(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空バルブ内に配置されたスパイラル形状のアーク溝を有する電極と、電極裏面より真空バルブ外に延びるロッドと、該ロッドに接続された外部導体とを備えた真空遮断器において、
前記電極のアーク溝の先端と、該アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、該端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分に相当する箇所に目印を設け、該目印方向に前記外部導体を引き出すことを特徴とする真空遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空遮断器に係り、特にアーク溝を有する電極を備えた真空遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空遮断器では、真空バルブ内に対向配置した一対の電極を接離することによって、投入および遮断を行う。一般に、真空バルブ外に設けた操作機構によって可動ロッドを固定ロッドに対して上下に移動させ、各々のロッド端部に設けた電極を接離して、投入および遮断を行う。
【０００３】
そして、真空遮断器が遮断を行う時には、電極間にアークが発生する。そして、このアークが両電極間のある一箇所に停滞すると、アークからの熱入力によって電極表面の温度が上昇するため、金属溶融が起こる。この為、この現象が発生した場合には、電極の消耗が激しくなり、更には過剰な金属粒子が電極間に存在するために遮断性能が著しく低下する。
【０００４】
それゆえ、従来の真空遮断器では、上述の電流を遮断する時のアーク発生の問題を解決するために、真空遮断器が有する電極の構造に様々の工夫が施される。
例えば、アーク電極に螺旋状のスパイラル形状のアーク溝を設けることにより、電極を流れる電流によって、発生するアークに対してアーク溝に沿った回転方向の磁気駆動力を与え、常にアークが両電極間を移動する構成を採用することにより、電極のある場所にアークが停滞しないようにして、長時間電極表面の金属溶融を抑制し、電極の消耗を抑えることにより遮断性能を向上させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のスパイラル形状のアーク溝を有する電極を用いた真空遮断器では、真空遮断器を小型にした場合、外部導体を流れる電流が発生する磁界により電極間で発生するアークが電磁力を受ける。
【０００６】
その結果、電極上でアークが移動する領域、即ち移動の有効面積が減少し、遮断性能が低下する問題が発生していた。
【０００７】
本発明の目的は、アークをなるべく電極の外周に沿って移動するように積極的に磁気駆動させ、遮断性能を向上させることが出来る真空遮断器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、アークをなるべく電極の外周に沿って移動するように積極的に磁気駆動させ、遮断性能を向上させることが出来る真空遮断器を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明では、真空バルブ内に配置されたスパイラル形状のアーク溝を有する電極と、電極裏面より真空バルブ外に延びるロッドと、該ロッドに接続された外部導体とを備えた真空遮断器において、
前記電極のアーク溝の先端と、該アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、該端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分に相当する箇所に目印を設け、該目印方向に前記外部導体を引き出すことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、アークに働く電磁力の半径方向の成分が最大となる電極上の部位として、アーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、この端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、外部導体方向に対応して配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、真空バルブ内に一組の電極を有し、アークに働く電磁力の半径方向の成分が最大となる各電極上の部位を、それぞれ外部導体方向に配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明では、真空バルブ内に配置されたアーク溝を有する電極と、電極裏面より真空バルブ外に延びるロッドと、ロッドに接続された外部導体とを備えた真空遮断器において、アーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、この端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、外部導体に対応して配置したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、アーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、外部導体に対して時計方向又は反時計方向にずらして、アークに働く電磁力を調整することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、アーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、外部導体の軸方向の中心部より時計方向および反時計方向に３０度の範囲に設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、真空バルブ内にアーク溝を有する一組の電極を備え、各電極のアーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、この端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、それぞれ外部導体方向に配置したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、各電極のアーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、この端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分を、各電極間で互いに一致するように配置することを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記目的を達成するために本発明の真空遮断器では、電極のアーク溝の先端と、アーク溝の回転方向の隣に位置するアーク溝の電極内側の端部と、この端部を通るアーク溝に対する接線と電極外周との交点に挟まれた部分に相当する個所に目印を設け、この目印方向に外部導体を引き出すことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１から図１１を用いて説明する。
【００２０】
図２は本発明の一実施例の真空遮断器の縦断面構造を示した図形である。
【００２１】
真空バルブ１はセラミック部材の絶縁筒２の端部に封止金具３を設け、内部を真空密閉する。真空バルブ１内に固定ロッド４と可動ロッド５とを対応配置する。固定ロッド４は封止金具３Ａに固定されている。可動ロッド５はベローズ６および封止金具３Ｂで保持し、可動ロッド５はベローズ６により軸方向に移動することができる。シールド１１は両電極８，９の外側に配置され、絶縁筒２に支持されている。固定ロッド４および可動ロッド５に取り付けられた両ロッド４，５の直角方向には外部導体７が延びている。
【００２２】
固定ロッド４および可動ロッド５の先端には、それぞれ例えばＣｕ−Ｐｂ合金などからなる固定電極８，可動電極９を設ける。
【００２３】
この固定電極８，可動電極９が分離して遮断を行う時には、これらの電極間にアークＡが発生する。このアークＡが両電極８，９間のある一箇所に集中して点弧すると、両電極８，９の表面温度が上昇して金属溶融が起こるため、アークＡには両電極８，９間を常に移動させるために駆動力を与える必要がある。このため、両電極８，９には複数本のアーク溝１０（この実施例では３本のアーク溝
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を設け、アークＡに磁気駆動力を与える。
【００２４】
次に、アークＡに働く電磁力について図１および図２を用いて説明する。
【００２５】
両電極８，９を流れる電流が発生する磁界によって、アークＡには電極の半径方向の成分を持った電磁力Ｆ２が働く。この電磁力Ｆ２は、アーク溝１０Ａの先端１０Ｅを通過したとき、即ち、アークＡがアーク溝１０Ａの先端１０Ｅと、アーク溝１０Ａの回転方向の隣に位置するアーク溝１０Ｂの電極内側の端部１０Ｄと、端部１０Ｄを通るアーク溝に対する接線Ｌ１と電極外周との交点１０Ｆの３つの点（１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）に挟まれた領域の三角部位Ｓに移動したとき最大となる。これにより、アークは常に外周部分を回るようになる。
【００２６】
一方、アークＡに対して外部導体７を流れる電流からのローレンツ力による電磁力Ｆ１は図２の装置構成においては、常に図中左方向に働き、この電磁力Ｆ１はアークＡが図１で示した外部導体７に最も近い位置Ｐに移動したとき最大となる。
【００２７】
よって、電極間で発生したアークが電極上を移動する場合に、このアークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の部位であるアーク溝１０Ａの先端１０Ｅを通過した領域、即ち、アーク溝１０Ａの先端１０Ｅと、アーク溝１０Ａの回転方向の隣に位置するアーク溝１０Ｂの電極内側の端部１０Ｄと、端部１０Ｄを通るアーク溝に対する接線Ｌ１と電極外周との交点１０Ｆの３つの点（１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）に挟まれた領域の三角部位Ｓを外部導体７に最も近い位置に対応配置することにより、電極間で発生したアークが電極上を移動する場合においても、アークがなるべく大きなスパイラルを描いて（最大にはアークが電極の外周に沿って）磁気駆動させることにより、単位時間当たり電極上で長い距離を移動させることにより、アークがなるべく電極上で停滞しないようにさせて、電極表面の金属溶融を抑制し、電極の消耗を抑えて遮断性能を向上させることができる。
【００２８】
次に、アークＡが点Ｐに位置したときの電磁力Ｆ１と電磁力Ｆ２の関係について、電極中心から三角部位Ｓの辺（１０Ｅ，１０Ｆ）の中点に延ばした直線Ｌ２と外部導体７のなす角度θを変えた場合の実施例を図３から図７を用いて説明し、その効果を図８のグラフでθ＝０°の場合の遮断性能を１としてそれぞれ比較する。
【００２９】
▲１▼θ＝０°の時
図３のようにアークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の部位である三角部位Ｓを外部導体７と対応配置させる。電極８，９を流れる電流による電磁力Ｆ２は電磁力Ｆ１より大きく、すなわち電磁力Ｆ２＞電磁力Ｆ１の関係にある。それゆえ、アークＡは電磁外周端９Ｅに押され、電極外周端側表面に沿って磁気駆動するので、図８に示すように遮断性能が著しく向上するようになった。
【００３０】
▲２▼θ＝３０°の時
図４のように三角部位Ｓが可動ロッド５の中心線０から反時計方向に３０°移動した場合である。電磁力Ｆ２は電磁力Ｆ１と等しいか、あるいは多少強い、つまり電磁力Ｆ１≦電磁力Ｆ２の関係になるため、アークＡはθ＝０°の時に比べて電極外周端側よりやや内側を磁気駆動されるので、アークＡはθ＝０°の時と比較して小さいスパイラル、又は円周を描いて進むようになるので、単位時間当たりのアークの進む距離が短くなる。それゆえ、図８に示すように、θ＝０°の時と比較してアークは停滞するようになり、遮断性能に比べて多少性能は悪くなる。
【００３１】
▲３▼θ＝６０°の時
図５のように三角部位Ｓが可動ロッド５の中心線から反時計方向に６０°移動した場合である。電磁力Ｆ２と電磁力Ｆ１の関係は、電磁力Ｆ２は電磁力Ｆ１より弱くなる、つまり電磁力Ｆ１＞電磁力Ｆ２の関係になる。アークＡはθ＝30°の時に比べて、駆動力の小さい両電極８，９内側に押し込まれ、両電極８，９中央部で停滞し、アークが描くスパイラル又は円周の大きさが小さくなるので、単位時間当たりのアークの進む距離が短くなり、図８に示すようにθ＝３０°の場合に比べて遮断性能が悪化し、使用には向かなくなる。
【００３２】
▲４▼θ＝−３０°の時
θ＝−３０°の時はθ＝３０°の場合と同様になる。図６に示したように三角部位Ｓが外部導体７の中心線０から時計方向に３０°（−３０°）移動した位置での電磁力Ｆ２，電磁力Ｆ１の関係は、三角部位Ｓを流れる電流による電磁力
Ｆ２は電磁力Ｆ１と等しいか、多少強い、つまり電磁力Ｆ１≦電磁力Ｆ２の関係になる。
【００３３】
それゆえ、アークＡはθ＝０°の時に比べて電極外周端９Ｅより内側を磁気駆動するので、図８に示すようにθ＝０°の遮断性能に比べて多少悪くなるが、実用として使用することもできる。
【００３４】
▲５▼θ＝−６０°の時
θ＝−６０°の時はθ＝６０°の場合と同様である。図７に示したように三角部位Ｓが外部導体７に対して時計方向に６０°（−６０°）移動した位置での電磁力Ｆ２と電磁力Ｆ１の関係は、電磁力Ｆ２は電磁力Ｆ１より弱くなり、つまり電磁力Ｆ１＞電磁力Ｆ２の関係となる。それゆえ、θ＝−３０°の時に比べて、アークＡは駆動力の小さい両電極８，９内側に押し込まれ、両電極８，９中央部で停滞し、アークが描くスパイラル又は円周の大きさが小さくなるので、図８に示すようにθ＝−３０°の場合に比べて遮断性能が悪くなり、使用出来ない。
【００３５】
このように、本発明によれば、アーク溝１０の三角部位Ｓを、外部導体７に対応配置すると、θ＝０の時は、電磁力Ｆ２＞電磁力Ｆ１の関係にあり、電磁力
Ｆ２によりアークＡは電極外周端側に押され、電極外周端側表面に沿って磁気駆動するので、図８に示すように遮断性能を著しく向上することができ、本発明の真空バルブ１は三角部位Ｓを外部導体７に対応配置しない従来技術に比べて、電極の形状を小型化することが出来るようになった。
【００３６】
また、外部導体からの影響を低減できるので、電極８を外部導体７に接近して設けることが可能になり、ロッド４，５を含めた真空遮断器全体の構成を小型化できるようになる。
【００３７】
又、三角部位Ｓを、外部導体７に対応配置する角度を時計方向又は反時計方向にずらして行けば、電磁力Ｆ２を調整することができるので、電極外周表面上の任意の位置でアークＡを磁気駆動させることが出来るようになる。
【００３８】
更に三角部位Ｓを、外部導体７に対応配置する角度より時計方向に３０°と反時計方向に−３０°の範囲に位置させれば、遮断性能を損なわず、安定した遮断性能を得ることが出来る。
【００３９】
上述の実施例では両電極にアーク溝を施した場合について説明したが、一方側にアーク溝を施した電極に使用しても良い。
【００４０】
また、アーク溝を施して電極を固定電極８と可動電極９に使用する場合には、アークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の部位である三角部位Ｓの方向を、両電極間で一致させたほうがより良い効果が得られる。
【００４１】
また、上述した一実施例の電極形状では、アークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の領域として、アーク溝１０Ａの先端１０Ｅから、隣りのスパイラル電極に近接した領域で最大となり、特にアーク溝１０Ａの先端
１０Ｅと、アーク溝１０Ａの回転方向の隣に位置するアーク溝１０Ｂの電極内側の端部１０Ｄと、端部１０Ｄを通るアーク溝に対する接線Ｌ１と電極外周との交点１０Ｆの３つの点（１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）に挟まれた領域の三角部位Ｓを特定しているが、このアークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極の領域は、電極が有するスパイラルの形状にも関係し、上述した一実施例以外のスパイラル電極形状で、この一実施例で特定した三角部位Ｓの定義が適用できない場合もあるが、そのようなスパイラル電極形状であっても、電極上でアークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の領域を電磁界解析等で特定し、この領域を外部導体方向に配置することにより上述した一実施例と同等の効果が得られる。
【００４２】
例えば、図９は本発明の他の一実施例を示したものであり、上述した一実施例の電極とは異なるスパイラル形状を有する電極である。この電極においてはアークに働く電磁力の半径方向の成分が最大となる領域としては、前述の一実施例の説明の三角部位Ｓの定義がそのまま適用できない。
【００４３】
この一実施例においても、図示したように前述の電極の一実施例と同様にアーク溝１０Ａの先端２０Ｅから、隣りのスパイラル電極に近接した領域でアークに働く電磁力の半径方向の成分が最大となる領域Ｓ２が存在する。しかしながら、前述の一実施例の領域Ｓの定義と異なり、この領域Ｓ２はアーク溝１０Ｂの電極内側の端部２０Ｄと、端部２０Ｄを通るアーク溝に対する接線Ｌ１とアーク溝
１０Ｂとの交点２０Ｇを定義し、この交点２０Ｇのアーク溝における接線Ｌ４と電極外周との交点２０Ｆを定義し、これらの交点２０Ｇ、２０Ｆとアーク溝10Ａの先端２０Ｅに挟まれた領域Ｓ２が定義できる。この領域Ｓ２内にアークが移動したとき、アークに働く電磁力の半径方向の成分が最大となり、この領域を外部導体７に最も近い位置に対応配置することにより、電極間で発生したアークが電極上を移動する場合においても、アークは電極外周部を描いて移動するようになる。
【００４４】
図１０の実施例はアークに働く半径方向の電磁力Ｆ２の成分が最大となる電極上の部位である三角部位Ｓを、外部導体方向に配置しやすい構成にした実施例を示したものである。
【００４５】
固定ロッド４を固定する６角柱の締付ナット１５の三角部位Ｓに相当する個所に目印としてＳ′を付し、目印Ｓ′側に外部導体７を延ばすようにして、組立時の取り付け間違いを防止したものである。
【００４６】
また、図１１は三角部位Ｓの位置に相当するようにロッド４，５に外端部に段差を設けて、段差を目印としてＳ′を付するか、あるいは段差だけでもよく、図１０と同様の効果を達成することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の真空遮断器によれば、例えば三角部位Ｓを、外部導体７に対応配置すると、電極側の電磁力Ｆ２が外部導体による電磁力Ｆ１より強くなり、アークＡは電極外周端側に押され、電極外周端側表面に沿って磁気駆動するので、図８に示すように遮断性能を著しく向上することができ、本発明の真空バルブ１は三角部位Ｓを外部導体７に対応配置しない従来技術に比べて電極形状を小型化することが出来るようになった。
【００４８】
また、電極を外部導体に接近させて構成することが出来るので、真空遮断器全体の構成を小型化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である図２のＡ−Ａ線からみた電極の斜視図である。
【図２】本発明の実施例である真空バルブの断面図である。
【図３】図１の電極を外部導体に対して対応配置した時の磁気駆動を説明する平面図である。
【図４】図１の電極を外部導体に対して反時計方向に移動した時の磁気駆動するのを説明する平面図である。
【図５】図１の電極を外部導体に対して反時計方向に移動した時の磁気駆動するのを説明する平面図である。
【図６】図１の電極を外部導体に対して時計方向に移動した時の磁気駆動するのを説明する平面図である。
【図７】図１の電極を外部導体に対して時計方向に移動した時の磁気駆動するのを説明する平面図である。
【図８】図１の電極を外部導体に対して移動した角度と遮断性能との関係を示す特性図である。
【図９】本発明の他の一実施例の電極形状を示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例である真空バルブの一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施例である真空バルブの一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…真空バルブ、２…絶縁筒、４…固定ロッド、５…可動ロッド、７…外部導体、８…固定電極、９…可動電極、１０，１０Ａ〜１０Ｃ…アーク溝、Ｓ…三角部位Ｓ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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