(57)【要約】  本発明は、二重同軸コンタクト構成を有する真空遮断器に関するものであり、請求項１のプリアンブルに記載されているように、内側コンタクトは、同心のカップ形状のＡＭＦコイル内に配置されるＴＭＦのような形状またはピン形状を有し、両側に、すなわち、固定コンタクトの配置側および移動コンタクト配置側に、単層または多層のコンタクト部品を有する。この特別な構造をさらに強化し、高伝導および低抵抗を達成するために、本発明では、カップ形状の外側コンタクトは、二重層または多層の構成から成り、少なくとも１つの層は、硬鋼または合金鋼から成り、少なくとも第２の層は、高熱伝導性を有する材料から成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重同軸コンタクト構成を有する真空遮断器であって、
内側コンタクトは、同心のカップ形状のＡＭＦコイル内に配置されるＴＭＦのような形状またはピン形状を有し、
両側に、すなわち、固定コンタクト配置側および移動コンタクト配置側に、単層または多層で配置されたコンタクト部品を有し、
カップ形状の外側コンタクトは、単層、二重層または多層の構成から成り、
少なくとも１つの層は、硬鋼または合金鋼から成り、
多層構成の場合には、少なくとも第２の層は、高熱伝導性を有する材料から成る、
真空遮断器。
【請求項２】
高熱伝導性を有する前記材料は、銅、銀、銀合金または銅合金である、
請求項１に記載の真空遮断器。
【請求項３】
硬鋼または合金鋼は、ステンレス鋼である、
請求項１に記載の真空遮断器。
【請求項４】
前記二重層または多層のコンタクト構成の内側層は、ステンレス鋼または同程度の剛性を有する他の材料から成り、外側層または前記第２の層は、銅から成る、
請求項１〜３のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項５】
カップ形状のコンタクト構成の場合、前記コンタクト構成の内側層は銅から成り、その他または外側層は、ステンレス鋼から成る、
請求項１〜３のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項６】
外側層は、高電圧に耐性のある材料からなる厚さ１００μｍ以下の薄層でカバーまたはコーティングされている、
請求項１〜４のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項７】
前記薄層の材料は、ニッケル、鋼または合金鋼である、
請求項６に記載の真空遮断器。
【請求項８】
外側層は、銅、銀または銅合金からなる厚さ１００μｍ以下の薄層でカバーまたはコーティングされている、
請求項１〜３、５のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項９】
前記真空遮断器が閉鎖位置にあるとき、前記内側コンタクトのみが接触し、公称電流全体が前記内側コンタクト内を流れるように、前記コンタクト部品は配置される、
請求項１〜８のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１０】
前記真空遮断器の開放位置では、前記内側コンタクト間の間隔距離および前記外側コンタクト間の間隔距離は、同一に保たれる、
請求項１〜８のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１１】
前記真空遮断器の開放位置では、前記外側コンタクト間の間隔距離は、前記内側コンタクト間の間隔距離より小さい、
請求項１〜８のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１２】
前記真空遮断器の閉鎖位置では、公称電流の全体または略全体は、前記内側コンタクト内を流れる、
請求項１、９〜１１のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１３】
電流遮断プロセス中の前記真空遮断器の前記コンタクトの開放（分離）時には、
アーク点火は、前記内側コンタクト間に発生し、
部分的にまたは全体的に前記外側コンタクトに伝わり、前記外側コンタクト内の電流に対応して生成されたＡＭＦの影響の下、拡散アークに変わる、
請求項１または９に記載の真空遮断器。
【請求項１４】
電流遮断プロセス中の前記真空遮断器の前記コンタクトの開放（分離）時には、
アーク点火は、前記外側コンタクト間に発生し、
前記外側コンタクト内の電流に対応して生成されたＡＭＦの影響の下、拡散アークに急速に変わる、
請求項１、１０〜１２のいずれかに記載の真空遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載されているように、両側に、すなわち、固定コンタクト配置側および移動コンタクト配置側に、同心に配置されたコンタクト部品内に二重コンタクト構成を有する真空遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い電流遮断のために設計され、かつ、費用効果的な真空遮断器である二重コンタクト真空遮断器の多数の特徴に対して、一定の改善がなされてきた。二重コンタクト・アセンブリの最も魅力的な特徴は、公称電流を伝導する要素（すなわち、内側コンタクト）と、電流を遮断する要素（すなわち、外側コンタクト）と、の間の別個の機能である。このように、各要素は、その最適形状になるように別個に設計され、最適材料から製造可能である。
【０００３】
この種の二重コンタクト構成は、ＥＰ２４３４５１３Ａ１から公知である。内側コンタクトは、公称電流を伝導する機能を有するので、非常に小さい全抵抗（接触抵抗および体抵抗）を有さなければならない。このために、内側コンタクトは、ＴＭＦのようなコンタクト、または、接合コンタクトであり、銅またはＣｕＣｒのような高導電性材料から成る。内側コンタクトは、従来技術の説明に従い、外側コンタクトに対する整流（commutation）前にアークの最初のフェーズを保持する。
【０００４】
外側コンタクトは、ＡＭＦを生成する機能のみを有するので、ステンレス鋼のような硬い導電材料から成るカップ形状の薄層を有するように設計されうる。このオプションは、従来のＡＭＦコンタクトに勝る多くの利点を提供し、低い材料コストおよび非常にロバストなコンタクト・アセンブリを提供する。これらの利点は、以下の通りである。
１．高い機械的強度
２．低コストの材料（銅またはＣｕＣｒの代わりにステンレス鋼）
３．低い接触量（contacts mass）、コンタクトを駆動する開放力の減少
４．より大きい拡散真空アーク分布に至る大きい有効なＡＭＦ領域
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
それゆえ、本発明の目的は、この特別な構造をさらに強化し、高伝導および低抵抗を達成することにある。
【０００６】
本発明では、カップ形状の外側コンタクトは単層、二重層または多層の構成から成り、少なくとも１つの層は、硬鋼または合金鋼から成り、多層構成の場合には、少なくとも第２の層は、高熱伝導性を有する材料から成る。
【０００７】
有利には、高熱伝導性を有する材料は、銅である。
【０００８】
さらに有利な実施形態では、硬鋼または合金鋼は、ステンレス鋼である。
【０００９】
さらに有利な実施形態では、二重または多層のコンタクト構成の内側層はステンレス鋼または同一の剛性を有する他の材料から成り、外側層は銅から成る。
【００１０】
さらに有利な実施形態では、カップ形状のコンタクト構成の場合、コンタクト構成の内側層は、銅およびその他から成り、または、カップ形状の配置の場合、外側層は、ステンレス鋼から成る。
【００１１】
さらに有利な実施形態では、真空遮断器が閉鎖位置にあるとき、内側コンタクトのみが接触し、公称電流全体が内側コンタクト内を流れるように、コンタクト部品は配置される。
【００１２】
さらなる実施形態では、真空遮断器の開放位置では、内側コンタクト間および外側コンタクト間の間隔距離は、同一に保たれる。しかし、閉鎖位置では、公称電流の略全体が、内側コンタクト内を流れる。
【００１３】
最後の有利な実施形態では、真空遮断器の開放位置では、外側コンタクトの間の間隔距離は、内側コンタクト間の間隔距離より小さい。しかし、閉鎖位置では、公称電流の大部分は、内側コンタクト内を流れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＣｕＣｒコンタクトを有する真空遮断器の総インピーダンス（ＲＴ＝ＲＢ＋ＲＣ）の変化をコンタクト負荷の関数として示す。
【図２】内側コンタクトおよび外側コンタクトのさまざまな構成を示す。
【図３】さまざまな二重層／多層システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
コンタクトという用語と電極という用語の混同を回避するために、電極は、移動部品または固定部品の全体を指す。この場合、電極は、内側コンタクトおよび外側コンタクトの組み合わせを含む。はじめに、内側コンタクトおよび／または外側コンタクトの相対位置は、以下のバリエーションに従って分類可能である。
【００１６】
これを実現する詳細な説明は以下に示される。
【００１７】
二重コンタクトシステムの真空遮断器について、互いに接触するコンタクト要素の多数の構成が存在する。二重コンタクトの内側部品は、公称電流経路のために設計されるので、接触抵抗は、できるだけ低くなければならない。これは、接触抵抗を最小化するための高い閉鎖力（closing force）を適用することによって達成される。一般に、接触抵抗ＲＣは、閉鎖力の平方根に反比例する、すなわち、閉鎖力を増加させると減少する。
【数１】
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【００１８】
この関係は、図１に例示され、図１は、ＣｕＣｒコンタクトを有する真空遮断器の総インピーダンス（ＲＴ＝ＲＢ＋ＲＣ）の変化をコンタクト負荷の関数として示す。
【００１９】
二重のコンタクト電極の場合、各コンタクト（内側または外側）の接触抵抗は、接触力分布を変えることによって調整可能である。これは、請求項に記載される構造的特徴に関する、本発明の基本的な機能的特徴である。
【００２０】
上述したように、コンタクトという用語と電極という用語の混同を回避するために、電極は、移動部品または固定部品の全体を指す。この場合、電極は、内側コンタクトおよび外側コンタクトの組み合わせを含む。はじめに、図２に示すように、内側コンタクトおよび／または外側コンタクトの相対位置は、以下のバリエーションに従って分類可能である。
【００２１】
１）第１のケースでは、スイッチが閉鎖位置にあるとき、内側コンタクトのみが接触し、公称電流全体は、内側コンタクト内を流れる。内側コンタクトは、最初の真空アーク・フェーズにおいても、電流遮断を実行する。
【００２２】
ａ）図２ａに示すように、移動電極および固定電極の両方の内側コンタクト（ＴＭＦのような）は、外側コンタクトと比較して表面から突出している。
【００２３】
ｂ）あるいは、図２ｂに示すように、（移動または固定の）内側コンタクトの一方のみが、外側コンタクトと比較して表面から突出し、内側コンタクトの他方は、外側コンタクトと同一レベルにある。
【００２４】
この場合、閉鎖位置における合力は、内側コンタクトによって保持される。これは、公称電流全体が内側コンタクト内を流れることを意味する。
【００２５】
開放時に、最初、アークは内側コンタクト間で点火し、その後、コンタクト距離が増加すると次のモードに発展し、数ミリ秒後に外側コンタクトに部分的に伝わる。この時点で、外側コンタクトは、外側コンタクトを通る電流に対応するＡＭＦの生成を開始する。その後、ＡＭＦの生成が若干遅延して開始するので、アークは、数ミリ秒間発生し、拡散アークを完全に伝える（注：渦電流効果のためＢ磁界（ＡＭＦ）と電流との間のフェーズ・シフトによって生じる遅延は、ここで考慮されない。この二重コンタクト構造では無視できると判明しているためである）。
【００２６】
２）第２のケースでは、（開放位置では）（移動および固定の）内側コンタクト間の間隔距離および（移動および固定の）外側コンタクト間の間隔距離は、同一に保たれる。２つの相対位置のケースが、区別できる。
【００２７】
ａ）（移動および固定の）一方の電極の内側コンタクトは、外側コンタクトと比較して上昇し、対向電極の内側部品の位置は下降している（または内側に押し込まれている）。図２ｃを参照。
【００２８】
ｂ）すべての内側コンタクトおよび外側コンタクトは、同一レベルにある。図２ｄを参照。
【００２９】
この場合、ケース３にて説明したように、力の略全部（９９％）は、閉鎖位置において、外側コンタクトの弾性変形のため、内側コンタクトによって保持される。これは、内側コンタクトによる接触抵抗が外側コンタクトによる接触抵抗よりはるかに低いことを意味する。
【００３０】
開放時には、最後の接触点が外側コンタクト間に見出だされるとき、外側コンタクトの弾性変形の特性は、外側コンタクト間にアーク点火を確実にする。
【００３１】
これらの２つの特徴は、この構成に大きい利点を与える。なぜなら、（内側コンタクト間の）公称電流のための低い接触抵抗、および、ＡＭＦ発生の原因となる外側コンタクト間のアーク点火に有利であるためである。この構成により、完全な拡散アークに対するアーク整流は、短時間で発生する。
【００３２】
３）第３のケースは、第１のケースの反対であり、すなわち、（開放位置において）外側コンタクト間の間隔距離は、内側コンタクト間の間隔距離より小さい。ただし、この差は、０．１〜２．５ｍｍ程度であり、好ましくは、０．５〜１．５ｍｍ程度である。ここでもまた、２つのケースを区別することができる。
【００３３】
ａ）両方の内側コンタクトは、外側コンタクトと比較して内側に（非常に短い距離ではあるが）押し込まれている。図２ｆを参照。
【００３４】
ｂ）一方の電極の内側コンタクトは、内側に押し込まれ、対向電極の他方の内側コンタクトは、外側コンタクトと同一レベルに保たれている。図２ｅを参照。
【００３５】
それぞれの間隔距離の相違、および、外側コンタクトコイルの弾性に応じて、内側コンタクトは、接触しているか、閉鎖位置にないか、のいずれかである。内側コンタクト間のそれぞれの間隔距離が大きい場合および／または外側コンタクトコイルの弾性が低い場合、力全体は、外側コンタクトによって保たれる（ケース１）、しかし、内側コンタクト間のそれぞれの間隔距離が小さい場合および／または外側コンタクトコイルの弾性が大きい場合、大部分の力は、内側コンタクトによって保たれる（ケース２）。この場合、アーク点火は外側コンタクトで開始するが、（外側コンタクトの変形を増加させるために）外側コンタクトの弾性特性が変えられない限り、（公称電流のための）内側コンタクトの接触抵抗は増加する。外側コンタクトの弾性が、外側コンタクトの直径、カップ厚およびカップ材料によって影響されうることに気付くことは重要である。
【００３６】
他の実施形態によれば、（カップ形状の）外側コンタクトは、二重層または多層から構成され、少なくとも１層はステンレス鋼のような強く、弾性があり、導電性の材料から成り、少なくとも第２の層は、銅のような高熱伝導性材料から成る。この組合せは、ロバストさおよびコスト効果の基準をコンタクト・アセンブリに提供し、アーク放電中およびアーク放電後のより良好な熱管理を保証する（高速なコンタクトの冷却）。
【００３７】
多層のカップ形状のコンタクトは、目的の用途に応じて、層の重ね合せ順序のさまざまな構成を有することができる。以下、二重層の実施例を示す。
【００３８】
１）内側層は、ステンレス鋼（硬い導電材料）から成り、外側層は、銅（優れた熱導体および導電体）から成る。この場合、短絡電流の大部分は外側層（銅）を通過するので、有効なＡＭＦ領域を増加させる。この構成は、増加した大電流遮断性能のために望ましい。
【００３９】
２）内側層は、銅から成り、外側層は、ステンレス鋼から成る。ここで、カップ形状のコンタクトの外側層は、ステンレス鋼から成るので、シールドの方への高電圧に耐えることを考慮されうる。この構成は、高圧用途のための良好なオプションとなりうる。接触力分布は、図示するように外側コンタクトの弾性の変化により、これらの２つの構成を用いることにより僅かに変化する。例えば、図３を参照。外側コンタクト間の力は、ステンレス鋼の単層の場合の１００Ｎから、二重層を用いると７０Ｎに減少した。
【００４０】
３）あるいは、内側層は、ステンレス鋼から成り、第２の層は、銅から成る。第３の薄層は、第２の外層上に重ねられ、ステンレス鋼または高電圧の良好な耐性を有する他の金属（ニッケル、合金鋼など）から成る。例えば、この薄層は、電気メッキ、電鋳またはＰＶＤプロセス、などを有するコーティングによって得られる。この多層構造により、真空遮断器において、高い電流遮断プロセス中の有効なＡＭＦ領域を増加させ、高電圧の耐性を増加させる。
【００４１】
４）あるいは、多層カップ形状のコンタクトの逆の配置も可能である。内側層は、銅から成り、外側層は、ステンレス鋼から成る（ステンレス鋼層はコンタクトの頑丈さのために必要である）。ステンレス鋼の層は、銅の薄層によって重ねられ、銅の薄層は、電気メッキ、電鋳またはＰＶＤプロセス等のコーティングによって得られる。
【００４２】
それゆえ、図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄは、異なる実施形態を示す。
【００４３】
図３ａは、ステンレス鋼の内側層および銅の外側層を備える二重層システムを示す。
【００４４】
図３ｂは、銅の内側層およびステンレス鋼の外側層を備える二重層システムを示す。
【００４５】
図３ｃは、ステンレス鋼の内側層と、銅の外側層と、鋼／ニッケルの薄いカバー層と、を備える多層システムを示す。
【００４６】
図３ｄは、銅の内側層と、ステンレス鋼の外側層と、銅の薄いカバー層と、を備える多層システムを示す。
【図１】
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【図２ａ）】
2015519713.tif 000005
【図２ｂ）】
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【図２ｃ）】
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【図２ｄ）】
2015519713.tif 000008
【図２ｅ）】
2015519713.tif 000009
【図２ｆ）】
2015519713.tif 000010
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2015519713.tif 000012
【図３ｃ】
2015519713.tif 000013
【図３ｄ】
2015519713.tif 000014
【国際調査報告】
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2015519713.tif 000016