JPH01502546A - 軸方向磁界を伴なう真空遮断器の接触子装置 - 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】 この発明は、接触子が円板形の接触片を備え、その際接触片が接触片支持体上に ろう付けされかつうず電流の防止手段を有するような、軸方向磁界を伴なう真空 遮断器の接触子装置に関する。

中電圧範囲において真空遮断原理がますます広く採用されるにつれて、一層大き い遮断電流の克服が要求される。４０ｋＡを超える電流をも確実に遮断し、同時 に真空パルプの外形寸法をそのまま維持するか又は小さくするように努められて いる。接触片の付近で遮断電流を周方向に導く特殊な接触子形状が多数提案され ている。それにより接触子間の遮断中に軸方向磁界が発生され。

この軸方向磁界により接触面全体にわたって一様に拡散分配された遮断アークが 生じる。

軸方向磁界を伴なうかかる接触子構成において一般に次の問題が生じる。すなわ ち周方向の電流軌道の中の電流の時間的変化により、閉じた環状の接触片支持体 底部の中に、又は円板形の接触片の中に、又は接触リングの中にうず電流が誘起 される。かかるうず電流は二次磁界を生じ、この二次磁界が軸方向磁界の振幅を 弱め、かつその位相を遮断器を経て流れる電流に対してずらせスー　瞥、九Ｉ− ＆ｂ嘴白肩児の位拍イれ１士　雷倍のゼロ占通１鰭マｌ÷卆の後に、大きい軸方 向残留磁界が残存するという現象をもたらす、この残留磁界は丈だ存在している 電荷担体が接触ギャップから速やかに流れ出るのを妨げ、アークの望ましくない 再点弧を助長する。

従来の技術から、軸方向磁界を伴なう真空遮断器でうず電流を回避するための種 々の解決法が知られている０例えばドイツ連邦共和国特許第２４４３１４１号明 細書には、かぎ形に半径方向及び周方向に延びる四つの導体が軸方向磁界の発生 のために設けられ１円板形の接触片がうず電流の防止のために半径方向にスリッ トを切られている接触子装置が記載されている。更にドイツ連邦共和国特許出願 公開第３２３１５９３号公報により周方向の導体から成る接触子の構成が知られ ており、これらの導体はつぼ形波触子にいくつも同方向にスリットを切ることに より構成され、つぼ形波触子上には半径方向のスリットを備えた接触円板が接触 片としてろう付けされている。更に欧州特許出願公開第００５５００８号公報に は磁界形成のための導体の経路が図示されており、そこでは接触円板の中の電流 が何度も屈曲してアーク面の中を走り、接触片は幅の広いスリットにより複数の 部分に分割されている。

文献（例えば「アイトリプルイー　トランザクシ、ンズ　オンパワー　アパレイ タス　アンド　システムズ（ＩＥＥＥ　７ｒａｎｓａｃ−ｔｉｏｎｓ　Ｏ！ｌ　 Ｐｏｗｅｒ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）　Ｊ　、　１９８ ０年。

第２０７９ペーしないし第２０８５ページ）には、うず電流防止のためのスリッ トがアークにさらされた接触円板の中にどんな前提条件のもとで必要となるかが 詳述されており、その際実際には全てスリットの必要性が出発点となっている。

従来の技術では、アークに向う接触面の中の輻広い半径方向スリットのためにス リットの縁に陰極脚点が付着し易く、陰極脚点は過熱により新たな点弧を招くお それがある。更に従来の技術では、接触片の安定性を維持するために、円板のス リット加工を接触円板直径の約３分の１までしか行うことができない、接触片の 中央範囲にスリットが無いためにそこを流れるうず電流の作用は全く減らない。

この発明の目的は、接触片の接触面上に不都合なスリットを設ける必要が無く、 うず電流従ってそれに基づく電流ゼロ点通過時の軸方向残留磁界が防止されるよ うな、軸方向磁界を伴なう真空遮断器の植触子装置を提供することである。

この目的はこの発明に基づき請求の範囲第１項に記載の特徴により達成される。

有利な実施態様は請求の範囲第２項以下に記載されている。

この発明により、接触面がほぼ平滑であり、しかしそれにもかかわらず、接点材 料に比べて明らかに導電率の小さい半径方向領域によりうず電流を抑制するため 導電率が急変する接触片を、軸方向磁界接触子装置の中に採用することが提案さ れる。その際この半径方向領域は接触片の接触面と反対側の面上の溝により形成 −されると有利である。半径方向領域は接点材料の導電率を減少する添加物の拡 散域とすることもできる。拡散は接触片の接触面と反対側の面上の溝から始める ことができる。

更に粉末冶金により製造された接触片では半径方向領域を、基体材料の導電率よ り小さい導電率を有する材料から成り成形部品の製造の際にはめ込まれた充填物 又は成形体とすることもできる。

この発明では特に、接触片支持体上への接触円板のろう付は工程に対して十分な 機械的安定性が保証されていることが長所である。接触片の平滑な接触面により 接触子の遮断特性は不変である。

請求の範囲に関連して複数の実施例の図面により、この発明のその他の詳細と長 所とを次に説明する。

第１図は、軸方向磁界を伴なう真空遮断器の接触子装置の断面図を、 第２図ないし第４図はそれぞれ、付属する接触片の具なる三つの実施例の斜視図 を。

１４５図は、接触片の下面上の溝に対する断面形状の種々の可能性を。

８８６図及び第７図はそれぞれ、粉末冶金により製造された接触片の興なる二つ の実施例を示す。

第１図では真空遮断器の接触子ｌが、斜めに周回するスリー／　）３を有するつ ぼ形の接触片支持体２から成る。対向接触子ｌ「は同様な接触片支持体２Ｉ　の 中に軸方向に同じ向きのスリット３′を有するので、全体として電流に基づき軸 方向磁界が発生する。

接触片支持体２又は２ｔ　には銅などから成る通電棒４又は４ｔが導かれている 。接触片支持体２又は２コの中には、低導電性材料例えばニッケルクロム鋼から 成り二重丁字形の支持片５又は５′が挿入されている。

かかる装置の上には適当な接点材料１例えば５０％のクロムを含むクロム銅材料 から成る円板形の各一つの接触片ｌＯ又は１０１が設けられている。従来の技術 では接触片は通常円板から成り、この円板の中には周縁を出発点として半径方向 に中心へ約３分の２までスリットが切り込まれている。その際十分な安定性を保 証するために１円板の中心にはスリットを切ることができない。

第２図には接触面１１と裏面１２とを備えた接触子片ｌＯが示されている０図か ら分かるように、裏面からフライス加工された半径方向の溝１５により低導電性 のウェブを作ることができる。

その際くさび角度は例えば１０”ないし９０”とすることができる、くさび深さ は１円板ｌＯが接触片支持体２又は２′及び支持片５又は５′　上でのろう付は 工程のためになお十分な機械的安定性を維持するような寸法に選ばれている。そ のｌ１ｉＩ接触片１０は。

溝１５により定められた半径方向領域が第１図に示す接触片支持体２又は２Ｉ　 のスリット３又は３′にそれぞれ対応して従属するような方位を向いているのが 合目的である。

溝１５を備えた接触片のかかる構成では、表皮効果に基づき電流の制限された有 効深さが生じ、従って望ましくないうず電流の抑制が保証される。

第３図では、接触面２１と裏面２２とを有する接触片２０の中に、適当な成分の 局所的な拡散により基体材料の導電率より小さい導電率を有する星形の領域が作 られている。拡散域のための成分として特にクロム銅接点材料に対しては、例え ば鉄（Ｆｅ）。

コバル）（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）又はアルミニュウム（Ａ ｌ）など銅と混晶を形成して導電率を有効に低下する成分が適していることが判 明している。

星形領域２５の製造のためにマスクにより拡散域を画成するのが合目的である。

拡散は接触片２ｏめ裏面２２から行うのが有利である。しかし接触特性が劣化し ない限り拡散を接触面２１から行うこともできる。その際拡散深さは例えば円板 ２ｏの全厚さｄの半分にわたって延びている。しかし拡散を！＄４図に示すよう に円板２０の全厚さｄにわたって行うこともできる。

第４図では、接触面３１と裏面３２とを有する接触片３０の中に、平行な境界を 備えた半径方向に対称な四つの領域３５が拡散により接触片３０の全厚さｄにわ たって作られている。添加物の拡散浸透は両面から直線的にマスクを用いて行わ れる。その際個々の各拡散域３５は接触片３ｏの外周から出発して、高導電性の 内側の中心領域３６が残存するような範囲で、中心に向って例えば円板半径のほ ぼ３分の２まで延びている。

接触面１１又は２１全体にわたって接触片１０及び２ｏの不変の接点材料を歿し ておくか、又は中心領域３６に接触片３ｏの不変の接点材料を残しておくことに より、遮断過程における所望のアーク分散が保証される。

この発明の別の実施例では、第２図と第３図又は！ｓ４ｒｇＪとの組み合わせで 接触片を構成することも可能である。その際まず裏面から接触片の中に溝が切り 込まれ、溝の底面から導電率を低下す特表千１−５０２５４６　（４） る添加物の拡散が行われる。

！ｓ５図には、第２図に示す溝１５の断面が半円形の輪郭１６又は方形の輪郭１ ７又は台形の輪郭１８を有することもできることが示されている。他の形状もま た考えられる。その際溝１６ないし１８は、第３図に示す拡散域２５の出発点と するのが有利である。

第６図及び第７図には接触片４０と５０が示され、これらの接触片は焼結含浸法 で溶融銅をクロム骨格に含浸することにより製造されている。かかる円板４０又 は５０の粉末冶金に基づく製造方法により、既に成形部品の製造と同時に、例え ばスポーク形又は星形の半径方向領域を基体材料の導電率より小さい導電率を有 する材料から成るウェブとして作ることができる。かかる接触片の製造のために 、かかる材料のセグメント状の粉末領域が粉末塊の中にもたらされ、この粉末領 域は次の含浸工程の際に導電率の小さい所望の領域と成る１種々の粉末の層形成 は、例えば星形に配置され充填工程の後に取り除かれる板により行われる。

適当な充填工程により、拡散域に対して述べた第３図の実施例に相当して、例え ば接触面の下方で途切れるような半径方向領域を容易に作ることができる。しか し第４図に相当して、半径方向セグメントを外周から出発して接触円板の中心点 に向う所定の位置にまでもたらすことも可能である。境界は平行に又は半径方向 に延びるようにすることができる。領域をできるだけ輻狭く、しかしその代りに 多くの数例えば八つ以上少なくとも四つの領域を円板上に点対称に分散して選ぶ ことが推奨される。

さて粉末冶金による製造では、直接第３図に示す接触面２１とろう付は面２２と を備えた成形体２０の中に、裏面２２から出発して接触面２１のそばまで半径方 向に延びる粉末充填部をはめ込むことができ、充填部は平行な境界によりそれぞ れほぼ棒状のウェブ２５を形成しかつ円板中心で交差する。ウェブ２５は星形又 はスポーク形の領域を決定し、かつ接触片２ｏの接触面２１を不変のままに留め ている。

第６図では、接触面４１と裏面４２とを有する焼結体４ｏの中に、円板外周から 出発して全厚さｄにわたって扇形の領域４５がはめ込まれているので１円中心点 に向って不変の高導電率の中心領域４６が生じる。この中心領域４６からは異な る材料領域４４と４５とが交互に星形に延びている。

第６図に示す圧縮材では、低導電率の半径方向領域のための材料の粉末が溶融さ れないか又は溶融されて完成した材料の中に留まっているように、種々の粉末Ｊ ｊ１４４と５５とを設けることができる。しかし後者の場合には材料選択により 、均質な溶体が含浸金属の中に生じないように配慮すべきである０例えば鉄（Ｆ 　ｅ）粉末から成りはめ込まれたセグメントを有する銅粉末圧縮材の場合には、 次の含浸プロセスが鉄粉末体の溶融開始又は完全溶融に至り、その除鉄はクロム 鉄の形で含浸材料の直接隣接するクロム粒子に析出する。

第７図では、接触片５０の中に低導電性の領域５５が輻の狭いウェブとしてはめ 込まれている。しかしこの場合には基体材料から成る領域５４は特に１例えば鉄 （Ｆｅ）、コバル）（Ｃｏ）。

チタン（Ｔｉ）、ニッケル（ＮＩ）、アルミニウム（ＡＩ）又はこれらの合金か ら成る板により分離されている。板５５は外周から出発して半径方向に圧縮材の ための粉末塊の中に差し込まれているが、このことは適当に折り曲げられた帯板 により容易に達成できる。帯板の高さは接触円板の全厚さｄを占めるか又はもっ と低く選ぶことができる。

焼結兼含浸プロセスを経て、はめ込まれた板５５により基体材料の導電率より小 さい導電率の所望のウェブが生じる。続いて接触片５０の外周域を旋削できるの で、板５５により形成されたウェブの星形の構造が生じる。しかし高導電性の中 央領域５６が接触片５０の中に残っている。

先に詳述した接触片１０，２０，３０．４０又は５Ｃ１、第１図に示す接触子ｌ 又は１′の接触片支持体２又は２′　と支持片５又は５「　との上に間ｍ無くろ う付けできる。その原種々の接触片はそれぞれ、導電率の小さい半径方向領域が 接触片支持体２又は２ｔ　のスリット３又は３′　に相応に従属するような方位 を向くのが合目的である。

この発明ではこれまで、接点材料として３０％ないし６０％のクロムを含むクロ ム銅ベースの材料について説明してきた０例えば銅タングステンベース又は銅モ リブデンベースに基づく他の接点材料系を用いても、この発明による接触子を製 造できる。

ＩＧ　７ 国際調査報告 ＮＭ’Ｄ’ｈ　Ｔｏ　ａＥＥ　：Ｎ’：ＥＲＮＡ：ＺＯＴｈｔ；Ｑ　ＳＺ？：、 ＣＭ　：ｉ：ＰＯＲＴ　０Ｎ１Ｎ：ＥＬＭ入τ：ＣＮＡＬ　Ｐ２？ＬＩＣ入τ： ＯＮ　Ｎｏ、　Ｐｌ：：／Ｄ！　ε７／ＱＣ：２４　（！Ａ　：６５６６）ＵＳ −Ａ−４２ｍ０７９０　０ユ１０７／ａＯ；Ｐ−Ａ−５２１５０５７１１４／１ ２／７７ＣＢ−Ａ−９８０９４６ＮＬ−Ａ−２７５７２２＝デ一人−Ｃ１５Ｓ５ ａ４　２５／Ｃ９，’ａ５　；？−Ａ−６０ｎａ９：２６　２６／Ｃ９／２５

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．接触子が円板形の接触片を備え、その際接触片が接触片支持体上にろう付け されかつうず電流の防止手段を有するような、軸方向磁界を伴なう真空遮断器の 接触子装置において、接触片（１０，２０，３０，４０，５０）が少なくともそ の裏面に、基体材料に比べて明らかに小さい導電率を有する半径方向領域（１５ ，２５，３５，４５，５５）を備えていることを特徴とする半径方向磁界を伴な う真空遮断器の接触子装置。
2. ２．半径方向領域（１５，２５，３５，４５，５５）が、その間に存在し基体材 料から成る円切片に比べて狭く、かつ少なくとも四つの半径方向領域（１５，２ ５，３５，４５，５５）が円対称に接触片（１０，２０，３０，４０，５０）の 中に分散配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の接触子装置。
3. ３．個々の領域が平行な境界を有して接触片（１０，２０，３０，５０）の中で 棒状のウエブ（１５，２５，３５，５５）を形成するか、又は個々の領域が半径 方向の境界を有して接触片（４０）の中で扇形の底面を有するくさび（４５）を 形成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の接触子装置。
4. ４．半径方向傾城（３５，４５）が接触片（３０，４０）の裏面（３２，４２） から接触面（３１，４１）まで延びていることを特徴とする請求の範囲第１項記 載の接触子装置。
5. ５．半径方向領域（３５，４５，５５）が接触片（３０，４０，５０）の外周を 出発点として、高導電率の中心領域（３６，４６，５６）が残るような範囲まで 延びていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の接触子装置。
6. ６．半径方向領域が接触片（１０）の接触面（１１）と反対側の面（１２）上の 溝（１５）により形成され、この溝がその断面に三角形（１５）、四角形（１７ ，１８）又は半円形の輪郭（１６）を有することを特徴とする請求の範囲第１項 記載の接触子装置。
7. ７．半径方向領域（２５，３５）が接触片の基体材料の中への添加物の拡散域で あり、この拡散域が混晶形成に基づき基体材料の導電率を低下し、その際添加物 が少なくとも接触片（２０）の接触面（２１）と反対側の面（２２）から侵入拡 散され、拡散深さは接触片（２０）の厚さ（ｄ）の少なくとも５０％であること を特徴とする請求の範囲第１項記載の接触子装置。
8. ８．半径方向領域が接触片（１０）の接触面と反対側の面上の溝及びこの溝から 始まる拡散域（２５）により形成され、拡散域が溝（１５）の底を出発点として 接触片（１０）の残っている厚さの少なくとも５０％に達することを特徴とする 請求の範囲第６項又は第７項記載の接触子装置。
9. ９．接触片（４０，５０）が粉末冶金により製造された成行部品であり、少なく ともその裏面上に基体材料の導電率より明らかに小さい導電率を有する材料から 成る半径方向領域（４５，５５）を有することを特徴とする請求の範囲第１項記 載の接触子装置。
10. １０．半径方向領域（４５）が低導電性材料の粉末、例えば金属材料又は絶縁材 料により充填されていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の接触子装置。
11. １１．接触片（５０）の中に、基体材料より明らかに小さい導電率を有する材料 から成る成形体（５５）、例えば板が挿入されていることを特徴とする請求の範 囲第９項記載の接触子装置。
12. １２．接触片（１０，２０，３０）が３０ないし６０質量％、好ましくは５０質 量％のクロムを含むクロム銅ベース材料から成ることを特徴とする請求の範囲第 １項ないし第１１項のいずれか１項に記載の接触子装置。
13. １３．侵入拡散により基体材料の導電率を低下する添加物が、鉄（Ｆｅ）、ニッ ケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジ ルコニウム（Ｚｒ）、アンチモン（Ｓｂ）、すず（Ｓｎ）、シリコン（Ｓｉ）の 元素のうちの一つ、又はこれらの元素の組み合わせであることを特徴とする請求 の範囲第７項又は第８項記載の接触子装置。
14. １４．粉末冶金により製造された接触片（４０）の中の半径方向領域（４５）を 充填するための金属材料が、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ） 、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はこれらの元素 の組み合わせ又は合金であることを特徴とする請求の範囲第１０項記載の接触子 装置。
15. １５．粉末冶金により製造された接触片（４０）の中の半径方向領域（４５）を 充填するための絶縁材料が、例えばＳｉＯ２，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３のようなセ ラミック材料、又は例えばＳｉＣ，ＴｉＣのような炭化物であることを特徴とす る請求の範囲第１０項記載の接触子装置。