方）の電極棒２
は、一方の金属端板７に気密に接合されているも
のであり、他方の電極棒２は、金属ベローズ８を
介し真空容器１の気密性を保持しつつ軸方向へ移
動自在に挿通されているものである。また、第１
図において９および１０は軸シールドおよびベロ
ーズシールド、１１は主シールド、１２は補助シ
ールドである。

前記各電極棒２の内端部には、第２図および第
３図に示すように、電極棒２の直径より適宜大径
の円板状の取付ベース４ａと、取付ベース４ａの
外周の相対する位置から半径方向（第２図におい
て左右方向）外方へ延在する２本のアーム４ｂ
と、各アーム４ｂの端部から取付ベース４ａを中
心とし同一円周方向へ円弧状に彎曲した円弧部４
ｃとからなるとともに、Cuの如く高導電率の材
料からなる1/2ターンのコイル４が、取付ベース
４ａの一面（第２図において下面）に形成した凹
部１３を介しろう付により嵌着されており、この
コイル４は、電極棒２の内端外周にろう付により
嵌着したリング状の取付部１４ａと、各取付部１
４ａの外周から半径方向外方へ放射状に延伸した
複数の支持腕１４ｂと、各支持腕１４ｂの端部を
連結するリング状の支持部１４ｃとからなるとと
もに、ステンレス鋼の如く機械的強度大にしてか
つ低導電率の材料からなるコイル補強体１４とろ
う付されて補強されている。

前記コイル４の取付ベース４ａの他面には円形
の凹部１５が設けられており、この凹部１５に
は、ステンレス鋼またはインコネルの如く機械的
強度大にしてかつ低導電率の材料により短円筒状
に形成した絶縁スペーサ１６が、その一端に形成
した小径フランジ１６ａを介しろう付により嵌着
されている。そして、絶縁スペーサ１５の他端に
形成した大径フランジ１６ｂには、この大径フラ
ンジ１６ｂより適宜大径にしてかつ絶縁スペーサ
１６の内径とほぼ同径の透孔を有するリング円板
状の取付ベース１７ａと、取付ベース１７ａの外
周の相対する位置から半径方向外方へ延在した２
本のアーム１７ｂと、各アーム１７ｂの端部から
コイル４の円弧部４ｃとほぼ同様の曲率半径にし
てかつその彎曲方向とは逆の同一円周方向へ適宜
の長さで円弧状に彎曲した円弧部１７ｃとからな
り、銅の如く高導電率の材料により形成されたア
ダプタ１７が、取付ベース１７ａの一面に設けた
凹部１８を介しろう付により嵌着されている。ア
ダプタ１７は電極３とコイル４との電気的接続を
電極３の背面中央付近で行なうためのもので、各
円弧部４ｃの端部に設けた凹部１９に一端をろう
付により挿着した通電ピン２０の他端をコイル４
の円弧部４ｃの端部に設けた軸方向の透孔２１に
ろう付により挿着することにより、コイル４と電
気的に接続されている。

前記アダプタ１７には、コイル４の直径とほぼ
同径に形成された前記電極３が、背面中央に設け
た凹部２２を介し取付ベース１７ａに嵌合される
とともに、ろう付により取付ベース１７ａ、各ア
ーム１７ｂおよび円弧部１７ｃと接合されてい
る。電極３は、対向面（第２図において上面）中
央に円形の凹部２３を設けかつ周辺に近づくにつ
れて漸次薄肉となる笠形円板状に形成されたアー
ク拡散部３ａと、対向面に円形の接触面を有しか
つ周辺に近づくにつれて漸次薄肉となる笠形円板
状に形成されかつアーク拡散部３ａの凹部２３に
ろう付により嵌着された接触部３ｂとにより全体
として笠形円板状に設けられている。そして、ア
ーク拡散部３ａは、10〜20％（望ましくは10〜15
％）の％導電率を有しかつ少なくともCu、Feお
よびCrを含有する材料、たとえば約30Kg／mm²の
抗張力を有しかつ50重量％のCuと50重量％のオ
ーステナイト系ステンレス鋼（SUS２７または
SUS３２）の複合体（以下「50Cu−50 SUSの複
合体」という）または50重量％のCu、25重量％
のFeおよび25重量％のCr合金等から形成されて
おり、また、接触部３ｂは、20〜70重量％のCu、
５〜70重量％のCrおよび５〜70重量％のMoから
なり、20〜60％の％導電率を有しかつCu−0.5Bi
合金と同程度の接触抵抗を有するCu−Cr−Mo合
金により形成されている。

前記アーク拡散部３ａを10〜20％の％導電率に
した理由は、渦電流発生を防止するためであり、
導電率は低い方が好ましいからである。しかし、
アーク拡散部３ａは接触部３ｂとコイル４の間に
存在しており、電路の一部となることから、導電
率が低いと抵抗体となつて発熱し、真空インタラ
プタの温度（電極棒２の外端部で測定）を上昇さ
せてしまい、規格値以内に抑えることができなく
なる。検討した結果、10％程度であれば実用上問
題がないことが判明した。しかし、10％以下の場
合には温度上昇が激しくなつて実用的でないこと
も判明した。一方、20％を越える場合に、アーク
拡散部３ａは径が大きいことから、接触部３ｂに
比較して導電率が低くても渦電流が発生してしま
つて、縦磁界効果を減少させてしまう。このた
め、渦電流を防止するため、一般に電極に半径方
向のスリツトを設けて対処している。このように
スリツトを設けると材料の導電率は20％以上でも
差し支えないが、スリツトのエツヂ部が耐電圧特
性を低下させる要因となるため、本発明ではスリ
ツトを設けていない。

次に、アーク拡散部３ａをCu、Fe、およびCr
を含有する材料で形成した理由について述べる。
Cuは所定の導電率を確保するのに必要であり、
Fe、Crは良好な耐電圧特性を得るのに必要であ
る。この種材料を用いることは特開昭50−55870
号公報および特開昭53−21777号公報に示されて
いる。本発明ではこのような耐電圧特性の高い材
料において、縦磁界電極のアーク拡散部３ａに使
用した場合において、使用に耐え得る導電率の許
容範囲を確認したものである。また、縦磁界電極
のアーク拡散部３ａは、しや断時に初めてアーク
に曝されることにより、材料自身の耐電圧特性が
高いこと、およびアークによる損傷が少ないこと
が必要となる。

次に接触部３ｂを20〜30％の％導電率とする理
由は、導電率が20％以下の場合には、接触抵抗が
増加し、発熱があり、接触部としては不適当であ
る。また、導電率が60％を越える場合は、絶縁耐
力が低下するとともに、渦電流の発生が著しくな
り、発生した渦電流によつて逆磁界が発生して本
来の縦磁界効果が減少してしや断性能が低下する
おそれがある。一方、Cu、Cr、Mo合金を用いる
理由としては特開昭59−27418号公報（特開昭57
−138331号）で良好な結果を得た電極材料であ
り、特に絶縁耐力（耐電圧特性）を向上した点に
特徴がある。

なお、接触部３ｂは、うず電流の発生を低減す
るため、その直径D₂をアーク拡散部３ａの直径
D₁の20〜60％程度としかつ薄肉に設けるととも
に、電極３の肉厚ｔは、通電中の発熱等を考慮し
10mm以下と比較的薄肉に設ける必要があるもので
ある。

しかして、アーク拡散部を50Cu−50SUSの複
合体により、また接触部をCu−Cr−Mo合金によ
り形成した電極を備えた本発明に係る縦磁界方式
の真空インタラプタと、Cu−0.5Bi合金の単一材
料により形成した電極を備えた従来の縦磁界方式
の真空インタラプタとの諸性能を比較したとこ
ろ、下記に示すようになつた。

() 大電流しや断能力 横軸に電極径Ｄ、縦軸に電流Ｉをとつて
84KV条件でのしや断限界を表わした第４図に
おいて本発明のものを直線Ａで、従来のものを
直線Ｂで示すように、本発明のものは、従来の
ものに比し約２〜2.5倍程度向上した。

() 絶縁耐力 従来のものの10mmのギヤツプでの絶縁耐力と
本発明のものの３mmのギヤツプでのそれと同程
度となり、本発明のものは、従来のものの約３
倍の絶縁耐力を有する。

また、大電流しや断前、後の極間絶縁耐力
は、大電流しや断前の極間耐電圧を100％とし
た場合、本発明のものが20％程度の低下である
のに対し、従来のものが70％程度の低下である
ので、本発明のものが断然優れている。

() 本発明のものは、従来のものの80％である
が実用上殆んど問題なく、必要ならば電極開離
瞬時の引外し力を多少増加させればよい。

() 遅れおよび進み小電流しや断能力 遅れ小電流しや断能力 本発明のものの電流さい断値は、従来のも
のの電流さい断値の40％と小さいので、さい
断のサージが殆んど問題とならず、かつ開閉
後もその値が変化しない。

進み小電流しや断能力 本発明のものは、従来のものに比して２倍
のキヤパシタンス容量の負荷をしや断するこ
とができる。

以上の如く本発明は、真空容器内に１対の電極
棒を相対的に接近離反自在に導入するとともに、
各電極棒の内端部に接触部とアーク拡散部とから
なる笠形円板状の電極を機械的に固着し、前記各
電極と電極棒とを電極の背部に配設されかつ電極
棒に流れる電流を電極棒を中心とするループ電流
に変更して軸方向の磁界を発生するコイルにより
それぞれ電気的に接続してなる真空インタラプタ
において、前記各電極の接触部を20〜60％の％導
電率を有するCu−Cr−Mo合金により形成すると
ともに、アーク拡散部を10〜20％の％導電率を有
しかつ少なくともCu、FeおよびCrを含有する材
料により形成したものであるから、うず電流の発
生を低減することができ、従来のもののようにス
リツトを設ける必要がなく、かつアーク拡散部が
抗張力の大きい材料からなることも相俟つて電極
全体の機械的強度を大幅に向上することができ
る。また、接触部をCu−Cr−Mo合金としたの
で、絶縁耐力を大幅に高めることができるととも
に、大電流および小電流をともに良好にしや断で
きる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空インタラプタの縦断
面図、第２図は本発明の要部の縦断面図で、第３
図はその分解斜視図、第４図は本発明に係るもの
と従来のものとのしや断限界を表わした図であ
る。 １……真空容器、２……電極棒、３……電極、
３ａ……アーク拡散部、３ｂ……接触部、４……
コイル、１６……絶縁スペーサ、１７……アダプ
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に１対の電極棒を相対的に接近離
   反自在に導入するとともに、各電極棒の内端部に
   接触部とアーク拡散部とからなる笠形円板状の電
   極を機械的に固着し、前記各電極と電極棒とを電
   極の背部に配設されかつ電極棒に流れる電流を電
   極棒を中心とするループ電流に変更して軸方向の
   磁界を発生するコイルによりそれぞれ電気的に接
   続してなる真空インタラプタにおいて、前記各電
   極の接触部を20〜60％の％導電率を有するCu−
   Cr−Mo合金により形成するとともに、アーク拡
   散部を10〜20％の％導電率を有しかつ少なくとも
   Cu、FeおよびCrを含有する材料により形成した
   ことを特徴とする真空インタラプタ。