JPS6074317A - 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、真空インクラブタに係り、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、もって電極の過
度の溶融を防ぐことにより電流しゃ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
自在に尋人するとともに、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、楡をそれぞれ固着し、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５６−１３０
０３７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５６−５
７４４３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（？ｌ。

次に示す（１）〜（■１）の緒特性が要求されている。

（１）電流しゃ断能力が高いこと （１１）耐電圧が高いこと （Ｉｌｌ）消耗が少ないこと （１■）電流さい断値が小さいこと （ｖ）接触抵抗が小さいこと （ｖｌ）溶着力が小さいこと しかして、従来の縦磁界舅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す電流の発
生を抑制でき、機械的強度が太きいものでちる。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（ｔＶＬ　（Ｖ）お
よび（ｖｌ）の特性が得られな℃・。

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（Ｂ　ｉ　）
を含有せしめたＣｕ　−Ｂｉ合金（例えばＣｕ　−０，
５Ｂ１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、大電流しゃ断能力。

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５４−３６１
２１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゛電流の如き犬′１ｄ流をしＪＰ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、
電流しゃ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
、高電圧のしゃ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、Ａ空容器内に
１対の電極棒を相対的に接近ｈ］Ｌ反自社に導入すると
ともに、各電極棒の内瑞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向磁
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、　ｒｉｉｌ記各−極のアーク拡散部を磁性ステン
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Ｍ％およびモリブデン５〜フ０重量係
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、この真空インクラックは、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
接近離反自在に専大し、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ｔｌ
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　Ｉ　
Ｑ　Ｔｏｒｒ以下の圧力）に者１・気して形成されてい
る。そして、真空容器１内には、前記各電極棒２がそれ
ぞれの象属端板７の中央から真空容器１の気密性を保持
して相対的ｖＣ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、工１は主
シールド、１２は補助シールドである。

前記各′ε電極棒の内端部には、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湾曲した円弧部４ｃとか
らなる１／２分流タイプのコイル４が、取付べ−ｘ　４
ａの一方（第２図において下方）の面に形成した四部１
３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、取伺部１４ａの
外周から半径方向外方へ放射状に延伸した仮数の支持腕
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根株的
強度大にしてかつ低導電率の材料がらン′えるものであ
る。

前記コイル４の取付ベース４ａの他方の間には、已 円形の四部が設けられており、この四部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′［ｄ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Ｊ６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ｉ’ｉｉＡ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湾曲した円弧部１７Ｃとか
らなり、鋭の如（高導電率の材料により形成された補助
　イル１７が、取付ベース１７ａの一方（第２図におい
て下方）の面に設げた係合段部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の端部に設げた透孔２１に挿着した軸方向の通電ビ
ン２０を介し電気的に接ｆ洸されている。

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、背面中央に設けた四部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。ＩＫ　（ｒ３は、対向面（第
２図において上面）中央に円形の四部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１牧１）！−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、磁性ステンレス鋼、
例えばフェライト系またはマルテンサイト系ステンレス
鋼等により形成されている。フェライト系ステンレス鋼
としては、５ｕｓ４０５　、　４２９゜４３０、　４３
０Ｆ、４３４等、マルテンサイト系ステンレス鋼として
は、ｓｕｓ　４０３　、　４１０　、　４１６　、　４
２０　。

４３１、４４０Ｃ等が挙げられる。なお、フェライト系
ステンレス鋼゛は、約２．５チの導電率（ＩＡＣＳ％　
）　、４９　ｋｇｆ　／ｕｎ２以上の引張強度および１
９０Ｈｖ（Ｉｋｙ）の硬度を有し、マルテンサイト系ス
テンレス鋼は、約３．０チの４電率ｙ　６０　ｋｇｆ　
／　ｍｍ２以上の引張強度および１９０　Ｈｖ　（１ｋ
ｇ　）の硬度を有するものである。

マタ、ｍ　触部３　ｂ　ハ、Ｃｕ　２０〜７０　＠　膚
（襲ｚクロム（Ｃｒ）５〜７０！ｆ％およびモリブデン
（Ｍｏ　）　５〜７０重ｉ％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％の導電革
および１２０〜１８０１−１ｖ　（１ｋｙ　）の硬度を
有するものである。

一方、接触部３ｂを形成する包合金属は、以下に述べる
各腫の方法により製造されるものである３、（１）例え
ば−ｉｏｏメツシュのＣｒ粉末と一１００メッシュノ八
１０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
る容器に入れろとともにその上にＣｕのブロックを載置
し、真空中（５Ｘ　１Ｏ−Ｔｏｒｒ）においてまず１０
００℃で１０分間加熱して脱ガスするとともにＣｒとＭ
Ｏ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　’Ｃ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（例えば初体上に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
）（／Ｃ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
は１１００℃で５〜２０分程度）してこの基イ２にＣｕ
を溶浸し一体結合して行なう。

（３）　、Ｃｕ、　ＣｒおよびＭｏの各金属な粉末にし
、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°Ｃ）またはＣｕのｔｍ＋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ｉ＋Ｉ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（したりまたは加熱時ｍ］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Ｃ２）、　（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一同時に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Ａ全インク２ブタの電極として
は性能上差異はない。

次に、製造方法（１）により製造した■成分組成（Ｃｕ
　５０重量’Ｉｒ　ｔ　Ｃｒ　１０　Ｍ４１）ｌ　％お
よび八４．ｏ　４０垂しト％）、ＩＩ成分組成（Ｃｕ　
５０重量％　、　Ｃｒ　２５　Ｊｌｉ：　ｉ＋？チおよ
びＭｏ２５重量％）およびＩ（ｒ成分組成（Ｃｕ５０　
重量％、　Ｃｒ　４０重量値およびＭｏ　１０−ｆ１＠
％）の各複合金属の組織状態は、それぞれ第４　Ｄｌ（
Ａ）〜ｐ）、第５図（春〜（Ｄ）および第６図西〜山に
示すＸ糺！写真のようになった。

すなわち、第４図へ）、第５図内および第６図（Ａ）の
Ｘ線写真は、二次電子像であり、各図（１３）のＸ　、
（Ｑ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１）１（
Ｃ）のＸ線写真は、ＭＯの分散状態を示すＱｌ性Ｘ糾！
晰、島状に点在する白い部分がＭＯである。さらに、各
図（ハ）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）に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Ｓｉｒ　＊ｌｊ　３　ｂ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緒特性の試
験結果は、次のようになった。

（１）２Ｆ７．電卓（ＩＡＣ８％） ４０〜５０係 （２）硬度 １２０〜１８０　Ｈｖ　（１ｋ！９　）また、アーク拡
散部３ａをフェライト系ステンレス鋼５ｕｓ４３０によ
り、直径１００　ｔｎ／ｍの笠形円板状に形成するとと
もに、接触部３ｂを１成分組成の複合金属により、直径
６０　ｒｎ／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
ず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）電流しゃ断能力 しＪＰ断条件が、定格電圧１２　ｋＶ　（伺起電圧２１
ｋＶ、　ＪＥＣ−１８１）　、　シ’＜”断速度ｉ、　
２〜］、　５７７１／Ｓの時に６２ｋＡ（ｒ、ｍ、ｓ。

）の電流をしゃ断することができた。また、定格電圧８
４　ｋＶ　（倒起Ｎ圧１４３ｋＶ、ＪＲＣ−１８１，）
、しゃ断速度３．０ｍ／ｓの時に４１　ｋＡ（ｒ、ｍ、
ｓ、）の′ｉｊｉ：　ｉ’ｉｌこをしＪＰ断することが
できた。

なお、アーク拡散部３ａをマルテンサイト系ステンＶ　
；ｃ、鋼ｓｕｓ　４１０とした場合および接触部３ｂを
■成分組成、　１Ｆ１成分組成の各複合金属とした場合
並びに比較品について同−条件で試験した各電流しゃ断
能力は、表１に示すようになった。

表　１ （２）　絶縁耐力 ギャップを３０　ｍ／ｍに保持し、衝撃波１．ｌＩＩ′
屯圧試鎮圧試験ったところ、士４００ｋＶ（バラツギ±
１０ｋＶ　）の絶縁耐力を示した。また、犬１わ５流（
６２に勺の多数回しゃ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ｔｉｔ（８０
Ａ）のしゃ断後に同イ浜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、アーク拡散部３ａをｓｕｓ　４１０としたし！２
）合および接触部３ｂを■成分組成、■成分組成の６複
ば金属とした場合の絶縁−力は、いずれも５ｕｓ４３４
とＩ成分組成の複合金属とを組合わせたものと同様の値
を示した。また、不う６明品（ｓｕｓ４：３−１と■成
分組成との組会せ）と比較品との各１１．（７：ｌ芹波
耐電圧試験の結果は、表２に示すよつｊｃなった。

（３）耐浴若性 １３０　ｋｇの加圧下で、２５　ｋＡ（ｒ、ｍ、ｓ、’
。

の４流を３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条にとど
まった。また、１０００ｋｇの加圧下で、５０　ｋＡ（
ｒ６ｍ、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、０〜５９ｂにと
どまり、十分な１ｌｌｔ沼ｄｆ性を備えていた。

なお、アーク拡散部３ａを５ｕＳ４１０とした４　自お
よび接触部３ｂを■成分組成、１１１成分組成のぐ。

キズ合金属とした場合も同様な結果であった。

（４）遅れ小電流（銹導性の負荷）のしゃ断能力３０八
通電して行なった電流さい断値は、平均３．９Ａ（標準
偏差・ａｎ　＝　０．９６　、標本数ｎ　＝　１０　（
１）を示した。

なお、接触部３ｂを■成分組成とした場合には、平均３
．７Ａ（ｑ、ｎ＝１．２６．ｎ＝１００　）、１１１成
分組成とした場合には、平均３．９Ａ（σｎ＝１．５．
ｎ＝１ｏｏ）を示した。また、アーク拡散部３ａを５ｕ
ｓ４１０とした場合も同様な結果であった。

（５）進み小電流（客足性の負荷）のしゃ断能力電Ｂｉ
　；　８４　ｉｃＶ　ｘ’７；Ｆ’、８０　Ａ　７７）
Ｍミ小Ｅ　６１ｅ試馳（ＪＥＣ−１８１）を、１０００
０回行なったが、杓点弧は０回であった。

なお、アーク拡散部３ａをｓｕｓ　４１０とした場合お
よび接触↑４ｊ（３ｂを■成分シｒ！１成、■成分庖１
成の各孜合金％４とした場合も同様な結果であった。

ところで、接触部３ｂを形成する祖合−〇）属の成分組
成が、Ｃｕ　−１ｊｔ−２０〜７０　ｇｉ　％　、　Ｃ
ｒ　５〜７０正社係、Ｍｏ５〜７０重量係の、組成範囲
以外の場合には、イ］ｈ′１足する１者ｑ′ｊ性を’Ｉ
ｉ’にることかできなかった。

すなわち、Ｃｕが２０ｍ址％より少ないｌ場合には１．
０市率が低下し接触抵抗が著しく大きくなり、一方７０
電ｉｉｔ％を超える場合には、溶が力およびさい断１直
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重量係を超える場合には、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５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５
６−５７４４３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２ブタの各電極のア
ーク拡散部を磁性ステンレス鋼により形成するとともに
・、接触部をＣｕ２Ｏ〜７０重量係。

Ｃｒ　５〜７０重量％およびＭｏ５〜７０重量裂がうな
る複合金属により形成したので、従来のものに比して電
流しゃ断能カを大幅に向上できる。しかも、接触部を２
０Ｃｕ−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、　（
ｄ、　（Ｃ）、　（１’）、ｓｉｘ　５　図（Ｎ、　ｍ
、　＋（Ｏ）、・（Ｄ）オよび第６図（４）、（υ、　
＠、　０）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、３
ａ・・・アーク拡散部、３ｂ・・・接触部、４・・・コ
イル。 第２図 第４図（Ａ、）　第４図ＣＢ） 第６図（０

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
   平行な軸方向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磁性
   ステンレス鋼により形成するとともに、接触部を銅２０
   〜７０重世係、クロム５〜７０３１ｉｆｔ％およびモリ
   ブデン５〜７０重ｉｋ％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。