JPH0432487B2 - - Google Patents
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- JPH0432487B2 JPH0432487B2 JP58159206A JP15920683A JPH0432487B2 JP H0432487 B2 JPH0432487 B2 JP H0432487B2 JP 58159206 A JP58159206 A JP 58159206A JP 15920683 A JP15920683 A JP 15920683A JP H0432487 B2 JPH0432487 B2 JP H0432487B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
Landscapes
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、真空インタラプタに係り、特にアー
クと平行な軸方向磁界(縦磁界)を発生させる手
段を備えた、いわゆる縦磁界方式の真空インタラ
プタにおける電極の改良に関する。
従来技術
縦磁界方式の真空インタラプタは、アークにこ
れと平行な縦磁界を印加することにより、アーク
を電極面上に分散せしめてその局部的な集中を防
止し、もつて電極の過度の溶融を防ぐことにより
電流しや断能力の向上を図るもので、真空容器内
に1対の電極棒を相対的に接近離反自在に導入す
るとともに、各電極棒の内端部にアーク拡散部と
接触部とからなる電極をそれぞれ固着し、縦磁界
発生手段としてのコイルを、特公昭42−13045号
公報等に記載されているように前記真空容器の外
部に備えたり、または特公昭53−41783号公報、
特公昭54−22813号公報もしくは特開昭56−
130037号公報等に記載されているように真空容器
内における各電極の背部に備えたり、さらには実
開昭56−57443号公報等に記載されているように
真空容器内における1対の電極の外周に備えたり
して構成されている。
しかして、従来の縦磁界方式の真空インタラプ
タの電極においては、アーク拡散部を銅により形
成するとともに、このアーク拡散に、縦磁界の鎖
交により生ずるうず電流を抑制すべく、特開昭50
−52562号公報等に記載されているように径方向
の複数のスリツトを設けてある。
ところが、銅の引張強度が約20Kgf/mm2と小さ
く、かつ複数のスリツトが設けられていることも
相俟つて、アーク拡散部は、投入・しや断時の衝
撃および大電流アークの電磁力によつて生ずる衝
撃等による変形防止のため、その軸方向寸法(厚
さ)および重量の増大を招来している。
また、スリツトの縁部にアークおよび電界が集
中し、電流しや断能力と絶縁耐力、特にしや断後
の絶縁耐力(動的絶縁耐力)が低下するととも
に、アーク拡散部の消耗が大となる問題がある。
なお、接触部は、大電流低電圧用とし特公昭41
−12131号公報等に記載されている銅に微小のビ
スマスを含有せしめたCu−Bi合金(たとえばCu
−0.5Bi合金)により形成されたり、また小電流
高電圧用とし特公昭54−36121号公報等に記載さ
れている銅にタングステンを含有せしめたCu−
W合金(たとえば20Cu−80W合金)により形成
されたりしているものである。
発明の目的
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、小形、軽量にして
かつ電流しや断能力および耐久性を向上し得る電
極を備えた縦磁界方式の真空インタラプタを提供
するにある。
発明の構成
本発明は、上記目的を達成するため、真空容器
内に1対の電極棒を相対的に接近離反自在に導入
するとともに、各電極棒の内端部にアーク拡散部
と接触部とからなる電極をそれぞれ固着し、前記
真空容器の外部または真空容器の内部にアークに
対しこれと平行な軸方向磁界を印加するコイルを
備えてなる真空インタラプタにおいて、前記各電
極における少なくともアーク拡散部を20〜70重量
%の銅、5〜40重量%のクロムおよび5〜40重量
%の鉄の複合金属により形成したものである。
実施例
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
第1図は本発明の一実施例を示す真空インタラ
プタの縦断面図で、この真空インタラプタは、真
空容器1内にその軸線上に位置せしめて1対の電
極棒2,2を相対的に接近離反自在に導入し、各
電極棒2の内端部に笠形円板状の対をなす電極
3,3を絶縁スペーサを介在せしめて機械的に固
着し、各電極棒2と電極8とを電極8の背部に配
設されかつ電極棒2に流れる軸方向(第1図にお
いて上下方向)の電流を電極棒2を中心とするル
ープ電流に変更して縦磁界を発生するコイル4,
4により電気的に接続して概略構成されている。
すなわち、真空容器1は、ガラスまたはセラミ
ツクスからなる円筒状の2本の絶縁筒5,5を両
端に固着したFe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金等か
らなる薄肉円環状の封着金具6,6,…の一方を
介し接合して1本の絶縁筒とするとともに、その
両開口端を他方の封着金具6,6を介し円板状の
金属端板7,7により閉塞し、かつ内部を高真空
(たとえば5×10-5Torr以下の圧力)に排気して
形成されている。そして、真空容器1内には、前
記各電極棒2がそれぞれの金属端板7の中央から
真空容器1の気密性を保持して相対的に接近離反
自在に導入されている。
なお、一方(第1図において上方)の電極棒2
は、一方の金属端板7に気密に挿着されているも
のであり、他方の電極棒2は、金属ベローズ8を
介し真空容器1の気密性を保持して他方の金属端
板7を軸方向ヘ移動自在に挿通されているもので
ある。また、第1図において9および10は軸シ
ールドおよびベローズシールド、11は主シール
ド、12は補助シールドである。
前記各電極棒2の内端部には、第2図および第
8図に示すように、銅の如く高導電率の材料から
なるとともに、電極棒2の直径より適宜大径の円
板状の取付ベース4aと、取付ベース4aの外周
の相対する位置から半径方向(第2図において左
右方向)外方へ延在する2本のアーム4bと、各
アーム4bの端部から取付ベース4aを中心とし
同一方向へ円弧状に湾曲した円弧部4cとからな
る1/2分流タイプのコイル4が、取付ベース4a
の一方(第2図において下方)の面に形成した凹
部13を介しろう付により固着されている。そし
て、コイル4は、電極棒2の内端外周にろう付に
より嵌着したリング状の取付部14aと、取付部
14aの外周から半径方向外方へ放射状に延伸し
た複数の支持腕14bと、各支持腕14bの端部
を連結するリング状の支持部14cとからなるコ
イル補強体14とろう付されて補強されている。
なお、コイル補強体14は、ステンレス鋼の如
く機械的強度大にしてかつ低導電率の材料からな
るものである。
前記コイル4の取付ベース4aの他方の面に
は、円形の凹部15が設けられており、この凹部
15には、ステンレス鋼またはインコネルの如く
機械的強度大にしてかつ低導電率の材料により短
円筒状に形成した絶縁スペーサ16が、その一端
に形成した小径フランジ16aを介しろう付によ
り固着されている。そして、絶縁スペーサ16の
他端に形成した大径フランジ16bには、この大
径フランジ16bより適宜大径にしてかつ絶縁ス
ペーサ16の内径とほぼ同径の透孔を有する円輪
板状の取付ベース17aと、取付ベース17aの
外周の相対する位置から半径方向外方へ延在した
2本のアーム17bと、各アーム17bの端部か
らコイル4の円弧部4cとほぼ等しい曲率半径に
してかつこれとは逆の同一方向へ適宜の長さで円
弧状に湾曲した円弧部17cとからなり、銅の如
く高導電率の材料により形成された補助コイル1
7が、取付ベース17aの一方(第2図において
下方)の面に設けた係合段部18を介しろう付に
より固着されている。そして、補助コイル17と
コイル4とは、補助コイル17の各円弧部17c
の端部に設けた凹部19に一端を固着し、かつ他
端をコイル4の各円弧部4cの端部に設けた透孔
21に挿着した軸方向の通電ピン20を介し電気
的に接続されている。
前記補助コイル17には、コイル4の直径とほ
ぼ同径に形成した前記電極3が、背面中央に設け
た凹部22を介しろう付により取付ベース17a
と接合されるとともに、背面を介しろう付により
各アーム17bおよび円弧部17cと接合されて
いる。電極3は、対向面(第2図において上面)
中央に円形の凹部23を設けかつ周辺に近づくに
つれて漸次薄肉となる笠形円板状に形成されたア
ーク拡散部3aと、対向面に平坦な円形の接触面
を有するとともに周辺に近づくにつれて漸次薄肉
となる笠形円板状に形成されかつアーク拡散部3
aの凹部23にろう付により固着された接触部3
bとからなり、全体として笠形円板状に設けられ
ている。
前記電極3のアーク拡散部3aは、20〜70重量
%の銅と、5〜40重量%のクロムと、5〜40重量
%の鉄とからなる複合金属により形成されてお
り、この成分および組成範囲の複合金属は、5〜
30%の導電率(IACS%)、30Kgf/mm2以上の引張
強度および100〜170Hv(1Kg)の硬度を有するも
のである。
また、接触部3bは、従来のCu−Bi合金(例
えばCu−0.5Bi合金)またはCu−W合金(たとえ
ば20Cu−80W合金)からなるものである。
なお、アーク拡散部3aを形成する複合金属
は、以下に述べる各種の方法により製造されるも
のである。
(1) 例えば−100メツシユのクロム粉末と−100メ
ツシユの鉄粉末とを所定量混合し、この混合粉
末をクロム、鉄および銅と反応しない材料(た
とえばアルミナ)からなる容器に入れるととも
にその上に所定量の銅のブロツクを載置し、か
しる後に真空中(5×10-5Torr)においてま
ず1000℃で10分間加熱して脱ガスするとともに
クロムと鉄とからなる多孔質の基材を形成し、
ついで銅の融点(1083℃)以上の温度の1100℃
で10分間加熱し銅を多孔質の基材に溶浸して行
なう。
(2) クロムと鉄を粉末にし、これらを所定量混合
するとともに、この混合粉末をアルミナ等から
なる容器に入れ、かつ非酸化性雰囲気中(たと
えば真空中、水素ガス中、窒素ガス中またはア
ルゴンガス中等)において、各金属の融点以下
(たとえば粉体上に銅材をあらかじめ載置して
いる場合には銅の融点以下、また銅材をあらか
じめ載置していない場合には他の金属の融点以
下)の温度で加熱保持(たとえば600〜1000℃
で5〜60分間程度)して多孔質の基材を形成
し、しかる後に上記雰囲気中において銅の融点
以上に加熱保持(たとえば100℃で5〜20分間
程度)してこの基材に銅を溶浸し一体結合して
行なう。
(3) 各金属を粉末にし、所要金属粉末を所定量混
合するとともに、この混合粉末をプレス成型し
て混合素体を形成し、しかる後にこの混合素体
を非酸化性雰囲気中において銅の融点以下(た
とえば1000℃)または銅の融点以上でかつ他の
金属の融点以下(たとえば1100℃)の温度で加
熱保持(5〜60分間程度)し各金属粉末粒子を
一体結合して行なう。
ここに、金属粉末の粒径は、−100メツシユ
(149μm以下)に限定されるものではなく、−60メ
ツシユ(250μm以下)であればよい。ただ粒径が
60メツシユより大きくなると、各金属粉末粒子を
拡散結合させる場合、拡散距離の増大に対処すべ
く加熱温度を高くしたりまたは加熱時間を長くし
たりすることが必要となり、生産性が低下するこ
ととなる。一方粒径の上限が低下するにしたがつ
て均一な混合(各金属粉末粒子の均一な分散)が
困難となり、また酸化しやすいためその取扱いが
面倒であるとともにその使用に際して前処理を必
要とする等の問題があるので、おのづと限界があ
り、粒径の上限は、種々の条件のもとに選定され
るものである。
また、前述した製造方法2,3のいずれにあつ
ても非酸化性雰囲気としては、真空雰囲気の方が
加熱保持の際に脱ガスを同時に行なえる利点があ
つて好適である。しかし、真空雰囲気以外の非酸
化性雰囲気中で製造した場合であつても真空イン
タラプタの電極としては性能上差異はないもので
ある。
次に、製造方法1により製造したアーク拡散部
3aを形成する−A成分組成(50重量%の銅、
10重量%のクロムおよび40重量%の鉄からなる)、
−B成分組成(50重量%の銅、25重量%のクロ
ムおよび25重量%の鉄からなる)および−C成
分組成(50重量%の銅、40重量%のクロムおよび
10重量%の鉄)の複合金属の組織状態はそれぞれ
第4図A〜D、第5図A〜Dおよび第6図A〜D
に示す特性写真のようになつた。
すなわち、第4図、第5図および第6図のAの
写真は、二次電子像であり、また各図のBの写真
はクロムCrの分散状態を示す特性X線像で、島
状に点在する灰色の部分がクロムである。さらに
各図のCの写真は、鉄Feの分散状態を示す特性
X線像で、島状に点在する白または灰色の部分が
鉄である。また各図のDの写真は、銅Cuの分散
状態を示す特性X線像で、白い部分が銅である。
したがつて、クロムと鉄の粒子は、相互に拡散
結合して多孔質の基材を形成しており、しかもこ
の基材の孔(空隙)に銅が溶浸されて強固に結合
した複合金属となつていることが判る。
また、アーク拡散部3aを形成する成分組
成、成分組成および成分組成の複合金属の諸
特性の試験結果は、以下に述べるようになつた。
(1) 導電率(IACS%)
8〜10%
(2) 引張強度
80Kgf/mm2以上
(3) 硬度
100〜170Hv(1Kg)
銅の約40Hv(1Kg)に比し十分に硬い。
(4) 絶縁耐力
直径100m/m、厚さ6.5m/mの周辺を丸くし
た1対の円板を、5×10-5Torrの圧力の下にお
いて3m/mのギヤツプで対向して衝撃波耐電圧
試験を行なつたところ、±120kVの絶縁耐力を示
した。
さらに、アーク拡散部3aを成分組成の複合
金属により、直径100m/mの笠形円板状に形成
するとともに、接触部3bを20Cu−80W合金ま
たはCu−0.5Bi合金により直径60m/mの笠形円
板状に形成して第2図に示す電極3を形成し、こ
の1対の電極3を組込んで第1図に示す真空イン
タラプタとして行なつた電流しや断能力と絶縁耐
力の検証結果は、アーク拡散部を銅により、6本
のスリツトを有する直径100m/mの笠形円板状
に形成するとともに、接触部を20Cu−80W合金
またはCu−0.5Bi合金により、直径60m/mの笠
形円板状に形成した従来のものの同一条件での検
証結果を併記する下表のようになつた。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a vacuum interrupter, and more particularly to improvement of an electrode in a so-called longitudinal magnetic field type vacuum interrupter, which is equipped with means for generating an axial magnetic field (longitudinal magnetic field) parallel to an arc. Prior art Vertical magnetic field type vacuum interrupters apply a parallel vertical magnetic field to the arc to disperse the arc on the electrode surface and prevent its local concentration, thereby preventing excessive melting of the electrode. A pair of electrode rods are introduced into a vacuum container so that they can be moved toward and away from each other, and an arc diffusion part and a contact part are installed at the inner end of each electrode rod. and a coil as a longitudinal magnetic field generating means is provided outside the vacuum container as described in Japanese Patent Publication No. 42-13045, or Japanese Patent Publication No. 53-41783. ,
Special Publication No. 54-22813 or Japanese Patent Application Publication No. 1983-
As described in Japanese Utility Model Publication No. 130037, etc., it is possible to provide the back of each electrode in a vacuum container, or furthermore, as described in Japanese Utility Model Application Publication No. 56-57443, etc., a pair of electrodes in a vacuum container can be provided. It is arranged around the outer periphery. Therefore, in the electrodes of the conventional vertical magnetic field type vacuum interrupter, the arc diffusion part is formed of copper, and in order to suppress the eddy current generated due to the linkage of the vertical magnetic field in this arc diffusion,
A plurality of radial slits are provided as described in Japanese Patent No. -52562 and the like. However, due to the low tensile strength of copper, approximately 20 Kgf/ mm2 , and the fact that it is provided with multiple slits, the arc diffusion section is susceptible to shocks at the time of injection and extinguishing, as well as the electromagnetic force of the large current arc. In order to prevent deformation due to impacts and the like caused by this, the axial dimension (thickness) and weight have increased. In addition, the arc and electric field concentrate at the edge of the slit, reducing the current shearing ability and dielectric strength, especially the dielectric strength after shearing (dynamic dielectric strength), and causing a large amount of wear on the arc diffusion area. There is a problem. In addition, the contact part is for high current and low voltage
-Cu-Bi alloy containing minute amounts of bismuth in copper (for example, Cu
-0.5Bi alloy), or copper containing tungsten as described in Japanese Patent Publication No. 54-36121 for low current and high voltage.
It is made of W alloy (for example, 20Cu-80W alloy). Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a vertical magnetic field system equipped with electrodes that can be made compact and lightweight, and that can improve current cutting ability and durability. To provide a vacuum interrupter. Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention introduces a pair of electrode rods into a vacuum container so that they can approach and separate from each other freely, and an arc diffusion part and a contact part are provided at the inner end of each electrode rod. A vacuum interrupter comprising a coil for applying an axial magnetic field parallel to the arc to the outside of the vacuum vessel or inside the vacuum vessel, wherein at least an arc diffusion portion of each of the electrodes is fixedly fixed to the vacuum interrupter. It is made of a composite metal of 20-70% by weight copper, 5-40% chromium and 5-40% iron. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a vacuum interrupter showing an embodiment of the present invention, and this vacuum interrupter is arranged in a vacuum container 1 on its axis, and a pair of electrode rods 2, 2 are placed relatively close to each other. A pair of electrodes 3, 3 in the shape of a hat-shaped disk are mechanically fixed to the inner end of each electrode rod 2 with an insulating spacer interposed, and each electrode rod 2 and electrode 8 are connected to each other as electrodes. a coil 4, which is disposed on the back of the electrode rod 8 and generates a vertical magnetic field by changing the axial current flowing through the electrode rod 2 (vertical direction in FIG. 1) into a loop current centered around the electrode rod 2;
4 and is electrically connected to each other. That is, the vacuum container 1 includes a thin annular sealing fitting 6 made of Fe-Ni-Co alloy, Fe-Ni alloy, etc., with two cylindrical insulating tubes 5, 5 made of glass or ceramics fixed to both ends. , 6, . It is formed by evacuating the inside to a high vacuum (for example, a pressure of 5×10 -5 Torr or less). The electrode rods 2 are introduced into the vacuum container 1 from the center of each metal end plate 7 so as to be able to approach and separate from each other while maintaining the airtightness of the vacuum container 1. In addition, one (upper in FIG. 1) electrode rod 2
is airtightly inserted into one metal end plate 7, and the other electrode rod 2 is inserted into the other metal end plate 7 as an axis while maintaining the airtightness of the vacuum vessel 1 via a metal bellows 8. It is inserted so that it can move freely in any direction. Further, in FIG. 1, 9 and 10 are a shaft shield and a bellows shield, 11 is a main shield, and 12 is an auxiliary shield. As shown in FIGS. 2 and 8, the inner end of each electrode rod 2 is made of a highly conductive material such as copper and has a disc-shaped diameter suitably larger than the diameter of the electrode rod 2. A mounting base 4a, two arms 4b extending outward in the radial direction (in the left-right direction in FIG. 2) from opposing positions on the outer periphery of the mounting base 4a, and two arms 4b extending outward from the end of each arm 4b with the mounting base 4a as the center. A 1/2 shunt type coil 4 consisting of a circular arc portion 4c curved in an arc shape in the same direction is attached to the mounting base 4a.
It is fixed by brazing through a recess 13 formed in one (lower side in FIG. 2) of the surface. The coil 4 includes a ring-shaped attachment part 14a fitted to the outer circumference of the inner end of the electrode rod 2 by brazing, and a plurality of support arms 14b extending radially outward from the outer circumference of the attachment part 14a. It is reinforced by brazing with a coil reinforcing body 14 consisting of a ring-shaped support part 14c connecting the ends of each support arm 14b. The coil reinforcing body 14 is made of a material with high mechanical strength and low electrical conductivity, such as stainless steel. A circular recess 15 is provided on the other surface of the mounting base 4a of the coil 4, and the recess 15 is made of a material with high mechanical strength and low conductivity, such as stainless steel or Inconel. An insulating spacer 16 formed in a cylindrical shape is fixed by brazing via a small diameter flange 16a formed at one end thereof. The large-diameter flange 16b formed at the other end of the insulating spacer 16 is fitted with a circular plate-shaped mounting having a diameter appropriately larger than that of the large-diameter flange 16b and having a through hole approximately the same diameter as the inner diameter of the insulating spacer 16. A base 17a, two arms 17b extending radially outward from opposing positions on the outer periphery of the mounting base 17a, and a radius of curvature approximately equal to the arcuate portion 4c of the coil 4 from the end of each arm 17b. The auxiliary coil 1 consists of a circular arc portion 17c curved in an arc shape with an appropriate length in the same direction opposite to this, and is made of a material with high conductivity such as copper.
7 is fixed by brazing via an engagement step 18 provided on one (lower side in FIG. 2) surface of the mounting base 17a. The auxiliary coil 17 and the coil 4 are each circular arc portion 17c of the auxiliary coil 17.
One end is fixed to a recess 19 provided at the end of the coil 4, and the other end is electrically connected via an axial current-carrying pin 20 inserted into a through hole 21 provided at the end of each arcuate portion 4c of the coil 4. has been done. The electrode 3, which is formed to have approximately the same diameter as the coil 4, is attached to the auxiliary coil 17 by brazing to the mounting base 17a through a recess 22 provided at the center of the back surface.
It is joined to each arm 17b and arc portion 17c via the back surface by brazing. Electrode 3 is on the opposing surface (upper surface in FIG. 2)
The arc diffusion part 3a is formed in the shape of a cap-shaped disk with a circular recess 23 in the center and gradually becomes thinner as it approaches the periphery, and has a flat circular contact surface on the opposing surface and becomes gradually thinner as it approaches the periphery. The arc diffusion part 3 is formed in a cap-shaped disk shape and
Contact portion 3 fixed to recess 23 of a by brazing
b, and is provided in the shape of a cap-shaped disk as a whole. The arc diffusion part 3a of the electrode 3 is formed of a composite metal consisting of 20 to 70% by weight of copper, 5 to 40% by weight of chromium, and 5 to 40% by weight of iron. Composite metals in the range 5-
It has an electrical conductivity (IACS%) of 30%, a tensile strength of 30 Kgf/mm 2 or more, and a hardness of 100 to 170 Hv (1 Kg). Further, the contact portion 3b is made of a conventional Cu-Bi alloy (for example, Cu-0.5Bi alloy) or Cu-W alloy (for example, 20Cu-80W alloy). Note that the composite metal forming the arc diffusion portion 3a is manufactured by various methods described below. (1) For example, mix a predetermined amount of -100 mesh chromium powder and -100 mesh iron powder, place this mixed powder in a container made of a material that does not react with chromium, iron, and copper (such as alumina), and place it on top of the container. A predetermined amount of copper block is placed on it, and after it is burnt, it is first heated at 1000℃ for 10 minutes in a vacuum (5 x 10 -5 Torr) to degas it, and a porous base material made of chromium and iron is removed. form,
Next, the temperature is 1100℃, which is higher than the melting point of copper (1083℃).
The copper is infiltrated into the porous substrate by heating for 10 minutes. (2) Powder chromium and iron, mix them in a predetermined amount, place this mixed powder in a container made of alumina, etc., and place it in a non-oxidizing atmosphere (for example, in a vacuum, hydrogen gas, nitrogen gas, or argon gas). gas, etc.), below the melting point of each metal (for example, below the melting point of copper if the copper material is placed on the powder in advance, or below the melting point of the other metal if the copper material is not placed on the powder in advance). Heating and holding at a temperature below the melting point (e.g. 600 to 1000℃)
(for about 5 to 60 minutes) to form a porous base material, and then heated and held above the melting point of copper in the above atmosphere (for example, at 100°C for about 5 to 20 minutes) to coat copper on this base material. Performed by infiltration and integral bonding. (3) Powder each metal, mix a predetermined amount of the required metal powder, press-mold this mixed powder to form a mixed element, and then place the mixed element in a non-oxidizing atmosphere at the melting point of copper. The metal powder particles are integrally bonded by heating and holding (about 5 to 60 minutes) at a temperature below (for example, 1000°C) or above the melting point of copper and below the melting point of other metals (for example, 1100°C). Here, the particle size of the metal powder is not limited to -100 mesh (149 μm or less), but may be -60 mesh (250 μm or less). However, the particle size
If the size is larger than 60 meshes, when diffusion bonding each metal powder particle, it is necessary to increase the heating temperature or lengthen the heating time to cope with the increased diffusion distance, which may reduce productivity. Become. On the other hand, as the upper limit of the particle size decreases, uniform mixing (uniform dispersion of each metal powder particle) becomes difficult, and it is easy to oxidize, making handling troublesome and requiring pretreatment before use. Because of these problems, there is a limit, and the upper limit of the particle size is selected based on various conditions. Further, in both of the above-mentioned manufacturing methods 2 and 3, a vacuum atmosphere is preferable as the non-oxidizing atmosphere since it has the advantage that degassing can be performed simultaneously during heating and holding. However, even when manufactured in a non-oxidizing atmosphere other than a vacuum atmosphere, there is no difference in performance as an electrode for a vacuum interrupter. Next, the -A component composition (50% by weight of copper,
consisting of 10% chromium and 40% iron),
-B component composition (consisting of 50% by weight copper, 25% by weight chromium and 25% by weight iron) and -C component composition (consisting of 50% by weight copper, 40% by weight chromium and
The structural states of the composite metals (10% iron) are shown in Figures 4A-D, 5A-D, and 6A-D, respectively.
The characteristics are as shown in the photo. That is, the photographs A in Figures 4, 5, and 6 are secondary electron images, and the photographs B in each figure are characteristic X-ray images showing the dispersed state of chromium Cr, which is island-shaped. The scattered gray parts are chrome. Further, the photograph C in each figure is a characteristic X-ray image showing the dispersion state of iron (Fe), and the white or gray parts scattered like islands are iron. The photograph D in each figure is a characteristic X-ray image showing the dispersion state of copper, with the white portion being copper. Therefore, the chromium and iron particles are diffusely bonded to each other to form a porous base material, and copper is infiltrated into the pores (voids) of this base material to form a strongly bonded composite metal. It can be seen that this is the case. Further, the test results of the component composition, component composition, and various properties of the composite metal of the component composition forming the arc diffusion portion 3a were as described below. (1) Electrical conductivity (IACS%) 8-10% (2) Tensile strength 80Kgf/mm 2 or more (3) Hardness 100-170Hv (1Kg) Sufficiently hard compared to copper's approximately 40Hv (1Kg). (4) Dielectric strength A pair of circular disks with a diameter of 100 m/m and a thickness of 6.5 m/m are placed facing each other with a gap of 3 m/m under a pressure of 5 × 10 -5 Torr to resist shock waves. A voltage test showed a dielectric strength of ±120kV. Furthermore, the arc diffusion part 3a is formed into a cap-shaped disk shape with a diameter of 100 m/m by using a composite metal with a component composition, and the contact part 3b is formed into a cap-shaped disc shape with a diameter of 60 m/m by using a 20Cu-80W alloy or a Cu-0.5Bi alloy. The electrodes 3 shown in FIG. 2 were formed into a plate shape, and the pair of electrodes 3 were incorporated into the vacuum interrupter shown in FIG. 1. The results of verification of current shedding ability and dielectric strength were The arc diffusion part is made of copper in the shape of a cap-shaped disk with a diameter of 100 m/m and has six slits, and the contact part is made of 20Cu-80W alloy or Cu-0.5Bi alloy into a cap-shaped circle with a diameter of 60 m/m. The results are shown in the table below, which also shows the verification results under the same conditions for a conventional one formed into a plate shape.
【表】
なお、電流しや断能力は、しや断速度1.2〜
1.5m/sにして、定格電圧12kV(再起電圧
12kV、JEC−181)および定格電圧84kV(再起電
圧143kV、JEC−181)のしや断試験により、ま
た、絶縁耐力は、ギヤツプを30m/mに保持し衝
撃波を印加する衝撃波電圧試験によつた。
また、アーク拡散部3aを成分組成および
成分組成の複合金属により形成したもの、成分
組成の複合金属により形成したものと同様の値を
示した。
また、しや断耐久回数は、従来品が500回であ
るのに対し発明品が10000回となり、飛躍的に増
大した。
しかしながら、アーク拡散部3aを形成する複
合金属の成分組成範囲が、銅20〜70重量%、クロ
ムが5〜40重量%、鉄が5〜40重量%の範囲以外
の場合には、各成分元素の利点が活きず、電流し
や断能力、絶縁耐力、機械的強度等の低下が著し
いものであつた。
すなわち、銅が20重量%より少ない場合には、
電流しや断能力が著しく低下し、一方70重量%を
超える場合には、機械的強度および絶縁耐力が著
しく低下するとともに、導電率が大きくなつて電
流しや断能力が低下した。また、クロムが5重量
%より少ない場合には、導電率が大きくなつて電
流しや断能力が低下するとともに絶縁耐力が著し
く低下し、一方40重量%を超える場合には、機械
的強度が著しく低下した。さらに、鉄が5重量%
より少ない場合には、機械的強度が著しく低下
し、一方40重量%を超える場合には、電流しや断
能力が著しく低下した。
第7図は本発明の他実施例を示す真空インタラ
プタの要部の縦断面図で、この実施例のものは、
前述した実施例のものが、アーク拡散部3aと接
触部3bをそれぞれ異なる材料により笠形円板状
に形成したものであるのに対し、アーク拡散部3
aを、導電率20〜30%にしてかつ20〜70重量%の
銅と、5〜40重量%のクロムと、5〜40重量%の
鉄とからなる複合金属により笠形円板状に形成す
るとともに、このアーク拡散部3aの対向面に形
成される平坦な円形の面を接触部3bとしたもの
であり、前述した実施例のものと同様の効果を奏
する。
なお、他の構成は、前述した実施例のものと同
一の構成であるので、同一符号を付してその説明
を省略する。
なお、前述した各実施例における複合金属の導
電率は、クロムと鉄とからなる多孔質の基材に対
する銅の溶浸時の加熱保持時間等により変化する
ものである。
また、前述した各実施例においては、コイル4
を1/2分流タイプとした場合について述べたが、
コイル4はこれに限定されるものではなく、たと
えば1ターンまたは1/3分流タイプもしくは1/4分
流タイプとしてもよいものである。さらに、電極
3とコイル4との電気的接続は、電極3の背部に
接合した補助コイル17を用いる場合に限らず、
たとえば特公昭58−41783号公報等に記載されて
いるようにコイルの一端を電極の背面中央と直接
に接続してもよいものである。また、コイル4を
電極3の背部に配設する場合に限らず、たとえば
実開昭56−57443号公報等に記載されているよう
にコイルを1対の電極を囲繞するように配設した
り、または特公昭42−13045号公報等に記載され
ているようにコイルを真空容器の外部に配設して
よいのは勿論である。
発明の効果
以上の如く本発明によれば、電極における少な
くともアーク拡散部を、20〜70重量%の銅と、5
〜40重量%のクロムと、5〜40重量%の鉄とから
なる複合金属により形成し、この成分および組成
範囲の複合金属は5〜30%の導電率(IACS%)
を有するようにしたので、アーク拡散部を銅によ
り形成するとともに、このアーク拡散部にうず電
流の発生を抑制すべく複数のスリツトを設けた従
来のものに比し、以下に述べる種々の効果を奏す
る。
(1) アーク拡散部の引張強度の向上により、電極
の厚さおよび重量を著しく低減することができ
る。
(2) アーク拡散部が低導電率となることにより、
うず電流の発生を著しく低減することができる
とともに、スリツトを設ける必要がないので、
上記(1)の効果を一層助長することができるとと
もに、電流しや断能力を大幅に向上することが
できる。
(3) アーク拡散部が硬度が高くかつ各成分が均一
に分散した複合金属により形成されていること
により、またアーク拡散部にスリツトがないこ
とも相俟つてアーク拡散部の過度の溶融を防止
でき、その消耗を大幅に低減できる。[Table] In addition, the current shearing ability is at a shearing speed of 1.2~
1.5m/s, rated voltage 12kV (restart voltage
12kV, JEC-181) and a rated voltage of 84kV (re-electromotive voltage 143kV, JEC-181), and the dielectric strength was determined by a shock wave voltage test in which the gap was maintained at 30m/m and a shock wave was applied. . In addition, values similar to those obtained when the arc diffusion portion 3a was formed of a composite metal having a component composition and a composite metal having a component composition were shown. In addition, the number of times the conventional product can withstand tearing is 10,000 times, compared to 500 times for the conventional product, which is a dramatic increase. However, if the component composition range of the composite metal forming the arc diffusion part 3a is outside the range of 20 to 70% by weight of copper, 5 to 40% by weight of chromium, and 5 to 40% by weight of iron, each component element However, the advantages of this method were not fully utilized, and there was a significant decrease in current cutting ability, dielectric strength, mechanical strength, etc. That is, if the copper content is less than 20% by weight,
The current shedding ability was significantly reduced, and when it exceeded 70% by weight, the mechanical strength and dielectric strength were significantly reduced, and the electrical conductivity was increased, resulting in a decrease in the current shedding ability. In addition, when chromium is less than 5% by weight, the electrical conductivity increases and the ability to pass and break current decreases, as well as the dielectric strength decreases significantly, while when it exceeds 40% by weight, the mechanical strength significantly decreases. decreased. Furthermore, iron is 5% by weight.
When the amount was less, the mechanical strength decreased significantly, while when it exceeded 40% by weight, the current cutting ability decreased significantly. FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of the main parts of a vacuum interrupter showing another embodiment of the present invention, and this embodiment has the following features:
In the above-described embodiment, the arc diffusion section 3a and the contact section 3b are each formed into a hat-shaped disk shape using different materials, whereas the arc diffusion section 3
A is formed into a hat-shaped disk shape with a composite metal having an electrical conductivity of 20 to 30% and consisting of 20 to 70% by weight of copper, 5 to 40% by weight of chromium, and 5 to 40% by weight of iron. In addition, a flat circular surface formed on the opposing surface of the arc diffusion section 3a is used as a contact section 3b, and the same effects as those of the above-mentioned embodiments are achieved. Note that the other configurations are the same as those of the embodiment described above, so the same reference numerals are given and the explanation thereof will be omitted. The electrical conductivity of the composite metal in each of the examples described above varies depending on the heating holding time during infiltration of copper into a porous base material made of chromium and iron. Furthermore, in each of the embodiments described above, the coil 4
I mentioned the case where is a 1/2 branch type, but
The coil 4 is not limited to this, and may be, for example, one turn, 1/3 shunt type, or 1/4 shunt type. Furthermore, the electrical connection between the electrode 3 and the coil 4 is not limited to the case where the auxiliary coil 17 bonded to the back of the electrode 3 is used.
For example, as described in Japanese Patent Publication No. 58-41783, one end of the coil may be directly connected to the center of the back surface of the electrode. In addition, the coil 4 is not limited to being disposed on the back of the electrode 3; for example, the coil may be disposed so as to surround a pair of electrodes as described in Japanese Utility Model Application Publication No. 56-57443, etc. Of course, the coil may be disposed outside the vacuum container as described in Japanese Patent Publication No. 42-13045. Effects of the Invention As described above, according to the present invention, at least the arc diffusion portion of the electrode is made of 20 to 70% by weight of copper and 5% by weight of copper.
Formed by a composite metal consisting of ~40% by weight chromium and 5-40% by weight iron, and composite metals with this composition and composition range have an electrical conductivity of 5-30% (IACS%)
As a result, the arc diffusion part is made of copper, and compared to the conventional structure in which multiple slits are provided in the arc diffusion part to suppress the generation of eddy current, various effects described below can be achieved. play. (1) The thickness and weight of the electrode can be significantly reduced by improving the tensile strength of the arc diffusion part. (2) Due to the low conductivity of the arc diffusion part,
The generation of eddy current can be significantly reduced, and there is no need to provide slits, so
The effect of (1) above can be further promoted, and the current cutting ability can be greatly improved. (3) The arc diffusion part is made of a composite metal with high hardness and uniformly dispersed components, which together with the fact that there are no slits in the arc diffusion part prevents excessive melting of the arc diffusion part. This can significantly reduce consumption.
第1図は本発明の一実施例を示す真空インタラ
プタ縦断面図で、第2図および第3図はそれぞれ
その要部の縦断面図および分解斜視図、第4図
A,B,C,D、第5図A,B,C,Dおよび第
6図A,B,C,Dはそれぞれアーク拡散部を形
成する複合金属の異なる組成の組織状態を示す特
性写真、第7図は本発明の他実施例を示す真空イ
ンタラプタの要部の縦断面図である。
1……真空容器、2……電極棒、3……電極、
3a……アーク拡散部、3b……接触部、4……
コイル。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a vacuum interrupter showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are longitudinal sectional views and exploded perspective views of the main parts thereof, and FIGS. 4A, B, C, and D. , Fig. 5 A, B, C, D and Fig. 6 A, B, C, D, respectively, are characteristic photographs showing the structure states of different compositions of the composite metal forming the arc diffusion part, and Fig. 7 is the characteristic photograph of the structure of the composite metal of the present invention. It is a longitudinal cross-sectional view of the principal part of the vacuum interrupter which shows another Example. 1... Vacuum container, 2... Electrode rod, 3... Electrode,
3a...Arc diffusion part, 3b...Contact part, 4...
coil.
Claims (1)
反自在に導入するとともに、各電極棒の内端部に
アーク拡散部と接触部とからなる電極をそれぞれ
固着し、前記真空容器の外部または真空容器の内
部にアークに対しこれと平行な軸方向磁界を印加
するコイルを備えてなる真空インタラプタにおい
て、前記各電極における少なくともアーク拡散部
を20〜70重量%の銅、5〜40重量%のクロムおよ
び5〜40重量%の鉄の複合金属により形成し、こ
の成分および組成範囲の複合金属は5〜30%の導
電率(IACS%)を有することを特徴とする真空
インタラプタ。1 A pair of electrode rods are introduced into a vacuum container so as to be able to approach and separate from each other, and an electrode consisting of an arc diffusion part and a contact part is fixed to the inner end of each electrode rod, and the outside of the vacuum container is Alternatively, in a vacuum interrupter comprising a coil for applying an axial magnetic field parallel to the arc inside a vacuum vessel, at least the arc diffusion portion of each electrode is made of 20 to 70% by weight copper and 5 to 40% by weight. A vacuum interrupter formed of a composite metal of chromium of
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15920683A JPS6050827A (en) | 1983-08-30 | 1983-08-30 | Vacuum interrupter |
CA000449036A CA1236868A (en) | 1983-03-15 | 1984-03-07 | Vacuum interrupter |
DE8484102582T DE3464822D1 (en) | 1983-03-15 | 1984-03-09 | Vaccum interrupter and method of its production |
EP84102582A EP0119563B2 (en) | 1983-03-15 | 1984-03-09 | Vaccum interrupter and method of its production |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS6050827A JPS6050827A (en) | 1985-03-20 |
JPH0432487B2 true JPH0432487B2 (en) | 1992-05-29 |
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