JPS6074315A - 真空インタラプタ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタ（二係り、特にアークと平
行な軸方向磁界（縦磁界）を発生させる手段を備えた、
いわゆる縦磁界方式の真空インタラプタ（１関する。

従来技術 縦磁界方式の真空インタラプタは、アークにこれと平行
な縦磁界を印加することにより、アークを電極面上に分
散せしめてその局部的な集中を防止し、もって電極の過
度の溶融を防ぐことにより電流遮断能力の向上を図るも
ので、真空容器内；二１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アーク拡
散部と接触部とからなる電極をそれぞれ固着し、縦磁界
発生手段としてのコイルを、特公昭４２−１３０４５号
公報等に記載されているように前記真空容器の外部に備
えたり、または特公昭５３−４１７９３号公報、特公昭
５４−２２８１３号公報もしくは特開昭５６−１３００
３７号公報等（二記載されているよう（二真空容器内に
おける各電極の背部に備えたり、さらには実開昭５６−
５７４４３号公報等に記載されているように真空容器内
における１対の電極の外周に備えたりして構成されてい
る。

ところで、上記真空インクラブタの電極材料は、次に示
す（１）〜（ＶＤの諸物件が要求されている。

（１）電流遮断能力が高いこと （１１）耐電圧が高いこと ｑｌｌ）消耗が少ないこと Ｑφ電流さい断値が小さいこと Ｍ接触抵抗が小さいこと （Ｖｌｌ溶着力が小さいこと しかして、従来の縦磁界方式の真空インクラブタの電極
（二は、例えば実開昭５７−８９２４２号公報（二開示
されるように、アーク拡散部および接触部をステンレス
鋼（二より形成したものがある。かかる電極は、縦磁界
；：より電極に生ずるうず電流の発生を抑制でき、機械
的強度が大きいものである。

しかしながら、接触部（＝も導電率が小さくかつ機械的
強度の大きいステンレス鋼を用いると、上記ｅＶ）、　
Ｍおよび位Ｏの特性が得られない。

そこで、アーク拡散部をステンレス鋼により形成すると
ともに、接触部を特公昭４１−１２１３１号公報等に記
載されている銅（Ｃｕ）に微少のビスマス（Ｂｉ）を含
有せしめたＣｕ−Ｂ１合金（例えばＣｕ−０，５Ｂｔ合
金）により形成したものが知られている。

しかしＴＩから、かかる電極は、大電流遮断能力、耐溶
着性および接触抵抗に優れてはいるものの、高電圧用と
しては不向きである。

また、高電圧用としては、アーク拡散部をステンレス鋼
により形成するととも；二、接触部を特公昭５４−３６
１２１号公報に記載されているＣｕζニタングステン（
Ｗ）を含有せしめたＣｕ−Ｗ合金（例えば２０Ｃｕ−８
０Ｗ合金）により形成したものが知られている。しかし
、この電極は、事故電流の如き大電流を遮断することが
困難であるという欠点を有する。

一方、昨今の系統拡張に伴う昇流、昇圧に対処すべく、
電流遮断能力および絶縁耐力の双方に優ｎた電極の出現
が要望されている。

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、大電流
、高電圧の遮断に供し得る電極分備え主縦磁界方式の真
空インタラブタを提供すること金目的とする。

発明の構成 かかる目的全達成するために、本発明は、真空容器内に
１対の電極＃Ｉ″ｆ：相対的に接近離反自在に導入する
とともに、各電極陰の内端部にアーク拡散部と接触部と
からなる電極をそれぞ牡固着（〜、前記真空容器の外部
ま念は真空容器の内部にアークに対しこｎと平行な軸方
磁界全印加するコイルを備えてなる真空インタラブタに
おいて、前記各電極のアーク拡散部をオーステナイト系
ステンレス鋼により形成するとともに、接触部５Ｃ銅２
０〜７０重量係、クロム５〜７０重量係およびモリブデ
ン５〜７０重量係からなる複合金属！二より形成したも
のである。

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１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１内にそ
の軸線上に位置せしめて１対の電極棒２，２を相対的に
接近離反自在に導入し、各電極棒２の内端部に笠形円板
状の対をなす電極３．３を絶縁スペーサを介在せしめて
機械的に固着し、各電極棒２と電極３とを電極３の背部
に配設されかつ電極棒２に流れる軸方向（第１図におい
て上下方向）の電流を電極棒２を中心とするループ電流
に変更して縦磁界を発生するコイル４，４により電気的
に接続して概略構成されている。

すなわち、真空容器１は、ガラスまたはセラミックスか
らなる円筒状の２本の絶縁筒５，５を両端に固着したＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、またはＦｅ　−Ｎ　ｉ合金等から
なる薄肉円環状の封着金具６，６．・・・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６，６を介し円板状の金属端板７，７に
より閉塞し、かつ内部を高真空（たとえば５　Ｘ　１０
”　Ｔｏｒｒ以下の圧力）に排気して形成されている。

そして、真空容器１内には、前記電極棒２がそれぞれの
金属端板７の中央から真空容器１の気密性を保持して相
対的に接近離反自在（二導入されている。

なお、一方（第１図において上方）の電極棒２は、一方
の金属端板７（＝気密に挿着されているものであり、他
方の電極棒２は、金属ベローズ８を介し真空容器１の気
密性を保持して他方の金属端板７を軸方向へ移動自在（
二挿通されているものである。また、第１図において９
および１０は軸シールドおよびベローズシールド、１１
は主シールド、１２は補助シールドである。

前記各電極棒２の内端部には、第２図および第３図に示
すように、Ｃｕの如く高導電率の材料からなるとともに
、電極棒２の直径より適宜大径の円板状の取付ベース４
ａと、取付ベース４ａの外周の相対する位置から半径方
向（第２図（二おいて左右方向）外方へ延在する２本の
アーム４ｂと、各アーム４ｂの端部から取付ベース４ａ
を中心とし同一方向へ円弧状；：彎曲した円弧部４ｃと
からなるＶ２分流タイプのコイル４が、取付ベース４ａ
の一方（第２図において下方）の面に形成した凹部１３
を介しろう付により固着されている。そして、コイル４
は、電極棒２の内端外周にろう付（二より嵌着したリン
グ状の取付部１４ａと、取付部１４ａの外周から半径方
向外方へ放射状に延伸した複数の支持腕１４ｂと、各支
持腕１４ｂの端部な連結するリング状の支持部１４ｃと
からなるコイル補強体１４とろう付されて補強されてい
る。

７″ｌ：お、コイル補強体１４は、ステンレス鋼の如く
機械的強度大にしてかつ低導電率の材料からなるもので
ある。

前記コイル４の取付ベース４ａの他方の面には、円形の
凹部１５が設けられており、この凹部１５（−は、ステ
ンレス鋼またはインコネルの如く機械的強度大にしてか
つ低導電率の材料により短円筒状に形成した絶縁スペー
サ１６が、その一端に形成した小径フランジ１６ａを介
しろう付により固着されている。そして、！！！緑スペ
ーサ１Ｂの他端に形成した大径フランジ１６ｂには、こ
の大径フランジ１８ｂより適宜大径にしてかつ絶縁スペ
ーサ１６の内径とほぼ同径の透孔な有する円輪板状の取
付ペース１７ａと、取付ペース１７ａの外周の相対する
位置から半径方向外方へ延在した２本のアーム１７ｂと
、各アーム１７ｂの端部からコイル４の円弧部４ｃとほ
ぼ等しい曲率半径にしてかつこれとは逆の同一方向へ適
宜の長さで円弧状に彎曲した円弧部１７ｃとからなり、
銅の如く高導電率の材料により形成された補助コイル１
７が、取付ベース１７ａの一方（第２図において下方）
の面に設けた保合段部１８を介しろう付（二より固着さ
れている。そして、補助コイル１７とコイル４とは、補
助コイル１７の各円弧部１７ｃの端部（＝設けた凹部１
９に一端を固着し、かつ他端をコイル４の各円弧部４Ｃ
の端部に設けた透孔２１に挿着した軸方向の通電ビン２
０を介し電気的に接続されている。

前記補助コイル１７には、コイル４の直径とほぼ同径に
形成した前記電極３が、背面中央に設けた凹部２２を介
しろう付により取付ベース１７ａと接合されるとともに
、背面を介しろう付により各アーム１７ｂおよび円弧部
１７ｃと接合されている。電極３は、対向面（第２図に
おいて上面）中央に円形の凹部２３を設けかつ周辺に近
づく；二つれて漸次薄肉となる笠形円板状に形成された
アーク拡散部３ａと、対向面に平坦な円形の接触面を有
するとともに周辺に近づくにつれて漸次薄肉となる笠形
円板状に形成されかつアーク拡散部３ａの凹部２３にろ
う付により固着された接触部３ｂとからなり、全体とし
て笠形円板状に設けられている。

前記電極３のアーク拡散部３ａは、オーステナイト系ス
テンレス鋼、例えば５Ｏ８３０４，３１６Ｌ等により形
成されている。なお、このステンレス鋼は、２〜３係の
導電率（ＩＡＣＳチ）　、　４９　Ｋｇｆ、ｋｄ以上の
引張強度および２００Ｈｖ　（ＬＫｐ）の硬度を有する
ものである。

また、接触部３ｂは、Ｃｕ　２０〜７０重量係、クロム
（Ｃｒ）　５〜７０重量係重量台モリブデン（Ｍｏ）５
〜７０重量係重量台金属により形成されている。なお、
この複合金属は、２０〜６０チの導電率および１２０〜
１８０　Ｈｖ　（Ｉ　Ｋ９）の硬度を有するものである
。

一方、接触部３ｂ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Ｃｒ粉末と−ｉｏｏメ
ツシュのＭｏ粉末とを所定量混合し、この混合粉末をＣ
ｒ、Ｍｏ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のブロッ
クを載置し、真空中（５Ｘ　１０−”Ｉ’ｏｒｒ　）に
おいてまず１０００’Ｃで１ｏ分間加熱して脱ガスする
とともにＣｒとＭｏとからＴ（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）　ＣｒとＭｏとを粉末にし、これらを所定量混合
するとともに、この混合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）（−おいて
、各金属の融点以下の温度（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Ｃ
ｕ材をあらかじめ載置していない場合にはＣｒの融点以
下）にて加熱保持（例えば６００〜１０００℃で５〜６
０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（１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ｒ、（う。

（３）　Ｃｕ、　ＣｒおよびＭｏの各金属を粉末にし、
それらを所定量混合するとともに、この混合粉末をプレ
ス成型して混合素体を成形し、しかる後（＝この混合素
体を非酸化性雰囲気中（−おいてＣｕの融点以下（例え
ば１０００℃）またはＣｕの融点以上でかつ他の金属の
融点以下（例えば１１００℃）の温度に加熱保持（５〜
６０分間程度）し各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、各金属粉末粒子を拡散結合さ
せる場合、拡散距離の増大に伴っ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
するにしたがって均一な混合（各金属粉末粒子の均一な
分散）が困難となり、また酸化しやすいためその取扱い
が面倒であるとともにその使用（１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
あっ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（１行なえる利点があって好
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っ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ｌ成分組成（Ｃｕ
　５０重量％、Ｃｒ　１０重量％およびＭ０４０重量％
）、■成分組成（Ｃｕ　５０重量％、Ｃｒ　２５重量％
およびＭｏ　２５重量％）およびｌ成分組成（Ｃｕ　５
０重量％、Ｃｒ　４０重量％およびＭｏ　１０重量％）
の各複合金属の組織状態は、それぞれ第４図（Ａ）〜（
ＤＪ、第５図囚〜（Ｄ）および第６図（Ａ）〜（Ｄ）に
示すＸ線写真のよう（＝なった。

すなわち、第４図（５）、第５図（８）および第６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、Ｃｒ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Ｃｒである。また、各図（Ｃ）、
のＸ線写真は、腸の分散状態を示す特性ｘｉ像で、島状
に点在する白い部分がＭＯである。さらに、各図（Ｄ）
のＸ線写真は、Ｃｕの分散状態を示す特性Ｘ線像で、白
い部分がＣｕである。

したがって、ＣｒとＭＯの粒子は、相互に拡散結合して
多孔質の基材を形成しており、しかもこの基材の孔（空
隙）（二Ｃｕが溶浸されて強固に結合した複合金属とな
っていることが判る。

一方、接触部３ｂを形成するｌ成分組成、■成分組成お
よびｌ成分組成の複合金属の緒特性の試験結果は、次の
ようになった。

（１）導電率（ＩＡＣ５係） ４０〜５０係 （２）硬度 １２０〜１８０　Ｈｖ　（ＩＫｐ） また、アーク拡散部３ａをオーステナイト系ステンレス
鋼ＳＯ３３０４により、直径１００％の笠形円板状に形
成するとともに、接触部３ｂを■成分組成の複合金属に
より、直径６０％の笠形円板状に形成して第２図に示す
電極３を形成し、この１対の電極３を組込んで第１図に
示す真空インクラブタとして行なった諸性能の検証結果
は、次のようになった。

（１）電流遮断能力 遮断条件が、定格電圧−’ｋｌ　ｋＶ　（再起電圧２１
　ｋＶ。

ＪＲＣ−１８１）、　ａ断速度１．２〜１．５　ｍ／ｓ
の時に６１ｋＡ（ｒ、ｍ、ｓ、　）の電流を遮断するこ
とができた。また、定格電圧８４　ｋＶ　（再起電圧１
４３　ｋＶ、　ＪＥＣ−１８１）。

遮断速度３．０　ｍ／ｓの時（＝４２　ｋＡ　（ｒ、ｍ
、ｓ、）の電流を遮断することができた。

なお、接触部３ｂを■成分組成、■成分組成の各複合金
属とした場合および比較品について同一条件で試験した
各電流遮断能力は、表１ζ二示すようになった。

表　１　“ （２）絶縁耐力 ギャップを３０％に保持し、衝撃波耐電圧試験を行なっ
たところ、±４００ｋＶ（バラツキ±１０ｋＶ）の絶縁
耐力を示した。また、大電流（６１ｋＡ）の多数回遮断
後に同様の試験を行なったが絶縁耐力に変化はなかった
。さらに、進み小電流（８０Ａ）の遮断後に同様の試験
を行なったが、絶縁耐力は殆んど変化しなかった。

なお、接触部３ｂを■成分組成、■成分組成の各複合金
属とした場合の絶縁耐力は、いずれも■成分組成のもの
と同様の値を示した。また、本発明品（ＳＵＳ３０４と
■成分組成との組合せ）と比較品との各衝撃波耐電圧試
験の結果は、表２に示すようになった。

表　２ （３）耐溶着性 １３０ＫＰの加圧下で、２５　ＫＡ　（ｒ、ｍ、ｓ、）
の電流を３秒間通電（ＩＥＣ短時間電流規格）した後に
、２００に２の静的な引き外し力で問題なく引き外すこ
とができ、その後の接触抵抗の増加は、２〜８チにとど
まった。また、１０００　Ｋ９の加圧下で、５０　ｋＡ
（ｒ。

ｍ、ｓ、）の電流を３秒間通電した後の引き外しも問題
すく、その後の接触抵抗の増加は、０〜５％にとどまり
、十分な耐溶着性を備えていた。

なお、接触部３ｂを■成分組成、■成分組成の各複合金
属とした場合も同様な効果であった。

（４）遅れ小電流（誘導性の負荷）の遮断能力３０Ａ：
ｉ！１電して行なった電流さい断値は、平均３．９Ａ（
標準偏差ｏｎ＝　０．９６．標本数ｎ＝１００）を示し
た。

なお、接触部３ｂを■成分組成の複合金属とした場合に
は、平均３．７　Ａ　（ｃｒｎ　＝１．２６．　ｎ＝１
００　）、ｌ成分組成の複合金属とした場合には、平均
３．９−Ａ（σｎ＝１．５．　ｎ＝１００　）を示した
。

（５）進み小電流（容量性の負荷）の遮断能力（ＪＲＣ
−１８１）を、１００００回行なったが、再点弧は０回
であった。

な９お、接触部３ｂを■成分組成、ｌ成分組成の各複合
金属とした場合も同様な結果であった。

ところで、接触部３ｂを形成する複合金属の成分組成が
、Ｃｕ２Ｏ〜７０重量％、Ｃｒ５〜７０重−ｉ％、Ｍｏ
　５〜７０重量％の組成範囲以外の場合には、満足する
諸物件を得ることができながった。

すなわち、Ｃｕが２０重量％より少ない場合には、導電
率が低下し接触抵抗が著しく大きくなり、一方７０重量
％を超える場合には、溶着力およびさい断値が著しく大
きくなり、しかも絶縁耐力が著しく低下した。また、Ｃ
ｒが５重量係より少ない場合には、絶縁耐力が著しく低
下し、一方７０重量％を超える場合には、導電率および
機械的強度が著しく低下した。さらに、Ｍｏが５重ｔ％
より少ない場合には、絶縁耐力が著しく低下し、一方７
０重量％を超える場合には、機械的強度の低下が著しく
、そのうえさい断値が著しく大きくなった。

なお、前述した実施例においては、コイル４をＶ２分流
タイプとした場合について述べたが、コイル４はこれに
限定されるものではなく、たとえば１ターンまたはＶ３
分流タイプもしくはＶ４分流タイプとしてもよいもので
ある。また、電極３とコイル４との電気的接続は、電極
３の背部に接合した補助コイル１７を用いる場合に限ら
ず、たとえば特公昭５３−４１７８３号公報等に記載さ
れているようにコイルの一端を電極の背面中央と直接に
接続してもよいものである。さらに、コイル４を電極３
の背部に設ける場合に限らず、たとえば実開昭５６−５
７４４３号公報等に記載されているように、コイルを１
対の電極を囲繞するように配設したり、または特公昭４
２−１３０４５号公報等に記載されているようにコイル
を真空容器の外部に配設してよいのは勿論である。

発明の効果 以上のように本発明は、真空イ、ンタラブタの各電極の
アーク拡散部をオーステナイト系ステンレス鋼により形
成するとともに、接触部をＣｕ　２０〜７０重量％、Ｃ
ｒ５〜７０重量％およびＭＯ５〜７０重量％からｒｚる
複合金属により形成したので、従来のもの（−比して電
流遮断能力を大幅に向上できる。

しかも、接触部を２０Ｃｕ−８０，Ｗ合金により形成し
た従来のものと同様に優れた絶縁耐力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空インクラブタの一実施例を示す縦
断面図、第２図および第３図はそれぞれ第１図における
電極の縦断面図および分解斜視図、第４図（４、（Ｂ）
　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）、第５図（３）、　（Ｂ）　
、　（Ｃ）　、　（Ｄ）および第６図（Ａ）　、　ＣＢ
）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）はそれぞれ接触部を形成す
る複合金属の異なる組成の組織状態を示すＸ勝写真であ
る。 １・・・真空容器、　２・・・電極棒、３・・・電極、
　３ａ・・・アーク拡散部、３ｂ・・・接触部　４・・
・コイル。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内（＝１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アーク拡
   散部と接触部とからなる電極をそれぞれ固着し、前記真
   空容器の外部または真空容器の内部にアークに対しこれ
   と平行な軸方磁界を印加するコイルを備えてなる真空イ
   ンクラブタにおいて、前記各電極のアーク拡散部をオー
   ステナイト系ステンレス鋼により形成するとともに、接
   触部を銅２０〜７０重量％、クロム５〜７０重量ｑ６お
   よびモ９ブデン５〜７０重量係からなる複合金属（二よ
   り形成したことを特徴とする真空インタラプタ。