JPH0510778B2 - - Google Patents

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
プタに関する。 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、もつ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、真空容器内に
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56−130037
号公報等に記載されているように真空容器内にお
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、上記真空インタラプタの電極材料
は、次に示す(i)〜(vi)の諸特性が要求されている。 (i) 電流遮断能力が高いこと (ii) 耐電圧が高いこと (iii) 消耗が少ないこと (iv) 電流さい断値が小さいこと (v) 接触抵抗が小さいこと (vi) 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タラプ
タの電極には、例えば実開昭57−89242号公報に
開示されるように、アーク拡散部および接触部を
ステンレス鋼により形成したものがある。かかる
電極は、縦磁界に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、接触部に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
(iv)，(v)および（）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−Bi合金（例えばCu
−0.5Bi合金）により形成したものが知られてい
る。しかしながら、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に、接触部を特公
昭54−36121号公報に記載されているCuにタング
ステン（Ｗ）を含有せしめたCu−Ｗ合金（例え
ば20Cu−80W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
れ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を備え
た縦磁界方式の真空インタラプタを提供すること
を目的とする。 発明の構成 かかる目的を達成するために、本発明は、真空
容器内に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タラプタにおいて、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％およびモリブデン５
〜70重量％からなる複合金属により形成したもの
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
ツ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Fe−Ni−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５×10^-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
接近離反自在に導入されている。 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に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に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４ａ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図において
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に彎曲した円弧部４ｃとから
なる1/2分流タイプのコイル４が、取付ベース４
ａ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
に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
部を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。 なお、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には、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、絶縁スペーサ１６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１６ｂ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を有する円輪
板状の取付ベース１７ａと、取付ベース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）の面に設けた係合段部１８を介しろう付に
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
の端部に設けた凹部１９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ピン２０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に
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３
ａの凹部２３にろう付により固着された接触部３
ｂ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SUS304、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％の導電率（IACS％）、49Kgf／mm²以
上の引張強度および200Hv（１Kg）の硬度を有す
るものである。 また、接触部３ｂは、Cu20〜70重量％、クロ
ム（Cr）５〜70重量％およびモリブデン（Mo）
５〜70重量％の複合金属により形成されている。
なお、この複合金属は、20〜60％の導電率および
120〜180Hv（１Kg）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−100メツ
シユのMo粉末とを所定量混合し、この混合粉
末をCr、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CrとMoとからなる多
孔質の基材を形成し、ついでCuの融点（1083
℃）以上の温度の1100℃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）において、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Cu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
〜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) 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、しかる後に
この混合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
（149μm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なえる利点があ
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Ｉ成分組成
（Cu50重量％、Cr10重量％およびMo40重量％）、
成分組成（Cu50重量％、Cr25重量％および
Mo25重量％）および成分組成（Cu50重量％、
Cr40重量％およびMo10重量％）の各複合金属の
組織状態は、それぞれ第４図Ａ〜Ｄ，第５図Ａ〜
Ｄおよび第６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，第５図Ａ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、Moの分散状態を示す特性Ｘ
線像で、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。 したがつて、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）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。 一方、接触部３ｂを形成するＩ成分組成、成
分組成および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。 (1) 導電率（IACS％） 40〜50％ (2) 硬 度 120〜180Hv（１Kg） また、アーク拡散部３ａをオーステナイト系ス
テンレス鋼SUS304により、直径100m／ｍの笠形
円板状に形成するとともに、接触部３ｂをＩ成分
組成の複合金属により、直径60m／ｍ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図に示す真空インタ
ラプタとして行なつた諸性能の検証結果は、次の
ようになつた。 (1) 電流遮断能力 遮断条件が、定格電圧12kV（再起電圧21kV、
JEC−181）、遮断速度1.2〜1.5m／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84kV（再起電圧143kV、JEC−181）、遮
断速度3.0m／ｓの時に42kA（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１に示すよ
うになつた。

【表】 (2) 絶縁耐力 ギヤツプを30m／ｍに保持し、衝撃波耐電圧試
験を行なつたところ、±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つたが絶縁耐力
に変化はなかつた。さらに、進み小電流（80A）
の遮断後に同様の試験を行なつたが、絶縁耐力は
殆んど変化しなかつた。 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Ｉ
成分組成のものと同様の値を示した。また、本発
明品（SUS304とＩ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
ようになつた。

【表】 (3) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、25KA（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
Kg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％にと
どまつた。また、1000Kgの加圧下で、50kA（r.m.
s.）の電流を３秒間通電した後の引き外しも問題
なく、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つた。 (4) 遅れ小電流（誘導性の負荷）の遮断能力 30A通電して行なつた電流さい断値は、平均
3.9A（標準偏差σn＝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3.7A（σn＝1.26、ｎ＝100）、
成分組成の複合金属とした場合には、平均3.9A
（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 電圧；84kV×1.25／√３、80Aの進み小電流試験 （JEC−181）を、10000回行なつたが、再点弧は
０回であつた。 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結果であつた。 ところで、接触部３ｂを形成する複合金属の成
分組成が、Cu20〜70重量％、Cr5〜70重量％、
Mo5〜70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、Cuが20重量％より少ない場合には、
誘導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、Crが５重量％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、誘導率および機械的強度が著
しく低下した。さらに、Moが５重量％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、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つた。 なお、前述した実施例においては、コイル４を
１／２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1/3分流タイプもしくは1/4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56−57443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42−13045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、真空インタラプタの各
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Cu20〜
70重量％、Cr5〜70重量％およびMo5〜70重量％
からなる複合金属により形成したので、従来のも
のに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−80W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タラプタの一実施例
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Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、第５図Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄおよび第６図Ａ，Ｂ，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線写真である。 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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に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タラプタにおい
   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％およびモ
   リブデン５〜70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。