HU191998B - Circuit breaker with vacuum chamber and method for making thereof - Google Patents

Description

A találmány tárgya vákuumkamrás megszakító, illetőleg ehhez kiképezett elektróda, amely elektróda nagy átütési feszültségnek képes ellenállni, kicsi az összehegedési képessége, továbbá a találmány tárgyát képezi az ezen elektróda előállítására szolgáló eljárás.

Vákuumkamrás megszakítókkal szemben támasztott legfontosabb fizikai és villamos jellemzők a következők:

1. nagy legyen az átütési feszültsége,

2. kiváló legyen a nem-összehegedési karakterisztikája,

3. nagy legyen az áraramegszakítóképessége,

4. lehető legritkábban forduljon elő az érám megszakadása,

5. kicsi legyen a gázkibocsátása.

Különösen az 1-3. pontokban említettek jelentősége rendkívül nagy, mivel ezeknek a megfelelő értéken való kialakításával lehet a vákuumkamrás megszakítók kapacitásét növelni.

Az általánosan elterjedt vákuumkamrás megszakítók esetében az alkalmazott elektródákat réz alapanyagú ötvözetből készítik. Annak érdekében, hogy az átütési feszültség nagyobb legyen, olyan rézötvözeteket szoktak alkalmazni, amelyek vasat, kobaltot vagy hasonló elemet is tartalmaznak. A nem-összehegedési tulajdonság növelése érdekében, vagyis, hogy az elektródák ne ragadjanak könnyen egymáshoz, olyan elemeket is kell az elektródákban alkalmazni, amelyeknek kicsi az olvadáspontjuk és nagy a gőznyomásuk, és amelyeknek a rézzel a szilárd oldhatóságuk nagyon kicsi. Ilyen elemek például a bizmut, ólom, vagy hasonló elemek. Ennek értelmében alkalmaztak olyan ötvözeteket, amelyek réz, kobalt-bizmut, vagy réz, kobalt-ólom tartalmúak. Az utóbbi időkben, ahogyan az igény megnövekedett aziránt, hogy nagyobb áramokat lehessen, illetőleg nagyobb teljesítményeket lehessen megszakítani, megnövekedett a kereslet a nagyobb teljesítményű, illetőleg nagyobb megszakitási áramú és nagyobb átütési feszültségű megszakítókkal szemben. Azonban az alapvetően, azaz fő komponensként rezet tartalmazó elektródák esetében igen nagy nehézséget jelent 40-100 kA-nél nagyobb megszakitási áramot elérni. Ennek oka az, hogy a réz-alapú ötvözeteknek átütési feszültség karakterisztikájuk nem a legkedvezőbb, továbbá nem kedvező a nem-összehegedési tulajdonságuk sem.

Az utóbbi időkben történtek kísérletek arra, hogy az elektródákat összetett fémekből állítsák elő, mégpedig más módon, mint ahogyan azt az előbbiekben említettük. Az US PS 3 957 453 sz. szabadalmi leírásban például színterezett fémporból állítják elő az érintkező elektródát. Ez a szabadalom, amelyet 1976. május 18-án bocsátottak ki, olyan összetételű fémet ismertet, amelynél 1600 °C-nél nagyobb olvadáspontú szinterezett fémbe rezet, ezüstöt, vagy hasonló fémet vittek be. Amikor az összetett fém úgy van előállítva például, hogy rézzel, vagy rézötvözettel telítenek egy olyan vázszerkezetű elemet, amely kemény és rideg, mint a szinterezett króm, az elektróda igen kiváló nem-őszszehegedési karakterisztikát mutat, és az érintkező részek még nagy rövidzáráéi áram megszakítása esetén is könnyedén elválaszthatók egymástól. Ezek alapján tehát a fent említett anyagból kiképezett elektróda kiválóan alkalmas nagy áramok megszakítására. Ennek az anyagnak azonban hiányossága is van, mégpedig az, hogy a kívánt megszakitási telje15 sítmény nem érhető el akkor, ha a nagy megszakitási áram nagy feszültséggel párosul. Általában a nagy olvadáspontú fémeknek, mint például W, Ta, Mo, nagy a termikus emissziója is, ezért az átütési feszültség a két elektróda között kicsi lesz. Az olyan aktív elemeknek, mint Cr, Zr, Ti, vagy hasonló nagy hőmérsékleten vákuumban könnyen gőzölögnek, Így azoknak az elektródáknak, melyek ilyen anyagokat tartalmaznak az elekt25 ródák közötti átütési feszültséggel kapcsolatos jellemzői nem valami jók.

Az ismert összetett anyagokkal ellentétesen kifejlesztettek olyan összetett fémeket is, amelyeknél ezüsttel, vagy ezüst ötvözettel telítettek Fe-csoportbeli elemeket tartalmazó szinterezett testet, és az így kapott új anyagot a hagyományos anyagok hiányosságait kiküszöbölve, alkalmazták elektródákhoz. Erről ir a JP 9019/82 bejelentés közrebocsa35 tási irata, amely lényegében megfelel a 274 679 sz. US szabadalmi leírásnak. Az itt ismertetett elektróda olyan fémből van, amelynél ezüstöt, Ag-, Te, Ag, Se, vagy hasonló ötvözeteket diffundáltattak vákuumban vas-csoportbeli például Co vázszerkezetű anyag pórusaiba, mivel a Co-nak nagy az átütési feszültség karakterisztikája, és kis működtető áramra van szüksége, ugyanakkor a megszakitási teljesítménye kellőképpen nagy lehet.

Úgy tapasztalták azonban, hogy az így kiképezett elektródákat alkalmazó vákuumkamrás megszakítók esetében a sokkal nagyobb feszültségen való alkalmazás nehézsé5θ gekbe ütközik, mivel ez az elektróda fő komponensként Ag-t tartalmaz, amelynek kicsi az átütési feszültsége. A fent említett elektródák hiányosságait kiküszöbölendő, tehát egy olyan elektródát kívántunk létrehozni, amely55 nek nagy a megszakító teljesítménye, nagy az átütési feszültsége, továbbá amelynek kiválóak a nem-ősszehegesedési tulajdonságai és amelynek kedvezőek a lökőigénybevételi tulajdonságai.

A találmány tehát egy olyan vákuumkamrás megszakítóra vonatkozik, amelyben olyan elektródaelrendezést alkalmazunk, amelynek kiválóak az átütési paraméterei, ugyanakkor kiválóak a nem-összehegedési jellemzői és nagy teljesítmények megszakítására alkalmazható.

A találmány tárgyát képezi az eljárás is ezen elektróda előállítására.

A találmány a kitűzött célt úgy valósítja meg, hogy a vákuum tartállyal és egy pár elektródával kiképezett érintkező elektródák közül legalább az egyiket fő elemként levegőt is tartalmazó kobalt vázú anyagban lévő levegő helyébe fő elemként rezet tartalmazó rézötvözet, ezüst és kis olvadásponté, nagy gőznyomású elem, amely szobahőmérsékleten legfeljebb igen kismértékben oldható a rézben van bediffundálva.

A feltalálók egy vázszerkezetet állítottak elő Co-porból, melynek igen nagy az áramvezető képessége, nagy az átütési feszültsége, egy igen nagy áramok megszakítására képes Fe-csoportbeli elemet és különböző villamosán vezető fém anyagot vittek be az így kiképezett vázszerkezet pórusaiba. Vezető elemként rezet, vagy különböző rézötvözetet alkalmaztak. Úgy tapasztalták, hogy igen nehéz tiszta rézzel telíteni a Co vázszerkezetet, mivel a Co-vázszerkezetnek és a tiszta réznek az olvadáspontja olyan közel esik egymáshoz, hogy maga a Co-váz is részben olvadt. így amint az olvadt réz telítette a Co vázszerkezetet, oldódás és erózió jött létre közöttük, és így a Co vázszerkezet nem tudta megtartani eredeti formáját. Ezt követően a feltalálók megvizsgáltak különböző telítő anyagokat, amelyeket a fent említett Co vázba be lehet vinni. Lényegében a legfontosabb rézötvözeteket vizsgálták először, mivel az ezüstnek, illetőleg az ezüstötvözeteknek az átütési feszültségre vonatkozó jellemzői nem a legkedvezőbbek, jóllehet az áramlökésekkel szemben tanúsított tulajdonságaik kiválóak. Ezért tehát a rézhez ötvözendő adalékanyagoknak olyanoknak kellett lenniük, amelyek lecsökkentik a réz olvadáspontját, és amelyek alapvetően nem rontják le a kiválasztott vákuumkamrás kapcsolóban a kamra belső nyomására vonatkozó paramétert. Ezek után mint szóba jöhető elemek, megvizsgálták azokat a rézötvözeteket, amelyekben Al, Ag, La, Mg, Mn, Ni, Si, stb. elemeket ötvöztek. Ezeket a különböző rézötvözeteket, amelyek tehát a fent említett elemek valamelyikét tartalmazták, vákuumban megolvasztották, hogy belőle egy olvadt fürdő képződjön, és a Co-alapú vázszerkezetet ebbe a fürdőbe mártották bele. A kísérletek eredményeként azt tapasztalták, hogy az az anyagösszetétel, amelybe réz- ezüst ötvözetet telítettek, igen jó átütési feszültség paramétert és nagy megszakitási áramot mutatott, és az áramvezető-képessége 25 IACSŰ (International Copper Standard) volt, vagy annál is több, igy tehát a névleges áramot meglehetősen nagyra lehetett megadni. Olyan Co-vázszerkezetet kialakítani, amely alkalmas arra, hogy Co- (CuAg) összetételű ötvözetet hozunk létre könynyű, ha a Co-vázszerkezet porózusságát 10-60%-ra választjuk (az impregnált Cu- Ag ötvözet értéke 10-60 tömeg%) mivel nehézségek mutatkoznak akkor, ha a porózusságot 6 térfogatai fölé akarjuk emelni. Előnyös az, ha a porózusság 30-60 térfogatié. Jóllehet azt is tapasztalták, hogy a telítési képesség javult, ha az alkalmazott Cu-Ag ötvözetben az Ag tartalom 5 tömegű, vagy ennél több volt, alatta ugyanis a telítés nem volt olyan kielégítő, Ezért célszerű 10 tömeg%-ot, vagy ennél nagyobb értéket választani, például optimálisan 50 tömeg%-ot. A kísérletek során egyértelműen úgy találták, hogy a Cu-Ag ötvözet alkalmazása a Co-vázszerkezetben, mivel könnyen telíthető vele a vázszerkezet, előnyös, és a keletkező anyag különböző villamos paraméterei is kielégítőek. A gyakorlatban azok az anyagösszetételek bizonyultak előnyősnek, ahol az Ag tartalom 15 tömeg%, vagy efölött volt, célszerűen 15-20 tömegű (optimális a 17 tömegű), mivel ekkor az átütési feszültség nagy értékű lesz. Ha az Ag tartalom 15 tömegű, akkor a teljesítmény tartomány valamelyest lecsökkent, mig 20 tömegű Ag már túl sok volt. Ha az Ag tartalom túllépi az 50 tömegű-ot, akkor az átütési karakterisztika már romlott. Ezért tehát célszerű, ha az Ag-tartalmat 2-20 tömeg%-ra választjuk ki, optimális pedig a 4-12 tömegű érték, ahol a tőmegű-ot az egész érintkező elektródára vonatkoztatjuk. Célszerű továbbá, ha a Co-vázszerkezetet fő komponensként Co képezi.

Előnyös továbbá a találmány szerint, ha adalékanyagként legalább egy Bi, Pb, TI Te és Se csoportbeli elemet is alkalmazunk, amely egyáltalán nem, vagy csak igen kis mértékben oldható szobahőmérsékleten a rézzel. Ezek az adalékanyagok, vagy ezek közül néhány ugyanis igen nagymértékben javítja az elektródák nem-összehegedési tulajdonságait. A Bi Pb, vagy hasonló elem az olvadt Cu-Ag ötvözetbe tehető bele. Ha a Bi, vagy Pb tartalom úgy van kiválasztva, hogy nagyobb legyen, mint a szilárd oldat határa a réznek a Cu-Ag ötvözethez képest, és ez az érték maximum 3 tömegű, akkor igen kiváló nem-összehegedési tulajdonságot mutató elektródák állíthatók elő. Ha ez az érték a maximum értéket túllépi, akkor az átütési feszültség lecsökken az egyébként szokásos értékre. A Bi, Pb vagy hasonló elemeket célszerű 0,1-1,0 tömegű-ban bevinni. Az egész elektródához viszonyítva célszerű a Bi, Pb és hasonló tartalmat 0,05-1,0 tömegű alatti tartományban megválasztani, előnyösen pedig 0,05-0,3 töraeg%-ra. Az igy kialakított anyagnak nemcsak az átütési paraméterei rendkívül kedvezőek, de nagy áramok megszakítására is alkalmazható, és az elektródák nem-ősszehegedési tulajdonságai kiválóak. További előnyként kell megemlítenünk, hogy a tapasztalatok szerint a működtető áram is kedvező kisértékű 3-6 A, és nem érzékeny az áramlökésekre, mig a hagyományos Cu-37

-elektródák esetében a működtető áram értéke, ahol nem volt a 3 tömeg%, vagy kevesebb Bi, Pb az anyagba bevive, 8-16 A körüli értéket mutatott úgy, hogy a megszakított áram is kisebb volt. Azok közül az elemek közül, amelyeknek ötvőzőként való alkalmazása a nem-összehegedési tulajdonságot csökkenti, különösen előnyösnek mutatkozott a Bi. Előnyös tehát Βί-val ötvözés 0,05-0,3 tőmeg%-ban. A találmány szerinti anyag természetesen nem csupán érintkező elektródaként alkalmazható, de alkalmazható az egész elektróda kialakitáséra is, azonban előnyösnek akkor mondható a találmány szerinti megoldás, ha az itt alkalmazott összetételű anyagokat érintkező elektródaként alkalmazzuk.

A találmány egy további tárgyát képezi egy olyan vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmaz, és az elektródák tartalmaznak egy-egy érintkező elektródát, ívterelő elektródákat, amelyek az érintkező elektródákat magukba hordozzák, továbbá tartalmaznak tekercselektródákat, amelyek az érintkező elektródák között párhuzamos mágneses erőteret létrehozóan vannak elrendezve, és legalább az egyik érintkező elektróda fő komponensként kobaltot tartalmazó vázszerkezetű anyagból van kiképzve, amely rezet tartalmazó rézötvözettel, ezüsttel és kis olvadáspontú nagy góznyomású elemmel, amely a rézzel szobahőmérsékleten legfeljebb kismértékben képez szilárd oldatot, van telítve.

Ha tehát az ivtereló elektródákban olyan, egymástól egyenlő távolságra kiképezett hornyok vannak, amelyek kettős szimmetriával bírnak, az örvényáram elnyomható. Az ivterelő elektróda úgy van kialakítva, hogy a róluk elvezetett ívek olyan feszültségen alakulnak ki, amelyeknek feszültsége kisebb, mint az érintkező elektróda feszültsége. A megfelelő érintkező elektródák közötti légrésben a párhuzamos mágnesen térerő úgy van indukálva, hogy az ivek az egyes ívterelő elektródákon alakulnak ki, valamint az érintkező elektródán, amely megszakítja az áramot, mivel az áram a megfelelő érintkező elektródákon keresztül záródik. A párhuzamos mágnesen térerőt az ívterelő elektródákban kiképezett hornyokkal és a tekercselektródák megfelelő alakjával lehet biztosítani. Előnyös mindenesetre, ha az ívterelő elektródákat olyan megszilárdult olvadt ötvözetből képezzük ki, amely 10-30 tőmeg% Co-t, legfeljebb 10% Ag-t és többi részében rezet tartalmaz.

Mindegyik tekercselektróda úgy van kiképezve, hogy van egy körgyűrű alakú része, egy karrésze, amely a körgyűrű alakú részt, egy a tengelyben furattal ellátott központi résszel összekapcsolja, és a körgyűrű alakú részen nyúlványok vannak kiképezve, melyeknek segítségével az ívterelő elektródához csatlakoztatható. A tekercselektróda célszerűen rézből képezhető ki. igy az áram, amely áthalad a tekercselektródán, az elektróda bal és jobb oldal mentén folyik és ily módon hozza létre a párhuzamos térerőt. Egy további előnyős kiviteli alak szerint a tekercselektróda középső része is körgyűrű alakúra van kiképezve.

A találmány szerinti vákuumkamrás megszakító esetében az elektróda, amely a működtető áram bevezetésére szolgál fémből van, és a működtető áram értéke 6 A, vagy ennél kevesebb, például 4,5 A, míg az ismert vákuumkamrás megszakítóknál ez az érték sokkal nagyobb, kb. 10 A. A találmány szerinti vákuumkamrás megszakítónál az átütési feszültség 2,5 mm-es légrés mellett 55 kV, vagy ennél is nagyobb, míg a megszakítási áram 20 mm átmérőjű 10 mm-es sugarú szférikus felület esetében 9 kA vagy több. A találmány szerinti megszakítóban a megszakítási áram 130%, vagy többszöröse azoknak a megszakítók megszakítási áramának, ahol az elektródákat olyan megszilárdított ötvözetből képezik, amely Cu-ből és 1 tőmeg% Pb-ből áll. Anyagként mindenképpen olyan anyagot kell az elektródáknak választani, ahol az olvadt fém egy fémvázszerkezet pórusaiba hatol be.

A találmány tárgya továbbá eljárás vákuumkamrás és egy pár elektródát tartalmazó vákuumkamrás kapcsoló előállítására, aholis fő elemként kobaltot tartalamzó olvadt fémport olvasztunk porózus szerkezetűvé, és ezt vákuumban hevítjük, majd vákuumban bemerítjük a fenti vázszerkezetű anyagot egy olyan olvadt rézötvözetbe, amely fő elemként rezet, ezen túlmenően ezüstöt és kis olvadáspontú, nagy gőznyomású elemet tartalmaz, amely a szobahőmérsékleten a rézzel nem képez oldatot úgy, hogy az olvadt rézötvözet a pórusokat telítse, majd az igy előállított anyagot előre meghatározott alakúra formázzuk és elhelyezzük az elektródokra.

A találmány szerinti eljárás során a fö komponensként Co-ot tartalmazó vázszerkezetű anyagot vákuumban hőkezeljük azért, hogy a vázszerkezet egyes pontjaiban bennmaradt gázokat onnan kivezessük, ezt követően belemártjuk a fenti vázszerkezetű anyagot a rézötvőzetből képezett olvadt rézötvőzetet tartalmazó fürdőbe, hogy a rézötvőzet a vázszerkezetbe be tudjon hatolni és azt telítse. A találmány szerinti elektródáknál célszerűen rézötvözettel van a vázszerkezet telítve.

A fő elemként kobaltot tartalmazó vázszerkezetet például úgy állíthatjuk elő, hogy fémport töltünk egy tartályba, és ezt a fémport rázással és nyomással, tehát mechanikus igénybevétellel addig kezeljük, míg külön préselés nélkül is felveszik a tartály alakját, majd ezt a port szinterezzük és igy jön létre a kívánt vázszerkezetű anyag. A vázszerkezet porozitásút célszerű 10-60 térfogat%-úra kiképezni, akkor, ha 10-60 tömeg%-ban akarjuk a rézötvőzetet bevinni. A ezinterezés hőmérséklete célszerűen 900-1000 °C.

A rézötvózetet, amellyel a vázszerkezetet telíteni kívánjuk, célszerűen eleve ilyen összetételű, dermesztett olvadt rézötvözetból képezzük ki. Általában nehéz kis olvadáspontú és nagy gőznyomása elemeket rézzel, ezüsttel ötvözni, ha ez utóbbi olvadt állapotban van dermesztve, ezért célszerű előzetesen egy úgynevezett anyagőtvözetet készíteni, amely rézből és ezüstből áll, és amelynek kicsi az olvadáspontja és nagy a gőznyomása. A telítésnél nagy jelentősége van mind az olvadt fürdő hőmérsékletének, mind pedig a bemártás idejének. Általában célszerű az olyan ötvözésnél, ahol az ötvözet 5 tőmeg% vagy kevesebb, célszerűen 3 tömeg%, a kobalt tartalmat ellenőrizni. Előnyös továbbá, ha a vázszerkezetben lévő gázokat teljes egészében eltávolítjuk, mivel a bennmaradó gázok üzem közben kiszabadulva a vákuumkamrában a vákuumot lerontják. Előnyös továbbá az is, ha a fő elemként kobaltot tartalmazó vázszerkezet lényegében kobaltból van.

A kobalt számos rendkívül előnyös tulajdonsággal rendelkezik, nevezetesen jó az áramvezető képessége, és a fémek között a legnagyobb árammegszakitás vele valósítható meg. Az elektródához célszerű, ha 30-70 mikron átmérőjű kobaltszemcséket tartalmazó port választunk, még előnyösebb azonban, ha egyenletes szemcseátmérőjű, optimálisan 40-50 pm átmérőjű szemcsékből álló port választunk. Ilyen szemcsenagyságú kobaltból kiképezett vázszerkezet esetében könnyedén elérhető, hogy a vázszerkezet, amelybe a rézötvözetet bevisszük, olyan elektródák létrehozását teszi lehetővé, amelynek nagy lesz az átütési feszültsége és ugyanakkor nagy a megszakitási árama is.

A találmány szerinti elektródát a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az

1. ábra az átütési feszültség és az ötvözet mennyisége közötti összefüggést mutatja be, a

2. ábra a megszakitási áram és az ötvözöanyag közötti összefüggés látható, a

3. ábra működtető áramot mutatja be az ötvözés függvényében, a

4. ábra az Ag-tartalom függvényében látható az átütési feszültség és a működtető áram, az

5. ábra egy a találmány szerint kiképezett vákuumkamrás kapcsoló oldalirányú metszetét mutatja, a

6. ábrán a találmány szerinti elektróda rajza látható, mig a

7. ábrán a találmány szerinti vákuumkamrás megszakító elektródája elemeinek egy térbeli rajza látható.

1. példa

A Co vázszerkezetet, amely lényegében mátrixként szolgál, mechanikus úton állítottuk elő 250-350 mesh hálóméretű Co csoportból, amelyet 500-700 °C-os hidrogén atmoszférában temperáltunk, majd alakítottunk úgy, hogy az előre megadott pórusságot hidraulikus préssel állítottuk be. Az ily módon kialakított anyagot azután hidrogén atmoszférában kb. 900-1000 °C-on szintereztük. Szinterezés után 1000-11000 °C-os hőmérsékleten végeztük el a gáznak a vázszerkezetből való eltávolítását úgy, hogy a gáz teljes mértékben eltávozzon a vázszerkezetből. A telítéshez használt ötvözet, amely Cu-Ag-t tartalmazott és a kis olvadáspontú és nagy göznyomású elem, a következő módon készült: Oxigénmentes rezet és 99,99 tömeg% tisztaságú Ag-t helyeztünk olyan szénolvasztó tégelybe, amelynek a belső átmérője 60 mm. A behelyezett anyagokat nagyfrekvenciás indukciós úton lxlO⁵...5xlO*⁵ Hgmrn nyomású vákuumban megolvasztottuk. Amikor a Cu-Ag keverék teljes egészében megolvadt, nagy tisztaságú Ar-gázt vezettünk a tégelybe egy atmoszféráé nyomásnál és ekkor adtuk hozzá a kis olvadáspontú és nagy gőznyomású elemet, előre meghatározott mennyiségben. Ily módon az elem, például Bi gőzvesztesége megelőzhető és gyakorlatilag gázmentes telített ötvözet hozható létre.

Az eljárás, ahogyan a fent említett Co-szerkezetű anyagból az elektródát létrehoztuk, a következő: A Co-vázszerkezetű anyagot egy szén tartóba helyeztük, és nagyfrekvenciás energiával előmelegítettük. Ekkor a fent említett telitő ötvözetet, amely az anyagötvözetet tartalmazó olvasztó tégelyben volt, a vázszerkezetet tartó elem alá helyeztük és vákuumban nagy energiával nagyfrekvenciásán megolvasztottuk. A Co-váz, amely 1000 °C-ra volt előmelegítve, és ezt követően az impregnáló ötvözetet tartalmazó olvadt fürdőbe merítettük, amikor az már teljes egészében megolvadt. A bemártás után, amely előre meghatározott ideig tartott, előre megadott hőmérsékleten a vázszerkezetet felemeltük és lehűtöttük. A fenti lépésekkel 97-99%-os telítést értünk el. A mikroszerkezet megfigyelésének eredményeként (100-szoros nagyításban) úgy tapasztaltuk, hogy az ötvözet nagy szürke részecskékből és fehér Cu-Ag-Bi ötvözött alaprészecskékből állt. Az összetétel a kővetkező volt: impregnáló ötvözet 70%, Co 30% (84% Cu- 15% Ag- 1% Bi). Különböző Co-tartalmú ötvözetekből képeztünk ki a találmány szerinti eljárással elektródákat, amelyeknek szférikus alakját az ötvözetből vágtuk ki. Mindegyik elektróda szférikus kialakítású volt, átmérője 20 mm, és az érintkező elektróda sugara 10 mm volt. A különböző összetételű elektródákat megvizsgáltuk a vákuumkamrás megszakítókat vizsgáló berendezésben. A vizsgálat eredményét az 1. táblázat mutatja.

-511

elektróda anyag tőmeg%	átlagos átütési fesz. (kV) 2,5 mm-es légrésnél	árammeg- szakítási jellemző (%)	nem-összehe- működtető
gedési jellemző	áram
max.	átlag
	1. Co-10 (Cu-30Ag-lBi)	105	130	o	5.6	3.9
	2. Co-20 (Cu-30Ag-lBi)	95	135	o	5.3	3.7
	3. Co-30 (Cu-30Ag-lBi)	80	137		5.1	3.5
•u q	4. Co-40 (Cu-30Ag-lBi)	60	135	ó	5.0	3.5
N ω	5. Co-60 (Cu-30Ag-lBi)	55	130	0	4.5	3.1
q	6. Co-30 (Cu-15Ag-0.5Bi)	97	140	0 ί	5.5	3.8
a
3	7. Co-30 (Cu-15Ag-0.5Pb)	98	145	o	5.9	4.1
	8. Co-30 (Cu-15Ag-0.5Te)	95	140	o	5.6	3.9
	9. Co-30 (Cu-15Ag-0.5Se)	85	135	0	4.3	3.0
	10. Co-30 (Cu-15Ag-0.5BiPb)	90	140	o	4.8	3.3
	11. Cu-lPb	30	100	o	12.0	8.4
•rH q a) xs 3 CD	12. Cu-20Co-lBiPb	60	120	o	6.5	4.5
<	13. Cr-50Cu	40	110	o	4.5	3.1
	14. Co-40 (Ag-lTe)	50	120		3.0	2.1

A táblázatban bemutatott vizsgálati eredmények egy része a találmány szerint készített elektródákra vonatkozik, a 11-14 számú elektródák az ismert elektródák. Az 1-10, 13 és 14 elektródák telító övezetek.

Ahogyan ez a táblázat alapján jól látható, a találmány szerint kiképezett elektródák Co-alapúak, amelyek Cu, Ag, valamint kis olvadáspontú és nagy gőznyomású elemeket tartalmaznak, és ezeknek az elektródáknak a működtető árama maximum 6 A, átlagban pedig 4,5 A, átütési feszültségük is 55 kV-on felül van, árammegszakitó képességük pedig az ismerteknek kb. 130%-a.

Az ábrából egyértelműen kitűnik, hogy a találmány szerint készített elektródák minden szempontból kedvezőbb tulajdonságúnk, mint az ismert Co-alapú elektródák.

Az átütési feszültség, illetőleg a megszakitási áram vizsgálata a kővetkezőképpen történt:

Tízszer egymás után 300 A áramot szakítottunk meg, ezt követően az elektródák felületét megtisztítottuk, és az átütési feszültséget úgy mértük, hogy impulzusszerűen adtuk az elektródéra úgy, hogy 5 kV-os lépésekben növeltük. Az elektródák közötti légrés 2,5 mm volt. A működtető áramot ügy vizsgáltuk, hogy egymás után százszor szakítottuk meg 10 A-es váltakozóáramot és feljegyeztük a működtető áramok átlagát és maximumát. Az árammegszakitási képességet úgy vizsgáltuk, hogy fokozatosan emeltük az áramot egészen 500 A-ig, mindaddig, amíg az elektróda az áramot már nem tudta megszakítani. 100%-al jelöltük az ismert elektródák megszakítási áramát, és a táblázatban megadott százalékos értékek azt mutatják, hogy a találmányunk szerinti elektródával ennek az áramnak hányszorosa volt megszakítható. Az elektródák felülete még a legnagyobb megszakított áramnál is jó állapotban maradt, és ezzel is jelezte a jó nem-összehegedési jellemzőjét. Azok az anyagok, amelyekben a

Co-vázszerkezetbe 30-60 tömeg% Cu, Ag, Bi ötvözet volt, igen kedvezőek voltak a nem-összehegedés szempontjából. A 11 számú elektródának a megszakítási árama 7 kA volt. Ennek az elektródának az anyaga Pb-t tar55 talmazó anyaggal volt ötvözve.

Az 1. ábrán látható az átütési feszültség függvénye az impregnáló anyag %-ának függvényében arra az esetre, amikor az ötvözet 30% Ag-t tartalmazott, tehát az 1-5 elektródák esetében. Látható az ábrán, hogy ahogyan a bevitt ötvözet mennyisége nőtt, amelyet a Co-vázszerkezetbe bevittünk, úgy csökkent le az átütési feszültség, méghozzá meglehetősen ugrásszerűen. Az átütési fe65 szültség szempontjából tehát előnyös, ha az

-613 ötvöző anyag mindenképpen 40% alatt marad. Jóllehet és ez az ábrán is látható, hogy a 14 számú elektróda, amely lényegében ugyanannyi ötvöző anyagot tartalmazott, átütési feszültsége még így is kisebb, mint a találmány szerinti legkisebb átütési feszültség.

A Z. ábrán látható a megszakitási áram változása az ötvözés függvényében. Az ábrán szintén azokat az eredményeket mutattuk be, ahol az ötvözetben 30% Ag volt. Az ábrából egyértelműen kitűnik, hogy a találmányunk szerinti összetételben készített elektróda árammegszakitási tulajdonságai minden esetben magasan jobbak, mint az ismert elektródáké. Az is látható, hogy 130% akkor érhető el, ha az ötvözet 10-60 tömeg%-át teszi ki a Co-vázszerkezetű anyagnak.

A 3. ábrán látható a működtető áram és az ötvözés egymáshoz képesti viszonya. Itt szintén az ötvözetben 30% Ag-t tartalmazó elektródákat próbáltunk ki. Az ábrából látható, hogy a maximális működtető áramra akkor van szükség, ha az ötvözet tőmeg%-a 10%-nál kisebb. Az átlagos működtető érám értéke azonban 4,5 A.

A 4. ábrán látható a bevitt ötvözet Ag%-ának a függvényében az átütési feszültség, a megszakító áram és a működtető áram, arra az esetre, amikor a bevitt ötvözet 30-60 tömeg%. Az ábrán látható, hogy az Ag-tartalom erősen befolyásolja az egyes tulajdonságokat. Az átütési feszültség például jelentősen romlik, ha nő az Ag-tartalom. 55 kV-nál nagyobb átütési feszültség például csak akkor érhető el, ha az Ag-tartalom 12 tömeg% vagy az alatt van. Az árammegszakitási képesség kevésbé függ az Ag-tartalomtól. Mindenesetre 130%-os teljesítményhez az Ag-tartalom 12 tömeg% kell legyen, vagy ennél kisebb.

2. példa

A találmány szerinti elektródát egy az 5. ábrán látható vákuumkamrás megszakítóba helyeztük be. A vákuumcső tartalmaz 11 szigetelő hengert, amely kerámiából vagy kristályosított anyagból van kiképezve, és két egymással szemben lévő vége egy-egy 12, 12' fémlemezzel van lezárva. A vákuumcső úgy van kiképezve, hogy benne a nyomás lxlO'⁵ Hgmm alatt legyen. A csőben van egy álló 10 elektróda és egy mozgó 10’ elektróda, amely mozgó 10’ elektróda mozgását a csőben a 16 harmonika biztosítja. Egy további 15 elszívócső is ki van képezve a 12 lemezen. A 15 elszívócső másik vége egy az ábrán nem szereplő vákuumszivattyúval van összekapcsolva úgy, hogy azután, hogy a levegő ki van szivattyúzva az elszivócső végét lezárják, természetesen csak akkor, ha a belső nyomás már elért egy előirt alacsony szintet.

Az elektródák körül el van helyezve egy 17 árnyékoló elem, amelynek az a szerepe, hogy az elektródákról kicsapódó anyagokat, amelyek az elektróda anyagának esetleges elgőzölésekor keletkeznek, felfogja és megakadályozza, hogy a másik részhez eljusson.

A 10 és 10’ elektródák mindegyike el van látva 13 és 14 érintkező elektródával, amelyek megfelelő 18, 18’ segédelektródákon keresztül vannak az elektródákkal összekapcsolva. A segédelektródák rézből vannak, vagy rézötvözetből. Például az 1. példánk esetében 70/40 tömeg% és Co 30/60 tőmeg% (82,75 tömeg% Cu- 17 tömeg% Ag- 0,25 tőmeg% Bi) ötvözet van mindegyik 13 és 14 érintkező elektródához kapcsolva, valamint a 19, 19’ tartóelemekhez, amelyek rézből vannak. A 13 és 14 érintkező elektródák az 1. példában leírtakhoz hasonlóan vannak kialakítva, tehát Cu- Ag- Bi ötvözetből, amely azután Co-vázszerkezettel van telítve. A Bi tartalom 0,075-0,15 tömeg% a teljes elektróda súlyéhoz viszonyítva,

A 6. ábrán részletesen látható az elektróda összeállítása, a 7. ábrán a kiterített rajz látható. A 10 és 10’ elektródák felépítése megegyezik. A 13 és 14 érintkező elektródák a 21 és 21’ ivterelő elektródákon vannak csatlakoztatva. Az örvényáramokat elnyomó 22, és 22’ hornyok vannak a 21, 21’ ívterelő elektródákban kialakítva, kényszerítve az áramot a 7. ábrán látható nyíllal jelölt helyen folyni. A 21, 21’ ivterelő elektródák anyaga minden esetben ötvözet (Cu- 20 tömeg%- Co- 3 tőmeg%- Ag) A 20, 20’ tekercselektródákat 26, illetve 26’ körgyűrű alakú elem, valamint a belső szintén körgyűrű alakú elem és az ezeket összekötő 24, 24’ karrész képezi. A 20, illetve 20’ tekercselektróda 26, illetve 26’ körgyűrű alakú részén 25, illetve 25’ nyúlványok vannak elhelyezve, amelyek a 26, illetve 26’ körgyűrű alakú elemek az elektródákat összekapcsolják a 21, illetve 21’ ivterelő elektródákkal. A 20, illetve 20’ tekercselektródák a jó vezetőképességük miatt rézből vannak. A 19, 19' tartók, amelyek 20, 20’ tekercselektródákat összekapcsolják, egy-egy 24, 24’ karrészen keresztül csatlakoznak a 27, 27’ központi részhez. Ezek a 19, 19’ tartóelemek éppúgy, mint a 20, 20’ tekercselektródák tiszta rézből vannak, és a 27, 27’ központi részhez vannak csatlakoztatva. A 6. ábrán látható, hogy a 13 és 14 érintkező elektródák be vannak ágyazva a 21, 21’ ívterelő elektródákba, és azokhoz megfelelően rögzítve is vannak. Az elektródák elhelyezése olyan, hogy az elektródák közötti résben párhuzamos mágneses erőt indukálnak és így biztosítva van, hogy az az ív, amely a két 13 és 14 érintkező elektróda, valamint a 21, 21’ ivterelő elektróda között van, az árammegszakításban részt vegyenek. A 7. ábrán látható, hogy a 10 és 10’ elektródák úgy vannak elhelyezve, hogy kerületűk mentén 90°-al el vannak egymáshoz képest tolva. Ez biztosítja, hogy

-715 a 21, 21’ ivterelő elektródákban a 22, 22’ hornyok, amelyek az örvényáramok elnyomására vannak kiképezve, egymáshoz képest szintén 90°-ra vannak eltolva, továbbá hogy a 20, 20’ tekercselektródák 24, 24’ karrészei is egymásra merőlegesen helyezkednek el. így tehát a mágneses erőtér erővonalai a 0°-90° és a 180°-270° tartományban, valamint a 90°-180° és 270°-360° tartományban egymáshoz képest ellentétesek, így a keletkező mágneses tér párhuzamos lesz. Ily módon, tehát a létrehozott párhuzamos mágneses térerővel az ivek úgy vannak vezérelve, hogy a 13 és 14 érintkező elektródák és az ivterelő elektróda felületén keletkeznek és részt vesznek az árammegszakitásban.

A tapasztalatok azt mutatták, hogy a nagy árammegszakitási képesség, a nagy átütési feszültség, valamint a jó nem-összehegedési tulajdonság akkor érhető el a fent ismertetett elektródákkal, ha a rövidzárási áram a fent ismertetett elektródaelrendezésnél 12 kV névleges feszültségnél 50 kA. A működtető áram olyan kicsi, 3-5 A volt, hogy ha a 12 kV-os körben 2-5 A áramot kellett megszakítani, a lökéssel szemben tulajdonságai éppolyan jó volt, mint az ismert elektródák esetében.

Claims (20)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Vákuumkamrás megszakító, vákuumkamrával és egy pár elektródával, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik érintkező elektróda (13, 14) fő elemként levegőt is tartalmazó kobalt vázü anyagában lévő levegő helyébe fö elemként rezet tartalmazó rézötvözet, ezüst és kis olvadáspontú, nagy gőznyomású elem, amely szobahőmérsékleten legfeljebb igen kismértékben oldható a rézben, van bediffundálva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy a fő elemként rezet tartalmazó, tehát rézalapú ötvözet 10-50 tömeg% ezüstöt, 0,1-3 tömeg% kis olvaddáspontú és nagy göznyomású elemet tartalmaz úgy, hogy a maradék részt a réz foglalja el és ez képezi az egyik érintkező elektróda 10-60 tömeg%-át.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy mindegyik érintkező elektróda (13, 14) 2-20 tömeg% ezüstöt, 0,1-1 tömeg% kis olvadáspontú, nagy göznyomású elemet, 30-60 tőmeg% kobaltot tartalmaz, és a maradék részt képezi a réz.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy az alacsony olvadáspontú és nagy göznyomású elem egy bizmut, ólom, tellur, szelén, vagy tallium csoportbeli elem.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy a kis olvadáspontú és nagy göznyomású elemet bizmut képezi.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy mindegyik érintkező elektróda 10-50 tömeg%-ában rézötvözetből, a fennmaradó rész pedig kobaltból van kiképezve.
7. 7. Az 1. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy az érintkező elektródák (13, 14) villamosán vezető segédelektródákhoz (18, 18’) vannak csatlakoztatva, amelyek egy-egy további a vákuumtartály által megfogottan kiképezetett elektróda tartóelemmel (19, 19’) vannak őszszekapcsolva.
8. 8. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrával és egy pár elektródával van kiképezve, azzal jellemezve, hogy mindegyik érintkező elektróda (13, 14) kobaltpor szerkezetű anyagból van kiképezve, amelybe rézötvözet van impregnálva, továbbá mindegyik érintkező elektróda (13, 14) tartalmaz 2-20 töraeg%-ban ezüstöt, 0,05-1 tömeg%-ban kis olvadáspontú és nagy gőznyomású elemet, 30-60 tömeg%-ban kobaltot és a többi részt réz foglalja el, és a bevitt kobalt részecskék átmérője 10-50 μηι.
9. 9. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az érintkező elektródák (13, 14) elsősorban kobaltot tartalmazó vázszerkezetűre vannak kiképezve, és pórusokkal rendelkeznek, amelyek az elektróda 10-50 tömeg%-ában rézötvözettel vannak telítve, és a bevitt rézötvözet 10-50 tömeg% ezüstöt, 0,1-3 tőmeg% bizmut, ólom, tellur és szeléncsoportból legalább egy elemet tartalmaz, és a fennmaradó részt réz foglalja el.
10. 10. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az érintkező elektródák (13, 14) anyagát kobalt vázü pórusos anyag képezi, amely az elektróda 10-50 tömeg%-ában rézötvözettel van telítve, és a rézötvözet 0,1-3 tömeg%-ban legalább egy bizmut, ólom, tellur és szelén csoportbeli elemet tartalmaz, továbbá tartalmaz legfeljebb 5 tőmeg% kobaltot, míg a többi részt réz foglalja el.
11. 11. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az elektródák tartalmaznak egy-egy érintkező elektródát (13, 14), ívterelő elektródákat (21, 21’), amelyek az érintkező elektródákat (13, 14) magukon hordozzák, továbbá tartalmaznak tekercselektródát (20, 20’, amelyek az érintkező elektródák (13, 14) között párhuzamos mágneses erőteret létrehozóan vannak elrendezve, és legalább az egyik érintkező elektróda (13, 14) fő komponensként kobaltot tartalmazó vázszerkezetű anyagból van kiképezve, amely rezet tartalmazó rézötvözettel, ezüsttel és kis olvadáspontú, nagy gőznyomású elemmel, amely a rézzel szobahőmérsékleten legfeljebb kismértékben képez szilárd oldatot,

    -817 van telítve.
12. 12. A 11. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy az ivterelő elektródákat (21, 21’) olyan dermedt olvasztott ötvözet képezi, amely 10-30 tömeg% 5 kobaltot, legfeljebb 10 tőmeg% ezüstöt és fennmaradó részében rezet tartalmaz.
13. 13. A 11. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy a tekercselektróda (20, 20’) rézből van kiké- 1θ pezve.
14. 14. A 11. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy az ivterelő elektródák (21, 21’) az örvényáram elnyomására kiképezett biszimmetrikus és 15 egymástól azonos távolságra elhelyezett hornyokkal (22, 22’) vannak ellátva.
15. 15. A 11. igénypont szerinti vákuumkamrás megszakító, azzal jellemezve, hogy a tekercselektródák (20, 20’) körgyűrű ele- 20 mekből vannak kiképezve, és a gyűrűelem központi részéig (27, 27’) nyúló karrész (24,

    24’) van kiképezve, továbbá egy nyúlványokkal (25) ellátott gyűrű alakú elem van a tekercselektróda (20, 20’) és a megfelelő ív- ^5 terelő elektróda (21, 21’) összekapcsolására kiképezve.
16. 16. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumtartályt és legalább egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az elektró- ^0 dák érintkező elektródákkal (13, 14), ívterelő elektródákkal (21, 21’), amelyek hordozzák az érintkező elektródákat (13, 14), az ívterelő elektródákat (21, 21’) hordozó tekercselektródákkal (20, 20’) és a tekercselektró- ^5 dákat (20, 20’) hordozó tartóelemmel (19) vannak ellátva, továbbá az ivterelő elektródák (21, 21’) egymástól azonos távolságra kiképezett hornyokkal (22) vannak ellátva, amely hornyok kettős szimmetriával vannak kiképezve, továbbá az ivterelő elektródák (21, 21’) 10-30 tömeg%-ban kobalttal, legfeljebb 10 tömeg% ezüsttel, és maradék részében rézzel telített ötvözetből vannak kiképezve, továbbá az érintkező elektródák (13,

    14) kobalt vázú pórusos anyagból vannak kiképezve, amelybe az elektróda 10-50 tömeg%-ában rézőtvözettel van telítve, ahol a rézötvözet 10-50 tőmeg% ezüstöt, 0,1-3 tőmeg%, legalább egy bizmut, ólom, tellur és szelén csoportbeli elemet, fennmaradó részében pedig rezet tartalmaz, továbbá a tekercselektródák (20, 20') gyűrű alakúra vannak rézből kiképzeve, a gyűrű alak közepén lévő fura- gg tón egy kar van vezetve, továbbá a kapcsoló elemek a tekercselektródát (20, 20’) a megfelelő ívterelő elektródával (21, 21') való összekapcsolására kiképezett nyúlványokkal (25) vannak ellátva, és két egymást követő ivterelő elektródában (21, 21’) egymásra merőlegesen kiképezett hornyok (22, 22') vannak kiképezve, továbbá a karok (24, 24’) is merőlegesen vannak kiképezve.
17. 17. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik érintkező elektróda (13, 14) fő komponensként kobalt bázisú anyagból van pórusokkal kiképezve, amely pórusokba réztartalmú rézötvözet és ezüst van telítve.
18. 18. Vákuumkamrás megszakító, amely vákuumtartáyt és egy pár elektródát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik érintkező elektróda (13, 14) olyan anyagból van kiképezve, amelynek működtető árama maximum 6 A, és 10 A esetén az átlagáram 4,5 A, átütési feszültsége pedig 2,5 mm-es légrésnél legalább 55 kV, kapcsolási árama pedig 20 mm-es átmérőjű, 10 mm-es sugarú szférikus felületnél legalább 9 kA.
19. 19. Eljárás olyan vákuumkamrás megszakító előállítására, amely vákuumkamrat és legalább egy pár elektódát tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az eljárás a következő lépésekből áll, megolvasztjuk a fő komponensként kobaltot tartalmazó elemet egy porózus légrésekkel kiképezett vázszerkezetté, ezt a vázszerkezetű anyagot fő elemként rezet tartalmazó olyan olvasztott rézötvözetfürdőbe merítjük, amely ezüstöt és kis olvadáspontú nagy gőznyomású elemet tartalmaz, amely szobahőmérsékleten a rézötvözettel nem képez szilárd oldatot, és ezzel a rézötvözettel telítjük a légréseket, majd az így kialakított rézőtvözettel telített anyagot előre meghatározott alakúra munkáljuk, és az elektródákra helyezzük.
20. 20. Eljárás vákuumkamrát és egy pár elektródát tartalmazó vákuumkamrás kapcsoló előállítására, azzal jellemezve, hogy fő elemként kobaltot tartalmazó olvadt fémport olvasztunk porózus szerkezetűvé, és ezt vákuumban hevítjük, majd vákuumban bemerítjük a fenti vázszerkezetű anyagot egy olyan olvadt rézötvözetbe, amely fő elemként rezet, ezen túlmenően ezüstöt és kis olvadáspontú, nagy gőznyomású elemet tartalmaz, amely szobahőmérsékleten a rézzel nem képez oldatot úgy, hogy az olvadt rézötvőzet a pórusokat telítse, majd az így előállított anyagot előre meghatározott alakúra formázzuk és elhelyezzük az elektródákra.