JPH0652643B2

JPH0652643B2 - 真空インタラプタ

Info

Publication number: JPH0652643B2
Application number: JP58178698A
Authority: JP
Inventors: 佳行柏木; 泰司野田; 薫北寄崎
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS6070617A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、真空インタラプタに係り、特に磁気駆動形の
電極を備えた真空インタラプタに関する。

従来技術磁気駆動形の電極を備えた真空インタラプタは、アーク
を含む電流通路を往復ループ状にすることによつて生じ
る磁界とアーク電流との相互作用によりアークを駆動
し、電極の局部的な溶融を防いで電流しや断能力の向上
を図るものである。一般に、磁気駆動形の電極は、第１
図に示すように、真空容器（図示省略）内に相対的に接
近離反自在に導入した１対の電極棒１（一方のみを示
す）の内端部には、スパイラル状またはスクリユー状等
の複数のアークペダルを有するアーク駆動部２が固着さ
れている。そして、このアーク駆動部２の中央部には、
リング状またはボタン状の接触部３が設けられている。

ところで、真空インタラプタの電極は、 (i)電流しや断能力が高いこと (ii)耐電圧特性が優れていること (iii)耐溶着性が良好なこと等の条件を満たすことが必要とされている。

しかして、従来の磁気駆動形の電極においては、そのア
ーク駆動部２は、上記諸条件を概ね満足するものとし銅
（Cu）を単一材料として形成されている。

しかしながら、Cuの引張強度が約２０kgf/mm²と小さい
ことから、アーク駆動部２は、投入，しや断時の衝撃お
よび大電流アークの電磁力によつて生ずる衝撃等による
変形防止のため、その軸方向（第１図における上下方
向）の寸法（厚さ）および重量の増大を招来している。

また、Cuの引張強度が小さいことから、磁気駆動力を増
大すべくアークペタルの長さを大きくすることができ
ず、電流しや断能力の停滞をもたらしている。

さらに、Cuは軟らかくかつその蒸気圧および融点が他の
元素、例えばタングステン（Ｗ）とビスマス（Bi）のほ
ぼ中間の値であることから、大電流アークの場合には、
アークペタルの過度の溶融によりその消耗が大となる問
題がある。

発明の目的本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、小形、
軽量にしてかつ電流しや断能力および耐久性を向上し得
る磁気駆動形の電極を備えた真空インタラプタを提供す
ることを目的とする。

実施例以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す真空インタラプタの縦
断面図で、この真空インタラプタは、真空容器４内に１
対の電極棒５，５を相対的に接近離反自在に導入すると
ともに、各電極棒５，５の内端部に磁気駆動形の電極
６，６をそれぞれ固着して概略構成されている。

すなわち、真空容器４は、ガラスまたはセラミツクスか
らなる円筒状の２本の絶縁筒７，７を両端に固着した鉄
（Fe）−ニツケル（Ni）−コバルト（Co）合金，または
Fe−Ni合金等からなる薄肉円環状の封着金具８，８，…
の一方を介し接合して１本の絶縁筒とするとともに、そ
の両開口端を他方の封着金具８，８を介し円板状の金属
端板９，９により閉塞し、かつ内部を高真空（例えば５
×10^-5Torr以下の圧力）に排気して形成されている。そ
して、真空容器４内には、前記各電極棒５がそれぞれの
金属端板９の中央から真空容器４の気密性を保持して相
対的に接近離反自在に導入されている。

なお、電極棒５の一方（第２図において上方）は、一方
の金属端板９に気密に挿着されているものであり、他方
は金属ベローズ１０を介し真空容器４の気密性を保持し
つつ他方の金属端板９を軸方向（第２図において上下方
向）へ移動自在に挿通されているものである。また、第
２図において１１および１２は軸シールドおよびベロー
ズシールド、１３は主シールド、１４は補助シールドで
ある。

前記各電極棒５の内端部には、第３図に示すように、電
極棒５の直径より適宜大径の円板状にしてかつCuの如く
高導電率の材料からなる取付ベース１５が、その一方
（第３図において下方）の面に形成した凹部１６を介し
ろう付により固着されている。

取付ベース１５の他方の面には、一方の面の凹部１６よ
り適宜大径の凹部１７が形成されており、この凹部１７
には、取付ベース１５の直径より適宜大径の薄肉円板状
に形成されると共に、その周辺から中央付近までの複数
のスパイラル溝１８によって形成されたアークを駆気駆
動するための複数のアークペダルを有するアーク駆動部
６ａが、その一方の面の中央に突設した突出部を介しろ
う付により固着されている。このアーク駆動部６ａは、
後述する接触部６ｂと相俟つて磁気駆動形の電極６を形
成するものである。

アーク駆動部６ａの対向面となる他方の面の中央部に
は、電極棒５の直径より適宜大径の円形の凹部１９が形
成されており、この凹部１９には、リング状の接触部６
ｂがアーク駆動部６ａの対向面から突出してろう付によ
り固着されている。

前記アーク駆動部６ａは、磁性ステンレス鋼３０〜７０
重量％およびCu３０〜７０重量％の複合金属により形成
されている。磁性ステンレス鋼には、例えばフェライト
系またはマルテンサイト系ステンレス鋼等がある。フエ
ライト系ステンレス鋼としては、sus４０５，４２９，
４３０，４３０Ｆ，４３４等、マルテンサイト系ステン
レス鋼としては、sus４０３，４１０，４１６，４２
０，４３１，４４０Ｃ等が挙げられる。

なお、この複合金属は、フエライト系ステンレス鋼を用
いた場合には、３〜３０％の導電率（IACS％）、マルテ
ンサイト系ステンレス鋼を用いた場合には、４〜３０％
の導電率を有するものである。また、引張強度および硬
度は、どちらの場合も３０kgf/mm²以上および１００〜
１８０Hv(1kg)である。

また、接触部６ｂは、従来知られている例えばCu−Bi合
金（例えばCu−0.5Bi合金）又はCu−Ｗ合金（例えば２
０Cu−８０Ｗ合金）からなるものである。

なお、アーク駆動部６ａを形成する複合金属は、以下に
述べる各種の方法により製造されるものである。

(1)例えば−１００メツシユの所定量の磁性ステンレス
鋼粉末を磁性ステンレス鋼およびCuと反応しない材料
（例えばアルミナ）からなる容器に入れるとともにその
上にCuのブロツクを載置し、真空中（５×１０^-5Torr）
においてまず１０００℃で１０分間加熱して脱ガスする
とともに磁性ステンレス鋼からなる多孔質の基材を形成
し、ついでCuの融点（１０８３℃）以上の温度の１１０
０℃で１０分間加熱してCuを多孔質の基材に溶浸して行
なう。

(2)所定量の磁性ステンレス鋼粉末をアルミナ等からな
る容器に入れ、かつ非酸化性雰囲気中（例えば真空中、
水素ガス中，窒素ガス中またはアルゴンガス中等）にお
いて、磁性ステンレス鋼またはCuの融点以下の温度（例
えば粉体上にCu材をあらかじめ載置している場合にはCu
の融点以下、またCu材をあらかじめ載置していない場合
には磁性ステンレス鋼の融点以下）にて加熱保持（例え
ば６００〜１０００℃で５〜６０分間程度）して多孔質
の基材を形成し、しかる後に上記雰囲気中においてCuの
融点以上に加熱保持（例えば１１００℃で５〜２０分程
度）してこの基材にCuを溶浸し一体結合して行なう。

(3)所定量の磁性ステンレス鋼粉末をプレス成形して素
体を成形し、しかる後にこの素体を非酸化性雰囲気中に
おいてCuの融点以下（例えば１０００℃）またはCuの融
点以上でかつ磁性ステンレス鋼の融点以下（例えば１１
００℃）の温度に加熱保持（５〜６０分間程度）し金属
粉末粒子を一体結合して行なう。

ここに、金属粉末の粒径は、−１００メツシユ（１４９
μｍ以下）に限定されるものではなく、−６０メツシユ
（２５０μｍ以下）であればよい。ただ、粒径が６０メ
ツシユより大きくなると、金属粉末粒子を結合させる場
合、結合距離の増大に伴つて加熱温度を高くしたりまた
は加熱時間を長くしたりすることが必要となり、生産性
が低下することとなる。一方、粒径の上限が低下するに
したがつて、酸化し易くなるため、その取扱いが面倒で
あるとともにその使用に際して前処理を必要とする等の
問題があるので、おのずと限界があり、粒径の上限は、
種々の条件のもとに選定されるものである。

また、上述した製造方法(2),(3)のいずれにあつても非
酸化性雰囲気としては、真空雰囲気の方が加熱保持の際
に脱ガスを同時に行える利点があつて好適である。しか
し、真空雰囲気以外の非酸化性雰囲気中で製造した場合
であつても真空インタラプタの電極としては性能上差異
はない。

次に製造方法(1)により製造した１−Ａ成分組成（フエ
ライト系ステンレス鋼sus434５０重量％およびCu５０重
量％）およびII−Ａ成分組成（マルテンサイト系ステン
レス鋼sus410５０重量％およびCu５０重量％）の各複合
金属の組織状態は、それぞれ第４図(A)〜(D)および第５
図(A)〜(D)に示すＸ線写真のようになつた。

すなわち、第４図(A)および第５図(A)のＸ線写真は、二
次電子像であり、各図(B)のＸ線写真は、鉄（Fe）の分
散状態を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白色の部分
がFeである。また、各図(C)のＸ線写真は、クロム（C
r）の分散状態を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する灰
色の部分がCrである。さらに、各図(D)のＸ線写真は、C
u分散状態を示す特性Ｘ線像で、白い部分がCuである。

したがつて、sus434の粒子は、相互に結合して多孔質の
基材を形成しており、しかもこの基材の孔（空隙）にCu
が溶浸されて強固に結合した複合金属となつていること
が判る。なお、sus410の粒子についても同様である。

一方、アーク駆動部６ａを形成するＩ−Ａ，Ｉ−Ｂ，Ｉ
−Ｃ，II−Ａ，II−ＢおよびII−Ｃの各成分組成の複合
金属の諸特性の試験結果は、次のようになつた。ここ
に、Ｉ−Ｂ成分組成は、sus434７０重量％およびCu３０
重量％であり、Ｉ−Ｃ成分組成は、sus434３０重量％お
よびCu７０重量％である。また、II−Ｂ成分組成は、su
s410７０重量％およびCu３０重量％であり、II−Ｃ成分
組成は、sus410３０重量％およびCu７０重量％である。
そして、Ｉ−Ｂ，Ｉ−Ｃ，II−ＢおよびII−Ｃの各成分
組成の複合金属は、Ｉ−Ａ成分組成の複合金属と同様に
して製造されたものである。

(1)導電率（ＩＡＣＳ％）Ｉ−Ａ成分組成５〜１５％Ｉ−Ｂ成分組成３〜８％Ｉ−Ｃ成分組成１０〜３０％ II−Ａ成分組成５〜１５％ II−Ｂ成分組成４〜８％ II−Ｃ成分組成１０〜３０％ (2)引張強さ各成分組成の複合金属ともに、Cuの引張強度約２０kgf/
mm²より強い３０kgf/mm²を示した。

(3)硬度各成分組成の複合金属ともに１００〜１８０Hv（１kg）
の範囲にあり、Cuの約４Hv（１kg）に比較して十分硬い
ものであつた。

また、アーク駆動部６ａをＩ−Ａ成分組成の複合金属に
より、８枚のアークペダルを有する直径１００m/m、厚
さ平均７m/mに形成するとともに、接触部６ｂを２０Cu
−８０Ｗ合金またはCu−0.5Bi合金により、内径30m/m，
外径60m/mのリング状に形成して第３図に示す電極６を
構成し、この１対の電極６を組込んで第２図に示す真空
インタラプタとして行なつた電流しや断能力，絶縁耐力
および耐久性の検証結果は、同一条件で検証した比較品
のものの結果を併記する下表のようになつた。

なお、アーク駆動部６ａをＩ−Ｂ，Ｉ−ＣおよびII−
Ｂ，II−Ｃの各成分組成の複合金属により形成した場合
の検証結果は、それぞれＩ−ＡおよびII−Ａと同様であ
つた。

なお、電流しや断能力は、しや断条件が、定格電圧１２
kV（再起電圧２１kV，JEC−１８１），しや断速度1.2〜
1.5m/sの場合および定格電圧８４kV（再起電圧１４３k
V，JEC−１８１），しや断速度3.0m/sの場合のしや断試
験により、また、絶縁耐力は、ギヤツプを３０m/mに保
持し衝撃波を印加する衝撃波耐電圧試験で行なつた。

ところで、アーク駆動部６ａを形成する複合金属の成分
組成が、磁性ステンレス鋼３０〜７０重量％およびCu３
０〜７０重量％の組成範囲以外の場合には、満足する諸
特性を得ることができなかつた。

すなわち、磁性ステンレス鋼が３０重量％より少ない場
合には、強度が低下し、耐久性が悪化した。このために
厚みを大きくしなければならなかつた。一方７０重量％
を超える場合には、しや断性能が著しく低下した。

なお、上記成分組成範囲の複合金属の導電率は、磁性ス
テンレス鋼からなる多孔質の基材に対する銅の溶浸時に
おける加熱保持時間の長短により調整することができ
る。

発明の効果以上の如く本発明によれば、電極におけるアーク駆動部
を、磁性ステンレス鋼３０〜７０重量％およびCu30〜７
０重量％からなる複合金属により形成したので、アーク
駆動部をCuにより形成した従来のものに比し、 (1)引張強度が大幅に向上し、その厚さおよび重量を著
しく低減することができる。

(2)引張強度の向上に伴い、アークペダルの外径を変え
ることなくその長さを大きくして磁気駆動力を大幅に高
めることができる。

(3)硬度が高く、かつアークペダルの過度の溶融を防止
でき、その消耗を大幅に低減できる。

(4)アークペダルが磁性体であるので、アーク駆動が助
長される。

等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気駆動形の電極の縦断面図、第２図は
本発明の真空インタラプタの一実施例を示す縦断面図、
第３図は第２図における電極の縦断面図、第４図(A),
(B),(C),(D)および第５図(A),(B),(C),(D)はそれぞれア
ーク駆動部を形成する複合金属の異なる組成の組織状態
を示すＸ線写真である。４…真空容器、５…電極棒、６…電極、６ａ…アーク駆
動部、６ｂ…接触部、１８…スパイラル溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北寄崎薫東京都品川区大崎２丁目１番17号株式会社明電舎内 (56)参考文献特開昭53−21777（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−74318（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に一対の電極棒を相対的に接近
離反自在に導入するとともに、各電極棒の内端部に異な
る材料からなる接触部とアーク駆動部とからなる磁気駆
動形の電極をそれぞれ固着してなる真空インタラプタに
おいて、前記各電極におけるアーク駆動部のみを磁性ス
テンレス鋼３０〜７０重量％および銅３０〜７０重量％
からなる複合金属により形成したことを特徴とする真空
インタラプタ。
【請求項２】磁性ステンレス鋼がフエライト系ステンレ
ス鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の真空インタラプタ。
【請求項３】磁性ステンレス鋼がマルテンサイト系ステ
ンレス鋼であることを特徴とすると特許請求の範囲第１
項記載の真空インタラプタ。