JPH0652645B2 - 真空バルブ - Google Patents

真空バルブ

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JPH0652645B2
JPH0652645B2 JP59036702A JP3670284A JPH0652645B2 JP H0652645 B2 JPH0652645 B2 JP H0652645B2 JP 59036702 A JP59036702 A JP 59036702A JP 3670284 A JP3670284 A JP 3670284A JP H0652645 B2 JPH0652645 B2 JP H0652645B2
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JP
Japan
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shield
vacuum valve
end plate
insulating
container
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JP59036702A
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JPS60180028A (ja
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秀臣 高橋
哲 塩入
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/662Housings or protective screens
    • H01H33/66261Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations
    • H01H2033/66284Details relating to the electrical field properties of screens in vacuum switches

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は特にバルブ本体内の耐電圧性能を向上した真空
バルブに関する。
〔発明の技術的背景〕
従来の真空バルブは第1図に示すように絶縁筒1aを軸
方向に2個並設してなる絶縁容器1の両端に夫々端板
2,3を設けて内部を真空にした真空容器を形成してい
る。そして固定電極4は端板2を気密に貫通する通電軸
4aを接触子4bを有する電極4cを設けている。また
可動電極5は端板3にベローズ6を介して可動に密封さ
れた通電軸5aに接触子5bを有する電極5cを設けて
いる。
然して固定及び可動の各電極側に夫々フランジ・シール
ド7,7aを、又真空容器の中間に支持金具8を介して
アーク・シールド9を設けている。
このような各シールド7,7a及び9は電流遮断時に電
極4,5間で発生する金属蒸気が絶縁容器1の内壁に付
着するのを防止する為に大きな役割を果している。然し
乍ら、このフランジ・シールドとアーク・シールドとの
近くに絶縁筒1aがある為破壊電圧が低下する。
これは、第2図に示すように可動側について考えると、
アーク・シールド9に電界が加わると、可動側のフラン
ジ・シールド7aが陰極となって放出された電子eは絶
縁筒1aに衝突して2次電子を放出する。この時の衝突
エネルギーと2次電子放出効率δ(E)との関係は第3図
に示す特性曲線δ(E)となる。第3図において縦軸は2
次電子放出効率δ(E)、横軸は電子の衝突エネルギーE
〔eV〕を示している。この曲線δ(E)に従て絶縁筒1a
には正の電荷が蓄積される。この絶縁筒1aから放出さ
れた電子は2次電子なだれによって電子増殖し、遂には
絶縁破壊にいたる。従って比較的低電圧で電子なだれに
よる前記破壊電流が流れこの結果、破壊電圧は低くな
る。一方、近年真空バルブを用いる回路の高電圧化が著
るしく進み、高電圧で安定に用い得る真空バルブの出現
が望まれている。
然して、上述の欠点を除去する為の方法として、アルミ
ナ及びエポキシ樹脂などの絶縁部材でアーク・シールド
9、フランジ・シールド7,7aの表面を被覆すること
が考えられている。これは、陰極となるどちらかのシー
ルドからの電界放射電子の放出を押えることが出来る
為、絶縁筒に入射する一次電子を抑制することが出来
る。従って絶縁筒表面の2次電子なだれの進展を制限す
ることが出来、耐電圧性能を向上することが期待出来
る。
〔背景技術の問題点〕
然し乍ら、このようなものでは次のような欠点がある。
即ち真空バルブでは電流遮断時に発生するアークによる
電極表面の急激な温度上昇及びヒートラン試験等による
温度上昇の為に真空容器内の部品は、なるべく熱伝導率
の高い部品を使用しなければならない。然し乍ら、アル
ミナ或はエポキシ樹脂等の絶縁材料は熱伝導率が低い
為、放熱特性が著るしく低下する。
又アルミナ或はエポキシ樹脂は絶縁材料自体の絶縁耐力
が低いため、期待する程耐電圧性能が向上しない。
更に、この種の真空バルブは脱ガス処理を行う為に数1
00℃に真空加熱を行う必要がある。その為、真空バル
ブ内の部品の融点を加熱温度より高くしなければならな
い。一方、エポキシ樹脂は融点が低い為、エポキシ樹脂
を真空容器内で使用する為には、加熱温度を低くする必
要があり、脱ガス処理を十分に行う事が出来ない。
又、アルミナ等で被覆した場合には融点が高いので脱ガ
ス処理は十分に行う事が出来るが、金属製シールドとの
熱膨張の相異により加熱処理時や、遮断時のアークによ
り熱膨張応力を生じ破損やひび割れを生じる。
破損は勿論、僅かのひび割れが生じると、電子がそこを
通って放出されるから、電子放射を抑制する効果が失わ
れ耐電圧低下を招く。
従って、真空バルブのシールドをアルミナ或はエポキシ
樹脂等の絶縁材料でコーティングすることは困難であ
り、耐電圧性能の良好な高電圧化に適した真空バルブを
実用化することは困難であった。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、電界放射
によりシールド端部より放出された電子が絶縁容器に衝
突し、この面に帯電することを防止できるようにするこ
とにより、高沿面耐圧を有する真空バルブを提供するこ
とを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は上記の目的を達成する為になされたもので、絶
縁容器とこの絶縁容器を閉塞する端板とからなる真空容
器内に接離可能な一対の電極を設け、この一対の電極の
少なくとも一方がベローズを介して前記端板に可動に封
着されると共に、前記絶縁容器内には前記端板に一端側
を保持させてそれぞれ金属円筒部を設け、さらに前記電
極を包囲するアーク・シールドを設け、このアーク・シ
ールドの端部を前記金属円筒部で覆い、且つ、前記真空
容器の外方には前記金属円筒部配設領域を含み前記絶縁
容器の端部側外周を覆う外部シールドを設けたことを特
徴としている。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第4図、及び第5図参照して詳
細に説明する。
なお、第1図と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略する。第4図に示すように絶縁筒1aを軸方向に
2個並設した絶縁容器1の両端にそれぞれ端板2,3に
封着された端部金属円筒部2a,3aを封着して真空容
器を形成し、固定電極4は端板2を貫通して封着された
通電軸4aの先端に接触子4bを備えた電極4cを設け
ている。また可動電極5は端板3にベローズ6を介して
可動に封着された通電軸5aの先端に接触子5bを備え
た電極5eが設けられている。固定電極側の端部金属円
筒部2a及び可動電極側の端部金属円筒部3aには夫々
外部シールド10,10を設け、この外部シールド1
0,10の中間の絶縁筒1aの接続部8には支持金具8
aを設けてアーク・シールド9を保持し、又支持円筒8
bにより絶縁筒1aが封着支持されている。
然してアーク・シールド9の端部9aが端部金属円筒部
2a又は3aに覆われるように配置されているから、ア
ーク・シールドの端部9aより電界放射により放出され
た電子は第5図に示すように絶縁筒1aの内壁面に衝突
せず、a-で示すように端部金属円筒部2a,3a及び
端板2,3に指向する。
従って、第2図及び第3図示したように絶縁物表面での
衝突→2次電子放出→再衝突→再二次電子放出→…とい
う繰り返えしにより電子なだれの発生と、沿面絶縁を破
壊するという現象を抑制することになる。
上述のことは第5図で端板2がアーク・シールド9に対
して正の極性の場合であるが、逆極性となった場合は第
5図で端部金属円筒部2aの先端2cでの電界が大とな
って絶縁物と金属との接合部2dより電界放射電子が生
ずる恐れがあるが、これ等は外部シールド10により接
合部2dを遮蔽することにより第5図に示したようにこ
の部分からの電界集中が緩和されて2次電子が生ずるこ
とがない。
一方この時外部シールドの端部10aでの電界は若干強
まるが、真空バルブの外部であるから絶縁設計は比較的
容易で、又外部に絶縁ガス例えばSF6の様な絶縁特性の
良好なガスを用いることにより、真空絶縁以上の絶縁強
度を得ることが出来る。
第5図は端板2の部分について述べたが、端板3につい
ては極性が逆となるだけで、上述した事と同様であるこ
とは明らかである。
この様な構成により真空バルブ内の絶縁は、いわゆる沿
面絶縁部が実質的に無くなる。即ち第5図で絶縁筒1a
に向く電界を持ったアーク・シールド9の部分9bでは
電界が図で判るように、シールド端部9aの電界強度に
比して部分9bの電界強度がはるかに小であるから絶縁
容器内面への電子衝突が皆無となる。
従って真空バルブ内の絶縁は、いわゆる極間絶縁だけと
なるので、真空バルブ用電極金属材料の耐電圧特性を十
分に使うことにより高耐圧の小形の真空バルブが得られ
る。
第6図は本発明の他の実施例であるが第1の実施例と同
一部分に同一符号を付して説明を省略する。第6図にお
いてそれぞれ端板2及び端板3に固定され、且つ絶縁筒
1aの内側に位置させて端板円筒2b,3bが設置され
ており、この円筒内部に入るようにアーク・シールド9
の先端部9aが図示したように配置されている。又アー
ク・シールド9の支持金具8にはこの部分の外部への電
界強度を緩和することを目的として、中間外部シールド
11が設けられている。
このような構成であるから、アーク・シールド9の先端
部9aより放出される電界放射電子は、端板2又は3更
に端板円筒2b又は3bに指向し絶縁円筒1aに到達す
ることが無い。又端板円筒2b又は3bの先端部2c又
は3cの電界は外部シールド10の効果的な遮蔽作用に
より緩和され電界放射電子を生じない事は明らかであ
る。
又中間シールド8の部分の外部電界は中間外部シールド
11により効果的に遮蔽されるので電界が緩和され良好
な耐圧特性が得られる。
第7図は第4図,第5図に示した本発明のバルブを従来
バルブとの暗電流を比較したものである。即ち横軸を破
壊電圧、又縦軸を暗電流とした場合、従来バルブの特性
Aは暗電流特性の立上りが急となっているが、これは沿
面による電子増倍作用の為である。一方本発明のバルブ
は安定した暗電流特性Bを示す。
真空バルブでは凡そ暗電流が数mmA程度の一定値ICに
到達した時に発生するので従来バルブの破壊電圧は
1、本発明バルブの破壊電圧はV2となり、本発明のバ
ルブの特性の方が良好なものとなっていることが判る。
〔発明の効果〕
このように本発明では真空バルブ内に設置された金属部
分より放出される電界放射電子が絶縁物容器内面に衝突
して増倍し、絶縁破壊を生ずることを効果的に阻止して
いるので高耐圧のコンパクトな真空バルブが得られる。
又外部絶縁に前記のSF6のような絶縁ガスを用いること
により絶縁特性が飛躍的に良好となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の真空バルブの縦断面図、第2図は同じく
従来の真空バルブのアーク・シールドとフランジ・シー
ルドとの要部を示す断面図、第3図は2次電子放出特性
を示す特性曲線図、第4図は本発明真空バルブの概略の
縦断面図、第5図は本発明のアーク・シールド端部と端
板金属円筒の要部との電位分布図、第6図は本発明の他
の実施例の概略の縦断面図で第7図は本発明真空バルブ
と従来の真空バルブとの暗電流特性の比較曲線図であ
る。 1…絶縁容器、1a…絶縁筒、2,3…端板、2a,3
a…端部金属円筒部、4…固定電極、5…可動電極、6
…ベローズ、9a…アーク・シールドの端部、10…外
部シールド、11…中間外部シールド。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−21168(JP,A) 特開 昭48−101562(JP,A) 特開 昭50−103677(JP,A) 特開 昭53−131480(JP,A) 特開 昭57−80625(JP,A) 特開 昭60−100324(JP,A) 実開 昭55−66350(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁容器とこの絶縁容器を閉塞する端板と
    からなる真空容器内に接離可能な一対の電極を設け、こ
    の一対の電極の少なくとも一方がベローズを介して前記
    端板に可動に封着されると共に、前記絶縁容器内には前
    記端板に一端側を保持させてそれぞれ金属円筒部を設
    け、さらに前記電極を包囲するアーク・シールドを設
    け、このアーク・シールドの端部を前記金属円筒部で覆
    い、且つ、前記真空容器の外方には前記金属円筒部配設
    領域を含み前記絶縁容器の端部側外周を覆う外部シール
    ドを設けたことを特徴とする真空バルブ。
JP59036702A 1984-02-28 1984-02-28 真空バルブ Expired - Lifetime JPH0652645B2 (ja)

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JPS60180028A JPS60180028A (ja) 1985-09-13
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