JPH059888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、真空インタラブタに係り、特に磁気
駆動形の電極を備えた真空インタラプタに関す
る。 従来技術 真空インタラプタの磁気駆動形の電極は、アー
クを含む電流通路を往復ループ状にすることによ
つて生ずる磁界とアーク電流との相互作用により
アークを駆動し、アークの局部停滞を防ぎ電流し
や断能力の向上を図るもので、一般に、第１図に
示すように、真空容器（図示省略）内に相対的に
接近離反自在に導入した１対の電極棒１（図にお
いては一方のみ示す）の内端部に固着されるスパ
イラル状またはスクリユー状等の複数のアークペ
ダルを有するアーク駆動部２と、このアーク駆動
部２の対向面中央に突設したリング状またはボタ
ン状の接触部３とから構成されている。 ところで、真空インタクラプタの電極材料が具
備すべき特性としては、一般に、以下に述べるこ
とが要求されている。 (1) 電流しや断能力が高いこと (2) 絶縁耐力が優れていること (3) 消耗が小さいこと (4) 電流さい断値が小さいこと (5) 接触抵抗が小さいこと、 (6) 耐溶着性が良好なこと けれども、単一の材料ですべての特性を満たす
ことはできず、また純金属でも勿論不可能であ
り、現在では真空インタラプタの用途に応じた材
料が選択されている。 しかして、従来の磁気駆動形の電極において
は、そのアーク駆動部２を、上記諸特性を概ね満
足するものとし銅を単一材料として形成するとと
もに接触部３を、大電流用とし特公昭41−12131
号等で知られている銅にビスマスを添加したCu
−Bi合金（たとえばCu−0.5Bi合金）により形成
したり、または高電圧用とし特公昭54−36121号
等で知られている銅にタングステンを添加した
Cu−Ｗ合金（たとえば20Cu−80W合金）により
形成したりしている。 ところが、銅の引張強度が約20Kgｆ／mm²と小さ
いことから、アーク駆動部２は、投入、しや断時
の衝撃および大電流アークの電磁力によつて生ず
る衝撃等による変形防止のため、その軸方向（第
１図における上下方向）の寸法（厚さ）および重
量の増大を招来している。 また、銅の引張強度が小さいことから、磁気駆
動力を増大すべくアークペダルの長さを大きくす
ることができず、電流しや断能力の停滞をもたら
している。 さらに銅は軟らかくかつその蒸気圧および融点
が他の元素、たとえばタングステンとビスマスの
ほぼ中間の値であることから、大電流アークの場
合には、アークペダルの過度の溶融によりその消
耗が大となる問題がある。 また、昨今の系統拡張に伴う昇流、昇圧に対処
すべく、電流しや断能力と絶縁耐力の両方に優れ
た電極が要望されている。 発明の目的 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、小形、軽量にして
かつ耐久性を有するとともに、高電圧、大電流の
しや断を行ない得る磁気駆動形の電極を備えた真
空インタラプタを提供するにある。 発明の構成 本発明は、上記目的を達成するため、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接触部とアー
ク駆動部とからなる磁気駆動形の電極をそれぞれ
固着してなる真空インタラプタにおいて、前記各
電極の接触部を20〜70重量％の銅、５〜70重量％
のクロムおよび５〜70重量％のモリブデンの複合
金属により形成するとともに、アーク駆動部を20
〜70重量％の銅、５〜40重量％のクロムおよび５
〜40重量％の鉄の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２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４内に一対の電極棒５，５を相対的に接近
離反自在に導入するとともに、各電極棒５，５の
内端部に磁気駆動形の電極６，６をそれぞれ固着
して概略構成されている。 すなわち、真空容器４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７，７の両
端を固着したFe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金等か
らなる薄肉円環状の封着金具８，８，…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８，８を介し円板状の
金属端板９，９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４内には、前
記各電極棒５がそれぞれの金属端板９の中央から
真空容器４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、電極棒５の一方（第２図において上方）
は、一方の金属端板９に気密に挿着されているも
のであり、他方は金属ベローズ１０を介し真空容
器４の気密性を保持して他方の金属端板９を軸方
向（第２図において上下方向）へ移動自在に挿通
されているものである。また、第２図において１
１および１２は軸シールドおよびベローズシール
ド、１３は主シールド、１４は補助シールドであ
る。 前記各電極棒５の内端部には、第３図に示すよ
うに、電極棒５の直径より適宜大径の円板状にし
てかつ銅の如く高導電率の材料からなる取付ベー
ス１５が、その一方（第３図において下方）の面
に形成した凹部１６を介しろう付により固着され
ている。 取付ベース１５の他方の面には、一方の面の凹
部１６より適宜大径の凹部１７が形成されてお
り、この凹部１７には、取付ベース１５の直径よ
り適宜大径の薄肉円板状に形成されるとともに、
アークを磁気駆動すべくその周辺から中央付近ま
でスパイラル状の複数のスリツト１８を切込むこ
とにより、周辺にスパイラル状の複数のアークペ
ダルを有するアーク駆動部６ａがその一方の面の
中央に突設した突出部を介しろう付により固着さ
れている。このアーク駆動部６ａは、後述する接
触部と相俟つて磁気駆動形の電極６を形成するも
のである。 アーク駆動部６ａの対向面となる他方の面の中
央には、電極棒５の直径より適宜大径の円形の凹
部１９が形成されており、この凹部１９には、リ
ング状の接触部６ｂがアーク駆動部６ａの対向面
から突出してろう付により固着されている。 前記アーク駆動部６ａは、20〜70重量％の銅
と、５〜40重量％のクロムと、５〜40重量％の鉄
とからなる複合金属により形成されており、この
成分および組成範囲の複合金属は、５〜30％の導
電率（IACS％）、30Kgｆ／mm²以上の引張強度およ
び100〜170Hv（１Kg）の硬度を有するものであ
る。 なお、アーク駆動部６ａ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) −100メツシユのクロム粉末と−100メツシユ
の鉄粉末とを所定量混合し、この混合粉末をク
ロム、鉄および銅と反応しない材料（たとえば
アルミナ）からなる容器に入れるとともにその
上に所定量の銅のブロツクを載置し、しかる後
に真空中（５×10Torr）においてまず1000℃
で10分間加熱して脱ガスするとともにクロムと
鉄とからなる多孔質の基材を形成し、ついで銅
の融点（1083℃）以上の温度の1100℃で10分間
加熱して銅を多孔質の基材に溶浸して行なう。 (2) クロムと鉄を粉末にし、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（たと
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（たとえば粉体上に銅材をあらかじめ載
置している場合には銅の融点以下、また銅材を
あらかじめ載置していない場合には他の金属の
融点以下）にて加熱保持（たとえば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銅の融点
以上に加熱保持（たとえば1100℃で５〜20分間
程度）してこの基材に銅を溶浸し一体結合して
行なう。 (3) 各金属を粉末にし、各金属粉末を所定量混合
するとともに、この混合粉末をプレス成型して
混合素体を形成し、しかる後にこの混合素体を
非酸化性雰囲気中において銅の融点以下（たと
えば1000℃）または銅の融点以上でかつ他の金
属の融点以下（たとえば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、拡散距離の増大に対処
すべく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、おのづと限
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、前述した製造方法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もので
ある。 次に、製造方法１により製造したアーク駆動部
６ａを形成する−Ａ成分組成（50重量％の銅10
重量％のクロムおよび40重量％の鉄からなる）、
−Ｂ成分組成（50重量％の銅、25重量％のクロ
ムおよび25重量％の鉄からなる）および−Ｃ成
分組成（50重量％の銅、40重量％のクロムおよび
10重量％の鉄からなる）の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、第５図および第６図のＡの
Ｘ線写真は、二次電子像であり、また各図のＢの
Ｘ線写真は、クロムCrの分散状態を示す特性Ｘ
線像で、島状に点在する灰色の部分がクロムであ
る。さらに各図のＣのＸ線写真は、鉄Feの分散
状態を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白また
は灰色の部分が鉄である。また各図のＤのＸ線写
真は、銅Cuの分散状態を示す特性Ｘ線像で、白
い部分が銅である。 したがつて、クロムと鉄の粒子は、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）に銅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。 一方前記接触部６ｂは、20〜70重量％の銅と、
５〜70重量％のクロムと、５〜70重量％のモリブ
デンとからなる複合金属により形成されており、
この成分および組成範囲の複合金属は、20〜60％
の導電率および120〜180Hv（１Kg）の硬度を有す
るものである。 なお、接触部６ｂを形成する複合金属は、アー
ク駆動部６ａを形成する複合金属とほぼ同様の各
種の方法により製造されるものであるとともに、
各金属粉末の粒径についてもほぼ同様のことがい
えるものである。 次に、製造方法１により製造した接触部６ｂを
形成する−Ａ成分組成（50重量％の銅、10重量
％のクロムおよび40重量％のモリブデンからな
る）、−Ｂ成分組成（50重量％の銅、25重量％
のクロムおよび25重量％のモリブデンからなる）
および−Ｃ成分組成（50重量％の銅、40重量％
のクロムおよび10重量％のモリブデンからなる）
の複合金属の組織状態は、それぞれ第７図Ａ〜
Ｄ、第８図Ａ〜Ｄおよび第９図Ａ〜Ｄに示すＸ線
写真のようになつた。 すなわち、第７図、第８図および第９図のＡの
Ｘ線写真は、二次電子像であり、また各図のＢの
Ｘ線写真は、クロムCrの分散状態を示す特性Ｘ
線像で、島状に点在する灰または白色の部分がク
ロムである。さらに各図のＣのＸ線写真は、モリ
ブデンMoの分散状態を示す特性Ｘ線像で、島状
に点在する灰色の部分がモリブデンである。また
各図のＤのＸ線写真は、銅Cuの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、白い部分が銅である。 したがつて、クロムとモリブデンの粒子は、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）に銅が溶浸されて強
度に結合した複合金属となつていることが判る。 また、アーク駆動部６ａを形成する−Ａ成分
組成、−Ｂ成分組成および−Ｃ成分組成の複
合金属と、接触部６ｂを形成する−Ａ成分組
成、−Ｂ成分組成および−Ｃ成分組成の複合
金属の諸特性の試験結果は、以下に述べるように
なつた。なお、Ａはアーク駆動部６ａを形成する
複合金属の特性、Ｂは接触部６ｂを形成する複合
金属の特性を示す。 (1) 導電率（IACS％） Ａ；８〜10％ Ｂ；40〜50％ (2) 引張強度 Ａ；30Kgｆ／mm² (3) 硬度 Ａ；100〜170Hv（１Kg）、Ｂ；120〜180Hv
（１Kg） いずれも銅の約40Hv（１Kg）に比較して十分
に硬い。 さらに、アーク駆動部６ａを−Ｂ成分組成の
複合金属により、８枚のアークペダルを有する直
径100ｍ／ｍに形成するとともに、接触部６ｂを
−Ａ成分組成の複合金属により、内径30ｍ／
ｍ、外径60ｍ／ｍのリング状に形成して第３図に
示す電極６を形成し、この１対の電極６を組込ん
で第２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、以下に述べるようになつ
た。 (1) 電流しや断能力 しや断速度1.2〜1.5ｍ／ｓにして定格電圧
12kv（再起電圧21kv、JEC−181）でしや断試
験を行なつたところ、45kA（ｒ、ｍ、ｓ）の電
流をしや断することができた。また、しや断速
度3.0ｍ／ｓにして定格電圧84kv（再起電圧
143kv、JEC−181）でしや断試験を行なつた
ところ、35kA（ｒ、ｍ、ｓ）の電流をしや断す
ることができた。 なお、アーク駆動部６ａを形成する−Ａ、
−Ｂおよび−Ｃ成分組成の複合金属と、接
触部６ｂを形成する−Ａ、−Ｂおよび−
Ｃ成分組成の複合金属とを種々組合わせた場合
における発明品の電流しや断能力と、同一の条
件で試験した比較品および従来品の電流しや断
能力を第１表に示す。

【表】

【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±250kv（ばらつき±
10kv）の絶縁耐力を示した。 また、大電流（45kA）の多数回しや断後に
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）のしや断後に
同様な試験を行なつたが絶縁耐力に変化は殆ん
どなかつた。 なお、各成分組成の複合金属からなるアーク
駆動部６ａと接触部６ｂとの組合せからなるも
のの絶縁耐力は、−Ｂ成分組成と−Ａ成分
組成との複合金属の組合せのものと同様な値を
示した。また、本発明品（−Ｂ成分組成と
−Ａ成分組成との組合せ）と、比較品および従
来品との衝撃波耐電圧試験の比較結果を第２表
に示す。

【表】

【表】 (3) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、25kA（r.m.s）の電流を２
秒間通電（IEC短時間電流規格）した後に、
200Kg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６ｂを−Ｂまたは−Ｃ成分
組成の複合金属とした場合も同様な結果を示し
た。 (4) 遅れ小電流（誘導性の負荷）のしや断能力 30Aの電流を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６ｂを−Ｂ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）、また−Ｃ成分組成の複合金属により形
成した場合には、平均3.9A（σn＝1.5、ｎ＝100）
の電流さい断値を示した。 (5) 進み小電流（容量性の負荷）のしや断能力 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６ｂを−Ｂまたは−Ｃ成分
組成の複合金属とした場合にも同様であつた。 しかしながら、アーク駆動部６ａを形成する複
合金属の成分組成範囲が、銅が20〜70重量％、ク
ロムが５〜40重量％、鉄が５〜40重量％の範囲以
外の場合には、各成分元素の利点が活きず、電流
しや断能力、絶縁耐力、機械的強度等の低下が著
しいものであつた。 すなわち、銅が20重量％より少ない場合には、
電流しや断能力が著しく低下し、一方70重量％を
超える場合には、機械的強度および絶縁耐力が著
しく低下した、またクロムが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40重量
％を超える場合には、機械的強度が著しく低下し
た。さらに、鉄が５重量％より少ない場合には、
機械的強度が著しく低下し、一方40重量％を超え
る場合には、電流しや断能力が著しく低下した。 また、接触部６ｂを形成する複合金属の成分組
成範囲が、銅が20〜70重量％、クロムが５〜70重
量％、モリブデンが５〜70重量％以外の場合に
は、各成分元素の利点が活きず、接触部６ｂに要
求される各特性を満足することができなかつた。 すなわち、銅が20重量％より少ない場合には導
電率が低下するとともに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、耐溶着性
の低下とともに電流さい断値が著しく大きくな
り、かつ絶縁耐力が著しく低下した。またクロム
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、導電
率および機械的強度が著しく低下した。さらにモ
リブデンが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いとともに電流さい
断値が著しく大きくなつた。 発明の効果 以上の如く本発明によれば、アーク駆動部を20
〜70重量％の銅と、５〜40重量％のクロムと、５
〜40重量％の鉄とからなる複合金属により形成す
るとともに、接触部を20〜70重量％の銅と、５〜
70重量％のクロムと、５〜70重量％のモリブデン
とからなる複合金属により形成したので、アーク
駆動部を銅により形成するとともに接触部をCu
−0.5Bi合金または20Cu−80W合金により形成し
た従来のものに比し、以下に述べる種々の効果を
奏する。 (1) アーク駆動部の引張強度の向上により、電極
の厚さおよび重量を著しく低減することができ
る。 (2) アーク駆動部の引張強度の向上により、その
外径を変えることなくアークペダルの長さを大
きくして磁気駆動力を大幅に高めることができ
る。 (3) アーク駆動部および接触部が硬度が高くかつ
各成分が均一分散した複合金属から形成されて
いることにより、アークペダルおよび接触部の
過度の溶融を防止でき、その消耗を大幅に低減
できるとともに、絶縁回復特性を向上すること
ができ、かつ多数回しや断後の絶縁耐力の低下
を殆んどなくする（10000回しや断後の絶縁耐
力の低下は、しや断前の絶縁耐力の10〜20％）
ことができる。また、電流さい断値を小さくす
ることができる。 (4) 特に、絶縁耐力を20Cu−80W合金により接
触部を形成したものと同程度としながら、Cu
−0.5Bi合金により接触部を形成したものより
揺かに大きい電流をしや断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気駆動形の電極の縦断面図、
第２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、第３図はその電極の縦断面図、
第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、第５図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄお
よび第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれアーク駆動
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、第７図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、第８図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび第９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。 ４……真空容器、５……電極棒、６……電極、
６ａ……アーク駆動部、６ｂ……接触部。

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
   接触部とアーク駆動部とからなる磁気駆動形の電
   極をそれぞれ固着してなる真空インタラプタにお
   いて、前記各電極の接触部を20〜70重量％の銅、
   ５〜70重量％のクロムおよび５〜70重量％のモリ
   ブデンの複合金属により形成するとともに、アー
   ク駆動部を20〜70重量％の銅、５〜40重量％のク
   ロムおよび５〜40重量％の鉄の複合金属により形
   成したことを特徴とする真空インタクラプタ。