JP2014220186A - Arc contact and process of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス開閉器用アーク接触子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an arc contact for a gas switch and a manufacturing method thereof.
ガス遮断器やガス断路器などのガス開閉器に使用されるアーク接触子は、電流遮断時に発生する高温のアークに耐えるための耐熱性に加えて、アーク電流を転流するために一定以上の導電性も要求される。そのため、高融点で耐アーク性に優れた材料と導電性に優れた材料とを組み合わせた合金が使用されており、具体的には、銅とタングステンとからなる合金(Cu−W合金)が広く適用されている。また、電流遮断用の消弧ガスとしては、SF6ガスが最も使用されている。 Arc contacts used in gas switches such as gas circuit breakers and gas disconnectors have heat resistance to withstand the high-temperature arc generated when the current is interrupted, and in addition to a certain level to commutate the arc current. Conductivity is also required. Therefore, an alloy in which a material having a high melting point and excellent arc resistance is combined with a material having excellent conductivity is used. Specifically, an alloy composed of copper and tungsten (Cu-W alloy) is widely used. Has been applied. In addition, SF 6 gas is most used as an arc extinguishing gas for interrupting current.
従来、ガス開閉器用アーク接触子は、溶浸法、焼結法、通電加熱焼結法、放電プラズマ焼結法、ホットプレス焼結法、金属粉末射出成形法などにより製造され、例えば、輪状に巻回された細線もしくは薄板からなる耐弧成分材料(Wなど)の間隙に導電成分材料(Cuなど)を溶浸させることにより製造されていた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an arc contact for a gas switch is manufactured by an infiltration method, a sintering method, an electric heating sintering method, a discharge plasma sintering method, a hot press sintering method, a metal powder injection molding method, etc. It has been manufactured by infiltrating a conductive component material (such as Cu) into a gap between arc-resistant component materials (such as W) made of wound thin wires or thin plates (see, for example, Patent Document 1).
このようなガス開閉器用アーク接触子にあっては、電流遮断時に高温のアークによりSF6ガスが分解し、タンク内の水素と反応してHFが生成した際、アーク接触子の表面がHFにより腐食し、側面においては電流遮断時のアークによる溶融・蒸発がないため、腐食が進行し、耐アークエロージョン性能が低下する可能性があった。 In such a gas switch arc contact, when the current is interrupted, the SF 6 gas is decomposed by a high-temperature arc and reacts with hydrogen in the tank to generate HF, so that the surface of the arc contact is caused by HF. Corrosion occurred, and there was no possibility of melting or evaporation due to arc when the current was interrupted on the side surface, so that corrosion progressed and arc erosion resistance could be deteriorated.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、アーク接触子の側面のHFによる腐食を抑制し、耐アークエロージョン性能に優れたアーク接触子を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to obtain an arc contact having excellent arc erosion resistance by suppressing corrosion due to HF on the side surface of the arc contact. Yes.
本発明は、銅を主体とする導電成分材料とタングステンとから構成され、
側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が98重量%以上であることを特徴とする、ガス開閉器用のアーク接触子である。
The present invention is composed of a conductive component material mainly composed of copper and tungsten,
An arc contact for a gas switch, characterized in that a weight ratio of tungsten in a portion from a side surface to a depth of 20 μm is 98% by weight or more.
また、本発明は、上記アーク接触子の製造方法であって、
タングステン粉末を焼結して多孔質体を作製する焼結工程と、
前記多孔質体を押出して側面近傍が圧縮された成形体を作製する押出成形工程と、
前記成形体に銅を溶浸する溶浸工程とを含む、製造方法にも関する。
The present invention is also a method for manufacturing the arc contact,
A sintering process for producing a porous body by sintering tungsten powder;
An extrusion molding step of producing a molded body in which the vicinity of the side surface is compressed by extruding the porous body;
The present invention also relates to a manufacturing method including an infiltration step of infiltrating copper into the molded body.
本発明のアーク接触子は、側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が98重量%以上であるため、側面のHFによる腐食の進行を抑制することができ、耐エロージョン性能に優れたガス開閉器用のアーク接触子を得ることができる。 In the arc contact of the present invention, the weight ratio of tungsten in the portion from the surface of the side surface to a depth of 20 μm is 98% by weight or more, so that the progress of corrosion due to HF on the side surface can be suppressed, and the erosion resistance performance is improved. An arc contact for an excellent gas switch can be obtained.
また、本発明の製造方法は、タングステンからなる多孔質体を押出して成形体を作製する工程を含むため、側面付近におけるタングステンの重量割合が向上したアーク接触子を得ることができる。 Moreover, since the manufacturing method of this invention includes the process of producing the molded object by extruding the porous body which consists of tungsten, the arc contactor in which the weight ratio of tungsten in the side surface vicinity improved can be obtained.
以下、本発明のガス開閉器用のアーク接触子の実施の形態の一例について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。 Hereinafter, an example of an embodiment of an arc contact for a gas switch according to the present invention will be described. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1のアーク接触子を適用したガス遮断器の一例を示す断面模式図である。図1において、ガス遮断器1は、固定電極部2と可動電極部3と絶縁筒4とを備えた消弧室5と、この可動電極部3と連動する絶縁操作棒6と、支持絶縁筒7と、固定電極部2に結合された冷却塔8と、固体電極部2を導出するための導体9a、ブッシング10aおよび端子11aと、可動電極部3を導出するための導体9b、ブッシング10bおよび端子11bと、消弧ガスおよび上述の構成部材を内部に収容した容器12とで構成されている。絶縁操作棒6の一方の端部は、容器12から外部に導出され、容器12に密接して設置された制御箱13の内部の操作装置14と接続されている。
<
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a gas circuit breaker to which the arc contact of
図2は、図1に示すガス遮断器の消弧室5の内部の構成を説明するための断面模式図である。図2において、固定電極部2と可動電極部3とは、絶縁筒4で電気的に絶縁されて固定されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the
可動電極部3は、可動アーク接触子15、ノズル16、駆動棒17、可動主接触子18、シールド21およびパッファシリンダ23から構成される。このうち、可動アーク接触子15、ノズル16、駆動棒17および可動主接触子18は操作装置によって一体的に移動するようになっている。可動電極部3の先端部において、円筒状の可動アーク接触子15がノズル16の内部に配置されている。可動アーク接触子15の他方の端部は、駆動棒17を介して絶縁操作棒6に連結されている。可動アーク接触子15の外側には、可動主接触子18が駆動棒17に固定されている。可動主接触子18は、シールド21で一部が覆われている。電流遮断時には駆動棒17が移動することによりパッファシリンダ23が圧縮され、ノズル16の内部に消弧ガスが流れるようになっている。
The
固定電極部2は、固定主接触子19、固定アーク接触子20およびシールド22から構成される。固定電極部2において、固定主接触子19の内部に棒状の固定アーク接触子20とが固定されている。固定主接触子19は、シールド22で一部が覆われている。
The fixed
次に、消弧室5における電流の遮断動作について説明する。電流遮断時には、可動電極部3側の可動アーク接触子15が、それまで接触状態にあった固定アーク接触子20と摺動ののち乖離して、これらのアーク接触子の間にアークA1が発生する(図2において、このアークをA1として示している)。なお、その際、可動主接触子18と固定主接触子19も同時に乖離する。
Next, the current interruption operation in the
これに対して、パッファシリンダ23内で圧縮された消弧ガスがアークA1に吹き付けられて、ノズル16の内部に流れてアークA1は消弧される。アークが発生してこのアークが消弧ガスで消弧される間に、固定アーク接触子20および可動アーク接触子15は高温のアークA1により極めて高い温度(約20000K)に曝される。
On the other hand, the arc extinguishing gas compressed in the
このように動作するガス遮断器において、固定アーク接触子20および可動アーク接触子15の少なくとも一方は、本発明のアーク接触子から構成される。
In the gas circuit breaker operating in this way, at least one of the fixed
[アーク接触子]
次に、実施の形態1のアーク接触子の構造について説明する。図6に、棒状の固定アーク接触子20として用いられるアーク接触子の横断面(図2のA−A’断面)模式図を示す。また、図8に、円筒状の可動アーク接触子15として用いられるアーク接触子の横断面(図2のB−B’断面)模式図を示す。図6、8において、固定アーク接触子は、Cuを主体とした導電成分材料26(白地部分)と、タングステン27(黒地部分)から構成されている。
[Arc contactor]
Next, the structure of the arc contact according to the first embodiment will be described. FIG. 6 shows a schematic diagram of a cross section (AA ′ cross section in FIG. 2) of an arc contact used as the rod-shaped fixed
ガス遮断器では、電流遮断時に発生する高温のアークにより消弧ガスであるSF6ガスが分解し、タンク内の水素と反応してHFが生成する。そのため、アーク接触子の表面がHFにより腐食する。ただし、アーク接触子の接触面(先端部)においては、電流遮断毎にアークにより材料が溶融・蒸発するため、腐食は進行しない。一方、側面(接触面以外の消弧ガスと接触する表面であり、外側面および内側面を含む)においては、電流遮断時のアークによる溶融・蒸発がないため、腐食が進行し、材料が脱落して損耗する。その結果、アーク接触子の耐アークエロージョン性能が低下する。 In the gas circuit breaker, SF 6 gas, which is the extinguishing gas, is decomposed by a high-temperature arc generated when the current is interrupted, and reacts with hydrogen in the tank to generate HF. Therefore, the surface of the arc contact is corroded by HF. However, on the contact surface (tip portion) of the arc contact, since the material is melted and evaporated by the arc every time the current is interrupted, the corrosion does not proceed. On the other hand, on the side surfaces (surfaces that are in contact with the arc-extinguishing gas other than the contact surface, including the outer and inner surfaces), there is no melting or evaporation by the arc when the current is interrupted, so corrosion progresses and the material falls off And wear out. As a result, the arc erosion resistance performance of the arc contact decreases.
なお、銅を主体とする導電成分材料は、原料に含まれる微量の不可避の不純物(Ag、Al、Fe、Si、P、O、N、Hなど)を含有してもよい。 Note that the conductive component material mainly composed of copper may contain a small amount of inevitable impurities (Ag, Al, Fe, Si, P, O, N, H, etc.) contained in the raw material.
アーク接触子の全量に対するタングステン(W)の重量割合(含有率)は、好ましくは50重量%以上90重量%以下であり、より好ましくは60重量%以上80重量%以下である。Wの重量割合が50重量%未満では、アーク熱に対する耐熱性が損なわれて損耗が多くなり、90重量%を超えると、熱伝導性が悪くなることで蒸発損耗が促進されるためである。 The weight ratio (content) of tungsten (W) with respect to the total amount of the arc contact is preferably 50% by weight to 90% by weight, and more preferably 60% by weight to 80% by weight. If the weight ratio of W is less than 50% by weight, the heat resistance against arc heat is impaired and wear increases, and if it exceeds 90% by weight, the thermal conductivity is deteriorated and evaporation wear is promoted.
実施の形態1のアーク接触子は、側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が98重量%以上であり、好ましくは99重量%以上であることを特徴とする。このタングステンの重量割合は、例えば、EPMAを用いて表面から20μmの深さまでの断面の面分析により、測定することができる。本実施の形態によるアーク接触子は、側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるWの重量割合が98重量%以上であるため、HFによる腐食を抑制し、材料の脱落・損耗を低減した、耐エロージョン性能に優れたガス開閉器用のアーク接触子である。 The arc contact according to the first embodiment is characterized in that the weight ratio of tungsten in the portion from the side surface to a depth of 20 μm is 98 wt% or more, preferably 99 wt% or more. The weight ratio of tungsten can be measured by surface analysis of a cross section from the surface to a depth of 20 μm using, for example, EPMA. In the arc contact according to the present embodiment, since the weight ratio of W in the portion from the side surface to a depth of 20 μm is 98% by weight or more, corrosion due to HF is suppressed, and material dropout and wear are reduced. It is an arc contact for gas switches with excellent erosion resistance.
[アーク接触子の製造方法]
次に、実施の形態1のアーク接触子の製造方法について説明する。図3は、実施の形態1のアーク接触子の製造プロセスを示す模式図である。図3に示されるように、タングステン(W)粉末を焼結してWからなる多孔質体を作製する工程(焼結工程)と、Wからなる多孔質体を押出して成形体を作製する工程(押出成形工程)と、成形体に銅(Cu)を溶浸する工程(溶浸工程)とを経て、アーク接触子が製造される。
[Method of manufacturing arc contact]
Next, a method for manufacturing the arc contact according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of the arc contact according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, a step of sintering a tungsten (W) powder to produce a porous body made of W (sintering step) and a step of extruding the porous body made of W to make a molded body An arc contactor is manufactured through (extrusion molding process) and a process (infiltration process) of infiltrating copper (Cu) into the compact.
(焼結工程)
W粉末を所定の型に充填した後、種々公知の方法により焼結することにより、Wからなる多孔質体を得ることができる。W粉末の平均粒径(メジアン径)は、好ましくは1μm以上20μm以下であり、より好ましくは5μm以上15μm以下である。この範囲のW粉末を使用することにより、多孔質体の空孔率が望ましい範囲となり、最終的に作製されるアーク接触子におけるWの重量割合を所望の範囲(好ましくは50重量%以上90重量%以下)とすることができる。なお、平均粒径(メジアン径)はレーザ回折法などにより測定される値である。
(Sintering process)
A porous body made of W can be obtained by filling W powder in a predetermined mold and then sintering by various known methods. The average particle diameter (median diameter) of the W powder is preferably 1 μm or more and 20 μm or less, more preferably 5 μm or more and 15 μm or less. By using the W powder in this range, the porosity of the porous body becomes a desirable range, and the weight ratio of W in the finally produced arc contact is within a desired range (preferably 50 wt% or more and 90 wt%). % Or less). The average particle diameter (median diameter) is a value measured by a laser diffraction method or the like.
また、多孔質体の形状としては、例えば、所定形状の底面を有する柱状(棒状)や筒状が挙げられる。棒状としては円柱状などが挙げられ、筒状としては円筒状などが挙げられる。上記所定の型は、これらの形状に対応したものが使用される。 Examples of the shape of the porous body include a columnar shape (bar shape) and a cylindrical shape having a bottom surface with a predetermined shape. Examples of the rod shape include a columnar shape, and examples of the cylindrical shape include a cylindrical shape. As the predetermined mold, those corresponding to these shapes are used.
(押出成形工程)
一例として、棒状の固定アーク接触子20を製造する場合の押出成形工程について、図4を用いて説明する。図4を参照して、W粉末を焼結することにより得られた多孔質体24を、押出方向の下流側(図4の下側)の開口径が上流側の開口径より小さい金型25の内部を通して押し出すことで、多孔質体の側面近傍241のWが、この側面と接する金型25によって擦られながら多孔質体の内部に押し込まれ、側面近傍241の空孔部が押し潰されることで、多孔質体の側面近傍241のW密度が高まる。このようにして、アーク接触子の側面近傍のWの重量割合が高められた成形体を得ることができる。
(Extrusion process)
As an example, the extrusion process in the case of manufacturing the rod-shaped fixed
押出成形工程における多孔質体の径の圧縮率(上流側の径の大きさに対する下流側の径の大きさの比率)は98%以上99%以下が適当である。すなわち、上記金型の上流側の開口径に対する下流側の開口径の比率は、98%以上99%以下であることが好ましい。98%未満の場合、多孔質体の側面が崩れ、形状が維持できないため、好ましくない。99%を超えると、多孔質体の側面のWの重量割合が十分に向上しないため、好ましくない。 The compression ratio of the diameter of the porous body in the extrusion process (ratio of the size of the downstream side to the size of the upstream side) is suitably from 98% to 99%. That is, the ratio of the downstream opening diameter to the upstream opening diameter of the mold is preferably 98% or more and 99% or less. If it is less than 98%, the side surface of the porous body collapses and the shape cannot be maintained, which is not preferable. If it exceeds 99%, the weight ratio of W on the side surface of the porous body is not sufficiently improved, which is not preferable.
次に、円筒状の可動アーク接触子15を製造する場合の押出成形工程について、図7を用いて説明する。なお、円筒状の可動アーク接触子も、基本的には棒状の固定アーク接触子と同様に製造することができるため、重複する説明については省略する。図7を参照して、W粉末を焼結することにより得られた円筒状の多孔質体24を、円筒状の開口を有する金型25の内部を通して押し出すことで、多孔質体の側面近傍241のWが、この側面(外側面および内側面)と接する金型25によって擦られながら多孔質体の内部に押し込まれ、側面近傍241の空孔部が押し潰される。これにより、多孔質体の側面近傍241のW密度が高まる。
Next, the extrusion process in the case of manufacturing the cylindrical
この場合も、押出成形工程における多孔質体の径の圧縮率は98%以上99%以下が適当であり、すなわち、金型の上流側の開口径に対する下流側の開口径の比率は98%以上99%以下であることが好ましい。なお、この場合において、多孔質体の径とは、多孔質体の外径から内孔の径を差し引いた長さを意味し、また、金型の開口径とは、開口部の外径から内部の金型部分の径を差し引いた長さを意味する。 Also in this case, the compression ratio of the diameter of the porous body in the extrusion process is suitably 98% or more and 99% or less, that is, the ratio of the opening diameter on the downstream side to the opening diameter on the upstream side of the mold is 98% or more. It is preferably 99% or less. In this case, the diameter of the porous body means a length obtained by subtracting the diameter of the inner hole from the outer diameter of the porous body, and the opening diameter of the mold is determined from the outer diameter of the opening. It means the length obtained by subtracting the diameter of the inner mold part.
押出成形後の多孔質体全体の空孔率は、好ましくは15体積%以下であり、より好ましくは5体積%以下である。 The porosity of the entire porous body after extrusion molding is preferably 15% by volume or less, more preferably 5% by volume or less.
(溶浸工程)
図5は、棒状の固定アーク接触子を製造する場合の溶浸工程を示す縦断面模式図である。Cuの溶浸は、例えば、上記押出成形工程で得られた成形体27の上流側(例えば上側)表面にCuを主体とする導電性成分材料26を設置して水素炉中で加熱し、導電性成分材料26の自重や下流側の減圧などにより、溶融Cuを成形体27の下流側方向(例えば下方)に浸透させることで行われる。溶浸温度(水素炉中等での加熱温度)は、Cuの融点(1085℃)以上でありWの融点(3380℃)未満であれば良く、好ましくは1085〜1200℃であり、より好ましくは1086〜1100℃である。一例としては、1090℃が適当である。
(Infiltration process)
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing an infiltration process in the case of manufacturing a rod-shaped fixed arc contactor. For example, Cu infiltration is performed by placing a
これらの工程により、側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるWの重量割合が98重量%以上である溶浸体(アーク接触子)を得ることができる。 By these steps, an infiltrated body (arc contact) in which the weight ratio of W in the portion from the side surface to the depth of 20 μm is 98% by weight or more can be obtained.
なお、本実施の形態のアーク接触子は、ガス開閉器の一つであるガス遮断器に用いられるものとして説明したが、他のガス開閉器であるガス断路器等に用いられるものであってもよい。 In addition, although the arc contact of this Embodiment was demonstrated as what is used for the gas circuit breaker which is one of the gas switches, it is used for the gas disconnector etc. which are other gas switches, Also good.
1 ガス遮断器、2 固定電極部、3 可動電極部、4 絶縁筒、5 消弧室、6 絶縁操作棒、7 支持絶縁筒、8 冷却塔、9a,9b 導体、10a,10b ブッシング、11a,11b 端子、12 容器、13 制御箱、14 操作装置、15 可動アーク接触子、16 ノズル、17 駆動棒、18 可動主接触子、19 固定主接触子、20 固定アーク接触子、21,22 シールド、23 パッファシリンダ、24 W多孔質体、25 金型、26 導電成分材料、27 タングステン。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
側面の表面から20μmの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が98重量%以上であることを特徴とする、ガス開閉器用のアーク接触子。 Consists of conductive component material mainly composed of copper and tungsten,
An arc contact for a gas switch, wherein a weight ratio of tungsten in a portion from a side surface to a depth of 20 μm is 98% by weight or more.
タングステン粉末を焼結して多孔質体を作製する焼結工程と、
前記多孔質体を押出して側面近傍が圧縮された成形体を作製する押出成形工程と、
前記成形体に銅を溶浸する溶浸工程とを含む、製造方法。 It is a manufacturing method of the arc contact according to claim 1,
A sintering process for producing a porous body by sintering tungsten powder;
An extrusion molding step of producing a molded body in which the vicinity of the side surface is compressed by extruding the porous body;
An infiltration step of infiltrating copper into the molded body.
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2013
- 2013-05-10 JP JP2013100274A patent/JP2014220186A/en active Pending
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