149 – 真空遮断器のアーク磁気駆動力の解析

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概要

真空遮断器は配電盤等で用いられ、短絡等で大電流が流れた場合に電流を遮断する働きがあります。真空遮断器では遮断時に接触子から金属蒸気が出てプラズマ化したアークが発生し、アークによる真空溶着が起こる可能性があります。
アークによる真空溶着を避けるために、接触子の構造を工夫して磁界を作り出し、ローレンツ力によりアークを拡散させます。接触子の構造は複雑なので、形状の複雑な構造を扱える有限要素法によって磁界を解析し、アークを十分拡散できるか見積もることが重要です。
ここでは、真空遮断機の電流密度とローレンツ力を計算し、アークを拡散させる力を求めています。

ローレンツ力

図1にアークに発生するローレンツ力の方向を示します。アークの中心を通るX軸から見て-51(deg)の方向に6(N)の力が働いています。

電流密度分布、磁束密度分布

図2に電流密度分布をベクトル図で、図3にアーク部の断面の磁束密度分布をコンター図で示します。図2のようなカップを流れる電流によって図3のように磁束が発生します。アークの中心より左上の磁束密度が右下の磁束密度より大きくなっています。このため、左上から右下に向かって力が発生しています。

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