JP4463149B2 - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガス絶縁開閉装置、特に、電力系統の変電分野で使用されるガス絶縁遮断器に関して摺動接触部に形成された銀めっきに関する。

図２は、この発明が適用される２方向吹付方式の消弧室を備えたパッファ式ガス絶縁遮断装置の構成を示す側面図であり、このような基本構成は従来技術として広く知られている。
図２において、絶縁媒体であるＳＦ_６ガス１１を封入した接地タンク１２と操作装置１３を収納する操作ハウジング１４から構成され、軸シール１５を介して、操作力を伝える構造となっている。操作装置１３の駆動力は、接地タンク１２内の絶縁支持筒１６内に収納された絶縁操作ロッド１７を介して伝達され、可動アークコンタクト１８および可動コンタクト１９をそれぞれ固定アークコンタクト２０および固定コンタクト２１から機械的に切り離すことにより、電流遮断を行う。
パッファシリンダ２２とフィンガーコンタクト２３は電気的に接続する必要があるため、パッファシリンダ２２の表面をフィンガーコンタクト２３が摺動する構造となっており、良好な電気的接触状態を実現するため、摺動部には銀めっき処理が施されている。
摺動により銀めっきの磨耗が進行した結果、銀めっき膜が消失すると、摺動部の接触抵抗の増加が起り、通電によるジュール熱に起因する発熱に至る恐れがある。

摺動部の潤滑性を向上して、銀めっきの磨耗および接触抵抗の増加を抑制するため、潤滑材の適用が行われている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１における図４において、摺動部の母材としての可動接触子７の表面には銀めっき２１が施されている。更に、摺動部の潤滑性を良好にするため、パーフロロポリエーテルによるバインダー２２およびグラファイト２３が潤滑材として使用されている。これらの潤滑材は４００℃以上の耐熱性を備えており、バインダー２２はグラファイト２３を強固に保持することが可能であり、良好な潤滑性が維持される。

特開平９−３０６３２６号公報（第３頁、図４） 「表面技術総覧−めっき・陽極酸化編−」、初版、株式会社広信社、昭和５８年６月１５日、ｐ．３５２−３５５

上記のように、銀めっきには良好な電気接触状態の実現と良好な摺動状態の維持との相反する機能が要求される。良好な電気的接触の実現には接触抵抗の軽減が必要であるが、この機能を実現するには、軟質のめっき膜が適している。

図３は摺動部の接触状態を微視的に描いた模式図である。一般に２つの面が接触する場合、各々の表面に存在する微小突起同士が接触し、押圧に応じて塑性変形が起こる。塑性変形の大きさは押圧と接触する部材の硬度に支配され、軟質膜は硬質膜よりも塑性変形が大きく、接触面積も大きくなる。接触抵抗はこの接触面積に支配されるため、接触面積が大きい軟質膜の接触抵抗は小さくなる。

一方、摺動に関しては、逆に硬質膜が有利である。ガス絶縁遮断器の摺動部に銀めっき膜を用いるのは、元来、銀めっき膜は柔らかく、押圧により大きな塑性変形が起こり、接触抵抗が小さくなる効果を期待しているからである。
パッファシリンダ２２とフィンガーコンタクト２３の摺動により、銀めっきが磨耗するが、一般に磨耗量は硬度に支配され、硬い膜ほど磨耗量は少なくなる。従って、軟質膜の場合、摺動による磨耗が大きくなり、あらかじめ、銀めっき膜を厚くする必要があるだけでなく、磨耗粉金属異物となり、機器の絶縁性能を低下させる恐れがある。
逆に、硬質膜の場合、磨耗量は低減できるが、接触抵抗が大きくなる。従来例にあるパーフロロポリエーテルによるバインダーおよびグラファイトから構成される潤滑材を軟質膜に適用することで、磨耗量を低減させる効果はある程度期待できるが、硬質膜に比べると、磨耗量は依然として多く、その効果は十分ではない。

なお、軟質膜と硬質膜は一般に光沢剤の有無に対応している。基本的組成による銀めっきの場合、軟質膜である無光沢銀めっきとなるが、前記非特許文献１のｐ．３５４における表２．７０に記載された次の（１）〜（７）に示すような光沢剤を用いた銀めっきの場合、光沢剤の添加による電気化学反応の抑制により、銀の結晶組織が微細化され、表面平滑度が向上して光沢が得られる。微細な結晶の粒界には、添加された物質や水素が不純物として析出している結果、硬質のめっき膜となる。
（１）二酸化炭素とケトン類の縮合生成物
（２）キサントゲン塩
（３）ＡＳＫ化合物（アクロレイン−二硫化硫黄縮合生成物）
（４）チオカクバジッド縮合生成物
（５）チオ硫酸塩
（６）セレニウムとテルリウム化合物
（７）アンチモン−ビスマス化合物

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、良好な電気接触状態を実現するとともに良好な摺動状態の維持を行える摺動接触部を備えたガス絶縁開閉装置を得ようとするものである。

この発明に係るガス絶縁開閉装置では、絶縁ガスを封入した容器内に摺動接触部を有する開閉要素を収納したガス絶縁開閉装置において、前記摺動接触部に形成された銀めっき膜が、硬度の異なる複数のめっき膜の層で構成されており、前記めっき膜の一方が光沢銀めっきにより形成されるとともに、前記めっき膜の他方が無光沢銀めっきにより形成されるものであって、前記銀めっき膜として、その内部層が軟質膜で構成され、表面部分となる外部層が硬質膜で構成されているものである。

この発明によれば、摺動接触部に形成された銀めっき膜が、硬度の異なる複数のめっき膜の層で構成されており、前記めっき膜の一方が光沢銀めっきにより形成されるとともに、前記めっき膜の他方が無光沢銀めっきにより形成され、前記銀めっき膜として、その内部層が軟質膜で構成され、表面部分となる外部層が硬質膜で構成されていることにより、所望の膜厚の銀めっき膜の層を容易に形成でき良好な電気接触状態を実現するとともに良好な摺動状態の維持を行える摺動接触部を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１から図５までについて説明する。図１は、この発明による実施の形態における構成を示す断面図である。図２は、この発明を適用する２方向吹付方式の消弧室を備えたパッファ式ガス絶縁遮断装置の構成を示す側面図である。図３は摺動接触部の接触状態を微視的に描いた模式図である。図４はこの発明による実施の形態における銀めっき膜の摩耗特性に関する評価結果を示す線図である。図５はこの発明による実施の形態における銀めっき膜の接触抵抗に関する評価結果を示す線図である。

この発明を適用する２方向吹付方式の消弧室を備えたパッファ式ガス絶縁遮断器を示す図２において、絶縁媒体であるＳＦ_６ガス１１を封入した接地タンク１２と操作装置１３を収納する操作ハウジング１４から構成され、軸シール１５を介して、操作力を伝える構造となっている。操作装置１３の駆動力は、接地タンク１２内の絶縁支持筒１６内に収納された絶縁操作ロッド１７を介して伝達され、可動アークコンタクト１８および可動コンタクト１９をそれぞれ固定アークコンタクト２０および固定コンタクト２１から機械的に切り離すことにより、電流遮断を行う。パッファシリンダ２２は可動アークコンタクト１８とともに固定アークコンタクト２０からの開離方向へ移動しパッファシリンダ２２内部の消弧媒体としてのＳＦ_６ガス１１を圧縮してアークに吹き付け消弧作用を行う。
可動アークコンタクト１８とともに移動するパッファシリンダ２２と固定部分に設けられたフィンガーコンタクト２３とは電気的に接続する必要があるため、パッファシリンダ２２の表面をフィンガーコンタクト２３が摺動する構造となっており、良好な電気的接触状態を実現するため、摺動部には銀めっき処理が施されている。

図１は、この発明を実施するための実施の形態におけるガス絶縁遮断器摺動部の断面図である。
図１において可動コンタクト１９、固定コンタクト２１、パッファシリンダ２２、フィンガーコンタクト２３等における摺動接触部を構成する導電体からなる母材１の表面には軟質銀めっき膜２を介して硬質銀めっき膜３が配置されている。摺動部の母材１としては、一般にアルミニウムが使用され、１μｍ以下の薄い銅めっき膜を介して、無光沢銀めっきである軟質銀めっき膜２を製作する。その後、前記非特許文献１のｐ．３５４における表２．７０に記載された次の（１）〜（７）に示すような光沢剤を入れた銀めっき浴により、光沢銀めっきである硬質銀めっき膜３を製作する。
（１）二酸化炭素とケトン類の縮合生成物
（２）キサントゲン塩
（３）ＡＳＫ化合物（アクロレイン−二硫化硫黄縮合生成物）
（４）チオカクバジッド縮合生成物
（５）チオ硫酸塩
（６）セレニウムとテルリウム化合物
（７）アンチモン−ビスマス化合物
なお、めっき膜の硬度としては、ビッカース硬度による評価が一般的であり、軟質銀めっき膜２の硬度としては、Ｈｖ７０〜８０、硬質銀めっき膜３の硬度としては、Ｈｖ１４０〜１６０であるものを用いた。

硬度が異なる２種類の銀めっき膜の機能に関しては、表面に配置した硬質膜が摺動による磨耗抑制機能を発揮し、内側に配置した軟質膜の塑性変形効果により、良好な電気接触状態が実現されるものである。摺動特性に関しては、摺動部表面が硬質銀めっき膜を備えているので、耐摩耗性に優れており、摺動による銀めっき膜の磨耗が軽減され、磨耗粉の発生も抑制される効果がある。

図３は摺動部の接触状態を微視的に描いた模式図である。一般に２つの面が接触する場合、各々の表面に存在する微小突起同士が接触し、押圧に応じて塑性変形が起こる。塑性変形の大きさは押圧と接触する部材の硬度に支配され、軟質膜は硬質膜よりも塑性変形が大きく、接触面積も大きくなる。接触抵抗はこの接触面積に支配されるため、接触面積が大きい軟質膜の接触抵抗は小さくなる。

一方、摺動に関しては、逆に硬質膜が有利である。ガス絶縁遮断器の摺動部に銀めっき膜を用いるのは、元来、銀めっき膜は柔らかく、押圧により大きな塑性変形が起こり、接触抵抗が小さくなる効果を期待しているからである。

図４は、この発明の銀めっき膜の磨耗特性に関する評価結果である。磨耗特性の評価は、ピンオンディスク装置を用いて、ガス絶縁遮断器における摺動部と同じ摺動速度、同じ押圧下で、１万回の摺動距離に相当する摺動試験を行い、試験後の銀めっき膜の磨耗厚さを測定した。
図４から、この発明による銀めっき膜の磨耗厚は３０μｍ以下であり、軟質膜の磨耗厚の約半分であり、硬質膜とほぼ同程度の磨耗厚であることが明らかである。

一方、電気接触状態に関しては、内部の軟質膜が塑性変形することにより、接触抵抗を低く抑えることが可能となる。上記の通り、接触抵抗は接触面積に支配されるが、本発明に銀めっき膜の場合、内部に軟質膜を備えており、この軟質膜が押圧下で塑性変形するため、十分な接触面積が得られ、接触抵抗を低くできる。

図５は、この発明の銀めっき膜の接触抵抗に関する評価結果である。ガス絶縁遮断器の内部構造と同様の試験モデルを製作して、通電電流が１００Ａの場合における接触抵抗を電圧降下法にて測定した。
図５から、この発明の銀めっき膜の接触抵抗は５．０〜５．５μΩであり、硬質膜の約７０％であり、軟質膜とほぼ同程度の接触抵抗であることが明らかである。

従って、硬度が異なる２種類の銀めっき膜を用いることにより、表面に配置した硬質膜が摺動による磨耗を抑制し、内側に配置した軟質膜の塑性変形効果による良好な電気接触状態が実現され、硬質膜と同じレベルの磨耗特性、軟質膜と同じレベルの電気接触状態を有する摺動部を備えたガス絶縁遮断器の摺動部が得られる。

なお、従来例で示したパーフロロポリエーテルによるバインダーおよびグラファイト、あるいはオイルまたはグリースのような有機系潤滑材を、この発明による銀めっき膜の表面に塗布することで、更に潤滑性能が向上して、磨耗低減を図ることが可能である。特に、従来例に記載されている過大電流による異常発熱に関しては、上記潤滑材との併用により、異常発熱を抑制することが可能であることが知られている。

この発明の活用例として、ＳＦ_６ガスを絶縁媒体として用いるガス絶縁遮断器の摺動部である可動コンタクト、固定コンタクト、パッファシリンダ、フィンガーコンタクト等を挙げることができる。

この発明による実施の形態１によれば、ＳＦ_６などの絶縁ガスを封入した接地タンク１２からなる導電性容器内に可動コンタクト、固定コンタクト、パッファシリンダ２２、フィンガーコンタクト２３などにおける摺動接触部を有する遮断器部等の開閉要素を収納したガス絶縁遮断器等のガス絶縁開閉装置において、前記摺動接触部に形成された銀めっき膜が、硬度の異なる複数のめっき膜２，３で構成されているので、良好な電気接触状態を実現するとともに良好な摺動状態の維持を行える摺動接触部を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記銀めっき膜として、その内部層が軟質膜２で構成され、表面部分となる外部層が硬質膜３で構成されているので、内部層が軟質膜で構成され、表面部分となる外部層が硬質膜で構成されている銀めっき膜により、良好な電気接触状態を実現するとともに良好な摺動状態の維持を行える摺動接触部を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記軟質膜２としての銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ８０以下で、前記硬質膜３としての銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ１００以上であるようにしたので、軟質膜および硬質膜の硬度を適正化することにより、良好な電気接触状態を実現するとともに良好な摺動状態の維持を行える摺動接触部を備えたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

この発明による実施の形態では、次の（１）〜（３）項にそれぞれ示す構成が提案されている。
（１）絶縁ガスを封入した接地タンク内に遮断器部を収納したガス絶縁遮断器において、摺動接触部を有する可動コンタクト、固定コンタクト、パッファシリンダとフィンガーコンタクトの摺動接触部に形成された銀めっき膜が、硬度の異なる複数のめっき膜で構成されていることを特徴とするガス絶縁遮断器。
（２）前記銀めっき膜が、内部層が軟質膜、外部（表面）層が硬質膜で構成されているを特徴とする前記（１）項記載のガス絶縁遮断器。
（３）前記軟質銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ８０以下で、前記硬質銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ１００以上であることを特徴とする前記（１）項記載のガス絶縁遮断器。

この発明による実施の形態では、良好な電気接触状態の実現と良好な摺動状態の維持との相反する機能を満たす銀めっき膜を備えたガス絶縁遮断器の摺動部を得るものである。

この発明による実施の形態に係る銀めっき膜を備えたガス絶縁遮断器の摺動部は、摺動部母材に軟質膜を配置して、軟質膜の外側である摺動部表面に硬質膜を備えている。

この発明による実施の形態によれば、ガス絶縁遮断器摺動部の表面に硬度が異なる２種類の銀めっき膜を備えているので、表面に配置した硬質膜が摺動による磨耗抑制機能を発揮し、内側に配置した軟質膜の塑性変形効果により、良好な電気接触状態が実現される。

この発明による実施の形態における構成を示す断面図である。 この発明を適用する２方向吹付方式の消弧室を備えたパッファ式ガス絶縁遮断装置の構成を示す側面図である。 摺動接触部の接触状態を微視的に描いた模式図である。 この発明による実施の形態における銀めっき膜の摩耗特性に関する評価結果を示す線図である。 この発明による実施の形態における銀めっき膜の接触抵抗に関する評価結果を示す線図である。

符号の説明

１ 摺動部の母材、２ 軟質銀めっき膜、３ 硬質銀めっき膜、１１ ＳＦ_６ガス、１２ 接地タンク、１３ 操作装置、１４ 操作ハウジング、１５ 軸シール、１６ 極間絶縁支持筒、１７ 絶縁操作ロッド、１８ 可動アークコンタクト、１９ 可動コンタクト、２０ 固定アークコンタクト、２１ 固定コンタクト、２２ パッファシリンダ、２３ フィンガーコンタクト。

Claims (3)

1. 絶縁ガスを封入した容器内に摺動接触部を有する開閉要素を収納したガス絶縁開閉装置において、前記摺動接触部に形成された銀めっき膜が、硬度の異なる複数のめっき膜の層で構成されており、前記めっき膜の一方が光沢銀めっきにより形成されるとともに、前記めっき膜の他方が無光沢銀めっきにより形成されるものであって、前記銀めっき膜として、その内部層が軟質膜で構成され、表面部分となる外部層が硬質膜で構成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 前記軟質膜としての銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ８０以下で、前記硬質膜としての銀めっき膜のビッカース硬度がＨｖ１００以上であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
3. 前記銀めっき膜の摩耗厚が３０μｍ以下であって、前記硬質膜の膜厚は前記摩耗厚よりも厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。

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