JP3455471B2

JP3455471B2 - ガス絶縁開閉機器

Info

Publication number: JP3455471B2
Application number: JP17351399A
Authority: JP
Inventors: 高雄山内; 勉杉山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001006468A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電力系統に使用さ
れるガス絶縁開閉機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば特許公開公報特開平８−
２０３３６４号に記載された従来のガス絶縁開閉機器の
開閉接触子であり、断路器のチューリップ接触子の例を
示す。１３はチューリップ接触子、１４は可動接触子、
１４ａは可動接触子１４のめっき層、１５は固定接触子
片であり、多数の固定接触子片１５で固定接触子を構成
している。１５ａは固定接触子片１５のめっき層、１６
は導体、１７は取付け金具、１８は固定ボルト、１９は
支持金具、２０はガータスプリングである。

【０００３】次に動作について説明する。図６におい
て、ガス絶縁開閉装置の断路器の絶縁ガスを封入した容
器（図示せず）内に配設されたチューリップ接触子１３
の固定接触子片１５および可動接触子１４の摺動接触面
には、銀めっき或いは銀複合めっきを施しためっき層１
５ａおよび１４ａが設けられ、接触抵抗の低減が図られ
ている。銀めっき或いは銀複合めっきを施しためっき層
１５ａおよび１４ａのめっき層の厚さは５０〜２００μ
ｍである。チューリップ接触子１３の固定接触子片１５
および可動接触子１４の摺動により、めっき層１５ａと
１４ａが摺動し、摺動摩耗により、上記めっき層の厚さ
或いはそれに近い厚さの銀摩耗粉が生じて、絶縁物表面
或いはガス絶縁開閉機器の容器内面に蓄積し、絶縁低下
が生じる。また、めっき層１５ａおよび１４ａの銀の層
は固定接触子片１５および可動接触子１４の銅地金に機
械的に付着しているため、大きな荷重がかかると剥離し
て長さ数ｍｍの銀片が生じ、断路器のさらに大きな絶縁
低下を生じる。

【０００４】さらに、ガス絶縁開閉機器が遮断器である
場合、接触子の摺動速度が断路器より大幅に大きく、数
ｍｍ程度の大きな銀片を生じて、ガス絶縁開閉装置の遮
断器の絶縁低下を生じ易い。これは、銀めっき層と地金
の銅との間の付着力が弱く、銀めっき層の厚さが厚いこ
とに起因していた。また、従来のガス絶縁開閉装置で
は、初期慣らし操作後に摩耗した銀めっき粉の清掃が必
要であり、所定の期間運転後の定期点検時にも運転中に
生じた銀めっき粉の清掃が必要であり、余分の手間がか
かりその分コストが高くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のガス絶縁開閉機
器は以上のような構成であったので、開閉接触子の銀め
っき層よりの摩耗粉が生じて絶縁性能が低下したり、初
期および定期点検の費用が高くなる等の問題点があっ
た。ガス絶縁開閉機器を含めてガス絶縁電気機器は、コ
ンパクトにするため絶縁強度の大きいＳＦ6ガスなどの
絶縁ガスを絶縁空間に封入し、絶縁寸法を小さくしてい
る。従って、上記のような摩耗粉による悪影響は、絶縁
寸法の大きい空気絶縁の場合に比べて顕著となる。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、開閉接触子の開閉動作による摩
耗粉の生じ難いガス絶縁開閉機器を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るガス絶縁
開閉機器は、開閉接触子の地金を銅または銅合金で形成
し、開閉接触子の少なくとも一方の地金の表面に、外側
から銀成分を導入することにより該地金と銀の合金から
なる厚さ０.５〜１０μｍの表面層を形成して、この表
面層上で上記開閉接触子が摺動するようにしたものであ
る。請求項２に係るガス絶縁開閉機器は、請求項１記載
のものにおいて、表面層上に厚さ５〜２０μｍ銀めっき
層からなる保護層を形成したものである。請求項３に係
るガス絶縁開閉機器は、請求項１または請求項２記載の
ものにおいて、開閉接触子の開閉速度を２〜２０ｍ/ｓ
としたものである。請求項４に係るガス絶縁開閉機器
は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものにお
いて、表面層の成分が、地金側から表面に向かって銀の
比率が増加するようにしたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
一実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に
おけるガス絶縁開閉機器である断路器の断面図であり、
図２は可動接触子の断面図である。図１および図２にお
いて、１は断路器、２は可動接触子、２ａは可動接触子
２の銅合金の地金、２ｂは可動接触子２の表面層であ
り、固定接触子（後述）との摺動面、すなわち可動接触
子２の表面に厚さ０.５〜１０μｍの銅と銀の合金層で
形成されている。３は固定接触子、３ａは固定接触子３
の銅合金の地金、３ｂは固定接触子３の表面層であり、
可動接触子２との摺動面、すなわち固定接触子３の表面
に厚さ０.５〜１０μｍの銅と銀の合金層で形成されて
いる。可動接触子２と固定接触子３とで、接離可能な２
つの開閉接触子を構成している。４はフィンガー接触
子、５および６は可動側と固定側の導体部、７は絶縁
筒、８および９は金属製シールド、１０は絶縁空間であ
り、上記１〜９が図示しない金属容器に収納され金属容
器の中にはＳＦ6ガス等の絶縁媒体が封入されている。

【０００９】可動接触子２および固定接触子３の表面層
２ｂ、３ｂは、地金２ａ、３ａの銅合金に対して、イオ
ンクラスタビーム法を用い、銀の微粒子を高真空中で電
気的に加速し高速で当てて、地金２ａ、３ａ上にその銅
合金と銀との合金層を形成することにより製造される。
この合金層つまり表面層２ｂ、３ｂの硬度は、地金の硬
度よりも高くなる。このイオンクラスタビーム法を用い
たものには、地金の表面に銀層を形成する方法もある
が、この場合は表面硬度は銀並であり、高い硬度が得ら
れないので、合金層を形成する条件で製造を行う必要が
ある。なお、イオンクラスタビーム法の他に、例えばイ
オン注入法、ＣＶＤ法などによって製造することもでき
る。

【００１０】次に動作について説明する。図１におい
て、断路器１は開状態にあり、可動接触子２が右方向に
動いて、固定接触子３に接触し、固定接触子３の内面を
摺動して所定の閉状態定位置で止まる。また、断路器１
の開動作は逆の動きをする。すなわち可動接触子２が、
図１において左方向に動いて固定接触子３の内面を摺動
し、固定接触子３から離れて開状態になる。可動接触子
２の外側の表面層２ｂと固定接触子３に内側の表面層３
ｂとが接触し、その部分は銀を含有しているために接触
抵抗が小さく通電による温度上昇に耐えるようになって
いる。摺動面である表面層２ｂ、３ｂの硬度が高く、ま
た可動接触子２と固定接触子３の摺動面にはコンタクト
グリースが薄く塗布され、摺動による焼付を防止する役
割を果たしている。また、上記の例では地金２ａ、３ａ
を銅合金としたが、銅合金の代わりに銅であっても、表
面層２ｂ、３ｂとして銅と銀の合金層を形成することに
より、同様の効果が得られる。いずれの場合も、表面層
２ｂ、３ｂである合金層の銀の成分比率は２０〜９９％
とする。銀成分が少なすぎると接触抵抗が大きくなり、
逆に多すぎると硬度が小さくなって不具合である。

【００１１】図１および図２において、断路器１は多数
回の操作後でも、可動接触子２と固定接触子３の摺動面
の硬度が高いため、可動接触子２と固定接触子３の摺動
による摩耗粉の量は極めて微量になっている。これは銀
のビッカース硬度が２６程度であるのに対して、可動接
触子２と固定接触子３の表面層２ｂ、３ｂの合金層の一
例ではビッカース硬度が１００程度と大幅に高いことに
よっている。また、銅合金にイオンクラスタビーム法で
銀粒子を当てることにより、銅合金の表面硬化現象によ
り、さらに硬度が上昇していることにも起因している。

【００１２】図３は、接触子の開閉速度と接触子の摩耗
量の関係を示すグラフである。曲線Ａが従来同様の銀め
っき（厚さ５０μｍ）の場合を示し、曲線Ｂは銀と銅の
合金の例を示す。回閉回数１００回当たりの摩耗量で比
較したものである。縦軸の単位のＰ.Ｕ.は、前者の低速
度における摩耗量を１として表したという意味である。
図３から分かるように、接触子の摺動速度が２ｍ/ｓを
超えると銀めっきでは摩耗量が大幅に増加する傾向にあ
り、銀と銅の合金では余り変化しない傾向にある。摺動
速度の大きい銀めっきの接触子の場合、接触子同士が当
たったときの荷重により銀めっきの剥離が生じるためで
ある。これに対して、摺動速度の大きい銀と銅の合金の
接触子の場合、合金層の硬度および地金との付着強度が
高いことにより、剥離や摩耗が生じ難いためである。

【００１３】図１において、可動接触子２の表面層２ｂ
はイオンクラスタビーム法により形成されるが、加工済
みの銅合金の表面に薄い合金層を形成するには最も適し
た方法であり、他の方法では面精度の良い銀と銅の合金
層を形成することは困難である。面精度の良い銀と銅の
合金層の形成は、高真空中でイオン化した銀を高速で銅
合金表面に当てるイオンクラスタビーム法の特に優れた
効果である。

【００１４】図１では、ガス絶縁開閉機器として断路器
の事例で示したが、遮断器にも適用できる。遮断器は、
開閉速度２〜２０ｍ/ｓで用いられているが、このよう
に開閉速度がより大幅に大きい遮断器の場合には、図３
に示すように摩耗粉の発生量が、従来と比べて大幅に減
少し、ガス絶縁開閉機器の絶縁信頼性向上および保守費
用低減の面ではさらに効果的になる。また、ガス絶縁の
接地開閉器等の他のガス絶縁開閉機器の場合でも同様の
効果が得られる。

【００１５】図２において、表面層２ｂ、３ｂの厚さは
０．５〜１０μｍと薄いが、摩耗量が少ないので、例え
ば数千回以上の多数回動作後でも地金２ａ、３ａが露出
することなく、長期にわたり銀成分による低接触抵抗を
維持できる。図２の表面層２ｂ、３ｂの厚さは部分的に
少し厚く形成されても、支障なく同様の効果が得られ
る。また、図１に示したものは、可動接触子２および固
定接触子３の両方に表面層が形成されているが、片方で
も若干摩耗量は増えるもののほぼ片方分相当の同様の効
果が得られる。さらに、表面層２ｂ、３ｂの成分が、地
金２ａ、３ａ側から表面に向かって銀の比率が増加する
ように、表面層２ｂ、３ｂを傾斜合金層としてもよい。
これにより表面層２ｂ、３ｂと地金２ａ、３ａとの密着
度が高くなる。

【００１６】実施の形態２．以下、この発明の他の実施
の形態について説明する。図４は本実施の形態における
ガス絶縁開閉機器である断路器の可動接触子の断面図で
ある。図において、２ｃは表面層２ｂ上に形成された保
護層である銀めっき層で、厚さが５〜２０μｍになって
いる。その他は実施の形態１の場合と同様であるので説
明を省略する。

【００１７】図４に示した可動接触子２の製造方法は、
図２の場合と同様に銅合金の地金２ａの表面にイオンク
ラスタビーム法により銀の微粒子を高真空中で電気的に
加速して高速で当て、その表面に地金２ａと銀との合金
層を厚さ０．５〜１０μｍに形成して表面層２ｂとな
し、さらに表面層２ｂ上に従来と同様の銀めっき層２ｃ
を５〜２０μｍと薄く施したものである。地金２ａと銀
との１０μｍ以下の合金の表面層２ｂは、取り扱いによ
っては軽い傷が付いて部分的に地金２ａが表面に露出す
る。気中で長期保管する場合、銅の酸化物或いは銅の硫
化物が生じて接触抵抗が増加することがあり、この酸化
或いは硫化を防止するために、表面を保護する薄い銀め
っき層２ｃが設けられている。この銀めっき層２ｃは、
従来の銀めっき層の膜厚５０〜２００μｍと比べて、５
〜２０μｍと薄いため、多数回動作により摩耗や剥離が
生じても、２０μｍ以下の微細な銀粉となり、ガス絶縁
開閉機器の絶縁にあまり影響しない。銀めっき層２ｃが
摩耗してしまった後は、実施の形態１の場合と同様に作
用する。従って、薄い銀めっきを施すことにより、ガス
絶縁電気機器の長期的信頼性向上の面で効果を有してい
る。保護層２ｃの厚さを５〜２０μｍとしたのは、厚す
ぎると銀摩耗粉が大きくなって絶縁性能に悪影響を及ぼ
し、逆に薄すぎると保護層としての役割を果たせないか
らである。なお、上記では銀めっき層２ｃを、可動接触
子２の表面層２ｂ上に形成したが、固定接触子の表面層
上に形成してもよいし、その両方に形成してもよい。

【００１８】実施の形態３．以下、この発明のさらに他
の実施の形態について説明する。図５は本実施の形態に
おけるガス絶縁開閉機器である断路器の可動接触子の断
面図である。表面層２ｂは、可動接触子２の先端部分と
これに続く一部分の表面のみに形成されている。その他
は実施の形態１の場合と同様であるので説明を省略す
る。図５の可動接触子２の場合、イオンクラスタビーム
法により部分的に表面層２ｂを形成していて、表面層２
ｂの面積が図２場合より大幅に小さいため、図２の可動
接触子２より製造コストを大幅に低減でき、経済性を向
上させることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
るガス絶縁開閉機器によれば、開閉接触子の地金の表面
に、地金と銀の合金からなる表面層を形成したので、開
閉接触子表面の硬度が高くなって、両接触子の摺動によ
る摩耗粉が生じ難く、これによりガス絶縁開閉機器の絶
縁信頼性が向上し、保守費用が低減するという効果が得
られる。

【００２０】また、請求項２に係るガス絶縁開閉機器に
よれば、開閉接触子の表面層上に銀めっきによる保護層
を形成したので、保管中に表面を保護し、銅の酸化、硫
化を防止する。また、請求項３に係るガス絶縁開閉機器
によれば、開閉速度が２〜２０ｍ/ｓと高速のものに適
用したので、開閉接触子の摩耗量を従来のものに比べて
大幅に低減できる。また、請求項４に係るガス絶縁開閉
機器によれば、表面層の成分が地金側から表面に向かっ
て銀の比率が増加するようにしたので、表面層と地金と
の密着度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における断路器の断
面図である。

【図２】図１の断路器の可動接触子の断面図である。

【図３】この発明のガス絶縁開閉装置の可動接触子の
開閉速度と摩耗量の関係を示すグラフである。

【図４】この発明の実施の形態２における断路器の可
動接触子の断面図である。

【図５】この発明の実施の形態３における断路器の可
動接触子の断面図である。

【図６】従来の開閉装置の開閉接触子を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

２可動接触子、２ａ可動接触子の地金、２ｂ可動
接触子の表面層、３固定接触子、３ａ固定接触子の
地金、３ｂ固定接触子の表面層、２ｃ銀めっき層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 1/02 H01H 1/38 H02B 13/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属容器の内部に互いに摺動して接離可
能な２つの開閉接触子を装着し、絶縁ガスを封入したガ
ス絶縁開閉機器において、上記開閉接触子の地金を銅ま
たは銅合金で形成し、上記開閉接触子の少なくとも一方
の地金の表面に、外側から銀成分を導入することにより
該地金と銀の合金からなる厚さ０.５〜１０μｍの表面
層を形成して、この表面層上で上記開閉接触子が摺動す
るようにしたことを特徴とするガス絶縁開閉機器。
【請求項２】表面層上に厚さ５〜２０μｍの銀めっき
層からなる保護層を形成したことを特徴とする請求項１
記載のガス絶縁開閉機器。
【請求項３】開閉接触子の開閉速度が２〜２０ｍ/ｓ
であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
ガス絶縁開閉機器。
【請求項４】表面層の成分は、地金側から表面に向か
って銀の比率が増加するようにしたことを特徴とする請
求項１から請求項３のいずれかに記載のガス絶縁開閉機
器。