CN1014663B - 真空开关装置 - Google Patents

Abstract

一种真空开关装置，在处于真空状态下的外壳内装有固定电极和活动电极，这两个电极分别由主电极和装在该主电极周围的辅助电极构成，通过移动上述活动电极使以上主电极互相接触或分离，即可接通或切断电流，同时借助于上述辅助电极使电弧移动，其特征为，在上述主电极和辅助电极中至少两个主电极的背面，即与主电极对接面相反的一面，安装高电导率构件，选择各零件电导率的原则是，主电极＜辅助电极＜高电导率构件。

Description

该发明涉及用于接通和断开大电流的真空开关装置。

图5和图6是表示特公昭45-29935号公报所发表的现有真空开关实例的断面图及其A-A′线断面图。图中，1是处于10^-4托以下高真空状态的外壳，2是外壳1的上端盖板，3是外壳1的下端盖板，5是一端固定在上端盖板2上的固定电极棒，6是插入下端盖板3的孔内并且可以上下移动的活动电极棒，4是一端固定在活动电极棒6上，另一端固定在下端盖板3上的波纹管，7是安装在固定电极棒5的端部的固定电极，8是安装在活动电极棒6的端部的活动电极，7a、8a是安装在固定电极7和活动电极8的正中部位的主电极，7c、8c是安装在主电极7a、8a的正中部位的凹形零件，7d、8d是在主电极7a、8a的园周边缘上的环状部分，7b、8b是安装在主电极7a、8a周围而且分别与固定电极棒5和活动电极棒6相连接的辅助电极，7e、8e是位于辅助电极7b、8b上的螺旋槽，9是吸收各电极上产生的金属蒸气的屏蔽板。

下面对开关的动作加以说明。要接通电流时，使活动电极棒6向上移动，使主电极7a、8a的环状部位7d、8d互相接触。因此使电流通过固定电极棒5→辅助电极7b→主电极7a→主电极8a→辅助电极8b→活动电极棒6流动。要切断电流时，使活动电极棒6向下移动，使主电极7a和8a互相分开，因此电流被切断。在此 情况下，当电流的大小约等于负荷电流时，如果环状部分7d和8d互相分离，那么在这一区间即可完成电流切断动作。当由于短路等原因而使电流过大时，如果环状部分7d和8d互相分离，在二者之间就会产生电弧。该电弧受到外部配线等所造成的磁场的影响而向外移动，当其到达辅助电极7b、8b时，由于螺旋槽7e、8e的作用而产生驱动力，使电弧进一步向外移动，同时在中心轴的周围进行旋转运动。以此防止因电弧停滞在局部位置而损伤各个电极和产生金属蒸气。由于主电极7a、8a是开关时的接触和通电部分，又是切断标准负荷电流时的消弧部分，所以，选用拉开电极粘结的外力较小，切断电流值也较小的材料。而辅助电极7b、8b则选用可切断大电流，耐电压性能更好的材料。另外，主电极7a、8a、辅助电极7b、8b、固定电极棒5和活动电极棒6的接合方法，一般采用硬钎焊，即在氢气氛中或真空中用Cu-Ag系焊料进行钎焊。

现有的真空开关装置因采用上述结构，所以主电极7a、8a的结构采用含有大量低熔点金属的材料，辅助电极7b、8b的结构采用耐高压材料，这两种材料的性质差别很大。在这种情况下，当切断大电流时低熔点金属容易产生金属蒸汽，所以电弧向辅助电极7b、8b移动特别困难，因此，存在这样一个问题，即电弧停滞在主电极7a、8a处，使电极严重烧伤，无法获得稳定的大电流切断性能。

本发明正是为了解决这一问题，其目的在于获得这样一种真空开关装置，它具有可以稳定地切断大电流的电极结构，并且体积小，成本低。

涉及本发明的真空开关装置，主电极和辅助电极中至少在主电极 的背面安装电导率高的构件，同时按下列原则选择各部分的电导率，即主电极＜辅助电极＜高电导率构件。

按照本发明在主电极背面安装的高电导率的构件，能使切断大电流时产生的电弧迅速地从主电极向辅助电极移动。

下面根据附图来说明本发明的实施方案。在图1和图2中，对于那些与图5和图6相对应的部分标注与图5和图6相同的符号，并且不再进行说明。在图1和图2中，7f、8f是设置的主电极7a、8a互相对接面的正中部位的平面部分，其直径为Da，7g是在平面部分7f、8f的园周上形成的锥形部分，7h、8h是高电导率构件（它安装在主电极7a、8a的上述平面部分7f、8f的背面，分别与固定电极棒5、活动电极棒6相连接，其材料采用铜等，直径为Dc），Db是辅助电极7b、8b的直径，L₁、L₂是电流通路。主电极7a、8a、辅助电极7b、8b和高导电率构件7h、8h各部分的电导率，其选定原则是：主电极7a、8a＜辅助电极7b、8b＜高电导率构件7h、8h。

主电极7a、8a的材料采用Cu-20Cr-Bi;辅助电极7b、8b的材料采用Cu-（10～60）Cr或Cu-20Cr;高电导率构件7h、8h的材料采用99.9的铜。在此情况下电导率的比率大体为：主电极7a、8a∶辅助电极7b、8b∶高电导率构件7h、8h＝0.3∶0.7∶1。

当主电极7a、8a含有10%以上的Bi、Te等低熔点金属时，这种主电极7a、8a，如特开昭59-3822号所示，可以采用这样一种加工方法，即在铜基体金属上压缩成形电极材料的混合粉末，通过整体成形使电极材料和铜质高电导率构件7h、8h受热 反应，互相连结成一个整体，然后再进行机械加工。

当辅助电极7b、8b的材料采用上述成份时，比起用铜构成辅助电极7b、8b本身，制成高电导率构件来说，可以获得更好的真空开关装置，即耐压高，截断值低，可切断大电流，体积小。

现对真空开关装置的动作说明如下。

当通过电流时，使活动电极棒6向上移动，使主电极7a、8a通过其平面部分7f、8f而互相接触。这样一来，如电流通路L₁所示，电流沿着固定电极棒5→高电导率构件7h→主电极7a→主电极8a→高电导率构件h→活动电极棒6的通路流过。

当切断一般负荷大小的电流时，使活动电极棒6向下移动，使平面部分7f和8f分离，在此部位完成切断动作。在此情况下，若使用含有大量上述低熔点金属的主电极7a、8a，则可以获得1A以下的低切断特性。

当切断短路等的大电流时，平面部分7f、8f一旦分离开，首先，在这一部位产生电弧。最初，在外部配线所产生的电磁力作用下电弧向外移动。这种移动在相同材料的主电极7a和8a之间顺利进行，然后再迅速地从平面部分7f、8f向锥形部分7g、8g移动。在此情况下，由于本实施方案不是像图5和图6那样在主电极7a、8a上形成凹陷部分7c、8c，而是形成平面部分7f、8f，并且形成与平面相连的锥形部分7g、8g，所以，电弧不会集中并停滞在因凹陷部分7c、8c所形成的台阶部分，而是迅速地向外移动。

移动到锥形部分7g、8g的电弧也不会停滞，而且能顺利地继续向材料与主电极7a、8a不同的辅助电极7b、8b移动。其原 因是，各部分的电导率是按照主电极7a、8a＜辅助电极7b、8b＜高电导率构件7h、8h的顺序选定的，所以，如电流通路L₂所示，电流沿着固定电极棒5→高电导率构件7h→辅助电极7b→辅助电极8b→高电导率构件8h→活动电极棒6的路径进行流动，电弧通过高导电构件7h、8h可以顺利地从锥形部分7g、8g移动到辅助电极7b、8b。

再者，在上述实施方案中，仅在主电极7a、8a的背面设置高电导率构件7h、8h。但是，也可以像图3所示那样，在主电极7a、8a和辅助电极7b、8b的所有背面上均设置高导电构件，在这种情况下可以进一步提高大电流切断性能。

即在图1和图2的实施方案中Da＜Dc＜Db。但在图3实施方案中Da＜Db＝Dc。直径比Db/Da越大，电弧越容易从电流通路L₁向L₂移动。在此情况下直径比Db/Da的最大值受Dc/Da的限制。这是因为辅助电极7b、8b所采用的上述Cu、Cr合金材料，其短路电流切断性能和耐电压性能优于高电导率构件7h、8h的Cu材。所以辅助电极7b、8b对面的外周部分应当采用辅助电极7b、8b的材料。

图4表示各电极采用上述成分的材料时间短路电流切断性能和耐电压性能。并且，在图4中，短路性能比以Db/Da＝1的点为100%进行表示;耐电压性能比以Db/Da＝Dc/Da的点为100%进行表示。从图4中可以明显看出：在Db/Da≥1到Db/Da≤Dc/Da的范围内该发明能发挥作用。

再者，主电极7a、8a、辅助电极7b、8b和高电导率构件7h、8h，这三个部分的材料成分不仅限于上述几种，也可分别采 用CuCrCr₂O₃、CuCr、Cu或AgWc、CuCr、Cu或CuC、CuCr、Cu等，其效果与上述实施方案相同。

另外，上述三个部分的电导率关系也不仅限于上述数值，只要分别保持小、中、大的关系即可。

如上所述，本发明的小型真空开关装置，其结构简单，在主电极、辅助电极中，至少在主电极的背面设置高电导率构件，电弧容易移动，粘结力小，截断电流值小，大电流切断性能优异，制造成本低。

图1是本发明第1实施方案的真空开关装置的断面侧面图，图2是表示该装置的固定电极的断面侧面图，图3是表示本发明其他实施方案的真空开关装置固定电极的断面侧面图，图4是表示该装置的性能的特性图，图5是表示现有真空开关装置的断面侧面图，图6是图5的A-A′线断面平面图。

图中1是外壳，7是固定电极，8是活动电极，7a、8a是主电极，7b、8b是辅助电极，7h、8h是高电导率构件。

另外，图中同一符号表示同一部分或相应部分。

Claims (1)

1、一种真空开关装置，在处于真空状态下的外壳内装有固定电极和活动电极，这两个电极分别由主电极和装在该主电极周围的辅助电极构成，通过移动上述活动电极使以上主电极互相接触或分离，即可接通或切断电流，同时借助于上述辅助电极使电弧移动，其特征为，在上述主电极和辅助电极中至少两个主电极的背面，即与主电极对接面相反的一面，安装高电导率构件，选择各零件电导率的原则是，主电极＜辅助电极＜高电导率构件。

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