JP2012216368A - Arc resistant electric contact, manufacturing method of the arc resistant electric contact, and switch using the arc resistant electric contact - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、開閉器に用いられる耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器に関するものである。 Embodiments described herein relate generally to an arc-proof electrical contact used in a switch, a manufacturing method thereof, and a switch using the arc-proof electrical contact.
電流遮断機能を有する開閉器には、その使用目的や必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。これらの開閉器では、ガス中に１対の接点を設けており、両接点を接触状態に保つことで通電を行っている。 There are various types of switches having a current interrupting function, such as a load switch, a disconnecting switch, and a circuit breaker, depending on the purpose of use and required functions. In these switches, a pair of contacts are provided in the gas, and energization is performed by keeping both contacts in contact.
また開閉器では、接触状態にある両接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する。このため、開閉器の接点には耐アークに優れた電気接点が採用されている。ここで、耐アーク電気接点の構造を説明する前に、耐アーク電気接点を備えた開閉器の構成について、図８を用いて説明する。 In the switch, both contacts in contact are separated to generate an arc discharge in the gas, and the current is cut off by extinguishing the arc. For this reason, an electrical contact excellent in arc resistance is adopted as the contact of the switch. Here, before describing the structure of the arc-proof electrical contact, the configuration of the switch provided with the arc-proof electrical contact will be described with reference to FIG.
（開閉器の構成）
図８は、高電圧送電系統（７２ＫＶ以上）の保護用開閉器として広く使用されるパッファ形ガス遮断器の断面構造図の一例である。図８において、各構成部品は基本的に同軸円筒形状である。また、中心線（一点鎖線）より上半分は遮断器投入状態すなわち接点の接触による通電状態を、中心線より下半分は接点が開離する電流遮断動作中の状態を、それぞれ示している。
(Configuration of switch)
FIG. 8 is an example of a cross-sectional structure diagram of a puffer-type gas circuit breaker widely used as a protective switch for a high-voltage power transmission system (72 KV or higher). In FIG. 8, each component is basically a coaxial cylindrical shape. In addition, the upper half of the center line (one-dot chain line) indicates the circuit breaker-on state, that is, the energized state by contact of the contact, and the lower half of the center line indicates the state of the current interrupting operation in which the contact is opened.
図８に示すように、パッファ形ガス遮断器には接地された金属などからなる密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には、絶縁性能およびアーク消弧性能の高いＳＦ６ガスなどの消弧ガスＡが充填されると共に、固定接点部２および可動接点部３が対向配置されている。固定接点部２は、密閉容器１内に絶縁固定され、固定通電接点２ａ、固定アーク接点２ｂから構成されている。
As shown in FIG. 8, the puffer-type gas circuit breaker is provided with a sealed
可動接点部３は、密閉容器１内で軸方向に移動可能であり、かつ密閉容器１から絶縁支持されて設置されている。可動接点部３は、可動通電接点３a、可動アーク接点３ｂ、絶縁ノズル３ｃ、パッファシリンダー３ｄが、ピストンロッド３ｅに取付けられて構成されている。パッファシリンダー３ｄには、密閉容器１内に固定されたピストン７が摺動自在に収納されている。
The
ピストンロッド３ｅには駆動装置５内の可動部が連結されており、可動接点部３の可動性は、ピストンロッド３ｅが絶縁操作棒（図示せず）を介して駆動装置５内の可動部から駆動力を受けることで達成される。なお、図７中の符号４ａ、４ｂは、図示してないブッシングを介して電流を外部に引き出すための導体である。
The
（開閉器の電流遮断動作）
続いて、以上のようなパッファ形ガス遮断器の電流遮断動作について述べる。遮断器投入時には、固定アーク接点２ｂおよび可動アーク接点３ｂは接触導通状態にある。
(Current cut-off operation of the switch)
Next, the current interruption operation of the puffer type gas circuit breaker as described above will be described. When the circuit breaker is turned on, the
この状態からガス遮断器が電流遮断動作を開始すると、駆動装置５の駆動力を受けて可動接点部３が図７中の右方向に移動し、両接点２ｂ、３ｂが相対移動して開離する。このとき、両接点２ｂ、３ｂ間には導電性のアーク６が発生する。
When the gas circuit breaker starts a current interrupting operation from this state, the
さらに、電流遮断動作が進むと、ピストン７がパッファシリンダー３ｄの内部空間からなる蓄圧空間を圧縮して同部の圧力を上昇させる。これにより、パッファシリンダー３ｄ内に存在する消弧ガスＡが高圧力のガス流８となる。ガス流８は、絶縁ノズル３ｃによって整流され、アーク接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６に対して強力に吹付けられる。このようにガス流８を吹付けることで、両接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６を消滅させ、電流を遮断することができる。
Further, when the current interrupting operation proceeds, the piston 7 compresses the pressure accumulation space formed by the internal space of the
（耐アーク電気接点の構造）
次に、耐アーク電気接点の構造について、上記パッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂを例に取り、図９を用いて説明する。図９に示すように、固定アーク接点２ｂは、接点の主材料である接点母材１０が設けられており、アーク６が直接接触する接点先端部には耐弧金属部９が配置されている。
(Arc-proof electrical contact structure)
Next, the structure of the arc-proof electric contact will be described with reference to FIG. 9, taking the
耐弧金属部９および接点母材１０は共に、径寸法が同一である中実の円筒状部材から構成され、両者間の導電性を確保しつつ一体的に接合されている。なお、図９中のφＤは耐弧金属部９の径寸法、Ｌは耐弧金属部９の軸方向長さ寸法を示している。
Both the arc-resistant metal part 9 and the
耐弧金属部９の材料としては、アーク６が直接接触するので融点の高い金属を主体とした合金、例えば、タングステンに銅を溶浸して製造した銅タングステン合金などが多く採用されている。一方、接点母材１０の材料としては、耐弧金属部９よりも融点の低い金属を主体とし、その上で、通電性並びに耐弧金属部９との接合性が良好であることや低コストであることが望ましい。これらの要望を満たす接点母材１０として、銅もしくは銅を主体とした合金、あるいは鉄などが多用されている。
As the material of the arc-resistant metal portion 9, an alloy mainly composed of a metal having a high melting point, such as a copper tungsten alloy manufactured by infiltrating copper into tungsten, is often used because the arc 6 is in direct contact. On the other hand, the material of the
（耐アーク電気接点の損耗）
ところで、上記の構造を持つ耐アーク電気接点では、高温のアーク遮断に伴う損耗が問題となっている。すなわち、接点２ｂ先端部の耐弧金属部９は通常、高融点材料からなるが、高温のアーク６と繰り返し接触するので、その先端部がアーク６により溶融することは避けがたい。その結果、耐弧金属部９の先端部表面には金属が抜けて微細な亀裂１１が発生した。
(Wear of arc-proof electrical contacts)
By the way, in the arc-proof electrical contact having the above-described structure, wear due to high-temperature arc interruption is a problem. That is, the arc-resistant metal portion 9 at the tip end of the
また、接点２ｂの基部側に位置する接点母材１０には、耐弧金属部９とは異なり、アーク６が接触しないものの、アーク６に晒されて高温となったガス流８が、電流遮断動作のたびに吹付けられる。したがって、耐弧金属部９よりも低融点である接点母材１０では、耐弧金属部９とのつなぎ目周辺に、浅い窪みとなる溶損１２（図９に点線で図示）が生じる場合があった。
Unlike the arc-resistant metal portion 9, the
耐弧金属部９の亀裂１１や接点母材１０の溶損１２が進行して接点２ｂの損耗が激しくなると、両接点２ｂ、３ｂ間の接触不良などが起きるおそれがあり、ガス遮断器の性能維持が困難となる。このようなアーク遮断に伴う接点の損耗は、固定アーク接点２ｂに限ったことではなく、可動アーク接点３ｂはもちろんのこと、ガス中に点弧したアークを消滅させて電流遮断を行う方式の開閉器（断路器や負荷開閉器など）に用いられる耐アーク電気接点であれば、共通の問題である。
If the
（耐アーク電気接点の従来例）
そこで従来から、高温アークによる損耗を抑制する耐アーク電気接点が種々提案されている。例えば、特許文献１においては、銅タングステン合金にカルシウムを添加することで、アーク６による耐弧金属部９の損耗量を抑えている。これにより、耐弧金属部９先端に亀裂１１が発生することを防ぐことができる。
(Conventional example of arc-proof electrical contact)
Thus, various arc-resistant electrical contacts that suppress wear due to high-temperature arc have been proposed. For example, in
また、接点母材１０に発生する溶損１２を回避する技術としては、耐弧金属部９の軸方向長さ寸法Ｌを伸ばし、耐弧金属部９とのつなぎ目である接点母材１０の先端部を、アーク６から遠ざけることが有効である。具体的には図１０に示すような接点２０ｂが考えられる。
Further, as a technique for avoiding the
接点２０ｂでは、軸方向長さ寸法Ｌを伸ばした耐弧金属部３９を有している点に特徴がある。耐弧金属部３９の軸方向長さ寸法Ｌは、遮断器投入状態の完了位置（最投入位置）であっても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがない長さに設定されている。
The
このような接点２０ｂによれば、耐弧金属部３９と接点母材１０とのつなぎ目部分が熱源であるアーク６から遠いため、アーク６に晒されたガス流８が吹付けられても、溶損１２（点線にて示す）が発生し難い。また、たとえ溶損１２が発生したとしても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがないので、両接点２０ｂ、３ｂ間の接触導通を確実に維持することができる。
According to such a
ところで近年は、開閉器のコンパクト化が進んでおり、それに伴って耐アーク電気接点の径寸法も小さくなっている。このため、接点の先端部分における単位面積当たりのアーク熱量は増大し、耐アーク電気接点の受ける熱的ストレスは過酷化する傾向にある。 By the way, in recent years, the size of the switch has been reduced, and the diameter of the arc-proof electrical contact has been reduced accordingly. For this reason, the amount of arc heat per unit area at the tip of the contact increases, and the thermal stress received by the arc-proof electrical contact tends to become severe.
また、開閉器には常にアーク遮断能力向上が求められており、これに対応すべく、アークに吹付けるガスの高圧化が図られている。そこで、開閉器の電流遮断方式としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器の方式が主流になりつつある。すなわち、図８の方式では、ピストン７による機械的圧縮に加えて、アーク６自体の熱を利用して、パッファシリンダー３ｄ内の圧力を高め、アーク６に吹付けるガス流８の高圧化を図っている。
In addition, the switch is always required to improve the arc interruption capability, and in order to respond to this, the pressure of the gas blown to the arc is increased. Therefore, the puffer type gas circuit breaker shown in FIG. 8 is becoming mainstream as a current breaker for the switch. That is, in the method of FIG. 8, in addition to the mechanical compression by the piston 7, the pressure in the
ところが、この方式を採用する開閉器では、ガス流８の高圧化に際してアークの熱を利用するので、アーク接点２ｂ、３ｂの周辺温度は上昇した。この結果、アーク接点２ｂ、３ｂの受ける熱的ストレスは非常に過酷になっていた。
However, in a switch adopting this method, the heat of the arc is used when the
以上述べたように、開閉器のコンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化が進展する現在、耐アーク電気接点が晒される熱的環境は、ますます過酷化している。このような状況の下、耐アーク電気接点においては、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を抑えることがいっそう強く要請されていた。 As described above, the thermal environment to which the arc-resistant electrical contact is exposed is becoming more severe as the switches are made more compact and the pressure of the gas blown onto the arc is increased. Under such circumstances, there has been a strong demand for arc-proof electrical contacts to suppress contact wear due to high-temperature arc interruption.
また、耐アーク電気接点の課題としては、耐弧金属部９にタングステンなどの高価な希少金属を利用するので、高価であることが指摘されている。特に、開発途上国での電力インフラ設備の拡充が盛んに行われている昨今では、耐アーク電気接点の低コスト化を実現することが待たれていた。 Further, it is pointed out that the arc-proof electrical contact is expensive because an expensive rare metal such as tungsten is used for the arc-proof metal portion 9. In particular, in recent years when power infrastructure facilities are being actively expanded in developing countries, it has been awaited to reduce the cost of arc-proof electrical contacts.
以上述べたように、耐アーク電気接点およびそれを用いた開閉器では、熱的環境の過酷度が増す状況にあっても接点損耗を確実に抑止することと、経済性を損なう要因を極力排除して低コスト化を実現することが大きな課題となっていた。 As described above, arc-proof electrical contacts and switches using them are able to reliably suppress contact wear even in situations where the severity of the thermal environment increases, and eliminate factors that impair economic efficiency as much as possible. Therefore, realizing a reduction in cost has been a major issue.
本実施形態の耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器は、このような課題を解決するためになされたものであって、構造面からのごく簡単な方法により、高価な材料の使用量を減らしつつ接点の損耗を抑止可能であり、保守点検の簡素化および接点の長寿命化に寄与すると共に、低コスト化を実現して経済性の向上を図ることを目的とするものである。 The arc-proof electrical contact and the manufacturing method thereof according to the present embodiment and the switch using the arc-proof electrical contact are made in order to solve such a problem, and are made by a very simple method from the structural aspect. It is possible to suppress the wear and tear of contacts while reducing the amount of expensive materials used, contributing to the simplification of maintenance and inspections, extending the service life of contacts, and reducing costs and improving economic efficiency. It is the purpose.
前記目的を達成するために、本実施形態の耐アーク電気接点は、電流遮断時に発生するアークが接触する耐弧金属部と、この耐弧金属部よりも融点の低い金属を主体とする接点母材とから構成されており、前記耐弧金属部は前記接点母材の先端部分を覆うように当該接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the arc-proof electrical contact of the present embodiment includes an arc-proof metal part that contacts an arc generated when a current is interrupted, and a contact mother mainly composed of a metal having a melting point lower than that of the arc-proof metal part. The arc-proof metal portion is limited to the surface layer portion of the contact base material so as to cover the tip portion of the contact base material.
（１）構成
以下、本発明の実施形態である耐アーク電気接点の構成について、図１を参照して具体的に説明する。本実施形態の耐アーク電気接点は、図９に示した従来例と同様、図８のパッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂに適用したものである。
(1) Configuration Hereinafter, the configuration of an arc-proof electrical contact which is an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. The arc-proof electrical contact of this embodiment is applied to the fixed
すなわち、本実施形態を採用する開閉器は、図８に示したパッファ形ガス遮断器であり、特にアーク遮断能力を高めるために、ピストン７による機械的圧縮に加え、アーク６自体の熱でパッファシリンダー３ｄ内の圧力を高める方式のものである。
That is, the switch adopting the present embodiment is the puffer type gas circuit breaker shown in FIG. 8, and in particular, in order to increase the arc breaking capability, the puffer is heated by the heat of the arc 6 itself in addition to the mechanical compression by the piston 7. This is a system for increasing the pressure in the
図１に示すように、本実施形態の耐アーク電気接点は、外観的には図９に示した固定アーク接点２ｂと同じく円筒形状であるが、耐弧金属部１９が接点母材２０の先端部に鞘状に取り付けられている点に特徴がある。
As shown in FIG. 1, the arc-proof electrical contact of the present embodiment is cylindrical in appearance as in the case of the fixed
耐弧金属部１９は、形状的には試験管に似た部材であって、接点母材２０の先端部分を全体的に覆うように、接点母材２０の表層部分に限定して形成されている。耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、先端部分と円筒形状部分とで均一に形成されている。
The arc-
また、耐弧金属部１９の内部形状と、接点母材２０の先端部の外部形状とは合致し、両者は隙間無く接触するようになっている。つまり、接点母材２０において耐弧金属部１９に覆われる先端部分は、耐弧金属部１９の円筒部分の厚さ寸法ｄの分だけ細く形成される。さらに、接点母材２０先端部分の曲面は、耐弧金属部１９の先端部分の曲面と一致するように形成されている。
Moreover, the internal shape of the arc-
（２）耐弧金属部１９の厚み寸法
耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、次の（式１）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数１］
ｄ（ｍｍ）＞０．００２４×［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］…（式１）
(2) Thickness dimension of arc-
[Equation 1]
d (mm)> 0.0024 × [I S 2 / S] × [T max 1.5 ] (Formula 1)
（式１）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）は開閉器の定格遮断電流であり、ＩＳ １．５は定格遮断電流ＩＳが通電された際にアークに注入されるエネルギーに略比例した量である。また、Ｓ（ｍｍ２）は耐弧金属部１９がアーク６と接しうる面積であって、耐弧金属部１９の直径をφＤ（ｍｍ）とした場合、ＳはπＤ２／４から求められる。なお、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄは、「接点母材２０を覆うように表層部分に限定して形成する」という趣旨から、ｄ＜φＤ／２という上限値を与えるようにしても良い。
In the right side of (Formula 1), I S (kA) is the rated breaking current of the switch, and I S 1.5 is approximately proportional to the energy injected into the arc when the rated breaking current I S is energized. Amount. Further, S (mm 2) is a area of arc-
Ｔｍａｘ（ｍｓ）は開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間であり、当該開閉器の規格で求められる形式試験において決定されるものである。Ｔｍａｘのべき乗数１．５は、アーク点弧時間に対するアーク接点周辺での熱蓄積の程度を一般化した係数である。 T max (ms) is the longest arc firing time in the rated breaking current of the switch, and is determined in the type test required by the standard of the switch. The power factor 1.5 of T max is a coefficient that generalizes the degree of heat accumulation around the arc contact relative to the arc firing time.
（３）耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法
さらに耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ（ｍｍ）は、以下の（式２）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数２］
Ｌ１（ｍｍ）＞０．０３５×［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］…（式２）
(3) Axial length dimension of arc-
[Equation 2]
L1 (mm)> 0.035 × [I S 2 / S] × [T max 1.5 ] (Formula 2)
（式２）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）、Ｓ（ｍｍ２）、Ｔｍａｘ（ｍｓ）は、前記の通りである。すなわち、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが上記（式１）および（式２）にて規定されるということは、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが、［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］で定義した電流負荷に基づいて決められることに他ならない。
In the right side of (Formula 2), I S (kA), S (mm 2 ), and T max (ms) are as described above. That is, the fact that the thickness dimension d and the axial length dimension L of the arc-
一例として、定格遮断電流ＩＳ＝６３ｋＡ、耐弧金属部１９先端部の直径をφＤ＝３０ｍｍ、定格遮断電流における最長のアーク点弧時間Ｔｍａｘ＝２０ｍｓとした開閉器の場合、（式１）から耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ以上、（式２）から耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍ以上という値が導かれる。したがって、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ、軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍといった値で設計される。
As an example, in the case of a switch having a rated breaking current I S = 63 kA, the diameter of the tip of the arc-
（４）材料
耐弧金属部１９における好ましい材料例としては、銅タングステン合金等がある。また、接点母材２０において好ましい材料例としては、耐弧金属部１９より融点は低く、且つ熱伝導率は高い金属が採用される。例えば、耐弧金属部１９に銅タングステン合金を採用した場合、タングステンよりも熱伝導率が優れた銅もしくは銅合金等があげられる。なお、接点母材２０の材料である銅もしくは銅合金は、銅タングステン合金からなる耐弧金属部１９との接合性も良好である。
(4) Material Examples of a preferable material for the arc-
（５）製造方法
続いて、図２、図３を用いて、本実施形態に係る耐アーク電気接点の製造方法について具体的に説明する。まず、スケルトン構造を有した耐弧金属体を用意し、この耐弧金属体から、窪み２１ａを有する耐弧金属材料２１を製作する（耐弧金属材料製作ステップ、図２上段に図示）。
(5) Manufacturing Method Subsequently, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a method for manufacturing the arc-resistant electrical contact according to the present embodiment will be specifically described. First, an arc-resistant metal body having a skeleton structure is prepared, and an arc-
耐弧金属体の軸方向長さ寸法Ｌｏは耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ以上とする。耐弧金属体に上面から下面付近まで掘り下げるようにして窪み２１ａを形成し、耐弧金属材料２１を製作する。窪み２１ａは、耐弧金属部１９にて覆われる接点母材２０先端の小径部を成形するための部分である。窪み２１ａを設けた耐弧金属材料２１の左右側面部の肉厚寸法ｄｘおよび底部の肉厚寸法ｄｙはいずれも、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄよりも長く設定される。
The axial length Lo of the arc-resistant metal body is not less than the axial length L of the arc-
次に、窪み２１ａを付けた耐弧金属材料２１を、型２３内に収納、配置し、溶融接点母材２２を含浸する（接点母材含浸ステップ、図２下段に図示）。その後、溶融接点母材２２を冷却固化させることにより、加工用素材２５を製作する（加工用素材製作ステップ、図３上段に図示）。こうして出来上がった加工用素材２５を、最終加工形状２４（図３上段にて点線で示す）に切削加工する（切削加工ステップ、図３下段に図示）。以上のようにして、耐弧金属部１９および接点母材２０からなる耐アーク電気接点を製造する。
Next, the arc-
（６）作用
続いて、本実施形態の作用について説明する。図４に示すグラフは、従来の耐アーク電気接点において、耐弧金属部９表面に生じる亀裂１１の深さを、電流負荷に対してまとめたものであり、上記（式１）で規定した耐弧金属部１９の厚み寸法ｄの根拠となっている。
(6) Operation Next, the operation of the present embodiment will be described. The graph shown in FIG. 4 summarizes the depth of the
図４のグラフから明らかなように、電流負荷を［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］で定義することで、亀裂１１の最大深さを、電流負荷に対してほぼ線形的に評価することが可能となる。すなわち、図４のグラフの縦軸にとった最大亀裂深さは、おおむね（式１）の右辺で決めることができ、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄとしては（式１）で規定される値以上であれば、必要十分であることが分かる。したがって、アーク６の接触する耐弧金属部１９の機能としては、（式１）で規定される値以上の厚み寸法であれば十分である。
As is apparent from the graph of FIG. 4, by defining the current load as [I S 2 / S] × [T max 1.5 ], the maximum depth of the
同様に、図５のグラフは、耐アーク電気接点において、接点母材２０と耐弧金属部１９とのつなぎ目で溶損１２が発生する可能性を、電流負荷に対してまとめたものである。同図においては、接点母材２０の溶損が発生したケースを×で、発生しなかったケースを○で示している。
Similarly, the graph of FIG. 5 summarizes the possibility of melting
図５のグラフから明らかなように、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌを、上記（式２）で規定する値以上に構成すれば、接点母材２０の溶損１２は避けることが可能である。したがって、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌとしては、それ以上の長さは不要である。
As is apparent from the graph of FIG. 5, if the axial length L of the arc-
（７）効果
以上述べた本実施形態は、次のような効果を発揮する。図６は従来のアーク接点と本実施形態に係るアーク接点との損耗量を同じ電流条件で比較した実測例である。
(7) Effects The embodiment described above exhibits the following effects. FIG. 6 is an actual measurement example in which the amount of wear between the conventional arc contact and the arc contact according to the present embodiment is compared under the same current conditions.
すなわち、銅タングステン合金などからなる耐弧金属部１９は、銅などのからなる接点母材２０に比べて融点は高いものの、熱伝導率は低い。そのため、耐弧金属部１９の円筒部分の厚み寸法ｄ’を薄くしたことで、熱伝導性に優れた接点母材２０が接点表面まで近づくことになる。
That is, the arc-
したがって、高温のアーク６が耐弧金属部１９に接触しても、接点母材２０が接点表面に近いので、接点表面からの熱引けが良好になる。このような耐アーク電気接点によれば、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄを必要最低限に抑えることで、熱伝導性を高めることができ、接点損耗量を半分程度（従来のアーク接点を１００とした場合に４６）にまで低減することが可能である。
Therefore, even if the high-temperature arc 6 contacts the arc-
また、耐弧金属部１９は必要にして十分な厚さ寸法ｄと長さ寸法Ｌを確保しているため、耐弧金属部１９先端での亀裂１１や、接点母材２０とのつなぎ目での溶損１２を、確実に防ぐことができる。したがって、本実施形態は、アーク６の熱による接点損耗の進行を顕著に抑制することが可能であり、コンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化により接点への熱的ストレスが非常に過酷である開閉器（例えば、図８に示したパッファ形ガス遮断器など）に特に好適である。
In addition, since the arc-
ところで、先に述べたように、図９に示した従来の耐弧金属部９は、中実の円筒形部材であるため、耐弧金属部９先端部の厚み寸法は耐弧金属部９の軸方向長さＬと等しく、耐弧金属部９の体積は大きくなっていた。したがって、従来の耐アーク電気接点では高価な希少金属の使用量が多くなり、経済的に不利であった。 By the way, as described above, since the conventional arc-resistant metal part 9 shown in FIG. 9 is a solid cylindrical member, the thickness dimension of the arc-proof metal part 9 is the thickness of the arc-resistant metal part 9. It was equal to the axial length L, and the volume of the arc-resistant metal part 9 was large. Therefore, the conventional arc-resistant electrical contact is disadvantageous economically because the amount of expensive rare metal used is increased.
これに対して、本実施形態の耐弧金属部１９は、接点母材２０の表層部分を覆うだけであり、厚み寸法ｄは非常に薄く、その体積は大幅に低減することができる。したがって、高価な希少金属の使用量を削減することが可能である。
On the other hand, the arc-
また、本実施形態の耐弧金属部１９では、添加物を加えた特殊な合金を採用する必要も無く、この点からも経済性の低下を招くおそれがない。さらには、本実施形態の製造方法によれば、所望形状の耐アーク電気接点を低コストで製作することができる。
Moreover, in the arc-
上述したように、本実施形態によれば、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を確実に抑えることができ、接点寿命が伸び、保守点検作業の実施間隔も開けることができ、作業の簡易化を進めることができた。しかも、特殊な合金材料を用いることなく、且つ構造面からのごく簡単な方法によって、高価なタングステンなどの希少金属の使用量を低減させることが可能であり、大幅な低コスト化に寄与することができる。 As described above, according to this embodiment, contact wear due to high-temperature arc interruption can be reliably suppressed, contact life can be extended, maintenance intervals can be increased, and the work can be simplified. I was able to proceed. In addition, it is possible to reduce the amount of rare metals such as expensive tungsten used by a very simple method from the structural aspect without using a special alloy material, contributing to a significant cost reduction. Can do.
（８）他の実施形態
なお、図１に示した実施形態では、アーク接点表層部分に配した耐弧金属部１９の厚み寸法は均一としているが、必ずしも均一である必要はなく、必要に応じて不均一としても良い。
(8) Other Embodiments In the embodiment shown in FIG. 1, the thickness dimension of the arc-
例えば、図７に示した耐弧金属部２９のように、先端部の厚さ寸法ｄ１を、円筒形状の厚さ寸法ｄ２よりも厚くしてもよい。このような実施形態によれば、耐弧金属部２９先端を厚くしたことで、亀裂１１の発生をより確実に防止することが可能である。
For example, like the arc-
また、耐弧金属部の軸方向長さ寸法についても適宜変更可能であり、さらには耐弧金属部や接点母材の材料などについても適宜選択可能である。耐弧金属部の材料としては、銅タングステン合金の他、タングステン基焼結合金や、タングステンカーバイト基焼結合金などでも構わない。また、本発明の実施形態を用いる開閉器としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器に限らず、断路器や負荷開閉器など、耐アーク電気接点を用いた開閉器にあれば、適用可能である。 Further, the axial length of the arc-resistant metal part can be changed as appropriate, and further, the material of the arc-resistant metal part and the contact base material can be selected as appropriate. As a material for the arc-resistant metal part, a tungsten-based sintered alloy, a tungsten carbide-based sintered alloy, or the like may be used in addition to the copper-tungsten alloy. In addition, the switch using the embodiment of the present invention is not limited to the puffer type gas circuit breaker shown in FIG. 8, and is applicable to any switch using arc-resistant electrical contacts such as a disconnect switch or a load switch. Is possible.
１…密閉容器
２…固定接点部
２ａ…固定通電接点
２ｂ…固定アーク接点
３…可動接点部
３ａ…可動通電接点
３ｂ…可動アーク接点
３ｃ…絶縁ノズル
３ｄ…パッファシリンダー
３ｅ…ピストンロッド
４ａ、４ｂ…導体
５…駆動装置部
６…アーク
７…ピストン
８…ガス流
９、１９、２９、３９…耐弧金属部
１０、２０…接点母材
１１…アーキングに伴い発生する亀裂
１２…アーキングに伴い発生する母材の溶損
２１…スケルトン構造の耐弧金属部材料
２２…溶融接点母材
２３…型
２４…耐アーク電気接点の最終加工形状
２５…加工用素材
Ａ…消弧ガス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記耐弧金属部は、前記接点母材の先端部分を覆うように前記接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴とする耐アーク電気接点。 In an arc-proof electrical contact composed of an arc-resistant metal part that is in contact with an arc generated when a current is interrupted, and a contact base material mainly composed of a metal having a melting point lower than that of the arc-proof metal part,
The arc-resistant electric contact is formed by limiting the arc-resistant metal portion to a surface layer portion of the contact base material so as to cover a tip portion of the contact base material.
前記耐弧金属部の厚み寸法ｄは、０．００２４×［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１記載の耐アーク電気接点。 When the thickness dimension of the arc-resistant metal part is d (mm), the rated breaking current of the switch is I S (kA), and the area of the arc-proof metal part that can contact the arc is S (mm 2 ), The longest arc firing time at the rated breaking current of the switch is T max (ms).
The arc-resistant metal part according to claim 1, wherein the thickness d of the arc-resistant metal part is not less than a value determined by 0.0024 × [I S 2 / S] × [T max 1.5 ]. Electrical contact.
前記耐弧金属部の接点軸方向の長さＬ寸法は、０．０３５×［ＩＳ ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ １．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐アーク電気接点。 When the length dimension of the arc-proof metal part in the contact axis direction is L (mm), the rated breaking current of the switch is I S (kA), and the area of the arc-proof metal layer that can contact the arc is S (Mm 2 ), T max (ms) as the longest arc firing time in the rated breaking current of the switch,
The length L dimension in the contact axis direction of the arc-resistant metal part is not less than a value determined by 0.035 × [I S 2 / S] × [T max 1.5 ]. The arc-proof electrical contact according to 1 or 2.
ガスで充たされた容器内に１対の耐アーク電気接点が配置され、通電時には両者を接触導通状態に保ち、電流遮断時には両者を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断せしめるように構成され、
前記１対の接点を開離動作する際に接点間で発生したアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段が設けられ、
前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路とから構成され、
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、前記アークにおいて発生する熱エネルギーによりもたらされるように構成されたことを特徴とする開閉器。 A switch provided with the arc-proof electrical contact according to any one of claims 1 to 4,
A pair of arc-proof electrical contacts are arranged in a gas-filled container, and when energized, both are kept in contact conduction, and when current is interrupted, both are separated to generate an arc discharge in the gas. It is configured to cut off the current by extinguishing the arc,
A gas flow generating means for blowing the gas to an arc generated between the contacts when the pair of contacts is opened;
The gas flow generation means includes at least one pressure accumulation space, at least one pressure increase means for raising the pressure in the pressure accumulation space, and at least one gas flow path connecting the pressure accumulation space and the arc,
The switch according to claim 1, wherein at least one of the pressure raising means is provided by thermal energy generated in the arc.
軸方向長さ寸法を前記耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌ以上とした耐弧金属に、前記耐弧金属部にて覆われる接点母材先端部を成形するための窪みを形成し、当該窪みを付けた耐弧金属の底部および左右の肉厚寸法を、前記耐弧金属部の厚み寸法以上にして耐弧金属材料を製作する耐弧金属材料製作ステップと、
前記耐弧金属材料を所定の型の内部に配置して、溶融した接点母材を含浸させる接点母材含浸ステップと、
前記接点母材を含浸させた前記耐弧金属材料を冷却固化させて加工用素材を製作する加工用素材製作ステップと、
当該加工用素材を最終加工形状に切削加工する切削加工ステップを含むことを特徴とする耐アーク電気接点の製造方法。 A method for producing an arc-resistant electrical contact according to any one of claims 1 to 4,
In the arc-resistant metal whose axial length dimension is equal to or greater than the axial length dimension L of the arc-resistant metal portion, a recess for forming a contact base material tip covered with the arc-resistant metal portion is formed, An arc-resistant metal material manufacturing step for manufacturing the arc-resistant metal material by making the bottom and left and right wall thickness dimensions of the arc-resistant metal with the depressions equal to or greater than the thickness dimension of the arc-resistant metal section;
A contact base material impregnation step in which the arc-resistant metal material is disposed inside a predetermined mold and impregnated with a molten contact base material;
A processing material production step for producing a processing material by cooling and solidifying the arc-resistant metal material impregnated with the contact base material, and
A method for manufacturing an arc-resistant electrical contact, comprising a cutting step of cutting the material for processing into a final processed shape.
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