CS230840B1 - Způsob výroby kontaktů pro vakuový vypínač - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je odstraněni některých nežádoucích vlastností dosud známých materiálů pro kontakty vakuových vypínačů, zvláště poměrně vysoké hodnoty studené elektronové emise a náročné technologie jejich výroby. Uvedeného účelu se dosáhne impregnací slitinou na bázi mědi obsahu 0,1 až 5 váhových procent niklu a 0,05 až 2 váhové procenta křemíku.

Description

Vynález se týká vakuových vypínačů, jejichž kontakty jsou vytvořeny na bázi impregnovaného sintrovaného porézního téžkotavitelného kovu, zejména wolframu.

Výkonové vékuové vypínače jsou velmi progresivní prvky ve vypínačové technice, které svými vlastnostmi značné předčí klasické vzduchové nebo máloolejové vypínače. Princip i konstrukční uspořádání vakuových vypínačů jsou dostatečné známé z technické i patentové literatury. Jejich správná funkce je véak ovlivňována řadou podmínek: kromé dostatečného stupně vakua uvnitř baňky jsou to předevěím vlastnosti materiálu vlastních kontaktů, které celkové technické hodnoty vakuových vypínačů nejvíce ovlivňují. Požadavky na tento materiál jsou velmi náročné a často protichůdné: kromě základního požadavku, aby getrovací schopnosti materiálu rozprášeného v průběhu vlastního vypínacího procesu převažovaly nad uvolňováním plynů, nesmí docházet ke sváření kontaktů ani při maximálních vypínaných proudech a kontakty musí mít dobrou tepelnou i elektrickou vodivost.

Tlak kovových par, které vzniknou odpařením materiálu v katodové skvrně při vlastním vypínacím procesu, musí mít takovou hodnotu, aby jejich ionizací se vytvořilo dostatečně vodivé médium přenášející proud a nedocházelo k předčasnému přerušení proudu před jeho přirozeným zánikem v proudové nule; naproti tomu eroze kontaktů vakuovým obloukem musí být co nejmenší, aby byla zaručena dostatečné životnost. Kontakty také nesmí týt náchylné k přeskokům při namáhání vysokým napětím a nesmí ani vykazovat podstatnější emisi elektronů, Která by zhoršovala izolační vlastnosti vakuových vypínačů. Po ekonomické stránce je důležité, aby kontakty bylo možné vyrobit co možná jednoduchými a energeticky nenáročnými technologickými postupy.

Současný stav techniky v oboru materiálů pro kontakty vakuových vypínačů je popsán napříkld v publikaci H. Bettge: Konstruktion und Herstellung von vakuumschaltrohren Siemens-Energietechnik 3 (1981), str. 4 až 8, zvi. str. 7. Beiheft Vakuumschalttechnik fur Mittelsprannung.

Kontakty na bázi čisté mědi nejsou v řadě požadavků vyhovující. Dosud nejlepší výsledky byly docíleny s materiály na principu sintrovaných porézních těžkotavitelných kovů, zvláště wolframu nebo chrómu, impregnovaných čistou mědí. Pevná kostra z těžko* tavitelného kovu dodává kontaktům potřebnou pevnost, tvrdost a odolnost proti sváření a erozi, naproti tomu měň, která vyplňuje prostory mezi jednotlivými sesintrovanými zrny téžkotavitelného kovu, vytváří ve vakuovém oblouku dostatečný tlak par a zlepšuje elektrickou a tepelnou vodivost kontaktu. I když tyto materiály dávají poměrně uspokojující výsledky, mají i několik nevýhod, které jejich aplikaci omezují.

Především je to poměrně vysoké hodnota studené elektronové emise. Například u kontak2 tů s vypínacím povrchem 50 mm vzdálených navzájem 3,5 mm byl při napětí 25 kV naměřen emisní proud až ,0 mA. Tato hodnota již podstatně zhoršuje izolační vlastnosti vypnutého vypínače, takže v některých případech by za vypnutým vypínačem mohla vznikat i životu nebezpečná napětí. Emisní proud se často omezuje zvětšením pracovního zdvihu vypínače, nebot tím se sníží hodnota gradientu elektrického pole mezi kontakty; to ovšem klade zvýšené nároky na vlnovec, který umožnuje osový pohyb pohyblivého kontaktu, a tím se snižuje jeho životnost.

Obtíže vznikají i při kontrole a měření vyrobených vakuových vypínačů. Napříkld vplqjový vypínač, určený pro efektivní napětí 7,2 kV, se zkouší z bezpečnostních důvodů na napětí 25 kV. Při hodnotách dle výše uvedeného příkladu je přitom výkonové ztráta na kontaktech 250 W, tímse kontakty prudce ohřívají, což vede v některých připadech k lanovitému nárůstu emise a k elektrickému průrazu. Je zřejmé, že tato vlastnost dosud známých kontaktových materiálů silně omezuje jejich aplikaci pro vysoká napětí, prakticky na cca 15 kV eff.

Další nevýhoda těchto dosud známých kontaktových materiálů spočívá v tom, že lze jen s obtížemi docílit, aby při impregnaci porézního sintrovaného materiálu z těžkotavitelných kovů nedocházelo ke vzniku nedokonale nasycených míst (lunkrů), to jest míst, v nichž měň nevyplňuje stoprocentně prostory mezi sesintrovenými zrny těžkotavitelných kovů. Taková místa, která se jen obtížně zjištují, obsahují zbytkovou atmosféru plynů. V důsledku pracovní eroze kontaktů se tato místa postupně během života otevírají a uvolněné plyny zhoršují vakuum uvnitř baňky vakuového vypínače, v některých případech i nad hodnotu, které je nezbytná pro správnou funkci vypínače. Aby se těmto zjevům předešlo, je nutné používat při výrobě dosud známých kontaktových materiálů speciální energeticky i časově né ročné technologické postupy.

Uvedené nevýhody jsou dle vynálezu odstraněny tim, že jejich kontakty jsou vyrobeny způsobem dle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že kontakty na bázi porézního těZKOtavitelného kovu, zejména wolframu, se impregnují slitinou na bázi mědi o obsahu 0,1 až 5 hmotnostních procent niklu. Pokusy bylo zjištěno, že kontakty impregnované slitinou s uvedeným obsahem niklu vykazují pouze asi 10 % elektronové emise dosud známých kontaktů impregnovaných čistou mědí, za jinak stejných podmínek, přičemž ani malé příměsi jiných prvků k uvedené slitině tuto vlastnost niklu neomezují.

Takto snížené hodnota elektronové emise již prakticky eliminuje výše uvedená omezení, která vznikají při použití dosud známých kontaktových materiálů. Další zlepšení je dle vynálezu docíleno tím, že impregnační slitina obsahuje kromě uvedeného obsahu niklu ještě 0,05 až 2 hmotnostních procent křemíku. Přídavek křemíku v uvedeném poměru značně usnadnňuje impregnační pochody, aniž by omezoval vlastnost niklu snižovat elektronovou emisi. Impregnaci je pak možno provádět v běžné peci s redukční vodíkovou atmosférou při teplotách 1 050 až 1 250 °C, tedy jen o málo převyšující bod tání impregnační slitiny. V důsledku zvýěené smáčivosti slitiny s uvedeným obsahem křemíku je pak bezpečně zabráněno vzniku nedokonale impregnovaných míst.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby kontaktů pro vakuový vypínač s kontakty na bázi impregnovaného porézního těžkotavitelného kovu, zejména wolframu, vyznačený tím, že kontakty z těžkotavitelného kovu, zejména wolframu, se impregnují slitinou na bázi mědi o obsahu 0,1 až 5 hmotnostních procent niklu.
2. 2. Způsob výroby kontaktů podle bodu 1, vyznačený tím, že impregnační slitina obsahuj ještě 0,05 až 2 hmotnostní procenta křemíku.
3. 3. Způsob výroby kontaktů podle bodu 1, vyznačený tím, že impregnace se provádí v peci s redukční vodíkovou atmosférou při teplotách v rozmezí 1 050 až 1 250 °C.