JPS59163726A - 真空しや断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は真空しゃ断器に係り、特に高耐圧電圧及び耐溶
着性を備えた真空しゃ断器用電極材料及びその製造方法
に関する。

〔従来技術〕

従来から真空しゃ断器用電極として具備すべき電気的あ
るいは物理的な特性としては、（１）耐電圧特性が高い
こと、（２）耐溶着特性がすぐれていること、（３）大
電流しゃ断能力が大きいこと、（４）さい断・電流の発
生が少ないこと、（５）ガス放出量の少ないこと、等が
挙げられてきた。特に（１）〜（３）の特性は真空しゃ
断器を大容量化する上で非常に重要な因子である。

従来からＣｕをベースとした各種合金が上記電極として
多く用いられてきている。（１）の耐電圧特性を向上さ
せるためにはＣｕ中にＦｅ、Ｃｏなどを含有したものが
代表的である。又、耐溶着特性を向上させるためにはＢ
ｉ、ＰｂなどＣｕにあまり固溶しない低融点・高蒸気圧
元素を微量添加したものが実用化されており、Ｃｕ−Ｃ
ｏ−Ｂ１・Ｐｂ系が良く知られている。一方、近年にな
り各種受変電設備の大容量化が進むにつれ、特に高電圧
のもとて大電流をしゃ断しなければならない要望が高ま
ってきた。ところが上記したＣｕをベースとした合金電
極では、１０ｋｖ以上の高電圧下をベースとしたもので
は上記した耐電圧特性に限界があり、耐溶着特性にも問
題があるからである。

最近、上記大容量用真空しゃ断器の電極材料として、Ｃ
ｕをベースとしたものの他に、耐火性の金属、例えばＣ
ｒ　、Ｃａｒ　Ｗｒ　Ｗｃなどの粉末仮焼結体中にＣＬ
Ｉ、Ａｇｅるいはそれらの合金を溶浸した複合金属によ
る電極が使われるようになってきた。この複合金属によ
る電極を開示した特許は非常に多くあり、例えば時分し
５７−２１２２号では１６００ｒ以上の融点を有する焼
結金属体中にＣｕ、Ａｇ等を溶浸した複合金属が挙げら
れている。この複合金属は、例えば、Ｃｒ焼結体の如き
硬く、かつ脆い性質を有するスケルトン中にＣｕ　ｔＣ
ｕ合金を浸透させたものでおることから、短絡電、流を
しゃ断した後でも接触部は簡単に剥離し、耐溶着特性が
すぐれている。この点で大電流しや断向きの材料である
と言える。しかしながら、この材料は高電圧下において
、大電流しゃ断すると。

所定のしゃ断性能が得られにくいという欠点もある。一
般的にＷｙＴａｔＭｏのような高融点金属は熱電子放射
率が高く、そのため電極間の耐電圧特性が悪い。またＣ
　ｒ　＊　Ｚ　ｒ　、Ｔ　ｉの如き活性な元素は、真空
中において高温下にさらされると蒸発しやすく、このた
め電極間の耐電圧特性はあまり良くない。

以上のような従来材料に対し、本発明者らは、上記材料
の欠点を補なうべく新しい材料として、すでにＦｅ族元
素の焼結体中にＡｇもしくはＡｇ合金を溶浸した複合金
属による電極は特開昭５７−９０１９号公報で知られて
いる。この特許は、例えばＣＯの如き高耐電圧特性を有
するＢ’ｅ族元素をスケルトンとし、その間隙に低サー
ジ性の優れたＡｇ、Ａｇ−Ｔｅ、Ａｇ−５ｅ系合金を真
空溶浸した複合金属による電極であり、これは非常にさ
い断電流が低く、かつ高いしゃ断性能を有するものであ
る。すなわち、低サージ用真空しゃ断器電極を提供する
ものであった。

〔従来技術の問題点〕

この電極は耐電圧特性の低いＡ−ｇ　、又はＡｇ合金を
含むことから、さらに高い電圧階級を有する真窮しゃ断
器に適用することには無理があることが判った。以上の
ような従来技術に対し、今後、耐電圧特性及び大電流し
ゃ断能力とも同時に高く、耐溶着特性に優れ、望ましく
は低サージ性を備えた大容量用の新しい電極を開発する
必要があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は耐電圧及び耐溶着特性が優れ、大電流し
ゃ断能力が大きい電極を有する大容量真空しゃ断器を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは前記した特開昭５７−２ｉ２２号で得られ
た知見に基づいて、溶浸法による各種電極を検討した。

すなわち、従来技術としてとりあげたＦｅ族元素の中で
導電性が良く、耐電圧特性が優れ、しかも大電流しゃ断
能力の大きいＣＯ粉末をスケルトンとして、このスケル
トン間隙に各種導電性金属を溶浸する実験を試みた。上
記導電性金属としてはＣｕ及び各種Ｃｕ合金をとりおげ
た。

ここで単純にＣＯススケルトン中純Ｃｕを溶浸すること
は、融点差が少ない、あるいは部分的に溶解するなどの
理由から非常に難かしいことが判った。すなわち、ＣＯ
の粉末の間隙にＣｕの溶湯が浸入すると同時に互いに溶
解、浸食が進み、このためスケルトン原形が失なわれて
しまう。そこで本発明者らは、上記スケルトンに溶浸す
る溶浸部材を各種検討してみた。従来技術として述べた
Ａｇ６るいはＡｇ合金は低サージ性は優れるが高耐圧用
としては不適当であるため、主として各種Ｃｕ合金によ
る溶浸部材をとりあげてみた。上記合金の配合元素とし
てはＣｕの融点をある程度下げることができ、それ自身
が真空しゃ断器用ノくルプ内において内圧を異常に劣化
をさせることのないようなものを選んだ。これらの元素
としては、Ａｔ＊　Ａｇ＋　Ｌａｐ　Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ
、Ｓｎなどをとりあげてみた。上記元素を配合した各種
Ｃｕ合金をあらかじめ作製しておき、更にこれを真空中
で再溶解し、この中にＣｏスケルトンを沈め、いわゆる
単純な溶′浸法を試みた。一連の実験の結果、溶浸しや
すく、又、前記した耐電圧特性、及び大電流しゃ断性能
が大きい材料としては、ＣｏスケルトンにＣｕ−Ａｇ合
金を溶浸した材料であることが判明した。又、この材料
は２５ＩＡＣ８％以上の導電性を有し、定格通電流も大
きくとれることが判った。このＣｏ　−（Ｃｕ−Ａｇ）
系溶浸合金のＣｏスケルトンの気孔率は１０〜６０体積
％まで製作が可能であり、Ｃｕ−Ａｇ溶浸部材のＡｇ配
合量はＣＬＩに対し１０〜５０重量％の範囲のものが溶
浸しやすく、又各種電気的特性を満足することが判った
。Ａｇが１０％以下では前記したように溶浸部材の融点
があまり下がらず溶浸しにくく、又、Ａｇの量が５０％
を越えると耐電圧特性があまり良くなくなる。

更に本発明者らは上記したＣｏ　−（Ｃｕ−Ａｇ）系の
溶浸合金を作るさい、微量のＢｉ、ｐｂ、ＴＴ　ｅ　ｒ
　Ｓ　ｅのいずれか一種を添加すると優れた耐溶着特性
が得られることが判った。このＢｉ。

Ｐｂ等は、あらかじめＣｕ−Ａｇ　　合金を溶解製作す
るさいに添加しておけばよい。したがって、本発明材は
Ｃｏ　−（Ｃｕ−Ａｇ−Ｂ　ｉ　ｌ　Ｐｂ１Ｔｅｌ　Ｓ
ｅ）系の溶浸合金ということができる。

Ｂｉ、ｐｂ等の添加量はＣｕ−Ａｇ溶浸部材に対し、固
溶限以上、最大３重量％以下で優れた耐溶着特性を示す
。これよりも多く含有すると、耐電圧特性が下がり、従
来材と同程度になってしまう。

もつと望ましくはＢｉｔＰｂ量は０．１％以上、１％以
下という微量である方がよい。このような材料は耐電圧
特性が優れる他に高い大電流しゃ断性能及び高耐溶着特
性を備えている。又、一般のＣｕ１あるいは３％以下の
Ｂｉ、Ｐｂを含有した従来電極では、小電流しゃ断時の
さい断電流はおおよそ８〜１６Ａという大きな値である
が、本発明材は３〜＆Ａという低いさい断電流特性を示
すことが判り、低サージ特性も備えていることが判った
。

〔発明の実施例〕

（実施例１） 溶浸合金のマトリックスとなるＣｏスケルトンの製作方
法どしては、機械的に搗砕された−２５０−Ｉ−３２５
ｍｅｓｈ　　のＣｏ粉末を水素雰囲気中で約５００〜７
００Ｃの温度で焼鈍し、その後、油圧プレスを用いて所
定の気孔率を有するように仮成形した。なお、５０〜６
０％の高い気孔率を得るためには、上記Ｃｏ粉末を単純
にカーボンるつぼ中に充てんし、プレスすることなく振
動を与えるだけで良い。これらを更に、９００〜１００
０ｒの高い温度で水素雰囲気中で仮焼結した。この状態
でＣｏスケルトンが出来上がるが、更に１ｏｏｏ〜１１
０（Ｉ：の高温で真空脱ガスを施し、吸蔵ガスを徹底的
に除去した。次にＣｕ−Ａｇ−Ｂ１溶浸部材の溶解方法
としては、無酸素Ｃｕ（ＯＦＣ）及び９９．９９％純Ａ
ｇショットを内径φ６０ｍカーボンるつぼ中に合計２１
４９セツトし、これを１〜５Ｘ１０−’７ｇ　の真空中
で高周波溶解しておき、Ｃｕ−Ａｇが溶融したことを確
認後、高純度Ａｒガスを１気圧分封入してからＢｉを所
定量添加した。このようにすればＢｉの蒸発損を防ぎな
がら、かなリガスフリーなＣｕ−Ａｇ−Ｂ１合金が得ら
れる。

次に上記したＣｏスケルトン及びＣｕ−Ａｇ−Ｂ１合金
を用いて溶浸合金を得る方法について述べる。第１図に
示すように、Ｃｏスケルトン１をカーボン製のホルダ２
に載せ、高周波により予熱しておく。同時に下部の母合
金溶解るつぼ中には前記したｃｕ−Ａｇ−Ｂｉ合金４を
入れ、これを高周波真空溶解する。Ｃｏスケルトンが約
１０００Ｃに予熱され、さらに母合金が完全に溶解した
事を確認したら、スケルトンホルダを母合金溶湯中に沈
めてやる。所定時間だけ浸漬後、スケルトンホルダを上
部に引上げ、そのまま炉冷してやる。

以上の簡単な操作によって充てん密度が９７〜９９％の
優れた溶浸合金が得られる。第２図はこうして得られた
７０％Ｃｏ−３０％（８４％Ｃｕ−１５％Ａｇ−１％Ｂ
ｉ）の組成を有する溶浸合金の顕微鏡組織（１００倍）
を示す。観察結果、灰色の大きな粒子がＣｏで、基地の
白色部分がＣ’ｕ−Ａｇ−Ｂｉ相である。

上記したような製造法により、ＣＯをベースとした各種
溶浸合金を作製し、それらの合金から２０ｒａｎ径の電
極を採取し、組立式排気セットによる真空バルブしゃ断
器験機を用いて各種電気的性能を調べだ。この結果を第
１表に示す。これらの結果から判るようにＣ’ｏ　−（
ｃｕ−Ａｇ−Ｂ　ｊ　）系の溶浸電極は耐電圧特性及び
大電流しゃ断性能とも従来のＣｕベース合金あるいは従
来の溶浸合金よりも優れている。なお、上記しゃ断試験
は、まずＡＣ３００Ａを１ｏ回しゃ新漬インパルス電圧
を５ｋＶステツプで印加して放電電圧を測定した。

この時の電極間隙は２．５　＋ｕ＋とじた。又、さい断
電流測定はＡＣ４〜８Ａの小電流をしゃ断した場合に発
生するさい断電流を１００回測定し、その最大と平均１
直を求めた。大電流しゃ断性能は本発明者らが汎用的に
用いてきたｃｕ１重量％ｐｂ合金の電流しゃ断能力を１
００％とし、それとの比較値（％）で示した。又、本発
明材及び比較材とも、いずれも耐溶着特性が良く、特に
Ｃｏに３０〜６０重量％のＣｕ−Ａｇ−１３Ａ合金を溶
浸した材料が催れている。

（実施例２） 本発明になる電極を第３図に示すような真空しゃ断器用
真空バルブに内蔵させた。かかる真空バルブは、セラミ
ックスもしくは結晶化ガラスで作られた絶縁筒１を有し
、その両端は金属製の端子板２，２′によって封じられ
ている。その内部は１０−　’　ｍｍＨｇ以下の圧力を
保つ構造となっている。

その中に一対の電極、す々わち、固定電極３と、ベロー
ズを介し開閉できるようにした可動電極４が組み込まれ
ている。端子板の一方には排気管５が設けられ、真空ポ
ンプに接続され、所定の圧力まで排気後この排気管部に
おいてチップオンされる。電極をとり囲むように設けら
れた円筒状のシールド７は電極構成物質がしゃ断時に蒸
発、飛散した場合、それらを他に附着させないように受
けとめる役目を果たす。図に示すように電極３，４はＣ
ｕもしくはＣｕ合金製の補助電極板８，８′−ヒに実施
例１に示した本発明になる接点７０％Ｃｏ　−３０％＜
８４．５％Ｃｕ−１５％Ａ　ｇ　−０，５％１３ｉ）が
ろう付され、更にそれらはＣ１ｌ製のホルダ９，９′に
取付けられている。

以上のような構造を有する真空バルブを用いて定格１２
ｋＶ・５０ｋＡの短絡電流をしゃ断したところ、良好な
しゃ断時性が得られ、しかも耐電圧特性及び耐溶着特性
も優れていることが確認できた。なお、１２ｋｖ回路に
おいて２〜６Ａの小電流をしゃ断したさいに発生するさ
い断電流は約３〜５Ａと低く、従来の低サージ性も備え
ていることが判明した。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、従来の電極に比べ耐電圧性能、
耐溶着性能大電流しゃ断性能のいずれも向上し大容量真
空しゃ断器を実現することが出来る。又、さい断電流も
比較的低く、低サージタイプの真空しゃ断器とするとと
も出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電極材料を製作する溶浸法の概略図、第
２図は本発明の電極材料の断面の顕微鏡写真、第３図は
本発明の真空しゃ断器用真空パル□　ブの断面構成図で
ある。 １・・・スケルトンホルダ、２・・・ＣＯスケルトン、
３・・・母合金溶解るつぼ、４・・・溶浸母合金溶湯、
５・・・ウェイト、６・・・吊具、７・・・高周波コイ
ル、１３及び１４・・・本発明電極の接点、１８及び１
８′・・・電第　７　図 第２図 ９ 手続補正書（方式） ％式％ 真空しゃ断器 １そをする者 ・１′−作との関係　　９翁作出願人 ンｉ　　４１：　ｐｈｏｎ株式≦何１　［」　立　製　
作　所ＪＪｊ人 １、＋；　　　＋ｉ屓〒ＩＬＩＩＩ　１束奈部下代田区
九の内−丁目５＆１号及びＦ代理権を証明する書面Ｊ １、図面の簡単な説明の欄を次の通シ補正する。 （１ン　　第１４頁第１８行〜第１９行の「本発明の電
極・・・・・・第３図は」を削除する。 ２、委任状を別紙の通灰提出する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器とその真空容器内に配置された一対の電極
   を有する真空しゃ断器において、前記電極の少なくとも
   一方は、ｃｏを主成分とした粉末仮焼結体中に、Ｂｉ、
   Ｐｂ＋　Ｔ、ｅｔ　５ｅｃＤいずれか一種以上を３重量
   ％以下含んだＣｕ−Ａｇ合金を溶浸させた複合金属より
   な　　　　　　　　。 “　゛　　　　　　　　るこ とを特徴とする真空しゃ断器。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記粉末仮焼結体
   は、実質的に１０〜６０％の気屁率を有した粉末成形体
   であり、前記Ｃｕ−Ａｇ合金は実質的にｌＯ〜５０重欧
   ％のＡｇを含むものより成ることを特徴とする真空しゃ
   断器。