JPH0729461A - 真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点 - Google Patents
真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点Info
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Abstract
その製造法及びそれを使用した真空バルブとそれを用い
た真空遮断器を提供する。 【構成】本発明は、アーク電極と該アーク電極を支持す
るアーク電極支持部材と、支持部材と連らなるコイル電
極と有する固定側電極及び可動側電極を備えた真空遮断
器において、アーク電極とアーク電極支持部及びコイル
電極とは非接合からなる溶融一体の構造とし、特にアー
ク電極支持部及びコイル電極は0.05〜2.5重量%の
Cr,Ag,W,V,Zrの少なくとも1つを含むCu
合金によって構成されることを特徴とする。
Description
れに用いる真空バルブ、更にそれに用いられる電気接点
及びその製造法に関する。
電極及び可動電極から成っている。上記固定及び可動電
極の構造は、アーク電極と該アーク電極を支持するアー
ク支持部材と、該アーク支持部材に連らなるコイル電極
材とコイル電極端部には電極棒の4部品から構成されて
いる。
を開閉遮断するために直接アークにさらされる、アーク
電極に要求される満足すべき特性は、遮断容量が大きい
こと、耐電圧値が高いこと、接触抵抗値が小さいこと
(電気伝導に優れていること)、耐溶着性に優れているこ
と、接点消耗量が少ないこと及び裁断電流値が小さいこ
と、等基本的な要条が挙げられる。しかし、これらの特
性を全て満足させることは困難であって一般には用途に
応じて特に重要な特性を重視し、他の特性はある程度犠
牲にした材料が使用されている。大電流,高電圧遮断用
アーク電極材料としては、特開昭63−96204 号公報には
Cr又はCr−CuスケルトンにCuを溶浸させる方法
が開示されている。また、同様の製法は特公昭50−2167
0 号公報にも開示されている。
の補強部材の役目とともに支持部材の形状を工夫するこ
とで縦磁界を発生させる効果も持っている。そして使用
される材料は導伝性の良好な純Cuが使用されている。
公報にも開示されているようにアーク電極及び支持部材
の補強部材の役目もあるが主な役目としてはコイル電極
形状を種々に工夫することでアーク電極に縦磁界を発生
させ、縦磁界によりアーク電極に発生するアークをアー
ク電極全体に拡散させるとともに強制遮断する部材であ
る。使用される材料はアーク支持部材と同様に純Cuで
ある。
部,コイル電極及び電極棒で構成される電極の製造工程
は、アーク電極材の製造と機械加工,アーク電極支持部
材,コイル電極材及び電極棒のそれぞれの機械加工と各
部品の組立とろう付作業の工程を過て電極が完了する。
末,Cu粉末,W粉,Co粉,Mo粉,W粉,V粉末,
Nb粉あるいはこれらの合金粉を所定の組成,形状,空
孔量に成形,焼結後、焼結体のスケルトンにCuあるい
は合金溶湯をしみ込ませるいわゆる溶浸法が、あるいは
溶浸前の焼結工程で密度を100%にするいわゆる粉末
冶金法により製造されたアーク電極材を、更に機械加工
して所定形状とする。
は、純Cu素材から縦磁界の発生し易いように工夫され
た所定形状にそれぞれ切り出し加工される。
機械加工された各部品を、組立後、ろう付して一連の電
極構造となる。しかし、ろう付方法は、アーク電極,ア
ーク電極支持部,コイル電極及び電極棒のそれぞれの間
に接合材とぬれ性の良好なろう材を入れ、真空中あるい
は還元性雰囲気中で昇温しろう付接合されるが、ろう付
接合を用いて構成される電極は、各部材の機械加工工程
とろう付するための部品組立時の各部品の芯合わせ等に
非常な手数と時間がかかり、合わせて、ろう付不良によ
る電極材の破壊や脱落の事故原因となる。このように従
来方法で製造された電極構造は、電極材特性の均一性,
信頼性及び安全性が劣っている。
器の設計仕様上から大電流,高電圧を開閉遮断しようと
する試みがなされている。一例として、開閉遮断速度を
速くすることで遮断性能向上がなされている。しかし、
これら遮断速度を速くすることでアーク電極間の接触力
増大と電極開閉時には電極全体に衝撃的な応力がかか
り、経時的には電極材は変形する。一般に、アーク電極
材には遮断特性あるいは溶着特性に優れた高強度のアー
ク電極材が使用されているが、アーク支持部材,コイル
電極材及び電極棒には純Cuを使用されている。純Cu
材は耐力が非常に小さいことと、さらには上述したよう
に縦磁界の発生を目的に横断面への溝切が設けられ、特
に衝撃的な応力に耐えきれず経時的には変形することに
なる。そして、電極部材の変形は、電極開閉動作の不都
合やアーク電極の溶着障害やアーク電極の破壊,脱落を
まねき、緊急時の開閉動作に支障をきたすことにもな
る。
頼性の高い電極を備えた真空遮断器とそれに用いる真空
バルブ及びそれに用いる電気接点とその製造法を提供す
るにある。
固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブと、該真
空バルブ内の前記固定側電極と可動側電極との各々に前
記真空バルブ外に接続された導体端子と、前記可動電極
に接続された絶縁ロッドを介して前記可動電極を駆動す
る開閉手段とを備えた真空遮断器において、前記固定側
電極及び可動側電極は耐火性金属と高導電性金属との合
金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導
電性金属からなる電極支持部とを有し、前記アーク電極
と電極支持部とは前記高導電性金属の溶融によって一体
に形成されていることを特徴とする真空遮断器にある。
の1種又は2種以上の混合物と、Cu,Ag又はAuか
らなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性合金
との合金からなり、前記電極支持部は前記高導電性金属
又は合金からなるのが好ましい。
びTaの1種又は2種以上の合計量50〜80重量%と
Cu,Ag又はAu20〜50重量%とを含む合金から
なり、前記電極支持部はCr,Ag,W,V,Nb,M
o,Ta,Zr,Si,Be,Ti,Co,Feの1種
又は2種以上の合計量が2.5重量%以下とCu,Ag又
はAuとの合金からなるものが好ましい。
属中に含浸した高導電性金属との複合合金よりなり、前
記アーク電極と電極支持部とは前記高導電金属の溶融に
よって一体に形成されているのが好ましい。
が10kg/mm2以上で、比抵抗が2.8μΩcm以下のものと
する。
少なくとも一方は前記電極支持部に高導電性金属からな
る縦磁界発生コイルが設けられているものである。
ろう付又は前記高導電性金属の溶融凝固によって一体に
形成することができる。
面にスリット溝が設けられた形状又はその横断面が略卍
状である形状がある。
り、該3組の真空バルブを横に並べて樹脂の絶縁筒によ
って一体に組込んだものが好ましい。
器内に固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブに
おいて、前記両電極は耐火性金属と高導電性金属との複
合部材よりなるアーク電極と、該アーク電極を支持する
高導電性金属からなる電極支持部とを有し、前記アーク
電極と電極支持部とは前記高導電性金属の溶融によって
一体に形成されていることを特徴とする真空バルブにあ
る。
生コイルの構成は前述と同様である。
合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高
導電性金属からなる電極支持部とが前記高導電性金属の
溶融によって一体に形成されていることを特徴とする電
極接点にある。
成は前述と同様である。
合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高
導電性金属からなる電極支持部とを有する電気接点の製
造法において、前記アーク電極は耐火性金属を有する多
孔質焼結体上に前記高導電性金属を載置し、該高導電性
金属を溶融して前記多孔質体中に溶浸させることにより
形成し、前記電極支持部は前記溶浸後に残留する前記高
導電性金属の厚さを前記電極支持部として必要な厚さに
設定することによって形成することを特徴とする電気接
点の製造法にある。
支持部を前記高導電性金属の溶浸させて凝固させて形成
後、所望の温度に保持させて前記高導電性金属中に過飽
和に固溶した金属又は金属間化合物を析出させる熱処理
工程を有するものである。
は可動側電極に用いることができる。
からなる縦磁界発生コイルを有し、前記高導電性金属の
前記多孔質体への溶浸後に残留する厚さと形状を前記電
極支持部及び縦磁界発生コイルの形状に合わせて溶融凝
固によって形成することができる。
電極支持部材及び電極棒からなり、必要に応じてコイル
電極から構成される。アーク電極は耐火金属と導電性金
属との複合合金からなり、前者にはCr,W,Mo,T
a等の約1800℃以上の高融点の金属が用いられ、高
導電性金属としてのCu,Ag,Auに対して固溶量と
して3%以下の小さいものが好ましい。アーク電極支持
部材,コイル電極材及び電極棒には特に純Cuが好まし
いが、強度が小さいことからこれら各部材の変形防止対
策として鉄系材料の純Fe,ステンレス鋼で補強し電極
の変形防止につとめている。
65重量%とCu,Ag又はAu20〜50重量%を含
む合金で、特に前者の多孔質焼結体又は若干の10重量
%以下の高導電金属を含む多孔質焼結体中に高導電性金
属を溶融含浸させた複合材とするのが好ましい。
とし、電極支持部はアーク電極を補強支持するもので、
その半分以上の厚さとするのが好ましく、特にそれと同
等以上の厚さとすることが好ましい。多孔質焼結体は空
隙率を50〜70%とすることが好ましい。耐火金属と
しては特に、耐電圧特性を高めるためにCrに対して1
〜10重量%のNb,V,Fe,Ti,Zrの1種又は
2種以上を含むことができる。
電極支持部とともに多孔質耐火金属中への溶浸の際に同
時に鋳造技術と同様の方法で製造することができ、アー
ク電極材,アーク電極支持部材、及びコイル電極材とは
金相学的に連続した一体構造で構成できる。この結果、
各部材の機械加工工程,ろう付時の各部材組立工程の低
減、また、非接合であることから従来のろう付部の極部
発熱,ろう付不良によるアーク電極材の破壊,脱落等の
問題がなくなる。コイル電極をろう付にて形成する場合
にはセラミックス粒子を分散した複合材を用いることが
できる。
ーク電極材,アーク電極支持部材及びコイル電極材は、
金相学的に連続した一体構造で構成されると同時に一体
構造の電極製造と同一工程内でアーク電極支持部材及び
コイル電極材が得られ、0.01〜2.5 重量%のCr,A
g,W,V,Zr,Si,Mo,Ta,Be,Nb,T
iの1種又は2種以上をAu,Ag,Cu中に含有せし
めたものを用いることができる。したがって、アーク電
極支持部材及びコイル電極材の電気導伝性をあまり低下
させずに機械的強度、特に耐力を大幅に高めることがで
きる。その結果、電極間の接触圧力の増大,電極開閉時
の衝撃力にも充分対応でき、経時的な変形も解決でき
る。
持部材及びコイル電極材とは非接合であるとともに金相
学的に連続した一体化構造にしたことと、上記核部材の
高強度化の組み合わせにより従来の電極構造に比べて悪
影響を除去したより信頼性及び安全性の高い真空遮断器
を提供できる。
末又はこれにCu,Ag,Au粉末あるいは他の任意の
金属粒子を所定組成に混合し、その混合粉を所定の空隙
含有率になるように成形後、焼結し多孔質焼結体を形成
する。その後、純Cu,Ag,Au又はこれらの合金か
らなるブロックを前記焼結体上に載置し、溶融させて多
孔質焼結体の空隙に純Cu又はCu合金等の金属を溶浸
させる。その時、溶融溶浸材中への焼結体組成元素の液
相拡散を積極的に利用し、溶融溶浸材を前述の含有量と
なるように合金化する。溶浸完了後の鋳塊を所定形状の
電極に加工する。
と保持時間によって高導電性金属への多孔質体金属の溶
解量をコントロールでき、特に電極支持部,コイル電極
に対する比抵抗と強度とを考慮して温度及び時間が設定
される。勿論高導電性金属に対して予め合金元素を加え
た合金を用いることもできるので、両者を考慮して決定
される。その結果、前述の強度が高く、比抵抗の低いも
のが得られることから高い性能のものが得られる。
状で溶浸と鋳造技術との組合わせによって求めるものを
作ることができるが、前述した最終形状として切削加工
によって得られる。
器,変流器とともに用いられ、高層ビル,ホテル,イン
テリジェントビル,地下街,石油コンビナート,各種工
場,駅,病院,会館,地下鉄,上下水道等の公共設備な
どの電源として欠かせない高圧受変電設備として用いら
れる。
鋳塊断面を示すものである。図中、1がアーク電極材、
2かアーク電極支持部材、3が溶浸用Cuの供給材と押
湯の部材である。
末をV型ミキサーにより混合後、直径80mmの金型を用
いて、成形圧力1.5ton/cm2 で直径80mm,厚さ9mm
の成形体を作製した。その成型体を水素雰囲気中、焼結
温度1200℃×30分で焼結体とした。この時の焼結
体空隙率は65%である。次に図1(b)は電極の製造
法を示す図で、図に示すように、100メッシュ〜32
5メッシュのアルミナ(Al2O3)粉4を10mm程度に
敷いた内径90mm×外径100mm×高さ100mmの黒鉛
製容器5の底面中央に上記焼結体6を置き、純Cuから
なる直径80mm,厚さ15mmのアーク電極支持部及びコ
イル電極部となる部材7を前記焼結体6と同一円心上に
載置した。次に直径28mm,長さ25mmの溶浸材及び押
湯部を形成するCuからなる部材8を前記部材7と同一
円心上に設置する。黒鉛製容器5と純Cuからなる2種
の部材7,8の側面及び溶浸材及び押湯部となる部材8
上部にはAl2O3粉末9を充填する。
で1,200 ℃×90分間保持し、アーク電極支持部及
びコイル電極部材7と溶浸用Cu供給及び押湯部材8が
溶融するとともに溶浸材が焼結体6のスケルトン中に均
一にしみこませた後、真空雰囲気中で放冷凝固させる。
図1(a)は、凝固後に黒鉛製容器から取り出した鋳塊
の断面外観である。また図1(c)には切削加工後のア
ーク電極材1とアーク電極支持部材2とを示し、両者の
界面部を顕微鏡組織写真により観察した結果、Cr焼結
体の空孔にCuが溶浸していることが明らかとなった。
及び図1(c)からもわかるようにアーク電極,アーク
電極支持部及びコイル電極部とが一体構造で構成される
電極が十分作製可能であることがわかる。アーク電極と
電極支持部とは同等の厚さである。また、アーク電極材
とアーク電極支持部材の界面は金相学的に完全に連続一
体化がなされており、ろう付等による接合が不必要であ
ることがわかる。
で、一度に3個のものを製造することができる。同様の
手法は実施例2に対しても実施することができる。3個
に限らず、所望の個数を一度に製造することができる。
を示したものである。溶浸条件は実施例1とほぼ同様で
ある。
の長さを150mmにし、アーク電極支持部材及びコイル
電極部材11の長さを45mmとした。また溶浸保持時間
は120分とし、その他は実施例1と同様である。この
ようにして得た鋳塊から(a)及び(b)型の電極を作
製した。つまり(a)型は、アーク電極材12,アーク
電極支持部材13及びコイル電極材14を一体構造と
し、電極棒15をろう付により接合16したものであ
る。また、(b)型は、(a)型に対し中心に純Feか
らなる補強材17を設けたものである。補強材17は電
極支持部13と電極棒15に各々ろう付される。
部材及びコイル電極部材19の形状を凹形にするととも
に、溶浸用Cu供給及び押湯部材18を排除した状態で
溶浸した。No.3 の鋳塊からは(a)型の電極形状を
製作した。
及び押湯部材20の長さを100mmとし、黒鉛製容器5
の長さを200mmとした。No.4 の鋳塊からは(c)
型の電極を作製した。(c)型の電極はろう付接合を使
用せずとも電極棒22を含めた一体構造の電極構成が可
能である。No.3 の鋳塊からは(c)型以外にも
(a)型及び(b)型の電極構造を切削加工によって作
製できる。
部材及びコイル電極部材23及び溶浸用Cu供給及び押
湯部材24の中心に焼結体26に向ってラッパ型の鉄芯
を入れたものである。この鉄芯に関してはCuの融点よ
り高いものであり、形状にはこだわらない。No.5 の
鋳塊からは(d)型と(e)型の電極を作製した。
27を鋳ぐるんだ形状である。(e)型電極は(b)型
電極の補強棒17の替りに鉄芯を鋳ぐるんだ形状の電極
である。
と溶浸前の状態の寸法変化を測定した結果、アーク電極
支持部材及びコイル電極部材の寸法は溶浸前の状態と溶
浸後の鋳塊寸法の差異はほとんどなかった。一方、押湯
部材の寸法測定結果、溶浸前の状態で25mmに対し、溶
浸後の鋳塊寸法は10mmに減少した。このように本発明
を達成させる第1条件として、アーク電極支持部材及び
コイル電極部材と溶浸用Cu又はCu合金供給及び押湯
部材とを2重構造にすることである。
には、鋳塊の冷却速度のコントロールが重要である。鋳
塊側面からの冷却速度より鋳塊上部の冷却速度を大きく
する必要がある。本発明を達成する第2条件として、鋳
塊上部の冷却速度を大きくする保温剤としてアルミナ
(Al2O3)等の比熱が大きく、Cu溶湯と反応しない
セラミックス粒子が適当である。この時のセラミックス
粒径が大き過ぎたり、小さ過ぎたりすると溶湯はセラミ
ックス粒子間を通して流れ出てしまい鋳型の役目をなさ
ない。最適粒径は20メッシュから325メッシュであ
る。また、保温のためのセラミックス粒子の必要量は、
目的の鋳塊直径寸法の2/3以上の厚さが必要である。
いて溶浸温度を種々に変えた場合の鋳塊中のCr量を分
析した結果と、送結体6及びアーク電極支持部材及びコ
イル電極部材11のそれぞれの組成を変化させた場合の
鋳塊中のそれぞれの組成元素を分析した結果を示したも
のである。なお、溶湯用Cu供給及び押湯部材8は同じ
組成である。
−5Cu材に純Cuを溶浸する時の溶浸温度を変え、1
20分保持した場合の鋳塊中のCr量である。溶浸温度
1250℃の場合の鋳塊組成は1.65% Crを含有するC
u合金になることがわかる。No.9,10,14,1
5,16,18 は、焼結体6の組成をCr−5Cu一
定とし、溶浸材の組成をそれぞれCu−Ag,Cu−Z
r,Cu−Si,Cu−Be合金を用いた場合の鋳塊中
の元素分析結果である。各鋳塊ともCrを約0.6% 程
度を含む3元Cu合金になることがわかる。
7,8の組成を純Cu一定とし焼結体6の組成をそれぞ
れCr−5CuにV,Nb,V,Nb,Wを添加した場
合の鋳塊中の元素分析結果である。各鋳塊ともV,N
b,Wの含有量は0.02% 以下であり、鋳塊組成は
1.0% 程度のCrを含むCu合金であることがわか
る。
r−41重量%Cu)と純Cu材を従来方法であるろう
付接合(条件:温度800℃,真空中、Ni系ろう材)
した場合(厚さ約3μm)の接合部の電気抵抗及び強度
の測定結果(比較例1)、及び800℃で焼鈍した純銅
の電気抵抗値(比較例2)とNo.6〜18 で得た鋳塊
の電気抵抗及び強度測定結果を示したものである。電気
抵抗測定は4点式抵抗測定法で、強度測定はアームスラ
引張試験機を用いて実施した。
面の強度は22〜12kg/mm2 とばらつきが大きく、強
度12kg/mm2 の試験片にはろう付不良部が確認され
た。また、界面部を含む電気抵抗値は4.82μΩ・cm
と純銅材(比較例2)に比べ約3〜4倍の高い抵抗値で
ある。それに対しNo.6の界面強度は24〜25kg/m
m2 と安定した強度を示し、試験片の欠陥は観察されな
かった。また、本発明の実施例では界面を含む電気抵抗
値は測定できないものである。比較例1のアーク電極の
相手材が純Cuに対し、No.6 の相手材にはCrが約
0.62% 含むCu合金であるにもかかわらず、界面が
ないので、比抵抗は1.95μΩcm と比較例1より低い
値である。これは従来技術のろう付接合部界面の抵抗値
が非常に大きいことがわかる。
2〜23kg/mm2 に対し0.2% 耐力は4〜5kg/mm2
と非常に軟弱であり、アーク電極支持部材あるいはコイ
ル電極材に使用した場合には衝撃的な荷重に耐えきれず
経時的に変形してしまうことがわかる。これに対し、C
rあるいはAg,V,Nb,Zr,Si,W,Beをそ
れぞれ含有したCu合金であるNo.7〜18 の電気抵
抗値は、焼鈍純Cuに比較すれば約1.5〜2.0倍の抵
抗値を示したが、従来技術のろう付接合界面抵抗値と比
較すると約半分以下であり充分に実機真空遮断器用電極
材に使用可能である。またNo.7〜18 の強度は、い
ずれも最大強度22〜25kg/mm2 と純Cuとあまり変
っていないが0.2% 耐力値において10〜14kg/mm
2 と2倍に強度向上がはかられている。
g,V,Nb,Zr,Si,W及び、Beをそれぞれ含
有するCu合金製アーク電極支持部材,コイル電極材及
び電極棒は、電極開閉時の衝撃的荷重の繰り返しによる
変形が生じないため変形にともなう溶着障害を防止して
信頼性及び安全性の向上が図られる。
溶浸材中へのCrの固溶量との関係を示す線図である。
図に示すように溶浸温度を高めることによって溶浸材中
へのCr量を高めることができる。また、所望のCr量
を得るには溶浸温度によって定めることができる。
2% 耐力との関係を示す線図である。図に示すように
Crのみの含有とCrと他の元素とを含む合金のいずれ
も含有量の増大によって強化されることが明らかであ
る。また、Cr単独に対して、他の元素と一緒に含有し
た合金の方が同じ全含有量でも高強度を有する。各元素
の含有量としてAg0.1%,Zr0.1%,Si0.1
%,Be0.05%,Nb,V,Wは各々0.01% 以
上とすることにより10kg/mm2 以上の耐力が得られ
る。
す線図である。図4に示すようにCu中への全固溶量の
増大によって強度の向上とともに比抵抗も増すので、比
抵抗の増加が少なくして強度の向上を図るにはCr単独
よりも他の元素を加えることによって得られることが分
る。特に、Si以外は比抵抗が小さくて高強度が得られ
る。特に、0.2%耐力を10kg/mm2以上、比抵抗1.
9〜2.8μΩcmが好ましい。
b,V及びW量と比抵抗との関係を示す線図である。比
抵抗は合金元素を加えることによって増加するが、電極
支持部及びコイル電極の比抵抗は出来るだけ小さくする
ことによって通電中の電極温度を低く押えることができ
ること及び遮断時のアーク発生に伴うアーク熱を電極棒
を通して冷却する必要があり、その熱伝導を高くする必
要があることから熱伝導率を高く維持することができ
る。本実施例においては所望の比抵抗を図によっておお
よその値のものを求めることができる。Crをアーク電
極として用いる場合にはCrの溶浸量を考慮し、各元素
の含有量をSi0.5%,Be0.5%,Zr1.5%,A
g2.5% ,Nb,V,Wは各々0.1% を上限として
含有させることが好ましい。比抵抗として3.0μΩcm
以下とするのが好ましい。
面図である。
開口部に上・下一体をなす端板38a,38bを設けて真
空室を形成する真空容器を構成し、上記上端板38aの
中程に固定電極30aの一部を形成する固定導電棒34
aを垂設し、この固定導電棒34aに縦磁界発生コイル
33a及びアーク電極31aを設け、上記固定電極30
aの直下に位置する上記下端板38bの中程に可動電極
30bの一部を形成する可動導電棒34bを昇降自在に
設け、この可動導電棒34bに上記縦磁界発生コイル3
3a及びアーク電極31bと同形等大の縦磁界発生コイ
ル33b及びアーク電極31bを付設し、上記固定電極
30aのアーク電極31aに対して上記可動電極30b
のアーク電極31bを接離するようにし、上記可動導電
棒34bの周りに位置する上記下端板38bの内がわに金
属製ベローズ37を伸縮するようにして被冠して設け、
さらに、上記両アーク電極の周りに円筒状をなす金属板
のシールド部材36を絶縁筒体35によって設置し、こ
のシールド部材36は上記絶縁筒体1の絶縁性を損なわ
ないようにして構成したものである。
前述の溶浸によって得られた電極支持部材32a,32
bに一体固着され、各縦磁界発生コイル33a,33b
に純鉄からなる補強部材39a,39bによって補強さ
れてろう付される。補強部材39a,39bとして他に
オーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。絶縁筒体
35にはガラス,セラミックス焼結体が用いられる。絶
縁筒体35は金属製端板38a,38bにコバール等の
ガラス,セラミックスの熱膨脹係数に近い合金板を介し
てろう付され、10-6mmHg以下の高真空に保たれる。
の通路となる。排気管(図示なし)は上端板38aに設
けられ、排気のとき真空ポンプに接続される。ゲッタは
真空容器内部に微量のガスが発生した場合に吸収して真
空を保つ働きとして設けられる。シールド部板36はア
ークによって発生した主電極表面の金属蒸気を付着さ
せ、冷却させる働きを有し、また付着した金属はゲッタ
作用を有する真空度保持の働きを有する。
定電極及び可動電極のいずれもほぼ同じ構造を有する。
アーク電極部31は実施例1に示すCuからなる電極支
持部をCuの溶浸によって一体化したものである。この
一体のものを図のように切削加工によって得た。電極支
持部32には更に非磁性のオーステナイト系ステンレス
鋼からなる補強の平板40をろう付するとともに、コイ
ル電極33にも同様の平板をろう付した。コイル電極3
3は純銅からなるもので、前述のろう材より低融点のろ
う材を用いて導電棒34及び電極に各々ろう付した。
溶浸によって形成したもので、その支持部32へのCr
量は溶浸温度によって異なることは前述の通りであり、
要求される強度と電気抵抗とを考慮して決められる。
尚、電気抵抗は熱処理によって化合物を析出させること
によって強度を下げずに低めることができる。特に、本
実施例においては純銅を溶浸後、900℃まで放冷し、
その温度から700〜800℃付近までを3時間及びそ
の温度から更に600〜700℃付近までを2時間かけ
てゆっくり冷却することによってCrの析出物を形成さ
せた。
電極33との結合状態を示す斜視図である。可動電導棒
34bが軸方向に移動させると可動電極30bは固定電
極30aと電気的に接離すると同時に両電極間にアーク
電流49が生じ、金属蒸気を発生する。
間シールド36に附着すると共に、円筒状コイル電極3
3の軸方向磁界により分散して、消弧する。円筒状コイ
ル電極33は固定および可動電極30a,30bに取付
けられているが、少なくとも一方側に設ければよい。
イル電極33は、一端に開口を有する円筒部42から構
成されている。円筒部42は一端に底面13を他端に開
口を有している。補強部材39は、高抵抗部材たとえば
Fe,ステンレス等から成り、底面43と主電極41と
の間に配置されている。主電極側の円筒部12の開口端
面45は、2個の突出部46,47を形成し、主電極4
1は突出部46,47に電気的に接続している。突出部
は主電極に形成してもよい。一方の突出部46と他方の
突出部47との間の半円弧状の円筒部42は、円弧状ス
リット50,51を切込んで、2本の円弧状電流通路5
2,53を形成している。電流通路52,53の一方端
たとえば入力端54は突出部46,47に、他方端たと
えば出力端55は底面43を介して導電棒34に接続し
ている。入力端54と出力端55とがラップする円筒部
12の入力端54と出力端55との間には、傾斜状スリ
ット56を形成している。傾斜状スリット56の一端
は、円弧状スリット片端50と連通し、他端は円弧状ス
リット片端57と対応する開口端面45との間に切込ん
で形成している。したがって、入力端54と出力端55
とは、傾斜状スリット56により電気的に区分されてい
る。出力端55は底面43のロッド附近まで延ばしたス
リット58を形成して、軸方向磁界Hによる渦電流を防
止する。
ら引離してしゃ断すると、アーク電流49が両電極間に
点弧する。アーク電流49は、矢印方向で示す如く、突
出部46,47から入力端54および電流通路52,5
3を流れて、出力端55から底面43を通って導電棒3
4に流れる。
ラップする入力端54と出力端55とに流れる電流は、
1ターンを形成したことになり、1ターンの電流により
発生した軸方向磁界Hは、主電極全面に渡って均一に印
加され、アーク電流49は主電極全面に均一に分散し、
しゃ断性能を向上させることができると共に、主電極全
面を有効に利用できるので、この分真空しゃ断器を小形
化できる。
示す真空遮断器の構成図である。
ルブを支持する3相一括型の3組の耐トラッキング性エ
ポキシ筒60を配置した小形,軽量な構造である。
持板で水平に支持された水平引き出し形である。真空バ
ルブは、絶縁操作ロッド61を介して、操作機構によっ
て開閉される。
電磁操作式の機械的引きはずし自由機構である。開閉ス
トロークが少なく、可動部の質量が小さいために衝撃は
僅少である。本体前面には、手動連結式の二次端子のほ
か、開閉表示器,動作回数計,手動引きはずしボタン,
手動投入装置,引出装置およびインターロックレバーな
どが配置されている。
30,集電子63,下部端子64を流れる。主電極間の
接触力は、絶縁操作ロッド61に装着された接触バネ6
5によって保たれている。
電流による電磁力は、支えレバー66およびプロップ6
7で保持されている。投入コイルを励磁すると開路状態
からプランジャ68がノッキングロッド69を介してロ
ーラ70を押し上げ、主レバー71を回して接触子を閉
じたあと、支えレバー66で保持している。
動両主電極が開離した瞬間からアークが発生する。
拡散作用によって短時間に消弧される。
きはずしレバー73がプロップ67の係合をはずし、主
レバー71は早切バネの力で回って主電極が開かれる。
この動作は、閉路動作の有無には全く関係なく行われる
機械的引きはずし自由方式である。
クが復帰し、同時にプロップ67が係合する。この状態
で投入コイル75を励磁すると(a)の閉路状態にな
る。76は排気筒である。
空の持っている高い絶縁耐力と、アークの高速拡散作用
により優れた遮断性能を有しているが、反面無負荷のモ
ートル,変圧器を開閉する場合電流が零点に達する以前
に遮断してしまい、いわゆるさい断電流を生じ、この電
流とサージインピーダンスの積に比例する開閉サージ電
圧を発生する場合がある。このため3kV変圧器や3k
V,6kV回転機などを真空遮断器で直接開閉するとき
は、サージアブソーバを回路に接続してサージ電圧を抑
制し、機器を保護する必要がある。サージアブソーバと
しては、コンデンサを標準としますが、負荷の衝撃波耐
電圧値によって、ZnO非直線抵抗体を使用することも
できる。
ゃ断速度0.93m/秒 で、7.2kV,31.5kAの
しゃ断が可能となる。
遮断する主回路構成を示す図である。80は直流電源、
81は直流負荷、82は真空バルブ、83はショートリ
ング、84は電磁反発コイル、85は転流コンデンサ、
86は転流リアクトル、87はトリガギャップ、88は
静止形過電流引外し装置、89はZnO非直線抵抗体で
ある。
る。
で、騒音を発生せず、防災効果が大きい。
値を上まわる突進率の事故電流の遮断が可能で、限流値
を小さく抑えることができる。
デンサ放電電流の遮断が可能で、アーク時間が極めて短
く(約0.5ms)接点消耗が少なくできる。
電流目盛を精度良く設定でき、経年変化がない。
り、操作電流が大幅に低減するとともに保持電流が不要
となる。
ペースの縮小が可能となる。
面図で、(b)は(a)のA−A部の正面図である。
をCu−Cu多孔質焼結体からなる表面のアーク電極に
純銅と溶浸して電極支持部を形成したものである。この
主電極92に対して縦磁界発生コイル電極91をろう付
したものであり、純鉄又はステンレス鋼から補強部材9
6のろう付によって補強される。90は導電棒である。
主電極92はコイル電極91の凸状部95でろう付され
る。
面図及び(b)は(a)のB−B断面図である。
っており、各々右巻と左巻のスパイラル形電極である。
100は相互に接離可能な部材でアーク電極部の接触部
と呼ばれる。101はアークラインナーである。スパイ
ラル溝102は接触部100に終端を有し、アークラン
ナー101をそれぞれ区分している。各アークランナー
はその先端部103にて電極外周部と接している。な
お、アークランナーの枚数は任意である。電極はたとえ
ばCu−Cr(銅−クロム)合金をアーク電極104と
電極支持部105を銅の溶浸によって形成した一体形に
作られている。溝102は機械加工によって形成するこ
とができる。
の真空遮断器の電極にはスパイラル溝102の無い単純
な、いわゆる平板形構造が用いられる。平板形構造にお
いて、接触部,アークランナーに相当するテーパー部、
および電極外周部を有し、これらは一体形に作られてい
る。
空容器外部の電極端子に接続される。
絡電流12.5〜50kA を遮断する場合の動作を説明
する。まず、一対の電極が開極を始めると、主電極の接
触部100から発弧する。この開極点からの経過時間と
共に電極間アークは接触部100からアークランナー1
01を経てアークランナー先端部103へと移動してい
く。この際、スパイラル形電極構造の特性から、電極空
間に半径方向の磁界が形成され、この磁界の向きはアー
クの向きと直角であるから、この磁界は横磁界と呼ばれ
る。横磁界による駆動効果によって電極上のアークの移
動が促進され、電極の不均一な消耗が防止される。
電極を支持する支持部材と該支持部材に連らなるコイル
電極とを有する固定側電極及び可動側電極を備えた真空
遮断器において、前記アーク電極と上記アーク電極支持
部材、好ましくは、コイル電極材とは非接合からなる溶
融一体の構造を有し、前記支持部材及びコイル電極は
0.01〜2.5重量%のCr,Ag,V.Nb,Zr,
Si,W及びBe等を含有したCu合金から構成される
ので、ろう付接合にともなう各部材の機械加工工程及び
組立工程の低減とろう付接合不良による電極材の破壊や
脱落を防止するとともに、アーク電極支持部材及びコイ
ル電極材の強度向上により電極変形にともなう溶着障害
を防止できることからより信頼性及び安全性の高い真空
遮断器とそれに用いる真空バルブ及び電気接点を提供で
きる。
断面図。
面図。
す線図。
図と正面図。
である。
ク電極、2,13,32a,32b,48,94,10
5…アーク電極支持部、4,9…アルミナ粉、5…黒鉛
容器、6…多孔質焼結体、7…溶浸材、8…押湯、1
4,33a,33b,42,91…コイル電極、15,
22,34a,34b,90,106…電極棒、17,
27,44,96…補強部材、35…真空容器、36…
シール部材、37…ベローズ、56…スリット溝、60
…エポキシレジン筒、61…絶縁操作ロッド、62…上
部端子、63…集電子、64…下部端子、65…接触バ
ネ、66…支えレバー、68…プランジャ、71…主レ
バー、72…引きはずしコイル、75…投入コイル、7
6…排気筒、80…直流電源、81…直流負荷、82…
真空バルブ、83…ショートリング、84…電磁反発コ
イル、85…転流コンデンサ、86…転流リアクトル、
87…トリガギャップ、88…静止型過電流引外し装
置、89…ZnO非直線抵抗体。
Claims (22)
- 【請求項1】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備えた真空遮
断器において、前記固定側電極及び可動側電極は耐火性
金属と高導電性金属との合金からなるアーク電極と、該
アーク電極を支持する高導電性金属からなる電極支持部
とを有し、前記アーク電極と電極支持部とは前記高導電
性金属の溶融によって一体に形成されていることを特徴
とする真空遮断器。 - 【請求項2】前記アーク電極はCr,W,Mo及びTa
の1種又は2種以上の混合物と、Cu,Ag又はAuか
らなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性合金
との合金からなり、前記電極支持部は前記高導電性金属
又は合金からなる請求項1に記載の真空遮断器。 - 【請求項3】前記アーク電極はCr,W,Mo及びTa
の1種又は2種以上の合計量50〜80重量%とCu2
0〜50重量%とを含む複合合金からなり、前記電極支
持部はCr,Ag,W,V,Nb,Mo,Ta,Zr,
Si,Be,Co,Feの1種又は2種以上の合計量が
2.5 重量%以下とCu,Ag又はAuとの合金からな
る請求項2に記載の真空遮断器。 - 【請求項4】前記アーク電極は多孔質耐火金属中に含浸
した高導電性金属との複合合金よりなり、前記アーク電
極と電極支持部とは前記高導電金属の溶融によって一体
に形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の真空
遮断器。 - 【請求項5】前記固定側電極と可動側電極の少なくとも
一方は前記電極支持部に高導電性金属からなる縦磁界発
生コイルが設けられている請求項1〜4のいずれかに記
載の真空遮断器。 - 【請求項6】前記縦磁界発生コイルは前記電極支持部に
ろう付又は前記高導電性金属の溶融凝固によって一体に
形成されている請求項5に記載の真空遮断器。 - 【請求項7】前記縦磁界発生コイルは円筒状でその円周
面にスリット溝が設けられた形状又はその横断面が略卍
状である請求項5又は6に記載の真空遮断器。 - 【請求項8】前記真空バルブは3組あり、該3組の真空
バルブを横に並べて樹脂の絶縁筒によって一体に組込ま
れている請求項1〜7のいずれかに記載の真空遮断器。 - 【請求項9】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該空気バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備えた真空遮
断器において、前記固定側電極及び可動側電極は耐火性
金属と高導電性金属との合金からなるアーク電極と、該
アーク電極を支持する高導電性金属からなる電極支持部
とを有し、前記アーク電極と電極支持部とは前記高導電
性金属によって一体に形成され、前記電極支持部の0.
2% 耐力が10kg/mm2以上で比抵抗が2.8μΩcm以
下であることを特徴とする真空遮断器。 - 【請求項10】高真空に保たれた絶縁容器内に固定側電
極と可動側電極とを備えた真空バルブにおいて、前記両
電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部材よりなる
アーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属か
らなる電極支持部とを有し、前記アーク電極と電極支持
部とは前記高導電性金属の溶融によって一体に形成され
ていることを特徴とする真空バルブ。 - 【請求項11】前記固定側電極と可動側電極の少なくと
も一方の電極は前記電極支持部に高導電性金属からなる
縦磁界発生コイルが設けられている請求項10に記載の
真空バルブ。 - 【請求項12】前記縦磁界発生コイルは円筒状であり、
その円周面にスリット溝が設けられた形状又は横断面が
略卍状である請求項10又は11に記載の真空バルブ。 - 【請求項13】前記固定側電極及び可動側電極はそれら
の外周部がスリット溝によって分離された羽根型を有す
る請求項10に記載の真空バルブ。 - 【請求項14】高真空に保たれた絶縁容器内に固定側電
極と可動側電極とを備えた真空バルブにおいて、前記両
電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部材よりなる
アーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属か
らなる電極支持部とを有し、前記アーク電極と電極支持
部とは前記高導電性金属によって一体に形成され、前記
電極支持部の0.2%耐力が10kg/mm2以上で比抵抗が
2.8μΩcm 以下であることを特徴とする真空バルブ。 - 【請求項15】耐火性金属と高導電性金属との合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金
属からなる電極支持部とが前記高導電性金属の溶融によ
って一体に形成されていることを特徴とする電気接点。 - 【請求項16】前記アーク電極はCr,W,Mo及びT
aの1種又は2種以上の混合物と、Cu,Ag又はAu
からなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性合
金からなり、前記電極支持部は前記高導電性金属又は合
金からなる請求項15に記載の電気接点。 - 【請求項17】前記アーク電極はCr,W,Mo及びT
aの1種又は2種以上の合計量50〜80重量%とC
u,Ag又はAu20〜50重量%とを含む複合合金か
らなり、前記電極支持部はCr,Ag,W,V,Nb,
Mo,Ta,Zr,Si,Be,Ti,Co及びFeの
1種又は2種以上の合計量が2.5 重量%以下及び残部
Cu,Ag又はAuである高導電性合金からなる請求項
16に記載の電気接点。 - 【請求項18】耐火性金属と高導電性金属との合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金
属からなる電極支持部とが前記高導電性金属によって一
体に形成され、前記電極支持部の0.2%耐力が10kg
/mm2以上で比抵抗が2.8μΩcm以下であることを特徴と
する電気接点。 - 【請求項19】耐火性金属と高導電性金属との合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金
属からなる電極支持部とを有する電気接点の製造法にお
いて、前記アーク電極は耐火性金属を有する多孔質焼結
体上に前記高導電性金属を載置し、該高導電性金属を溶
融して前記多孔質体中に溶浸させることにより形成し、
前記電極支持部は前記溶浸後に残留する前記高導電性金
属の厚さを前記電極支持部として必要な厚さに設定する
ことによって形成することを特徴とする電気接点の製造
法。 - 【請求項20】前記アーク電極及び電極支持部を前記高
導電性金属の溶浸させて凝固させて形成後、所望の温度
に保持させて前記高導電性金属中に過飽和に固溶した金
属又は金属間化合物を析出させる熱処理工程を有する請
求項19に記載の電気接点の製造法。 - 【請求項21】前記電気接点は真空バルブの固定側電極
又は可動側電極である請求項19又は20に記載の電気
接点の製造法。 - 【請求項22】前記電極支持部に高導電性金属からなる
縦磁界発生コイルを有する電気接点の製造法において、
前記高導電性金属の前記多孔質体への溶浸後に残留する
厚さと形状を前記電極支持部及び縦磁界発生コイルの形
状に合わせて溶融凝固によって形成する請求項19〜2
1のいずれかに記載の電気接点の製造法。
Priority Applications (8)
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JP5173943A JP2874522B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと真空バルブ用電極並びにその製造法 |
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