Electrical contacts for grease and sliding current structure, power switching equipment, vacuum circuit breaker, vacuum insulated switch gear, as well as a method of assembling a vacuum insulated switch gear

本発明は、電気接点用グリース及び摺動通電構造、電力用開閉機器、真空遮断器、真空絶縁スイッチギヤ、並びに真空絶縁スイッチギヤの組立方法に関するものである。

電気接点用グリース及びそれを適用した摺動通電構造に関連する従来技術として、特許文献１がある。 この特許文献１には、長期にわたって安定した潤滑効果を達成する電気接点用グリースとそれを施したコンタクトを提供するために、潤滑剤は、主成分としてポリアルファオレフィン又は流動パラフィンを、増粘剤としてポリブテンを用いた混合物に、メルカプトベンゾチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルフィドの１種又は２種以上を含有することが記載されている。

また、特許文献２には、電気接点に、フッ素系オイルを除く基油の９５〜７０重量％と、増ちょう剤と添加剤との５〜３０重量％とから構成された電気接点用グリースを塗布し、電気接点の遮断時に発生するアークによる接点領域の損傷を抑制することが記載され、増ちょう剤としては、有機化ベントナイトが好ましく、ベースオイルとしては、エステル油やグリコール油、ポリ−α−オレフィンが好ましく、また、ベースオイルが低粘度であることは、アークによるエネルギーが小さく好ましいことが記載されている。

従来の電気接点用グリースは、アゾ系の添加物を含んでいるため、接触抵抗安定化を目的として銀めっきを施した接点に適用した場合に、銀めっきと反応することにより導電性が低い不動態膜を形成するため、摺動に伴って接触抵抗が漸増する場合があった。

また、低粘度の基油を用いると耐用年数が短くなるため、製品耐用年数が数１０年以上の電力用開閉機器へ適用する際には、数年毎の定期的な給脂が必要になることが考えられる。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、摺動が伴っても接触抵抗が漸増せず、かつ、長寿命な電気接点用グリース及び摺動通電構造、電力用開閉機器、真空遮断器、真空絶縁スイッチギヤ、並びに真空絶縁スイッチギヤの組立方法を提供することにある。

本発明の電気接点用グリースは、上記目的を達成するために、基油は平均分子量２６００から１２５００のパーフロロポリエーテル油であり、増ちょう剤は一次粒径１μｍ以下のＰＴＦＥ であり、摺動環境下で銀と反応するアゾ系、硫黄系、リン系の化合物を含まず、かつ、ちょう度はＮＬＧＩちょう度でＮｏ.０からＮｏ.２であり、しかも、粒子径が３μｍ以上の固体物質を含まないことを特徴とする

また、本発明の摺動通電構造は、上記目的を達成するために、摺動式に接触または離れると共に、銀メッキが施されるばね接点と、該ばね接点に適用される上記構成の電気接点用グリースとを有することを特徴とする。

本発明によれば、摺動が伴っても接触抵抗が漸増せず、かつ、長寿命な電気接点用グリース、または摺動通電構造を得ることができる。

本発明の電気接点用グリースを適用した摺動通電構造の一例である真空遮断器を示す側断面図である。

図１に示した本発明の電気接点用グリースを適用した真空遮断器の摺動通電構造における接触抵抗と摺動回数の関係を、表１に示した組合せ１から組合せ５について、接触抵抗と摺動回数特性の関係を実測した結果を示す特性図である。

図１に示した本発明の電気接点用グリースを適用した真空遮断器の摺動通電構造における接触抵抗と摺動回数の関係を、表１に示した組合せ３、４について、ばね接点の接触力の影響を実測した結果を示す特性図である。

本発明の電気接点用グリースを適用した摺動通電構造の他の例である真空絶縁スイッチギヤを示す側断面図である。

図４に示した本発明の電気接点用グリースを適用した真空絶縁スイッチギヤにおける接触抵抗と開離投入回数の関係を、電気接点用グリースとばね接点の２つの組合せで実測した実験結果を示す特性図である。

図４に示した本発明の電気接点用グリースを適用した真空絶縁スイッチギヤの組立方法を示す側断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の電気接点用グリースを適用した摺動通電構造の実施例１として、真空遮断器の例を示す。

該図に示す如く、真空遮断器は、接離自在な少なくとも一対の接点を有する真空バルブ１、この真空バルブ１に接続された固定側端子７０及び可動側端子７１、それらの周囲を覆う絶縁筒７２、真空バルブ１の可動側電極６Ｂに接続された絶縁操作ロッド７３、真空バルブ１の可動側電極６Ｂと固定側電極６Ａに接触力を付与するためのワイプ機構７４、操作力を発生する操作器７６、操作器７６に接続された操作ロッド７８、操作ロッド７８とワイプ機構７４を接続するメインレバー７５、これらを収納する筐体７７から概略構成されている。

真空バルブ１は、固定側端板３Ａ、セラミックス絶縁筒２、可動側端板３Ｂから構成される真空容器内に、前述した固定側電極６Ａと可動側電極６Ｂを収納し、可動側電極６Ｂと可動側端板３Ｂは、ベローズ９で接続することによって気密を保ちながら可動側電極６Ｂを軸方向に駆動可能にし、投入及び遮断状態を切り替えている。

更に、真空容器内には、電流遮断時に発生する金属蒸気によってセラミックス絶縁筒２の内面が汚損されないように、アークシールド５が設けられている。 真空バルブ１の可動側には、ばね接点１６とそれを保持するばね接点台７９が設けられ、可動側電極６Ｂと可動側端子７１の間の摺動通電を可能にしている。

そして、ばね接点１６と可動側電極６Ｂの電接面には、本発明の電気接点用グリースが塗布されている。 また、ばね接点１６と可動側電極６Ｂの表面には、接触抵抗を安定化するために銀めっきが施されている。

このように構成された真空遮断器に適用された本発明の電気接点用グリースの条件について、表１、図２及び図３を用いて説明する。

表１には、実施例１に適用される真空遮断器向けに検討した電気接点用グリースとばね接点の種々の組合せを示す。

図２は、表１に示した組合せ１から組合せ５の摺動通電構造について、接触抵抗と摺動回数特性の関係を実測した結果を示すものであり、組合せ１と組合せ２では、摺動回数の増加に伴って接触抵抗が増加したが、組合せ３と組合せ４では接触抵抗の増加は少なかった。 組合せ１の電気接点用グリースは、基油として合成炭化水素油を用いていた。 組合せ２、３、４の電気接点用グリースは、基油としてパーフロロポリエーテルを用いていたが、このうち組合せ２の電気接点用グリースは、特性調整用の添加剤が含まれていた。 組合せ３の電気接点用グリースは、組合せ２の電気接点用グリースから特性調整用の添加剤を除去したものであり、組合せ４の電気接点用グリースは、始めから特性調整用添加剤を含有していなかった。

実験の結果、接触抵抗の増加が少なかった組合せ３と組合せ４で用いた電気接点用グリースは、（１）基油が平均分子量２６００から１２５００のパーフロロポリエーテル油であること、（２）グリースの増ちょう剤は一次粒径１μｍ以下のＰＴＦＥであること、（３）グリースのちょう度はＮＬＧＩちょう度でＮｏ． ０からＮｏ． ２であること、（４）アゾ化合物のような、摺動下で銀と反応する化合物を含まないこと、（５）粒子径が３μｍ以上の固体物質を含まない特徴を有していた。

以上のことから、所望の特性を発揮するのは、以下の機構によると考えられる。

まず、グリースが摺動面間に流入して潤滑効果を発揮するためには、グリースが流動性を保ち、摺動に追随して摺動部へ移動することが必要である。 そのためには、油分の蒸発による硬化と重力や振動などに伴う流出を防止しなければならない。

これらを満たす基油の平均分子量は２６００から１２５００であり、これ以下では、基油の蒸発によるグリースの硬化が起こりやすくなり、また、これ以上では、粘度が高すぎて摺動部への移動が難しくなる。 また、グリースのＮＬＧＩちょう度がＮｏ.０より軟らかい場合は、重力や振動により摺動部からの流出が起こり、また、Ｎｏ.２より硬い場合は、電極部の摺動に追随して摺動面を潤滑することが難しくなる。

次に、増ちょう剤としては、石けん系、複合石けん系、有機系、無機系があるが、石けん系は、耐熱性が劣り高温環境下の使用に向かない。 複合石けん系は、耐熱性が改善されるが、経時硬化や熱硬化する傾向があり長期安定性に欠ける。 有機系は、耐熱性や安定性に優れるが、特にＰＴＦＥは、熱、水、酸化に対して最も安定である。 その粒径については１μｍ以下であれば、一般的な真空開閉器用の銀めっきを施した電極同士の摺動通電部に適用しても、電気的接触に支障をおよぼすことなく潤滑効果が発揮される。 これよりも粒径が大きいと、電極面間において、摺動に伴ってＰＴＦＥの付着、凝集などが誘引され、潤滑膜の膜厚の増大や電気的接触に支障が生じるものと考えられる。

次に、アゾ化合物は、摺動環境下で銀と反応して導電性が低い不動態膜を形成する場合がある。 よって、銀めっきを施した電極に適用する場合、摺動に伴って不動態膜が生成され、接触抵抗の漸増をもたらす。 このような添加剤にはアゾ系、硫黄系、リン系などが考えられる。

尚、本実施例を構成するフッ素系グリースの基油であるパーフロロポリエーテル油や増ちょう剤として用いるＰＴＦＥは、銀との反応の可能性はきわめて低いと考えられる。

最後に、グリース中に粒子径が３μｍ以上の固体物質を含むと、電極同士の接触面に入り込んで必要以上に厚い潤滑膜を生成して、電気的接触を阻害するため接触抵抗が著しく上昇すると考えられる。 粒子径が３μｍ以上の添加剤としては、カーボン粒子、マグネシウム化合物、チタン化合物が上げられる。 尚、固体物質粒子径が３μｍ未満では接触抵抗の上昇は見られなかった。

また、組合せ５でも接触抵抗の増加は少なかったが、数１０年の時間経過後の減量を模擬するために、別途実施した高温加速減量試験の結果、基油にタービン油を用いているために減量が多く、無給脂で数１０年間潤滑機能を維持することは困難と判断された。

一方、上記組合せ３と４で用いた電気接点用グリースは、基油にパーフロロポリエーテルを用いているため減量が少なく、数１０年以上の寿命を持つと判断された。

図３は、表１に示した組合せ３、４について、ばね接点の接触力の影響を実測した結果を示す。 図中、組合せ３、４は、図２の特性を比較のためにそのまま示したものであり、ばね接点の接触力は２９０ｇ／Ｃｏｉｌである。 一方、図中、組合せ３Ａ、４Ａは、ばね接点の接触力が４０６ｇ／Ｃｏｉｌの場合であり、接触抵抗の増加を著しく抑制することが可能であった。

ばね接点の接触力が３００ｇ／Ｃｏｉｌ未満では、摺動時に電極によって構成される２面間に流入する電気接点用グリースの量が増加するため、電極間の潤滑膜厚は、摺動に伴って漸増して接触抵抗が上昇する傾向が現れるが、ばね接点の接触力を３００ｇ／Ｃｏｉｌ以上にすると、摺動時に電極によって構成される２面間に流入する電気接点用グリースの量が少なくなるために、薄い潤滑膜が形成される。 薄い潤滑膜ほど電気接点用グリースは、スクイーズアウトされにくいことから、膜厚の変化が小さくなるため、接触抵抗の変化を抑制すると考えられる。

図４は、本発明の電気接点用グリースを適用した摺動通電構造の第２の実施の形態として、真空絶縁スイッチギヤの例を示す。

該図に示す如く、真空絶縁スイッチギヤは、母線用ブッシング中心導体４１、真空バルブ１、ケーブル用ブッシング中心導体４３などを固体絶縁物３０で一括注型し、大気中で直線運動する接地断路部可動電極１２と組み合わせることによって、投入状態、接地状態及び断路状態を切り替える接地断路部１０を構成している。 尚、本実施例では説明のために当該投入・接地・断路の３位置を切替可能に構成しているが、摺動通電構造を有する開閉器であれば２位置若しくはそれ以上の場合、更には投入・遮断など本実施例では備えない位置を有していてもよいことは言うまでもない。

接地断路部可動電極１２の両端部近傍には、ばね接点１６が設けられ、接地断路部可動電極１２が接地断路部ブッシング側固定電極１１側に移動することによって、接地断路部ブッシング側固定電極１１−接地断路部可動側電極１２−接地断路部中間固定電極１３−フレキシブル導体１５の導通を確保して投入状態を、接地断路部可動電極１２が接地断路部接地側固定電極１４側に移動することによって、接地断路部接地側固定電極１４−接地断路部可動側電極１２−接地断路部中間固定電極１３−フレキシブル導体１５の導通を確保して接地状態をそれぞれ実現する。

これらの電接面には、接触抵抗を安定化するために銀めっきが施され、本発明の電気接点用グリースが塗布されている。

図５は、図４に示した本発明の電気接点用グリースを適用した真空絶縁スイッチギヤの摺動通電構造における接触抵抗と開離投入回数の関係を、表１に示した組合せ３、３Ａについて実測した結果を示すものである。

該図に示す組合せ３は、本発明の電気接点用グリースと３００ｇ／Ｃｏｉｌ未満の接圧のばね接点を組み合わせた供試電極構造、組合せ３Ａは、本発明の電気接点用グリースと３００ｇ／Ｃｏｉｌ以上の接圧のばね接点を組み合わせた供試電極構造であり、図５は、それぞれの組合せについての特性を示すものである。

該図より明らかな如く、組合せ３では接触抵抗が漸増するが、組合せ３Ａでは接触抵抗がほぼ一定値で推移することが分る。

よって、図４に示した真空絶縁スイッチギヤのような、電極同士が完全に抜離されるような構造においても、図１に示した真空遮断器のような、常に電極同士のはめ合い状態が維持される構造と同様に、安定な接触抵抗特性を得ることができる。

図６は、図４に示した真空絶縁スイッチギヤの組立方法を示す。 該図に示す如く、真空絶縁スイッチギヤは、まず母線用ブッシング中心導体４１、真空バルブ１、ケーブル用ブッシング中心導体４３などを固体絶縁物３０で一括注型する。 これらは必要に応じて金属容器３１Ａに収納したり、或いは外表面に導電塗料を塗布することによって電位を安定させる。

次に、接地断路部中間固定電極１３を固体絶縁物３０に設けられた留め金具１８Ａにボルト１９で固定すると共に、フレキシブル導体１５の一端を接地断路部中間固定電極１３と共に止め金具１８Ｂにボルト１９で固定する。 フレキシブル導体１５の他端は、真空バルブ１の可動側ホルダ７Ｂに、真空バルブ用操作ロッド２０と一体で形成されているボルト１９によって締結固定される。

次に、ばね接点１６Ａ、１６Ｂに、上述した電気接点用グリースを塗布してから接地断路部可動電極１２にはめ込み、それに接地断路部用操作ロッド２１を接続してから、固体絶縁物３０の奥部に押し入れて、母線用ブッシング中心導体４１とばね接点１６Ａが通電（接触）可能なように組み立てる。

本実施例では、上述した電気接点用グリースでちょう度をＮｏ． ２程度に調整したものを適用しており、グリースが適度な粘度を保つことで、母線用ブッシング中心導体４１の電接面へ適切にグリースを送り届けることができると共に、数１０年の長期間に亘り無給脂で潤滑ならびに通電性能を維持することが可能になる。

次に、金属容器蓋３１Ｂに設けた開口部から接地断路部用操作ロッド２１、真空バルブ用操作ロッド２０を貫通させるような配置で、金属容器蓋３１Ｂを金属容器３０に図示しないボルト等で締結する。

次に、上述した電気接点用グリースを、接地断路部用接地側固定電極１４と真空バルブ用操作ロッド２０が駆動軸からずれないようにするガイド１７にも塗布し、金属容器蓋３１Ｂに接地断路部接地側固定電極１４、ガイド１７を真空バルブ用操作ロッド２０に対して摺動可能な様にナット１８Ｃとボルト１９等で締結して組立が完了する。 接地断路部接地側固定電極１４は言うまでもなく、ばね接点１６Ｂに対して接触可能に固定される。

本実施例では、電力系統側の高電圧が印加される摺動通電部であるばね接点１６Ａ、１６Ｂ及び、機械的な摺動を行う機械摺動部となる真空バルブ用操作ロッド２０とガイド１７の摺動部に同じグリースを使用している。 しかし、摺動通電部と機械摺動部では、要求されるグリースの特性が異なるので、通常は異なるグリースを塗り分けて用いられる。 異なるグリースを塗り分けなければならない場合、複数のグリースを用意しなければならず、部材の点数が増えてしまう。 また、グリースを塗り分ける必要があることから、作業工程を分ける必要があり、製作の負担が大きくなる。

摺動接触する両者の間に電流が流れる摺動通電部に塗布するグリースに要求される性能としては、接触抵抗が初期状態から低く、かつ時間の経過に伴って高くならないことが要求される。 接触抵抗が大きくなった場合、通電損失が大きくなるので発熱量が大きくなり、冷却性を向上させる必要があると共に、通電損失が大きくなることでのエネルギーロスも大きくなってしまうからである。 接触抵抗を低くすると言う意味では、アゾ系・硫黄系・リン系化合物の様に銀めっきと反応することで不動態膜を形成してしまう化合物を含まないことは効果的である。

一方で、電流が流れることを想定せず、むしろ絶縁特性を高めたい機械摺動部に塗布するグリースに要求される性能としては、接触抵抗よりもむしろ絶縁耐性である。 この点で、導電性物質を含まないこと、及び誘電率が比較的低いことが重要となる。

本実施例で用いるグリースにおいては、接触抵抗を使用前から使用中に亘って低く保つことができ摺動通電部に適用する上で好適であると共に、導電性物質を含まず、誘電率が低いため、機械摺動部に適用する際にも好適となる。 よって、グリースを塗り分ける必要がなく、摺動通電部のばね接点１６Ａ及び機械摺動部１６Ｂに同じグリースを用いることが可能になっている。 即ち、摺動通電部と機械摺動部ではグリースを塗り分ける必要がなく、単一のグリースで済むことから、部材の点数は増えることがない。 また、作業工程を分ける必要もなく、製作の負担を減らすことが可能となる。

尚、上記の様な手順を一例として説明したが、接地断路部中間固定電極１３とフレキシブル導体１５をあらかじめ一体に形成することも可能である。 また、金属容器蓋３１Ｂと接地断路部接地側固定電極１４、ガイド１７をあらかじめ一体に締結した後で接地断路部用操作ロッド２１、真空バルブ用操作ロッド２０を貫通させながら金属容器３０に図示しないボルト等で締結することも可能である。 また、ばね接点１６Ａ、１６Ｂに上述した電気接点用グリースを塗布してから接地断路部可動電極１２にはめ込み、それに接地断路部用操作ロッド２１を締結した構造体を、最後に接地断路部接地側固定電極１４側から挿入することも可能である。

なお、本実施例で使用する電気接点用グリースは、アゾ系・硫黄系・リン系化合物の様に銀めっきと反応する化合物を含まないため、接地断路部用操作ロッド２１、真空バルブ用操作ロッド２０の表面に付着しても電界分布に影響せず、絶縁性能を良好に維持できる効果がある。

また、ガイド１７のように、電気接点部近傍の機械摺動部に適用しても数１０年の長期間に亘り無給脂で潤滑性能を維持することができる。 故に、使用するグリースの種類を分ける必要が無くなり、部位によってはグリースを使い分けなければならない場合と比較して、製造工程を短縮できる。 この点も本グリースを用いた場合の優れた点である。

１…真空バルブ、２Ａ…固定側セラミックス絶縁筒、２Ｂ…可動側セラミックス絶縁筒、３Ａ…固定側端板、３Ｂ…可動側端板、４Ａ…固定側電界緩和シールド、４Ｂ…可動側電界緩和シールド、５…アークシールド、６Ａ…固定側電極、６Ｂ…可動側電極、７Ａ…固定側ホルダ、７Ｂ…可動側ホルダ、８…ベローズシールド、９…ベローズ、１０…接地断路部、１１…接地断路部ブッシング側固定電極、１２…接地断路部可動電極、１３…接地断路部中間固定電極、１４…接地断路部接地側固定電極、１５…フレキシブル導体、１６Ａ、１６Ｂ…ばね接点、１７…ガイド、１８Ａ、１８Ｂ…留め金具、１８Ｃ…ナット、１９…ボルト、２０…真空バルブ用操作ロッド、２１…接地断路部用操作ロッド、３０…固体絶縁物、３１Ａ…金属容器、３１Ｂ…金属容器蓋、４０…母線用ブッシング、４１…母線用ブッシング中心導体、４２…ケーブル用ブッシング、４３…ケーブル用ブッシング中心導体、５０…共通母線、７０…固定側端子、７１…可動側端子、７２…絶縁筒、７３…絶縁操作ロッド、７４…ワイプ機構、７５…メインレバー、７６…操作器、７７…筐体、７８…操作ロッド、７９…ばね接点台。