(57)【要約】【課題】表面の凹凸に起因する性能の低下を抑制したアーク電極およびこのアーク電極を備えたガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係るアーク電極は、電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置されたタングステンを含まない１以上の層とを有することを特徴とするアーク電極。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、
タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置された前記タングステンを含まない１以上の層とを有することを特徴とするアーク電極。
【請求項２】
電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、
タングステン、銅および銅よりも沸騰点が低い金属を含むことを特徴とするアーク電極。
【請求項３】
電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、
タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置された銅よりも沸騰点が低い金属とを有することを特徴とするアーク電極。
【請求項４】
前記金属からなる１以上の粒子が前記領域内に配置されていることを特徴とする請求項３記載のアーク電極。
【請求項５】
前記金属からなる１以上の層が前記領域内に配置されていることを特徴とする請求項３記載のアーク電極。
【請求項６】
前記金属の蒸発熱は、前記銅の蒸発熱よりも低いことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項記載のアーク電極。
【請求項７】
絶縁ガスを充填した容器と、
前記容器内に対向して配置された固定電極および可動電極と、
前記可動電極を駆動する駆動部と、
を具備し、
前記固定電極または前記可動電極の少なくとも一方は、請求項１ないし６のいずれか１項記載のアーク電極であることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーク電極およびこのアーク電極を備えたガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大きな電流を遮断するガス絶縁開閉装置のアーク電極は、高温（数千Ｋ）のアークに曝されるため損耗が激しい。そこで、耐熱性を考慮して、このアーク電極をタングステンと銅の混合物、もしくは合金で形成してアークによる損耗を抑制している。しかしながら、電流の遮断条件によっては、上記のようなタングステンと銅の合金であってもアーク電極が損耗する。アーク電極が損耗すると、アーク電極の表面にクラックが発生し、表面層が脱落する。
そこで、アーク電極の表面に発生するクラックの横方向へ進展を抑制し、表面層の脱落を防止するため、アークに曝される部分に熱伝導性の高い部材を埋め込む方法（特許文献１参照）や、スリットを設ける方法（特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４７８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２８８１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した方法では、クラックの横方向への進展を抑制し、アーク電極の表面層が大きく脱落することを抑制できる。しかし、クラックによる表面層の細かな脱落は防止できない。このためアーク電極の表面にクラックによる凹凸が発生する。アーク電極の表面に凹凸が発生すると、アークが発生する部位（アーク電極上の位置）が安定せず、アーク電極の性能（例えば、電流遮断性能）が低下する。
本発明はかかる従来の課題を解決するためになされたものであり、表面の凹凸に起因する性能の低下を抑制したアーク電極およびこのアーク電極を備えたガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係るアーク電極は、電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置されたタングステンを含まない１以上の層とを有することを特徴とする。
【０００６】
上記構成では、タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置されたタングステンを含まない１以上の層とを有するので、アーク電極の表面の凹凸の発生を抑制できる。このため、電流遮断性能の低下を抑制できる。
【０００７】
本発明の他の実施形態に係るアーク電極は、電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、タングステン、銅および、銅よりも沸騰点が低い金属を含むことを特徴とする。
を特徴とする。
【０００８】
上記構成では、タングステン、銅および、銅よりも沸騰点が低い金属を含むため、アーク電極の表面の凹凸の発生を抑制できる。このため、電流遮断性能の低下を抑制できる。
【０００９】
本発明の他の実施形態に係るアーク電極は、電流切断時に発生するアークを消弧するガス絶縁開閉装置で用いられるアーク電極であって、タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置された銅よりも沸騰点が低い金属とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、タングステンおよび銅を含む領域と、その領域内に配置された銅よりも沸騰点が低い金属とを有するため、アーク電極の表面の凹凸の発生を抑制できる。このため、電流遮断性能の低下を抑制できる。
【００１１】
前記金属を、粒子状または層状に配置してもよい。
【００１２】
前記金属の蒸発熱は、銅よりも低いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、表面の凹凸に起因する性能の低下を抑制したアーク電極およびこのアーク電極を備えたガス絶縁開閉装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るガス絶縁開閉装置の構成を示した図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係るアーク電極を示した断面図である。
【図２Ｂ】アーク放電後のアーク電極を示した断面図である。
【図３Ａ】第２の実施形態に係るアーク電極を示した断面図である。
【図３Ｂ】アーク放電後のアーク電極を示した断面図である。
【図４】金属元素の特性を示した図である。
【図５Ａ】第３の実施形態に係るアーク電極を示した断面図である。
【図５Ｂ】アーク放電後のアーク電極を示した断面図である。
【図６Ａ】第４の実施形態に係るアーク電極を示した断面図である。
【図６Ｂ】アーク放電後のアーク電極を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置１００の構成を示した図である。
ガス絶縁開閉装置１００は、接地容器１、固定電極２（アーク電極）、可動電極３（アーク電極）、絶縁物４、駆動装置５、接地導体６、接地線７を具備する。
【００１６】
接地容器１は、絶縁ガス７が封入された密閉容器である。この接地容器の内部には、固定電極２と可動電極３が対向して配置されている。固定電極２は、絶縁物４を介して接地電位を有する接地容器１に支持固定されている。また、可動電極３は、絶縁物４を介して接地容器１に支持されると共に、駆動装置５が備える駆動ロッド（図示せず）に接続されている。駆動装置５は、駆動ロッド（図示せず）により、可動電極３を上下方向に駆動する。可動電極３が上下に駆動されることで、可動電極３と固定電極２とが電気的に接触または非接触状態となる。接地導体６は、絶縁物４を介して接地容器１に支持される。接地導体６の一端は、可動電極３に接続され、他端は、接地線７を介して接地される。
【００１７】
駆動装置５により可動電極３を駆動して、固定電極２と可動電極３を接触状態から非接触状態とすると、固定電極２と可動電極３の間にアークが発生する。この第１の実施形態に係るガス絶縁開閉装置１００では、絶縁ガスをアークへ吹き付けて、該アークを消弧する。
【００１８】
図２Ａは、固定電極２の構成を示す断面図である。ここでは、図２Ａを参照して、固定電極２の構成について説明する。第１の実施形態に係る固定電極２は、タングステン（Ｗ）粒子１２（粒径数十μｍ）および銅（Ｃｕ）１３の粒子（粒径数十μｍ）で形成される。図２Ａに示すように、固定電極２はタングステン粒子１２および銅１３を含む領域と、その領域内に配置されたタングステン粒子１２を含まない１以上の銅層１４とを有する
【００１９】
固定電極２は、以下の手順で作成する。
１．タングステン粒子１２を含む領域を形成する。
２．銅の薄板をこの形成した領域の周面上に配置する。
３．１および２の手順を必要に応じて繰り返す。
【００２０】
上記のように、タングステン粒子１２を含む領域上に銅の薄板を配置する動作を繰り返した後、焼結粉末冶金法により圧縮成形し焼き固めて形成する。なお、図２Ａでは、タングステン粒子１２を含む領域の周面上の一部分に銅の薄板を配置しているが、タングステン粒子１２を含む領域の周面全体に銅の薄板を配置してもよい。
【００２１】
タングステン（Ｗ）は、融点が約３７００Ｋと非常に高い。そこで、この第１の実施形態では、粒径数十μｍのタングステン粒子１２（粒径数十μｍ）と銅１３の粒子（粒径数十μｍ）とを圧縮成形し焼き固める焼結粉末冶金法を用いて固定電極２を形成している。
【００２２】
なお、銅の薄板の代わりに樹脂等を、タングステン粒子１２を含む領域上に配置してもよい。銅１３が溶融する温度で焼結すれば、樹脂は、溶融した銅１３に置き換わり、図２Ａに示すように、タングステン粒子１２が存在しない銅層１４が形成される。また、台金１１は、アークに曝されないので、耐熱性を考慮する必要がない。このため、台金１１は、電気伝導性の高い鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）で形成される。
【００２３】
粉末冶金法以外にも、鋳型にタングステン粒子１２を詰めた後、溶融した銅を流し込んで固定電極２を形成するようにしてもよい。また、タングステンと銅との両方を溶融させて固定電極２を形成してもよい。
【００２４】
図２Ｂは、アーク放電後（電流遮断後）の固定電極２を示す断面図である。ここでは、図２Ｂを参照して、この第１の実施形態に係る固定電極２の損耗について説明する。駆動装置５により可動電極３を駆動して、固定電極２と可動電極３が電気的に接触している状態から、固定電極２と可動電極３が電気的に接触していない状態、つまり、固定電極２、可動電極３を流れる電流を遮断する。
【００２５】
すると、固定電極２と可動電極３に間に、アークが発生する。固定電極２のアークに曝された部分では、表層のタングステン粒子１２が蒸発・溶融する。また、タングステンよりも沸騰点の低い銅１３は、タングステン粒子１２より内部まで蒸発・溶融する。このため、固定電極２のアークに曝される部分では、表面に凹凸が形成される。固定電極２の蒸発や溶融が進むにつれて、表面に形成される凹凸は大きくなる。
【００２６】
しかしながら、固定電極２の蒸発や溶融が銅層１４まで進むと、この銅層１４の外側（表面側）に残留していたタングステン粒子１２が脱落する。このため、固定電極２の表面に形成されていた凹凸が平坦化され、表面に形成される凹凸が大きくなるのを抑制できる。
【００２７】
上述のように、この第１の実施形態に係る固定電極２は、電極表面に凹凸が形成されるのを効果的に抑制できるので、この凹凸に起因するアーク電極の性能（例えば、電流遮断性能）の低下を抑制できる。なお、上記説明では、固定電極２について説明したが、可動電極３にも同様の構成を採用すれば、固定電極２と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３Ａは、第２の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置２００の固定電極２Ａ（アーク電極）を示した断面図である。ここでは、図３Ａを参照して、固定電極２Ａの構成について説明する。なお、図２Ａで説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、第２の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置２００の構成は、図１で説明した絶縁ガス開閉装置１００と同様の構成であるため重複した説明を省略する。
【００２９】
第２の実施形態に係る固定電極２Ａは、タングステン粒子１２、銅１３および銅よりも沸騰点の低い金属（以下、低沸騰点金属と称する）との混合物１３Ａから形成される。固定電極２Ａの形成には、第１の実施形態と同様に粉末冶金法等により形成できる。なお、この第２の実施形態では、電気伝導率を考慮して、銅に対する低沸騰点金属の含有量を約１０重量％としている。なお、電気伝導率は低くなるが、混合物１３Ａを銅との混合物とせず、低沸騰点金属のみとしてもよい。
【００３０】
図３Ｂは、アーク放電後（電流遮断後）の固定電極２Ａを示す断面図である。ここでは、図３Ｂを参照して、この第２の実施形態に係る固定電極２Ａの損耗について説明する。図２Ｂでの説明と同様に、固定電極２Ａを流れる電流を遮断すると、固定電極２Ａにアークが発生する。固定電極２Ａのアークに曝された部分では、表層のタングステン粒子１２が蒸発・溶融する。また、タングステンよりも沸騰点の低い混合物１３Ａも蒸発・溶融する。
【００３１】
ここで混合物１３Ａに含まれる低沸騰点金属は、沸騰点が銅よりも低い。このため、蒸発する際に発生するガス量が銅のみの場合に比べて多くなる。そして、この発生した多量のガスが、表面側に残留しているタングステン粒子１２を吹き飛ばして脱落させる。このため、表層の凹凸が大きくなるのを抑制でき、この凹凸に起因するアーク電極の性能低下を抑制できる。また、混合物１３Ａに含まれる低沸騰点金属が気化することにより、固定電極２Ａの温度上昇を低減できる。
【００３２】
図４は、金属元素の特性（融点、融解熱、沸騰点、蒸発熱）を示した図である。この第２の実施形態では、低沸騰点金属として、図４に示した沸騰点および蒸発熱が銅よりも低い金属を用いることが好ましい。このうち、沸騰点が１０００Ｋ程度と低いＣｓ（セシウム）、Ｈｇ（水銀）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｓｂ（アンチモン）は、低沸騰点金属として特に好ましい。
【００３３】
上述のように、この第２の実施形態に係る固定電極２Ａは、電極表面に凹凸が形成されるのを効果的に抑制できる。このため、凹凸に起因するアーク電極の性能低下を抑制できる。また、混合物１３Ａに含まれる低沸騰点金属が気化することにより、固定電極２Ａの温度上昇を低減できる。なお、上記説明では、固定電極２Ａについて説明したが、可動電極にも同様の構成を採用すれば、固定電極２Ａと同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図５Ａは、第３の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置３００の固定電極２Ｂ（アーク電極）を示した断面図である。ここでは、図５Ａを参照して、固定電極２Ｂの構成について説明する。なお、図２Ａで説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、第３の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置３００の構成は、図１で説明した絶縁ガス開閉装置１００と同様の構成であるため重複した説明を省略する。
【００３５】
第３の実施形態に係る固定電極２Ｂは、タングステン粒子１２および銅１３を含む領域と、その領域内に配置された銅１３よりも沸騰点が低い金属からなる粒子１５（以下、低沸騰点金属粒子１５と称する）を有する。粒子１５の大きさ（直径）は、タングステン粒子１２よりも十分大きいことが好ましい（電極の大きさ（最大φ５０程度）を考慮すると、０．１ｍｍから１ｍｍ程度が好ましい）。固定電極２Ｂの形成には、第１の実施形態と同様に粉末冶金法等により形成できる。低沸騰点金属粒子１５の材料は、第２の実施形態と同様にＣｓ（セシウム）、Ｈｇ（水銀）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｓｂ（アンチモン）を用いるのが好ましい。なお、Ｈｇは、常温で液体であるため、他の金属との合金（アマルガム）とすると取り扱いに便利である。
【００３６】
図５Ｂは、アーク放電後（電流遮断後）の固定電極２Ｂを示す断面図である。図５Ｂに示すように、第２の実施形態に係る固定電極２Ａと同様に、この第３の実施形態に係る固定電極２Ｂにおいても、低沸騰点金属粒子１５が蒸発する際に発生するガスが、表面側に残留しているタングステン粒子１２を吹き飛ばして脱落させる。このため、表層の凹凸が大きくなるのを抑制でき、この凹凸に起因するアーク電極の性能低下を抑制できる。また、低沸騰点金属粒子１５が気化することにより、固定電極２Ｂの温度が上昇することを抑制できる。
【００３７】
（第４の実施形態）
図６Ａは、第４の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置４００の固定電極２Ｃ（アーク電極）を示した断面図である。ここでは、図６Ａを参照して、固定電極２Ｃの構成について説明する。なお、図２Ａで説明した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、第４の実施形態に係る絶縁ガス開閉装置４００の構成は、図１で説明した絶縁ガス開閉装置１００と同様の構成であるため重複した説明を省略する。
【００３８】
第４の実施形態に係る固定電極２Ｃは、タングステン粒子１２および銅１３を含む領域と、その領域内に配置された銅１３よりも沸騰点が低い金属からなる層１６（以下、低沸騰点金属層１６と称する）とを有する。固定電極２Ｃの形成には、第１の実施形態と同様に粉末冶金法等により形成できる。低沸騰点金属層１６の材料は、第２の実施形態と同様にＣｓ（セシウム）、Ｈｇ（水銀）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｓｂ（アンチモン）を用いるのが好ましい。なお、低沸騰点金属層１６は、図２Ａに示した銅層１４と同じ配置としてもよい。
【００３９】
図６Ｂは、アーク放電後（電流遮断後）の固定電極２Ｃを示す断面図である。図６Ｂに示すように、第２の実施形態に係る固定電極２Ａと同様に、この第４の実施形態に係る固定電極２Ｃにおいても、低沸騰点金属層１６が蒸発する際に発生するガスが、表面側に残留しているタングステン粒子１２を吹き飛ばして脱落させる。このため、表層の凹凸が大きくなるのを抑制でき、この凹凸に起因するアーク電極の性能低下を抑制できる。また、低沸騰点金属層１６が気化することにより、固定電極２Ｃの温度が上昇することを抑制できる。
【符号の説明】
【００４０】
１…接地容器、２…固定電極（アーク電極）、３…可動電極（アーク電極）、４…絶縁物、５…駆動装置、６…接地導体、７…接地線、１１…台金、１２…タングステン粒子、１３…銅、１４…銅層、１５…低沸騰点金属粒子、１６…低沸騰点金属層、１００から４００…ガス絶縁開閉装置。
【図１】
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【図２Ａ】
2011054369.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2011054369.tif 000009
【図５Ｂ】
2011054369.tif 000010
【図６Ａ】
2011054369.tif 000011
【図６Ｂ】
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