JP4930259B2 - Gas switch - Google Patents
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Description
この発明は、消弧室に備えられた固定アーク接触子と可動アーク接触子との間に発生するアークを消弧性ガスで消滅させることにより電流遮断動作を行なうガス開閉器に関するものである。 The present invention relates to a gas switch that performs a current interrupting operation by extinguishing an arc generated between a fixed arc contact and a movable arc contact provided in an arc extinguishing chamber with an arc extinguishing gas.
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る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いる。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。 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, alloys composed of copper and tungsten (Cu—W alloy) are widely used.
従来のガス遮断器のアーク接触子については、固定アーク接触子およびこの固定アーク接触子と最後まで接触している可動アーク接触子の先端部分は、Cu−W合金から構成されていた(例えば、特許文献1参照)。 As for the arc contact of the conventional gas circuit breaker, the fixed arc contact and the tip portion of the movable arc contact that is in contact with the fixed arc contact to the end are made of a Cu-W alloy (for example, Patent Document 1).
また、嵌合時に固定アーク接触子から可動アーク接触子の内周面に常時押圧を与えるために、スリットが固定アーク接触子の軸芯に沿って形成されたアーク接触子が開示されていた(例えば、特許文献2参照)。 Moreover, in order to always press the inner peripheral surface of the movable arc contact from the fixed arc contact during fitting, an arc contact having a slit formed along the axis of the fixed arc contact has been disclosed ( For example, see Patent Document 2).
ガス開閉器に使用されるアーク接触子は、電流遮断時のアーク熱によりアーク接触子の先端部の温度が急速に上昇し、その後低下する。その際に先端部から深さ方向に向かって温度勾配を生じるために、深さ方向に複数のクラックが進展する。さらに複数回の電流遮断を行なうと、アーク接触子の先端部と内部との温度差を生じる境界に熱応力が繰り返し発生し、その境界にクラックが進展する。すなわち、先端部の表面から深さ方向に進展したクラックは、遮断を繰り返すことでアークに曝された先端部の表面と平行な方向(以下、横方向と称す)に進展方向を変え、アーク接触子の内部に進展する。そのために、アーク接触子の表面直下に発生した横方向の内部クラックにより、アーク接触子の表面から材料の一部が脱落して損耗するという問題点があった。 In the arc contactor used for the gas switch, the temperature at the tip of the arc contactor rapidly increases due to arc heat at the time of current interruption, and then decreases. At this time, a temperature gradient is generated in the depth direction from the tip portion, and thus a plurality of cracks progress in the depth direction. Further, when the current is interrupted a plurality of times, thermal stress is repeatedly generated at the boundary where the temperature difference between the tip and the inside of the arc contact occurs, and a crack develops at the boundary. In other words, the crack that has developed in the depth direction from the surface of the tip part changes the direction of propagation to the direction parallel to the surface of the tip part exposed to the arc (hereinafter referred to as the transverse direction) by repeating the interruption, and arc contact Progress inside the child. Therefore, there is a problem that a part of the material falls off from the surface of the arc contact and wears due to a lateral internal crack generated just under the surface of the arc contact.
しかしながら、特許文献1に開示された従来のガス開閉器に用いられていたアーク接触子は、電流遮断時のアーク熱によりアーク接触子表面が加熱されたときの蒸発に伴う損耗に対しては一定の効果があるが、上述のようなアーク接触子表面の一部が脱落して損耗するという問題を防ぐことができなかった。
However, the arc contactor used in the conventional gas switch disclosed in
また、特許文献2に示されているような軸芯で交わるスリットを設けたアーク接触子では、可動アーク接触子と固定アーク接触子との嵌合状態の安定、あるいは絶縁ガスの逃げを抑制する効果があり、熱応力を軽減する一定の効果があると考えられる。しかしながら、このスリットは軸心位置で交わるようにしか形成されていないため、アーク接触子の直径方向に働く熱応力を効果的に緩和することができない。そのため直径方向に発生する内部クラックを効果的に抑制することができず、脱落による損耗を低減できないという問題があった。アーク接触子の表面に脱落が発生すると、アーク接触子の表面に鋭利な部分ができこの鋭利な部分にアークが集中するなどして、電流遮断時のアークが不安定になるという問題があった。
Moreover, in the arc contact provided with the slit which crosses with an axial center as shown in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、アーク接触子の表面直下に発生する内部クラックの横方向への進展を抑制し、表面の脱落による損耗を低減する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 in order to solve the above-described problems, and suppresses the lateral progress of internal cracks generated immediately below the surface of the arc contactor, thereby reducing the wear due to the dropout of the surface. The purpose is to obtain a contact.
この発明に係るガス開閉器は、固定アーク接触子と、この固定アーク接触子と接離可能に対向配置された可動アーク接触子とを備え、固定アーク接触子と可動アーク接触子との間に発生するアークを消弧性ガスで消滅させることにより電流遮断動作を行なうガス開閉器であって、固定アーク接触子および可動アーク接触子の少なくとも一方は、銅とタングステンとの合金で構成された基材にアークに曝される面から深さ方向に向かって、同心円状、格子状および縞状の少なくとも1つの形状をもつスリットを設けたものである。 The gas switch according to the present invention includes a fixed arc contact and a movable arc contact disposed so as to be opposed to and can be separated from the fixed arc contact. Between the fixed arc contact and the movable arc contact. A gas switch that performs a current interrupting operation by extinguishing a generated arc with an arc extinguishing gas, wherein at least one of a fixed arc contact and a movable arc contact is a base made of an alloy of copper and tungsten. A slit having at least one of a concentric shape, a lattice shape, and a stripe shape is provided in the depth direction from the surface exposed to the arc on the material.
この発明に係るガス開閉器においては、アークに曝される面から深さ方向に向かって、同心円状、格子状および縞状の少なくとも1つの形状をもつスリットを設けたので、アーク接触子の直径方向に働く熱応力を効果的に緩和することができるので、直径方向に発生する内部クラックを効果的に抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面部材の脱落による損耗を低減することができ、安定した遮断性能を維持できるといった顕著な効果を奏する。 In the gas switch according to the present invention, since the slit having at least one of concentric, grid, and striped shapes is provided in the depth direction from the surface exposed to the arc, the diameter of the arc contactor Since the thermal stress acting in the direction can be effectively relaxed, internal cracks generated in the diameter direction can be effectively suppressed. As a result, it is possible to reduce the wear due to the drop-off of the surface member of the arc contact, and there is a remarkable effect that the stable interruption performance can be maintained.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1におけるガス遮断器の断面模式図である。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、消弧性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 of a gas circuit breaker according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. In FIG. 1, a
図2は、本実施の形態における消弧室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。可動電極部3の先端部には、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が固定されている。固定電極部2には、固定主接触子19とそ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。可動主接触子18および固定主接触子19は、それぞれシールド21、22で一部が覆われている。また、可動電極部3には、遮断時にノズル16内部に消弧ガスを流すためのパッファシリンダ23が備えられている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the internal configuration of the
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。電流の遮断時には、可動電極部3側の可動アーク接触子15は、それまで接触状態にあった固定アーク接触子20と摺動ののち開離して、これらの接触子の間にアークが発生する。図2において、このアークをA1として示している。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。
Next, the current interruption operation in the
このように動作するガス遮断器においては、固定アーク接触子20および可動アーク接触子15の先端部には、導電性を有する耐弧性材料が基材として使用され、通常タングステンを50〜90重量%含有した銅合金が使用されている。
In the gas circuit breaker that operates in this way, an arc-resistant material having conductivity is used as a base material at the distal ends of the fixed
図3は、本実施の形態における固定アーク接触子の先端部の模式図である。図3において、固定アーク接触子20の基材24は、銅とタングステンとからなる合金(Cu−W合金)であり、この基材24に、アークが接触する表面から深さ方向に向かって同心円状のスリット25が設けられている。基材24は、銅または銅合金からなる台金26にロウ付け等で接合されている。
FIG. 3 is a schematic diagram of the distal end portion of the fixed arc contact in the present embodiment. In FIG. 3, the
図4および図5は、それぞれ図3に示した本実施の形態における固定アーク接触子の上面図および断面図である。 4 and 5 are a top view and a cross-sectional view, respectively, of the fixed arc contact in the present embodiment shown in FIG.
ガス遮断器の電流遮断部に使用される棒状の固定アーク接触子20は、電流遮断時のアーク熱により先端部の温度は急速に上昇し低下する。その際に先端部から深さ方向にかけて温度勾配を生じ、そのため深さ方向のクラックが進展する。さらに複数回の電流遮断を行なうと、接触子の先端部と内部との温度差の境界に熱応力が繰り返し発生し、その境界にクラックが進展する。すなわち、遮断初期に発生した深さ方向に進展したクラックは、遮断を繰り返すことで横方向に進展方向を変える。そのために、固定アーク接触子20の表面直下で横方向の内部クラックが進展した部分は、アーク接触子の表面から脱落し損耗する。
In the rod-shaped
しかし、本実施の形態のように固定アーク接触子20のアークに曝される面から深さ方向に向かって同心円状のスリット25を設けたことにより、先端部に発生する熱応力が分散されて横方向の内部クラックの進展を抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面の脱落による損耗を低減することができる。
However, by providing the
なお、本実施の形態においては、棒状の固定アーク接触子20に同心円状のスリット25を設けたが、円筒状の可動アーク接触子15に設けてもよいし、両方のアーク接触子に設けてもよい。
In this embodiment, the
アーク接触子において、Cu−W合金の重量割合は50重量%以上から90重量%以下のWと残部がCuであることが好ましく、原料として使用したW粉末の平均粒径は、20μm以下であることが好ましい。その理由は、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かつ表面のクラックも発生しやすくなるためである。また、W粉末の平均粒径が20μmを超えると損耗が多くなる場合があるためである。 In the arc contact, the weight ratio of the Cu—W alloy is preferably 50% by weight to 90% by weight W and the balance is Cu, and the average particle size of the W powder used as a raw material is 20 μm or less. It is preferable. The reason for this is that 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 deteriorates and evaporation wear is promoted. This is because cracks are likely to occur. Moreover, it is because wear may increase when the average particle diameter of W powder exceeds 20 micrometers.
本発明のアーク接触子に使用されるCu−W合金の製造方法は、公知の粉末冶金技術を利用したものであればよく、例えば、溶浸法、焼結法、放電プラズマ焼結法、通電加熱焼結法、ホットプレス焼結法、熱間押し出し法、金属粉末射出成形法などで製造され、特に限定するものではない。 The manufacturing method of the Cu-W alloy used for the arc contact of this invention should just use the well-known powder metallurgy technique, for example, an infiltration method, a sintering method, a discharge plasma sintering method, electricity supply It is manufactured by a heat sintering method, a hot press sintering method, a hot extrusion method, a metal powder injection molding method or the like, and is not particularly limited.
スリットを設ける方法は公知の加工技術やロウ付け技術などを利用すればよく、特に限定するものではない。スリットの深さは、遮断時にアーク接触子の先端部と内部との温度差が生じる境界、即ちCuの融点(1083℃)に到達する深さを超えるように設けることが好ましく、これにより発生する熱応力を分散し緩和する効果がさらに向上する。 A method of providing the slit is not particularly limited as long as a known processing technique or brazing technique is used. The depth of the slit is preferably provided so as to exceed the boundary where the temperature difference between the tip of the arc contact and the inside of the arc contact occurs at the time of interruption, that is, the depth reaching the melting point of Cu (1083 ° C.). The effect of dispersing and relaxing the thermal stress is further improved.
なお、本実施の形態においては、ガス開閉器の一つであるガス遮断器のアーク接触子の例について説明したが、ガス断路器のアーク接触子に使用してもよい。 In addition, in this Embodiment, although the example of the arc contactor of the gas circuit breaker which is one of the gas switches was demonstrated, you may use for the arc contactor of a gas disconnector.
実施の形態2.
実施の形態2は、固定アーク接触子20のアークに曝される面から深さ方向に向かって格子状のスリット25を設けた場合である。図6は、本実施の形態における固定アーク接触子の上面図である。
In the second embodiment, a grid-
このように構成された固定アーク接触子においては、アークに曝される面から深さ方向に向かって格子状のスリット25を設けたことにより、先端部に発生する熱応力が分散されて横方向の内部クラックの進展を抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面の脱落による損耗を低減することができる。
In the fixed arc contact configured as described above, the lattice-
実施の形態3.
実施の形態3は、固定アーク接触子20のアークに曝される面から深さ方向に向かって縞状のスリット25を設けた場合である。図7は、本実施の形態における固定アーク接触子の上面図である。
The third embodiment is a case in which striped slits 25 are provided in the depth direction from the surface of the fixed
このように構成された固定アーク接触子においては、アークに曝される面から深さ方向に向かって縞状のスリット25を設けたことにより、先端部に発生する熱応力が分散されて横方向の内部クラックの進展を抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面の脱落による損耗を低減することができる。
In the fixed arc contact configured as described above, the
実施の形態4.
実施の形態4は、固定アーク接触子20のアークに曝される面から深さ方向に向かって同心円状のスリット25と固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリット25とを組み合わせて設けた場合である。図8は、本実施の形態における固定アーク接触子の先端部の模式図である。図9は、図8に示す固定アーク接触子の上面図である。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, a
このように構成された固定アーク接触子においては、アークに曝される面から深さ方向に向かって同心円状のスリット25と十字状のスリット25とを設けたことにより、先端部に発生する熱応力が分散されて横方向の内部クラックの進展を抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面の脱落による損耗を低減することができる。
In the fixed arc contact configured as described above, the
図10は、本実施の形態における別の構成として、格子状のスリット25と固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリット25とを組み合わせた場合の固定アーク接触子の上面図である。また、図11は、さらに別の構成として、縞状のスリット25と固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリット25とを組み合わせた場合の固定アーク接触子の上面図である。これらのように構成された固定アーク接触子においては、アークに曝される先端部を上面から見た場合に周方向に発生する熱応力を効果的に緩和することができ、その結果、横方向の内部クラックの発生を一層効果的に抑制することができるので、アーク接触子の表面の脱落による損耗をさらに低減することができる。
FIG. 10 is a top view of a fixed arc contact when another
実施の形態5.
実施の形態5は、実施の形態1と同様な同心円状のスリット25の底部にCu部27を配置したものである。図12は、本実施の形態における固定アーク接触子の断面図である。本実施の形態における固定アーク接触子の製造方法は、所望のCu−W合金を準備して所望寸法のアーク接触子に加工する。次にアーク接触子の先端部に同心円状のスリットを加工する。そして同心円状のスリットのスリット幅よりも若干小さいCu板をスリットに差込み、スリットの底部に配置する。そして、非酸化雰囲気中でCuの融点以上に加熱してCuを溶融させ、その後冷却したものを仕上げ加工してアーク接触子を得た。
In the fifth embodiment, a
このように構成された固定アーク接触子においては、スリット25の底部にCu部27を配置したことにより、スリットの熱応力を緩和する効果に加えて、スリット先端部の温度を接触子内部へ逃しやすくなり、深さ方向に対する温度分布が小さくなる。その結果、横方向の内部クラックの発生を効果的に抑制することができるので、アーク接触子の表面の脱落による損耗をさらに低減することができる。
In the fixed arc contact configured as described above, by arranging the
なお、本実施の形態においては、Cu部27を同心円状のスリット25の底部に形成する例を示したが、スリット25の形状は同心円状に限るものではなく、格子状、縞状などの形状をもつスリット25の底部にCu部27を形成しても同様な効果がある。
In the present embodiment, the
実施の形態6.
実施の形態6においては、実施の形態1〜5で述べた各構造のアーク接触子について、遮断試験によりアーク接触子の脱落損耗を評価した結果を述べる。
In the sixth embodiment, the results of evaluating the arc contact dropout wear by the interruption test for the arc contacts having the structures described in the first to fifth embodiments will be described.
直径15mm、長さ25mmの固定アーク接触子と、直径25mm、内径10mm、長さ30mmの可動アーク接触子を準備した。固定アーク接触子と可動アーク接触子の組成はCu−70重量%Wである。 A fixed arc contact having a diameter of 15 mm and a length of 25 mm and a movable arc contact having a diameter of 25 mm, an inner diameter of 10 mm, and a length of 30 mm were prepared. The composition of the fixed arc contact and the movable arc contact is Cu-70 wt% W.
そして、固定アーク接触子は試料番号1〜6のものを準備した。可動アーク接触子にはスリットを設けていない。 And the fixed arc contact thing of the sample numbers 1-6 was prepared. The movable arc contact is not provided with a slit.
試料番号1は、同心円状のスリット25を設けたのもので、直径5mmと直径10mmの同心円状のスリット25を設けた。スリット25の幅は0.5mm、深さは接触子先端から6mmとした。
Sample No. 1 was provided with
試料番号2は、格子状のスリット25を設けたのもので、5mm角の格子が中心部に配置されるようにした。スリット25の幅は0.5mm、深さは接触子先端から6mmとした。
Sample No. 2 was provided with a grid-
試料番号3は、縞状のスリット25を設けたのもので、スリット25が4mm間隔となるように設けた。スリット25の幅は0.5mm、深さは接触子先端から6mmとした。
Sample No. 3 was provided with
試料番号4、は同心円状と固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリット25を組み合わせて設けたのもので、同心円状のスリット25は直径5mmと直径10mmで、十字状のスリット25が接触子の中心で交差するように設けた。スリット25の幅は0.5mm、深さは接触子先端から6mmとした。
Sample No. 4 is a combination of a concentric circle and a
試料番号5は、格子状のスリット25を設け、スリット25の底部にはCu部27を配置したもので、5mm角の格子が中心部に配置されるようにした。スリット25の幅は0.7mm、深さは接触子先端から6mmとした。スリット25の底部から3mmはCu部27が埋設されている。
Sample No. 5 was provided with a grid-
試料番号6は、同心円状と固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリット25を組み合わせて設け、スリット25の底部にCu部27を配置したもので、スリット25の切り方は試料番号4と同等である。スリット25の幅は0.7mm、深さは接触子先端から6mmとした。スリット25の底部から3mmはCu部27が埋設されている。
Sample No. 6 is a combination of a concentric circle and a
試料番号7は、比較材であり、固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリットのみが形成されたアーク接触子である。 Sample No. 7 is a comparative material, which is an arc contact in which only a cross-shaped slit that intersects with the axis of the fixed arc contact is formed.
試料番号8も、比較材であり、スリットが形成されていないアーク接触子である。
遮断試験は、ガス遮断器の消弧室を模擬した試験設備を用いて行なった。試験容器内にアーク接触子を組込んだ後、消弧ガスであるSF6ガスを充填し4気圧となるように設定した。次に、固定アーク接触子と可動アーク接触子を接触させた状態から開極させた時に電流20kArmsを0.5サイクル負荷する遮断試験を5回行い、続いて、機械的な開閉を5回行なった。そして、固定アーク接触子の表面を目視観察し、接触子表面における脱落の有無について評価した。 The interruption test was performed using a test facility that simulates an arc extinguishing chamber of a gas circuit breaker. After incorporating an arc contact in the test vessel, SF 6 gas, which is an arc extinguishing gas, was filled and set to 4 atm. Next, when the fixed arc contactor and the movable arc contactor are brought into contact with each other, the interruption test in which a current of 20 kArms is loaded for 0.5 cycles is performed five times, and then the mechanical opening and closing is performed five times. It was. Then, the surface of the fixed arc contact was visually observed, and the presence or absence of dropout on the contact surface was evaluated.
表1は、同心円状スリット、同心円状と十字状とを組み合わせたスリット、格子状スリット、縞状スリット、スリットの底部にCu部が埋設されている格子状スリットをそれぞれ設けた固定アーク接触子と、比較としての固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリットのみが形成された固定アーク接触子およびスリットが形成されていない固定アーク接触子の脱落の有無を比較したものである。判定は、脱落なしが○、脱落が発生した場合は×とした。 Table 1 shows concentric slits, slits combining concentric circles and crosses, lattice slits, striped slits, fixed arc contactors each provided with a lattice slit in which a Cu portion is embedded in the bottom of the slit, As a comparison, the presence or absence of dropping of a fixed arc contact formed only with a cross-shaped slit intersecting at the axis of the fixed arc contact and a fixed arc contact formed with no slit is compared. In the judgment, “No dropout” is indicated as “Good”, and “No” is indicated as “Poor”.
表1の結果から、先端部に固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリットのみをもつアーク接触子やスリットをもたないアーク接触子では脱落による損耗が見られた。一方、本発明に係る構造をもつアーク接触子においては、アークに曝された表面にクラックは観察されたが、表面の脱落による損耗は発生しなかった。 From the results of Table 1, the arc contact having only a cross-shaped slit intersecting with the axis of the fixed arc contact at the tip or the arc contact having no slit showed wear due to dropping. On the other hand, in the arc contact having the structure according to the present invention, cracks were observed on the surface exposed to the arc, but no wear due to surface dropping occurred.
このような結果から、アークに曝される面から深さ方向に向かって、同心円状、格子状、縞状、同心円状と十字状、スリット底部にCu部を埋設したスリットを設けることで、アーク接触子の先端部と内部との温度差を生じる境界に発生する応力を分散し緩和することができる。とくに、固定アーク接触子の軸芯で交わる十字状のスリットのみでは効果が得られなかったアーク接触子の直径方向に働く熱応力を効果的に緩和することができるので、直径方向に発生する内部クラックを効果的に抑制することができる。その結果、アーク接触子の表面部材の脱落による損耗を低減することができ、安定した遮断性能を維持できるアーク接触子が得られる。 From these results, concentric circles, grids, stripes, concentric circles and crosses, and a slit with a Cu portion embedded in the slit bottom are provided in the depth direction from the surface exposed to the arc. It is possible to disperse and relieve the stress generated at the boundary that causes the temperature difference between the tip and the inside of the contact. In particular, it is possible to effectively relieve the thermal stress acting in the diametric direction of the arc contact, which could not be obtained with only the cross-shaped slits intersecting with the axis of the fixed arc contact, so that the internal diameter generated Cracks can be effectively suppressed. As a result, it is possible to reduce the wear due to the fall of the surface member of the arc contact and to obtain an arc contact that can maintain a stable breaking performance.
なお、本実施の形態においては、固定アーク接触子の例について述べたが、可動アーク接触子のアークに曝される部分に同様の構成を適用しても、同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the example of the fixed arc contact has been described, but the same effect can be obtained even if the same configuration is applied to the portion of the movable arc contact that is exposed to the arc.
実施の形態7.
実施の形態7においては、実施の形態2で示した格子状のスリットをもつ固定アーク接触子において、スリットの幅を変化させたものである。
Embodiment 7 FIG.
In the seventh embodiment, the width of the slit is changed in the fixed arc contactor having the grid-like slit shown in the second embodiment.
直径15mm、長さ25mm、先端部の曲率半径7.5mmの固定アーク接触子を7本用意し、そのうちの6本のそれぞれにスリット幅が、0.01mm(試料番号9)、0.1mm(試料番号10)、0.3mm(試料番号11)、0.5mm(試料番号12)、2.0mm(試料番号13)および2.5mm(試料番号14)の格子状のスリットを形成した。スリットは、5mm角の格子が中心に配置されるように設けた。また、スリット幅が0.01mm(試料番号9)のものはスリット深さを8mm、スリット幅が0.1〜2.5mm(試料番号10〜14)のものはスリット深さを6mmとした。残り1本は、比較例として、スリットを形成しなかった(試料番号15)。また、これらの固定アーク接触子に対向する可動アーク接触子は、直径25mm、内径10mm、長さ30mm、先端部の曲率半径は4mmとした。また、これらの固定アーク接触子および可動アーク接触子の材料は、Cu−70重量%Wである。
Seven fixed arc contacts having a diameter of 15 mm, a length of 25 mm, and a radius of curvature of 7.5 mm at the tip are prepared, and each of six of them has a slit width of 0.01 mm (sample number 9), 0.1 mm ( Sample-like slits of sample number 10), 0.3 mm (sample number 11), 0.5 mm (sample number 12), 2.0 mm (sample number 13) and 2.5 mm (sample number 14) were formed. The slit was provided so that a 5 mm square lattice was arranged at the center. The slit width of 0.01 mm (sample number 9) was 8 mm, and the slit width of 0.1 to 2.5 mm (
スリット幅0.01mm(試料番号9)の接触子の作製方法について説明する。まず、材質がCu−70重量%Wの角柱のブロック9個(幅6mm×長さ6mm×高さ10mmを4個、幅6mm×長さ5mm×高さ10mmを4個、幅5mm×長さ5mm×高さ10mmを1個)を準備し、幅5mm×長さ5mm×高さ10mmのブロックを中心にして各ブロックを束ね、分割された幅17mm×長さ17mm×高さ10mmのブロックを得た。その束ねたブロックの幅17mm×長さ17mmの面に、幅17mm×高さ17mm×長さ20mmのCu−70重量%W合金の台座をAgロウ付けで接合し、その後に機械加工を行って所定の試料寸法に仕上げた。
A method for manufacturing a contact having a slit width of 0.01 mm (sample number 9) will be described. First, nine prism blocks made of Cu-70 wt% W (
スリット幅が0.1mm以上の接触子は、所定の大きさの接触子に、機械加工でスリットを形成した。スリット幅が0.1mmおよび0.3mmの接触子は、ワイヤーカットでスリットを形成し、スリット幅が0.5mm、2.0mmおよび2.5mmの接触子は、メタルソウでスリットを形成した。 A contact having a slit width of 0.1 mm or more was formed by slitting a contact having a predetermined size. Contacts with slit widths of 0.1 mm and 0.3 mm formed slits by wire cutting, and contacts with slit widths of 0.5 mm, 2.0 mm and 2.5 mm formed slits with metal saw.
次に、遮断試験により、クラックや脱落の有無および損耗度合いとスリット幅との関係を調べた。遮断試験は、ガス遮断器の消弧室を模擬した試験設備を用い、試験容器内に固定アーク接触子と可動アーク接触子とを組み込んだ後、消弧ガスであるSF6ガスを充填してガス圧が4気圧となるように設定した。そして、固定アーク接触子と可動アーク接触子を接触させた状態から開極させたときに、20kArmsの電流で0.5サイクル負荷する遮断試験を5回行い、続いて機械的な開閉を5回実施した。 Next, the relationship between the slit width and the presence or absence of cracks and drop-offs and the degree of wear was examined by a blocking test. The interruption test uses test equipment simulating an arc extinguishing chamber of a gas circuit breaker, and after incorporating a fixed arc contact and a movable arc contact in a test vessel, the arc extinguishing gas SF 6 gas is filled. The gas pressure was set to 4 atmospheres. Then, when the fixed arc contactor and the movable arc contactor are brought into contact with each other, the circuit is tested 5 times with a current of 20 kArms for 0.5 cycle, and then mechanically opened and closed 5 times. Carried out.
クラックや脱落の有無および損耗度合いの評価は、試験後の固定側アーク接触子のアーク暴露表面について、目視および実体顕微鏡での観察によるクラックおよび脱落の有無、さらに接触子の断面観察により内部クラックの進展状況を調べ、試料番号15のスリットなしの接触子の損耗状態と比較して損耗度合いを判定した。
The presence or absence of cracks and dropouts and the degree of wear were evaluated on the arc-exposed surface of the fixed-side arc contactor after the test by checking the presence and absence of cracks and dropouts by visual observation and observation with a stereomicroscope. The progress was examined, and the degree of wear was determined by comparison with the wear state of the contact with no slit of
損耗度合いは、アーク暴露表面および接触子内部にクラック並びに脱落がない場合を1、内部クラックは若干有るが、アーク暴露表面のクラックはなく脱落がない場合を2、アーク暴露表面のクラックはなく、内部クラックおよび脱落が若干有る場合を3、アーク暴露表面および接触子内部にクラック並びに脱落がある場合を4として判定した。 The degree of wear is 1 when there is no crack or dropout on the arc exposed surface and inside the contact, there are some internal cracks, but no crack on the arc exposed surface and no dropout, no crack on the arc exposed surface, The case where there were some internal cracks and dropouts was judged as 3, and the case where there were cracks and dropouts on the arc-exposed surface and inside the contacts was judged as 4.
表2は、本実施の形態における、スリット幅とクラックおよび脱落の有無並びに損耗度合いとの関係を示した特性表である。また、図13は、本実施の形態における、スリット幅と損耗度合いの評価点との関係を示した特性図である。 Table 2 is a characteristic table showing the relationship between the slit width, the presence or absence of cracks, dropout, and the degree of wear in the present embodiment. FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the slit width and the evaluation point of the degree of wear in the present embodiment.
評価の結果、従来例に相当するスリットなしの接触子(試料番号15)のアーク暴露表面には、甲羅状のクラックが発生し、脱落も観察された。また、断面観察の結果、アーク暴露表面の甲羅状のクラックは深さ方向に進展しており、さらに深さ方向に進展したクラックの一部は途中で横方向(アーク接触子の直径方向)に向きを変えて進展し、その部分から材料の一部が脱落していた。 As a result of the evaluation, a shell-like crack was generated on the arc-exposed surface of the contact (sample No. 15) having no slit corresponding to the conventional example, and dropping was also observed. In addition, as a result of cross-sectional observation, shell-shaped cracks on the arc-exposed surface have progressed in the depth direction, and some of the cracks that have further progressed in the depth direction are in the lateral direction (diameter direction of the arc contact). Progressing in a different direction, part of the material was missing from that part.
これに対して、スリット幅が0.01mmから2.5mmの範囲の接触子(試料番号9〜14)では、スリットなしの接触子(試料番号15)のアーク暴露表面に見られたような甲羅状のクラックは発生せず、深さ方向のクラックの発生を低減する効果があることがわかった。また、スリット幅が0.01〜0.3mmの接触子(試料番号9〜11)では横方向の内部クラックもなく、脱落も発生しなかった。さらに、スリット幅が0.5〜2.0mmの接触子(試料番号12〜13)では、スリット内壁から垂直(横方向)に進展したクラックが若干発生したが、脱落は発生しなかった。スリット幅が2.5mmの接触子(試料番号14)では、スリット内壁から垂直(横方向)に進展したクラックと脱落が若干発生した。ただし、スリットなしの接触子(試料番号15)と比べて脱落およびクラックの度合いは小さかった。また、スリット幅が0.01〜0.3mmの接触子(試料番号9〜11)のスリットの底部には、アーク熱で溶融したCuとWとの凝固物の堆積はなかったが、スリット幅が0.5〜2.5mmの接触子(試料番号12〜14)のスリットの底部には、CuとWとの凝固物が堆積していた。
On the other hand, in the contact (
スリット内壁には、アーク熱が回り込むことによってCuが優先的に蒸発した部分が形成される。このCuが蒸発した部分を起点にスリット内壁から垂直(横方向)にクラックが発生しやすくなる。スリット幅が2.5mm以上ではアーク熱の回り込みが多く、スリット幅2.0mm以下、好ましくは0.3mm以下とスリット幅を狭めることでアーク熱の回り込みが低減し、横方向のクラックの発生を抑制する効果がある。 A portion where Cu is preferentially evaporated is formed on the inner wall of the slit by the arc heat. Cracks are likely to occur vertically (laterally) from the inner wall of the slit starting from the portion where Cu has evaporated. When the slit width is 2.5 mm or more, there is much wraparound of the arc heat, and by reducing the slit width to 2.0 mm or less, preferably 0.3 mm or less, the wraparound of the arc heat is reduced and the occurrence of lateral cracks is reduced. There is an inhibitory effect.
上述ように、スリットの幅を2mm以下、さらに好ましくは0.3mm以下とし、スリット幅を極力狭くすることで、スリット内へのアーク熱の回り込みを低減できるので、スリット内壁から垂直(横方向)に進展するクラックの発生を抑制できる。また、アーク暴露表面の甲羅状クラック、即ち深さ方向のクラックの発生も抑制する効果があるので、アーク接触子表面の脱落による損耗を低減することができる。 As described above, the width of the slit is 2 mm or less, more preferably 0.3 mm or less, and by reducing the slit width as much as possible, the wraparound of the arc heat into the slit can be reduced. It is possible to suppress the occurrence of cracks that progress to the point. In addition, since there is an effect of suppressing the occurrence of shell-like cracks on the arc-exposed surface, that is, cracks in the depth direction, it is possible to reduce wear due to dropping off of the arc contact surface.
なお、本実施の形態においては、スリット幅を極力狭くしたアーク接触子を得る方法として、分割したブロックを束ねて作製する方法を示したが、他の方法として、比較的大きな幅をもつスリットを形成し、そのスリットの内部に所望の材質の金属板などを挿入してスリット幅を調整してもよく、スリット幅を調整できる方法あれば特に制限はない。 In the present embodiment, as a method for obtaining an arc contact with a slit width as narrow as possible, a method for bundling divided blocks has been shown. However, as another method, a slit having a relatively large width is used. The slit width may be adjusted by forming and inserting a metal plate or the like of a desired material into the slit, and there is no particular limitation as long as the slit width can be adjusted.
また、本実施の形態においては、格子状スリットの例について述べたが、同心円状スリット、縞状スリット、十字状スリット、同心円状と十字状を組み合わせたスリット、格子状と十字状を組み合わせたスリット、縞状と十字状を組み合わせたスリット、スリット底部にCu部を埋設したスリットでも同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, examples of lattice slits have been described. However, concentric slits, striped slits, cross-shaped slits, slits combining concentric circles and crosses, and slits combining lattices and crosses. The same effect can be obtained with a slit that combines stripes and crosses, and a slit in which a Cu portion is embedded in the bottom of the slit.
さらに、本実施の形態においては、1本の固定アーク接触子に対して1種類のスリット幅のスリットを設けた例について述べたが、スリット幅が本発明の0よりも大きく2mm以下の範囲であれば、異なる幅のスリットを組み合わせて1本のアーク接触子に設けても同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in the present embodiment, an example in which a slit having one kind of slit width is provided for one fixed arc contact is described. However, the slit width is larger than 0 of the present invention and within a range of 2 mm or less. If it exists, the same effect can be acquired even if it provides in one arc contact combining the slit of a different width | variety.
さらに、本実施の形態においては、固定アーク接触子の例について述べたが、可動アーク接触子のアークに曝される部分に同様の構成を適用しても、同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the example of the fixed arc contact has been described, but the same effect can be obtained even if the same configuration is applied to the portion of the movable arc contact that is exposed to the arc.
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 基材
25 スリット
26 台金
27 Cu部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固定アーク接触子および前記可動アーク接触子の少なくとも一方は、銅とタングステンとの合金で構成された基材に前記アークに曝される面から深さ方向に向かって同心円状、格子状および縞状の少なくとも1つの形状のスリットを設けたことを特徴するガス開閉器。 A fixed arc contact and a movable arc contact disposed so as to be able to come in contact with and away from the fixed arc contact are provided, and the arc generated between the fixed arc contact and the movable arc contact is extinguished. In a gas switch that cuts off the current by extinguishing with gas,
At least one of the fixed arc contactor and the movable arc contactor is concentric, latticed, and striped in a depth direction from a surface exposed to the arc to a base material made of an alloy of copper and tungsten. A gas switch provided with at least one slit having a shape.
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