JPH059888B2 - - Google Patents

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JPH059888B2
JPH059888B2 JP13987283A JP13987283A JPH059888B2 JP H059888 B2 JPH059888 B2 JP H059888B2 JP 13987283 A JP13987283 A JP 13987283A JP 13987283 A JP13987283 A JP 13987283A JP H059888 B2 JPH059888 B2 JP H059888B2
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JP
Japan
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weight
copper
chromium
arc
composite metal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP13987283A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6032217A (en
Inventor
Yoshuki Kashiwagi
Taiji Noda
Kaoru Kitakizaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP13987283A priority Critical patent/JPS6032217A/en
Priority to US06/591,481 priority patent/US4659885A/en
Priority to CA000450014A priority patent/CA1230909A/en
Priority to DE8484103106T priority patent/DE3465821D1/en
Priority to EP84103106A priority patent/EP0121180B2/en
Publication of JPS6032217A publication Critical patent/JPS6032217A/en
Publication of JPH059888B2 publication Critical patent/JPH059888B2/ja
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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、真空インタラブタに係り、特に磁気
駆動形の電極を備えた真空インタラプタに関す
る。 従来技術 真空インタラプタの磁気駆動形の電極は、アー
クを含む電流通路を往復ループ状にすることによ
つて生ずる磁界とアーク電流との相互作用により
アークを駆動し、アークの局部停滞を防ぎ電流し
や断能力の向上を図るもので、一般に、第1図に
示すように、真空容器(図示省略)内に相対的に
接近離反自在に導入した1対の電極棒1(図にお
いては一方のみ示す)の内端部に固着されるスパ
イラル状またはスクリユー状等の複数のアークペ
ダルを有するアーク駆動部2と、このアーク駆動
部2の対向面中央に突設したリング状またはボタ
ン状の接触部3とから構成されている。 ところで、真空インタクラプタの電極材料が具
備すべき特性としては、一般に、以下に述べるこ
とが要求されている。 (1) 電流しや断能力が高いこと (2) 絶縁耐力が優れていること (3) 消耗が小さいこと (4) 電流さい断値が小さいこと (5) 接触抵抗が小さいこと、 (6) 耐溶着性が良好なこと けれども、単一の材料ですべての特性を満たす
ことはできず、また純金属でも勿論不可能であ
り、現在では真空インタラプタの用途に応じた材
料が選択されている。 しかして、従来の磁気駆動形の電極において
は、そのアーク駆動部2を、上記諸特性を概ね満
足するものとし銅を単一材料として形成するとと
もに接触部3を、大電流用とし特公昭41−12131
号等で知られている銅にビスマスを添加したCu
−Bi合金(たとえばCu−0.5Bi合金)により形成
したり、または高電圧用とし特公昭54−36121号
等で知られている銅にタングステンを添加した
Cu−W合金(たとえば20Cu−80W合金)により
形成したりしている。 ところが、銅の引張強度が約20Kgf/mm2と小さ
いことから、アーク駆動部2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(第
1図における上下方向)の寸法(厚さ)および重
量の増大を招来している。 また、銅の引張強度が小さいことから、磁気駆
動力を増大すべくアークペダルの長さを大きくす
ることができず、電流しや断能力の停滞をもたら
している。 さらに銅は軟らかくかつその蒸気圧および融点
が他の元素、たとえばタングステンとビスマスの
ほぼ中間の値であることから、大電流アークの場
合には、アークペダルの過度の溶融によりその消
耗が大となる問題がある。 また、昨今の系統拡張に伴う昇流、昇圧に対処
すべく、電流しや断能力と絶縁耐力の両方に優れ
た電極が要望されている。 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
かつ耐久性を有するとともに、高電圧、大電流の
しや断を行ない得る磁気駆動形の電極を備えた真
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接触部とアー
ク駆動部とからなる磁気駆動形の電極をそれぞれ
固着してなる真空インタラプタにおいて、前記各
電極の接触部を20〜70重量%の銅、5〜70重量%
のクロムおよび5〜70重量%のモリブデンの複合
金属により形成するとともに、アーク駆動部を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2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4内に一対の電極棒5,5を相対的に接近
離反自在に導入するとともに、各電極棒5,5の
内端部に磁気駆動形の電極6,6をそれぞれ固着
して概略構成されている。 すなわち、真空容器4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7,7の両
端を固着したFe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金等か
らなる薄肉円環状の封着金具8,8,…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8,8を介し円板状の
金属端板9,9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4内には、前
記各電極棒5がそれぞれの金属端板9の中央から
真空容器4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、電極棒5の一方(第2図において上方)
は、一方の金属端板9に気密に挿着されているも
のであり、他方は金属ベローズ10を介し真空容
器4の気密性を保持して他方の金属端板9を軸方
向(第2図において上下方向)へ移動自在に挿通
されているものである。また、第2図において1
1および12は軸シールドおよびベローズシール
ド、13は主シールド、14は補助シールドであ
る。 前記各電極棒5の内端部には、第3図に示すよ
うに、電極棒5の直径より適宜大径の円板状にし
てかつ銅の如く高導電率の材料からなる取付ベー
ス15が、その一方(第3図において下方)の面
に形成した凹部16を介しろう付により固着され
ている。 取付ベース15の他方の面には、一方の面の凹
部16より適宜大径の凹部17が形成されてお
り、この凹部17には、取付ベース15の直径よ
り適宜大径の薄肉円板状に形成されるとともに、
アークを磁気駆動すべくその周辺から中央付近ま
でスパイラル状の複数のスリツト18を切込むこ
とにより、周辺にスパイラル状の複数のアークペ
ダルを有するアーク駆動部6aがその一方の面の
中央に突設した突出部を介しろう付により固着さ
れている。このアーク駆動部6aは、後述する接
触部と相俟つて磁気駆動形の電極6を形成するも
のである。 アーク駆動部6aの対向面となる他方の面の中
央には、電極棒5の直径より適宜大径の円形の凹
部19が形成されており、この凹部19には、リ
ング状の接触部6bがアーク駆動部6aの対向面
から突出してろう付により固着されている。 前記アーク駆動部6a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。 なお、アーク駆動部6a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) −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、しかる後
に真空中(5×10Torr)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
加熱して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
の温度(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)にて加熱保持(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1100℃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、各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℃)の温度に加熱
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駆動部
6a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%の鉄からなる)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X線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
X線写真は、二次電子像であり、また各図のBの
X線写真は、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X線写真は、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X線写
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。 一方前記接触部6bは、20〜70重量%の銅と、
5〜70重量%のクロムと、5〜70重量%のモリブ
デン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、20〜60%
の導電率および120〜180Hv(1Kg)の硬度を有す
るものである。 なお、接触部6bを形成する複合金属は、アー
ク駆動部6aを形成する複合金属とほぼ同様の各
種の方法により製造されるものであるとともに、
各金属粉末の粒径についてもほぼ同様のことがい
えるものである。 次に、製造方法1により製造した接触部6b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%のモリブデンからな
る)、−B成分組成(50重量%の銅、25重量%
のクロムおよび25重量%のモリブデンからなる)
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%のモリブデンからなる)
の複合金属の組織状態は、それぞれ第7図A〜
D、第8図A〜Dおよび第9図A〜Dに示すX線
写真のようになつた。 すなわち、第7図、第8図および第9図のAの
X線写真は、二次電子像であり、また各図のBの
X線写真は、クロムCrの分散状態を示す特性X
線像で、島状に点在する灰または白色の部分がク
ロムである。さらに各図のCのX線写真は、モリ
ブデンMo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モリブデンである。また
各図のDのX線写真は、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、クロムとモリブデンの粒子は、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
度に結合した複合金属となつていることが判る。 また、アーク駆動部6aを形成する−A成分
組成、−B成分組成および−C成分組成の複
合金属と、接触部6bを形成する−A成分組
成、−B成分組成および−C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。なお、Aはアーク駆動部6aを形成する
複合金属の特性、Bは接触部6bを形成する複合
金属の特性を示す。 (1) 導電率(IACS%) A;8〜10% B;40〜50% (2) 引張強度 A;30Kgf/mm2 (3) 硬度 A;100〜170Hv(1Kg)、B;120〜180Hv
(1Kg) いずれも銅の約40Hv(1Kg)に比較して十分
に硬い。 さらに、アーク駆動部6aを−B成分組成の
複合金属により、8枚のアークペダルを有する直
径100m/mに形成するとともに、接触部6bを
−A成分組成の複合金属により、内径30m/
m、外径60m/mのリング状に形成して第3図に
示す電極6を形成し、この1対の電極6を組込ん
で第2図に示す真空インタラプタとして行なつた
諸性能の検証結果は、以下に述べるようになつ
た。 (1) 電流しや断能力 しや断速度1.2〜1.5m/sにして定格電圧
12kv(再起電圧21kv、JEC−181)でしや断試
験を行なつたところ、45kA(r、m、s)の電
流をしや断することができた。また、しや断速
度3.0m/sにして定格電圧84kv(再起電圧
143kv、JEC−181)でしや断試験を行なつた
ところ、35kA(r、m、s)の電流をしや断す
ることができた。 なお、アーク駆動部6aを形成する−A、
−Bおよび−C成分組成の複合金属と、接
触部6bを形成する−A、−Bおよび−
C成分組成の複合金属とを種々組合わせた場合
における発明品の電流しや断能力と、同一の条
件で試験した比較品および従来品の電流しや断
能力を第1表に示す。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a vacuum interrupter, and more particularly to a vacuum interrupter with magnetically driven electrodes. Prior Art The magnetically driven electrode of a vacuum interrupter drives the arc by the interaction between the arc current and the magnetic field generated by making the current path containing the arc into a reciprocating loop, thereby preventing local stagnation of the arc and reducing the current flow. Generally, as shown in Figure 1, a pair of electrode rods 1 (only one is shown in the figure) are introduced into a vacuum container (not shown) so that they can approach and separate from each other. ) an arc drive section 2 having a plurality of spiral or screw-shaped arc pedals fixed to the inner end of the arc drive section 2; and a ring-shaped or button-shaped contact section 3 protruding from the center of the opposing surface of the arc drive section 2. It is composed of. By the way, the following characteristics are generally required for the electrode material of the vacuum interrupter. (1) High current cutting capacity (2) Excellent dielectric strength (3) Low consumption (4) Small current cutting value (5) Low contact resistance (6) Good welding resistance However, it is not possible to satisfy all the characteristics with a single material, and of course it is not possible even with pure metal, so materials are currently selected depending on the purpose of the vacuum interrupter. Therefore, in the conventional magnetically driven electrode, the arc driving part 2 is made of copper as a single material and satisfies the above characteristics, and the contact part 3 is made for large current. −12131
Cu made by adding bismuth to copper known as
- Made of Bi alloy (e.g. Cu-0.5Bi alloy), or made of copper with tungsten added for high voltage use, known from Japanese Patent Publication No. 54-36121 etc.
It is sometimes formed from a Cu-W alloy (for example, a 20Cu-80W alloy). However, since the tensile strength of copper is as low as approximately 20 Kgf/mm 2 , the arc drive unit 2 is made of This results in an increase in its axial direction (vertical direction in FIG. 1) dimension (thickness) and weight. Furthermore, since the tensile strength of copper is low, it is not possible to increase the length of the arc pedal in order to increase the magnetic driving force, resulting in a stagnation in current flow and breaking ability. Furthermore, since copper is soft and its vapor pressure and melting point are approximately between those of other elements, such as tungsten and bismuth, in the case of a high current arc, excessive melting of the arc pedal will cause a large amount of copper to be consumed. There's a problem. In addition, in order to cope with the rise in current and voltage associated with the recent expansion of power systems, there is a demand for electrodes that have both excellent current shedding ability and dielectric strength. Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned problems.The purpose of the present invention is to provide a compact, lightweight and durable magnetic material capable of interrupting high voltages and large currents. The present invention provides a vacuum interrupter with a driven electrode. 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 a contact portion and an arc drive portion are provided at the inner end of each electrode rod. In a vacuum interrupter formed by fixing magnetically driven electrodes, the contact portions of each electrode are made of 20 to 70% by weight of copper and 5 to 70% by weight of copper.
chromium and 5 to 70% by weight molybdenum, and the arc drive part is 20% by weight.
~70% by weight copper, 5-40% by weight chromium and 5
It is formed from a composite metal of ~40% by weight iron. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a vacuum interrupter showing an embodiment of the present invention. This vacuum interrupter has a pair of electrode rods 5, 5 introduced into a vacuum container 4 so as to be able to approach and separate from each other, and It is generally constructed by fixing magnetically driven electrodes 6, 6 to the inner ends of electrode rods 5, 5, respectively. That is, the vacuum container 4 includes a thin-walled annular sealing fitting 8 made of Fe-Ni-Co alloy, Fe-Ni alloy, etc., to which both ends of two cylindrical insulating tubes 7, 7 made of glass or ceramics are fixed. , 8, . It is formed by evacuating the inside to a high vacuum (for example, a pressure of 5×10 -5 Torr or less). Each of the electrode rods 5 is introduced into the vacuum container 4 from the center of each metal end plate 9 so as to be able to approach and separate from each other while maintaining the airtightness of the vacuum container 4. Note that one side of the electrode rod 5 (upper side in Fig. 2)
is airtightly inserted into one metal end plate 9, and the other metal end plate 9 is inserted in the axial direction (Fig. It is inserted so that it can move freely in the vertical direction). Also, in Figure 2, 1
1 and 12 are a shaft shield and a bellows shield, 13 is a main shield, and 14 is an auxiliary shield. As shown in FIG. 3, at the inner end of each electrode rod 5, there is a mounting base 15 made of a highly conductive material such as copper and shaped like a disk and having a diameter suitably larger than the diameter of the electrode rod 5. , are fixed by brazing through a recess 16 formed on one (lower side in FIG. 3) surface. A recess 17 having a suitably larger diameter than the recess 16 on the one surface is formed on the other surface of the mounting base 15 . As well as being formed,
By cutting a plurality of spiral-shaped slits 18 from the periphery to the vicinity of the center in order to magnetically drive the arc, an arc drive section 6a having a plurality of spiral-shaped arc pedals around the periphery is provided protruding from the center of one surface. It is fixed by brazing through the protrusion. This arc driving section 6a forms a magnetically driven electrode 6 in conjunction with a contact section which will be described later. A circular recess 19 having a diameter suitably larger than the diameter of the electrode rod 5 is formed in the center of the other opposing surface of the arc drive section 6a, and a ring-shaped contact section 6b is formed in this recess 19. It protrudes from the opposing surface of the arc drive section 6a and is fixed by brazing. The arc driving section 6a 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, and is made of a composite metal of 20 to 70% by weight of copper, 5 to 40% by weight of chromium, and 5 to 40% of iron. The metal has an electrical conductivity (IACS%) of 5-30%, a tensile strength of 30 Kgf/mm 2 or more, and a hardness of 100-170 Hv (1 Kg). Note that the composite metal forming the arc drive section 6a is manufactured by various methods described below. (1) Mix a specified 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 the powder on top of the container. A fixed amount of copper block was placed and then heated to 1000°C in vacuum (5 x 10 Torr).
The copper is heated for 10 minutes at 1100℃, which is higher than the melting point of copper (1083℃), to form a porous base material made of chromium and iron. This is done by infiltrating the base material. (2) Powder chromium and iron, mix them in predetermined amounts, place the 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.), at a temperature 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 copper if the copper material is not placed on the powder in advance). Heat and hold at a temperature below the melting point of the metal (e.g. 600 to 1000
℃ for about 5 to 60 minutes) to form a porous base material, and then heated and held in the above atmosphere above the melting point of copper (for example, at 1100℃ for about 5 to 20 minutes) to form a porous base material. This is done by infiltrating and bonding them together. (3) Powder each metal, mix a predetermined amount of each 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 bonded together by heating and holding (for 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 -60 mesh
Any mesh (250 μm or less) is sufficient. However, when the particle size becomes larger than 60 meshes, it becomes necessary to raise the heating temperature or lengthen the heating time to deal with the increased diffusion distance when diffusion bonding each metal powder particle, which reduces productivity. This will result in a decline. 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 copper 10
consisting of wt% chromium and 40wt% 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 structure of the composite metal (composed of 10% by weight of iron) was as shown in the X-ray photographs shown in FIGS. 4A to D, 5A to D, and 6A to D, respectively. That is, the X-ray photographs A in FIGS. 4, 5, and 6 are secondary electron images, and the X-ray photographs B in each figure show the characteristic X showing the dispersion state of chromium Cr.
In the line image, the gray parts scattered like islands are chrome. Further, the X-ray 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. In addition, the X-ray photograph D in each figure is a characteristic X-ray image showing the dispersion state of copper (Cu), and the white portion is 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. On the other hand, the contact portion 6b contains 20 to 70% by weight of copper,
It is made of a composite metal consisting of 5 to 70% by weight of chromium and 5 to 70% by weight of molybdenum.
Composite metals with this component and composition range are 20-60%
It has an electrical conductivity of 120 to 180 Hv (1 kg) and a hardness of 1 kg. Note that the composite metal forming the contact portion 6b is manufactured by various methods substantially similar to those for forming the arc drive portion 6a, and
Almost the same thing can be said about the particle size of each metal powder. Next, a -A component composition (consisting of 50% by weight of copper, 10% by weight of chromium and 40% by weight of molybdenum) and a -B component composition (consisting of 50% by weight of Copper, 25% by weight
of chromium and 25% by weight of molybdenum)
and -C component composition (50% by weight copper, 40% by weight
of chromium and 10% by weight of molybdenum)
The structural states of the composite metals are shown in Figure 7A~
D, the result looked like the X-ray photographs shown in FIGS. 8A-D and 9A-D. That is, the X-ray photographs A in FIGS. 7, 8, and 9 are secondary electron images, and the X-ray photographs B in each figure are characteristic X showing the dispersion state of chromium Cr.
In the line image, the gray or white parts scattered like islands are chromium. Further, the X-ray photograph C in each figure is a characteristic X-ray image showing the dispersion state of molybdenum Mo, and the gray parts scattered like islands are molybdenum. Furthermore, the X-ray photograph D in each figure is a characteristic X-ray image showing the dispersion state of copper (Cu), with the white portion being copper. Therefore, the chromium and molybdenum particles are diffusely bonded to each other to form a porous substrate.
Moreover, it can be seen that copper is infiltrated into the pores (voids) of this base material, creating a strongly bonded composite metal. Further, a composite metal having a -A component composition, a -B component composition and a -C component composition forms the arc driving part 6a, and a composite metal having a -A component composition, a -B component composition and a -C component composition forming the contact part 6b. The test results for various properties of the metal were as described below. Note that A indicates the characteristics of the composite metal forming the arc drive portion 6a, and B indicates the characteristics of the composite metal forming the contact portion 6b. (1) Electrical conductivity (IACS%) A; 8-10% B; 40-50% (2) Tensile strength A; 30Kgf/mm 2 (3) Hardness A; 100-170Hv (1Kg), B; 120-180Hv
(1Kg) Both are sufficiently hard compared to copper's approximately 40Hv (1Kg). Furthermore, the arc driving part 6a is made of a composite metal with a -B component composition and has a diameter of 100 m/m and has eight arc pedals, and the contact part 6b is made of a composite metal with a -A component composition and has an inner diameter of 30 m/m.
Verification of various performances was carried out by forming the electrode 6 shown in Fig. 3 into a ring shape with an outer diameter of 60 m/m and incorporating this pair of electrodes 6 as a vacuum interrupter shown in Fig. 2. The results were as described below. (1) Current shedding capacity Rated voltage with shedding speed 1.2 to 1.5 m/s
When we conducted a shearing test at 12kv (re-electromotive voltage 21kv, JEC-181), we were able to cut off a current of 45kA (r, m, s). In addition, the rated voltage was 84kv (restart voltage
When we conducted a shearing test at 143kv (JEC-181), we were able to cut a current of 35kA (r, m, s). Note that -A forming the arc drive section 6a,
-A, -B and - forming the contact portion 6b with composite metals having component compositions -B and -C
Table 1 shows the current shedding ability of the invented product in various combinations with composite metals having the C component composition, and the current shedding ability of comparative products and conventional products tested under the same conditions.

【表】【table】

【表】 (2) 絶縁耐力 ギヤツプを30m/mに保持し、衝撃波耐電圧
試験を行なつたところ±250kv(ばらつき±
10kv)の絶縁耐力を示した。 また、大電流(45kA)の多数回しや断後に
同様の試験を行なつたが絶縁耐力に変化はなか
つた。さらに進み小電流(80A)のしや断後に
同様な試験を行なつたが絶縁耐力に変化は殆ん
どなかつた。 なお、各成分組成の複合金属からなるアーク
駆動部6aと接触部6bとの組合せからなるも
のの絶縁耐力は、−B成分組成と−A成分
組成との複合金属の組合せのものと同様な値を
示した。また、本発明品(−B成分組成と
−A成分組成との組合せ)と、比較品および従
来品との衝撃波耐電圧試験の比較結果を第2表
に示す。
[Table] (2) Dielectric strength When the gap was maintained at 30m/m and a shock wave withstand voltage test was performed, the result was ±250kv (variation ±
It showed a dielectric strength of 10kv). In addition, similar tests were conducted after multiple cycles of high current (45kA) and after interruptions, but there was no change in dielectric strength. A similar test was conducted after a small current (80A) was applied, but there was almost no change in dielectric strength. Note that the dielectric strength of the combination of the arc driving part 6a and the contact part 6b made of composite metals of each component composition has the same value as that of the combination of composite metals of -B component composition and -A component composition. Indicated. Further, Table 2 shows the comparison results of the shock wave withstand voltage test between the product of the present invention (a combination of the -B component composition and the -A component composition), comparative products, and conventional products.

【表】【table】

【表】 (3) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、25kA(r.m.s)の電流を2
秒間通電(IEC短時間電流規格)した後に、
200Kgの静的な引き外し力で問題なく引き外す
ことができ、その後の接触抵抗の増加は、2〜
8%にとどまつた。 また、1000Kgの加圧下で、50kA(r.m.s)の
電流を3秒間通電した後の引き外しも問題な
く、その後の接触抵抗の増加は、0〜5%にと
どまり、十分な耐溶着性を備えていた。 なお、接触部6bを−Bまたは−C成分
組成の複合金属とした場合も同様な結果を示し
た。 (4) 遅れ小電流(誘導性の負荷)のしや断能力 30Aの電流を通電して行なつた電流さい断値
は、平均3.9A(標準偏差σn=0.96、標本数n=
100)を示した。 なお、接触部6bを−B成分組成の複合金
属とした場合には、平均3.7A(σn=1.26、n=
100)、また−C成分組成の複合金属により形
成した場合には、平均3.9A(σn=1.5、n=100)
の電流さい断値を示した。 (5) 進み小電流(容量性の負荷)のしや断能力 電圧;84kv×1.25/√3、80Aの進み小電流試験 (JEC−181)を、10000回行なつたが再点弧は
0回であつた。 なお、接触部6bを−Bまたは−C成分
組成の複合金属とした場合にも同様であつた。 しかしながら、アーク駆動部6aを形成する複
合金属の成分組成範囲が、銅が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
しく低下した、またクロムが5重量%より少ない
場合には、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。 また、接触部6bを形成する複合金属の成分組
成範囲が、銅が20〜70重量%、クロムが5〜70重
量%、モリブデンが5〜70重量%以外の場合に
は、各成分元素の利点が活きず、接触部6bに要
求される各特性を満足することができなかつた。 すなわち、銅が20重量%より少ない場合には導
電率が低下するとともに接触抵抗が著しく大きく
なり、一方70重量%を超える場合には、耐溶着性
の低下とともに電流さい断値が著しく大きくな
り、かつ絶縁耐力が著しく低下した。またクロム
が5重量%より少ない場合には、絶縁耐力が著し
く低下し、一方70重量%を超える場合には、導電
率および機械的強度が著しく低下した。さらにモ
リブデンが5重量%より少ない場合には、絶縁耐
力が著しく低下し、一方70重量%を超える場合に
は、機械的強度の低下が著しいとともに電流さい
断値が著しく大きくなつた。 発明の効果 以上の如く本発明によれば、アーク駆動部を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す
るとともに、接触部を20〜70重量%の銅と、5〜
70重量%のクロムと、5〜70重量%のモリブデン
とからなる複合金属により形成したので、アーク
駆動部を銅により形成するとともに接触部をCu
−0.5Bi合金または20Cu−80W合金により形成し
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) アーク駆動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) アーク駆動部の引張強度の向上により、その
外径を変えることなくアークペダルの長さを大
きくして磁気駆動力を大幅に高めることができ
る。 (3) アーク駆動部および接触部が硬度が高くかつ
各成分が均一分散した複合金属から形成されて
いることにより、アークペダルおよび接触部の
過度の溶融を防止でき、その消耗を大幅に低減
できるとともに、絶縁回復特性を向上すること
ができ、かつ多数回しや断後の絶縁耐力の低下
を殆んどなくする(10000回しや断後の絶縁耐
力の低下は、しや断前の絶縁耐力の10〜20%)
ことができる。また、電流さい断値を小さくす
ることができる。 (4) 特に、絶縁耐力を20Cu−80W合金により接
触部を形成したものと同程度としながら、Cu
−0.5Bi合金により接触部を形成したものより
揺かに大きい電流をしや断することができる。
[Table] (3) Welding resistance Under a pressure of 130 kg, a current of 25 kA (rms) is
After applying current for seconds (IEC short-time current standard),
It can be removed without any problem with a static removal force of 200Kg, and the increase in contact resistance after that is 2 to 2.
It remained at 8%. In addition, there is no problem with tripping after applying a current of 50 kA (rms) for 3 seconds under a pressure of 1000 kg, and the increase in contact resistance after that is only 0 to 5%, providing sufficient welding resistance. Ta. Note that similar results were obtained when the contact portion 6b was made of a composite metal having a -B or -C component composition. (4) Ability to withstand small delayed currents (inductive loads) The average current interruption value obtained when a current of 30 A is applied is 3.9 A (standard deviation σn = 0.96, number of samples n =
100). In addition, when the contact part 6b is made of a composite metal with a -B component composition, the average resistance is 3.7A (σn=1.26, n=
100), and when formed from a composite metal with a -C component composition, an average of 3.9A (σn = 1.5, n = 100)
The current cutoff value was shown. (5) Ability to withstand small leading current (capacitive load) Voltage: 84 kv x 1.25/√3, 80 A small leading current test (JEC-181) was conducted 10,000 times, but there was no restrike. It was hot. Incidentally, the same was true when the contact portion 6b was made of a composite metal having a -B or -C component composition. However, if the component composition range of the composite metal forming the arc driving part 6a 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 The advantages of the elements were not fully utilized, and the current carrying capacity, dielectric strength, mechanical strength, etc. were significantly reduced. That is, if the copper content is less than 20% by weight,
When the content of chromium exceeds 70% by weight, the mechanical strength and dielectric strength significantly decrease, and when the content of chromium is less than 5% by weight, the dielectric strength decreases significantly. On the other hand, when the content exceeded 40% by weight, the mechanical strength significantly decreased. Furthermore, if the iron content is less than 5% by weight,
The mechanical strength was significantly reduced, and when it exceeded 40% by weight, the current carrying and cutting ability was significantly reduced. In addition, if the component composition range of the composite metal forming the contact portion 6b is other than 20 to 70% by weight of copper, 5 to 70% by weight of chromium, and 5 to 70% by weight of molybdenum, the advantages of each component element Therefore, it was not possible to satisfy each characteristic required of the contact portion 6b. That is, when copper is less than 20% by weight, the conductivity decreases and the contact resistance increases significantly, while when it exceeds 70% by weight, the welding resistance decreases and the current cutoff value increases significantly. In addition, the dielectric strength decreased significantly. Furthermore, when the content of chromium was less than 5% by weight, the dielectric strength decreased significantly, while when it exceeded 70% by weight, the electrical conductivity and mechanical strength decreased significantly. Furthermore, when the molybdenum content was less than 5% by weight, the dielectric strength decreased significantly, while when it exceeded 70% by weight, the mechanical strength decreased significantly and the current cutoff value increased significantly. Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the arc drive section can be
~70% by weight copper, 5-40% by weight chromium, 5
It is formed of a composite metal consisting of ~40% by weight of iron, and the contact part is made of a composite metal consisting of 20~70% by weight of copper and 5~40% by weight of copper.
Since it is made of a composite metal consisting of 70% by weight chromium and 5 to 70% by weight molybdenum, the arc driving part is made of copper and the contact part is made of copper.
Compared to conventional ones made of -0.5Bi alloy or 20Cu-80W alloy, various effects described below are achieved. (1) By improving the tensile strength of the arc drive part, the thickness and weight of the electrode can be significantly reduced. (2) By increasing the tensile strength of the arc drive part, the length of the arc pedal can be increased without changing its outer diameter, and the magnetic drive force can be significantly increased. (3) Since the arc drive part and the contact part are made of a composite metal with high hardness and uniformly dispersed components, excessive melting of the arc pedal and the contact part can be prevented and wear and tear can be significantly reduced. At the same time, the dielectric recovery characteristics can be improved, and there is almost no decrease in dielectric strength after 10,000 cycles or rupture. 10-20%)
be able to. Furthermore, the current cutoff value can be reduced. (4) In particular, while keeping the dielectric strength to the same level as the contact part made of 20Cu-80W alloy,
-0.5Bi alloy can cut a much larger current than one in which the contact portion is formed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の磁気駆動形の電極の縦断面図、
第2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、第3図はその電極の縦断面図、
第4図A,B,C,D、第5図A,B,C,Dお
よび第6図A,B,C,Dはそれぞれアーク駆動
部を形成する複合金属の異なる組成の組織状態を
示すX線写真、第7図A,B,C,D、第8図
A,B,C,Dおよび第9図A,B,C,Dはそ
れぞれ接触部を形成する複合金属の異なる組成の
組織状態を示すX線写真である。 4……真空容器、5……電極棒、6……電極、
6a……アーク駆動部、6b……接触部。
Figure 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional magnetically driven electrode.
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a vacuum interrupter showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of its electrodes.
Fig. 4 A, B, C, D, Fig. 5 A, B, C, D, and Fig. 6 A, B, C, D respectively show the structural states of different compositions of the composite metal forming the arc driving part. X-ray photographs, Fig. 7 A, B, C, D, Fig. 8 A, B, C, D, and Fig. 9 A, B, C, D show the structures of different compositions of the composite metal forming the contact area, respectively. This is an X-ray photograph showing the condition. 4... Vacuum container, 5... Electrode rod, 6... Electrode,
6a... Arc drive section, 6b... Contact section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 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
接触部とアーク駆動部とからなる磁気駆動形の電
極をそれぞれ固着してなる真空インタラプタにお
いて、前記各電極の接触部を20〜70重量%の銅、
5〜70重量%のクロムおよび5〜70重量%のモリ
ブデンの複合金属により形成するとともに、アー
ク駆動部を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
成したことを特徴とする真空インタクラプタ。
1 A pair of electrode rods are introduced into a vacuum container so that they can approach and separate from each other, and a magnetically driven electrode consisting of a contact part and an arc drive part is fixed to the inner end of each electrode rod. In the vacuum interrupter, the contact portion of each electrode is coated with 20 to 70% by weight of copper,
It is made of a composite metal of 5-70% by weight of chromium and 5-70% by weight of molybdenum, and the arc drive part is made of a composite metal of 20-70% by weight of copper, 5-40% by weight of chromium and 5-40% by weight of iron. A vacuum interrupter characterized in that it is formed from a composite metal.
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