JPS6070618A - 真空インタラプタ - Google Patents

真空インタラプタ

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JPS6070618A
JPS6070618A JP17869983A JP17869983A JPS6070618A JP S6070618 A JPS6070618 A JP S6070618A JP 17869983 A JP17869983 A JP 17869983A JP 17869983 A JP17869983 A JP 17869983A JP S6070618 A JPS6070618 A JP S6070618A
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arc
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佳行 柏木
泰司 野田
薫 北寄崎
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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 磁気駆動形の電極を備えた真空インタラプタは、アーク
を含む電流通路を往復ループ状にすることによって生じ
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
、電極の局部的な溶融を防いで電流遮断能力の向上を図
るものである。一般に、磁気駆動形の電極は、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(一方のみを示す)の
内端部には、スパイラル状またはスクリュー状等の複数
のアークペダルを有するアーク駆動部2が固着されてい
る。そして、このアーク駆動部2の中央部には、リング
状またはボタン状の接触部3が設けられている。
ところで、真空インタラプタの電極材料は、次に示す(
11〜(V)の諸特性が要求されている。
(1) 電流遮断能力が高いこと (11)耐電圧が高いこと 佃)消耗が少ないこと 一ψ さい断値が小さいこと (V) 接触抵抗が小さいこと (V訃 溶着力が小さいこと 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C
uにビスマスBlを添加したCu−B1合金(たとえば
Cu−0,5B1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
CuにタングステンW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、Cuの引張強度が約20 Kgf/−と小さ
いことから、アーク駆動部2は、投入、遮断時の衝撃お
よび大電流アークの電磁力によっ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Cする上下方
向)の寸法(厚さ)および重量の増大を招来している。
また、Cu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、電流遮断能力の停滞をもたらしている。
さらに、Cu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WとBiのほぼ中間の値であることか
ら7、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C二対処すべく
、電流遮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、上記問題点(二鑑みてなされたもので、小形
、軽量にしてかつ耐久性を有するとともに、大電流、高
電圧の遮断に供し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ことを目的とする。
発明の構成 かかる目的を達成するために、本発明は、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銅20〜70重
貴チ、クロム5〜70重量%およびモリブデン5〜70
重量%からなる複合金属により形成するとともに、アー
ク駆動部を磁性ステンレス鋼30〜70重量%およびC
u30〜70重量%からなる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1
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r(わち、真空容器4は、ガラスまたはセラミックス
からなる円筒状の2本の絶縁筒7,7を両端に固着した
鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金
、またはFe−N1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(例えば5 X 10−’Torr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の中実から真空容器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
つつ他方の金属端板9を軸方向(第2図において上下方
向)へ移動自在に押通されているものである。また、第
2図において11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Cu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1Bよ
り適宜大径の凹部17が形成されており、この凹部11
には、取付ベース15の直径より適宜大径の薄肉円板状
(二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6bと相俟って
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部には
、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、磁性ステンレス鋼30〜70
重量%およびCu 30〜70重量%の複合金属により
形成されている。磁性ステンレス鋼には、例えばフェラ
イト系またはマルテンサイト系ステンレス鋼等がある。
フェライト系ステンレス鋼としては、SUS 405.
429.430.430F、 434等、マルテンサイ
ト系ステンレス鋼としては、 5US403゜410、
416.420.431.440C等が挙げられる。
なお、この複合金属は、フェライト系ステンレス鋼を用
いた場合には、3〜30チの導電率(IAC5%)、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合には、4〜3
0チの導電率を有するものである。
また、引張強度および一度は、どちらの場合も30Kg
f/+d以上および100〜1801(v (I K?
 )である。
また、接触部6bは、Cu 20〜70重量%、クロム
(Cr)5〜70重−1tsおよびモリブデン(MO)
5〜70重i%の複合金属により形成されている。なお
、この複合金属は、20〜60%の導電率および120
〜180 )Iv (l Kp )の硬度なイ」するも
のである。
一方、アーク祁動部6aを形成する複合金属と接触部6
bを形成する一陵合金属とは、はぼ同様にして製造され
るものである。次に、接触部6bを形成する複合金属を
例にして各種製造方法について説明する。
(1)例えば−100メツシユのCr粉末と一100メ
ツシュのMO粉末とを所定量混合し、この混合粉末をC
r 、 MoおよびCuと反応しない材料(例えばアル
ミナ)からなる容器に入れるとともにその上にCuのブ
ロックを載置し、真空中(5X 10−’Torr)に
おいてまず1000℃で10分間加熱して脱ガスすると
ともにCrとMOとからなる多孔質の基月を形成し、つ
いでCuの融点(1osa℃)以上の温度の1100℃
で10分間加熱してCuを多孔質の基材に溶浸して行な
う。
(2) Crと庵とを粉末にし、これらを所定量混合す
るとともζ二、この混合粉末をアルミナ等からなる容器
C二人れ、かつ非酸化性雰囲気中(例えば真空中、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
、各金属の融点以デの温度(例えば粉体上にCu材をあ
らかじめ載置している場合1:はCuの融点以下、また
Cu材をあらかじめ載置していない場合にはCrの融点
以下)にて加熱保持(例えば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Cuの融点以上に加熱保持(例え
ば1100℃で5〜20分程度)してこの基材にCuを
溶浸し一体結合して行なう。
(3) Cu + CrおよびMoの各金属を粉末;二
し、それら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成形し、しかる後にこの混合
素体を非酸化性雰囲気中(二おいてCuの融点以下(例
えば1000℃)またはCuの融点以上でかつ他の金属
の融点以下(例えば1ooo℃)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(149
μm以下)に限定されるものではTx < 、−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、拡散距離の増大に伴って加熱温度を高
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lる。一方、粒径の上限
が低下するにしたがって均一、q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、おのずと限界があり
、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、上述した製造方法(2) 、 (3)のいずれに
あっ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って好適
である。しかし、真空雰囲気以外の非酸化性雰囲気中で
製造した場合であっ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。
次に製造方法(1)とほぼ同様にして製造した■−A成
分組成(フェライト系ステンレス@ SUS 4345
0重量%およびCu 50重量%)およびII −A成
分組成(マルテンサイト系ステンレスnr4SUS41
050重量%およびCu 50重1チ)の各複合金属の
組織状態は、それぞれ第4図(5)〜■)および第5図
(A)〜Q))に示す)UJ写真のようになった。
すなわち、第4図(5)および第5図(5)のX線写真
は、二次電子像であり、各図(B)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
白色の部分がFeである。また、各図(C)のXil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Crである。さらに、各
国(r))のX線写真は、Cuの分散状態を示す特性X
a像で、白い部分がCuである。
し尼がって、5US434の粒子は、相゛互に結合して
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Cuが溶浸されて強固に結合した複合金属となっ
ていることが判る。r、(お、S[JS 410の粒子
C二ついても同様である。
さら;二、製造方法(1)により製造したII−A成分
組成(Cu 50¥i景%、 Cr 10重量%および
Mo 40重量%)、l−B成分組成(Cu 50重量
% 、 Cr 25重−iチおよびMo 25重tチ)
およびI−C成分組成(Cu 50重量%、Cr40重
量係およびMo 10重量%)の各複合金属の組織状態
は、それぞれ第6図(A)〜の)、第7図四〜Q))お
よび第8図(A)〜p)に示すX線写真のようになった
すなわち、第6図(A)、第7同人および第8図(Δ)
のx#i!写真は、二次電子像であり、各図(BlのX
線写真は、Crの分散状態を示す特性X線像で、島状に
点在する白色の部分がCrである。また、各図(QのX
線写真は、Moの分散状態を示す特性X線像で、高−状
に点在する白い部分がMoである。さらに、各図0))
のX糺(写真は、Cuの分散状態を示す特性X tJ 
像で、白い部分がCuである。
したがって、CrとMo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Cuが溶浸されて強固に結合した複合金属となっ
ていることが判る。
一方、アーク駆動部6aを形成するI−A、I−B、I
−C,n−A、u−BkよびII −C(7)各成分組
成の複合金属ならびに接触部6bを形成する■−A、l
−BおよびI−Cの各成分組成の複合金属における諸特
性の試験結果は、次のようになった。ここで、l−B成
分組成は、SUS 43470 重量%およびCu 3
074景チであり、I−C成分組成は、SUS 434
30重t′%およびCu 70重敗チである。
また、II−B成分組成は、SUS 41070重量%
およびCu 30重量%であり、II−C成分組成は、
SUS 41030重量%およびCu 70重量%であ
る。
そして、I−B、T−C,II−Bおよび■−Cの各成
分組成の複合金庫は、I−A成分組成の複合金属と同様
にして製造されたものである。
(1)導電率(IAC8係) アーク駆動部 1−A成分組成 5〜15係1−B成分
組成 3〜8% I −C成分組成 10〜30チ If−A成分組成 5〜15チ 11−B成分組成 4〜8qI) n−c成分組成to 〜aO% 接触部 棗−A成分組成 40〜50q6帆−B成分組
成 40〜50係 i−c成分組成 40〜50チ (2)硬度 アーク駆動部 100〜180 Hv 接触部 120〜180 Hv また、アーク駆動部6aをI −A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100 ′X
4に形成するとともに、接触部6bを厘−A成分組成の
複合金属により、内径30%、外径60〜のリング状に
形成して第3図に示す電極6を構成し、この1対の電極
6を第2図に示す真空インクラブタに組込んだ場合の諸
性能の検証結果は、次のようになった。
(1)電流遮断能力 遮断条件が、定格電圧12 kV (再起電圧21 k
V。
JRC−181) 、遮断速度1.2〜1.5φの時に
45 kA(r、m、s、)の電流を遮断することがで
きた。また、定格電圧84 kV (M起電圧143 
kV、 JEC−181)。
遮断速度3.0 ya/sの時に35 kA (r、m
、s、)の電流を遮断することができた。
なお、アーク駆動部6aをI−B、I−C,■−A、I
I−BおよびI−Cの各成分組成とした場合、接触部6
bを璽−B成分組成、I−C成分組成とした場合および
従来品、比較品について同一条件で試験した各電流遮断
能力は、表1に示すようになった。
(以下全白) 表 1 (2)絶縁耐力 ギャップを30%に保持し、衝撃波を印加する衝撃波耐
電圧試験を行なったところ、±280 kV (バラツ
キ±10kV)の絶縁耐力を示した。また、大電流(4
6kA )の多数回遮断後に同様の試験を行なったが、
絶縁耐力に変化はなかった。さらに、進み小電流(80
A)の遮断後(=同様の試験を行なったが、絶縁耐力は
殆んど変化しなかった。
なお、アーク駆動部6aをI −B、I −C,It 
−A、ll−Bおよび…−Cの各成分組成とした場合並
びに接触部6bをI−B成分組成、l−C成分組成とし
た場合の各絶縁耐力はいずれもl −A成分組成とI−
A成分組成との組合せのものと同様の値を示した。表2
に発明品と従来品、比較品との絶縁耐力を示す。
表 2 (3)耐溶着性 130Kpの加圧下で、25 KA (r、m、s、)
の電流を3秒間通電(IEC短時間電流規格)した後に
、200KF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チにとど
まった。また、1000 KFの加圧下で、50 KA
 (r、m。
8、)の電流を3秒間通電した後の引き外しも問題すく
、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、アーク駆動部6aをI−B、I−C,ll−A、
ll−Bおよび■−Cの各成分組成とした場合並びi二
接触部6bをI−B成分組成、I−C成分組成とした場
合も同様な結果であった。
(4)遅れ小電流(誘導性の負荷)の遮断能力30 A
通電して行なった電流さい断値は、平均3.9 A (
標準偏差σn−0.96.標本数n=100)を示した
なお、接触部6bをl−B成分組成とした場合には、平
均3.7 A (σn=1.26. n=100 ) 
、 l−C成分組成とした場合には、平均3.9 A 
(σn=1.5. n=100)を示した。また、アー
ク駆動部6aをI−B、I−C,It−A、II−Bお
よびII −C(7)各成分組成とした場合もそれぞれ
同様の値を示した。
(5)進み小電流(容量性の負荷)の遮断能力(JRC
−181)を、10000回行なったが、再点弧は0回
であった。
なお、アーク駆動部6aをI−B、I−C,II −A
、II−Bおよび■−Cの各成分組成とした場合並び仲
接触q6bをI−B成分組成、ト(成分組成とした場合
も同様な結果であった。
ところで、アーク駆動部6aを形成する複合金属の成分
組成が、磁性ステンレス鋼30〜70重tチおよびCu
 30〜70重量%の組成範囲以外の場合には、満足す
る緒特性を得ることができなかった。
すなわち、磁性ステンレス鋼が30重量%より少ない場
合には、 Cuが多くなり耐電圧の低下が著しいもので
あった。しかも耐久性が低下した。一方70重量%を超
える場合には、遮断性能の低下が著しいものであった。
また、接触部6bを形成する複合金属の成分組成が、C
u 20〜70重量%、Cr 5〜7070重量%。
5〜70重Jlチの組成範囲以外の場合においても、満
足する緒特性を得ることができなかった。
すなわち、Cuが20重量%より少ない場合には、導電
率が低下し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、溶着力およびさい断値が著しく大
きくなり、しかも絶縁耐力が著しく低下した。また、C
r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(二、Mo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%な超え〜る場合には、機械的強度の低下が著
しく、そのうえさい断値が著しく大きくなった。
発明の効果 以上の如く本発明によれば、真空インタラプタの各電極
の接触部をCu 20〜70重量%、Cr 5〜70i
量チおよびMo 5〜70重量%からなる複合金属によ
り形成するとともに、アーク駆動部を磁性ステンレス鋼
30〜70重量%およびCu 30〜70重量%からな
る複合金属により形成したので、アーク駆動部をCu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:二より形成した従来のもの
に比し、以下:二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1−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(二より、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、かつ多数回遮断後の絶縁耐力
の低下を殆んどなくすることができる。また、電流さい
断値を小さくすることができる。
(4)%(′″、、絶縁耐力を20Cu−80W合金セ
より接触部を形成したものよりも高めることができ、し
かもCu−0,5B1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遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の磁気駆動形の電極の縦断面図、第2図は
本発明の真空インタラプタの一実施例を示す縦断面図、
第3図は第2図における電極の縦断面図、第4図(At
 、 (B) 、 (C) 、 Q))および第5図(
5)。 (Bl 、 (C) 、 (DJ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6図(Al 、 (B) 、 (C1、(D
i、第7図“(Al 、 (Bl 、 (C1、■)お
よび第8図(5)、 (Bl 、 (C1、(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・・パCE極 6a・・・アーク駆動部6b・・・接
触部 第5図(B) 第5図CD> 第6図(D) 第7図CA) 第7図(C) 第7図(B) む 第8図(A) 第8図(C) UU 第8図(B) 第8図(D)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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
    してなる真空インクラックにおいて、前記各電極の接触
    部を銅20〜70重量%、クロム5〜70重量係および
    モリブデン5〜70重量%からなる複合金属により形成
    するととも;二、アーク駆動部を磁性ステンレス鋼30
    〜70重t%および銅30〜10重量%からなる複合金
    属により形成したことを特徴どする真空インタラプタ。
  2. (2)磁性ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の真壁
    インタラプタ。
  3. (3)磁性ステンレス鋼がマルテンサイト系ステンレス
    鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    真空インタラプタ。
JP17869983A 1983-03-22 1983-09-27 真空インタラプタ Granted JPS6070618A (ja)

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JP17869983A JPS6070618A (ja) 1983-09-27 1983-09-27 真空インタラプタ
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