KR100315732B1

KR100315732B1 - 진공차단기및그것에이용되는진공밸브와전기접점

Info

Publication number: KR100315732B1
Application number: KR1019940015100A
Authority: KR
Inventors: 고무로가쯔히로; 고지마요시다까; 구로사와유끼오; 고구찌요시오; 다니미즈도오루; 하까마따요시미; 엔도오순기찌
Original assignee: 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2002-04-06
Also published as: CN1061165C; EP0634766A3; EP0634766B1; JPH0729461A; DE69433453D1; DE69433453T2; EP0634766A2; CN1102502A; KR950004303A; US5557083A; JP2874522B2

Abstract

[목 적] 고강도로 경시변화가 작은 신뢰성 높은 전극과 그 제조법 및 그것을 사용한 진공밸브와 그것을 이용한 진공차단기를 제공한다.

[구 성] 본 발명은 아크전극과 상기 아크전극을 지지하는 아크전극 지지부재와, 지지부재와 이어지는 코일전극을 가지는 고정측 전극 및 가동측 전극을 구비한 진공차단기에 있어서, 아크전극과 아크전극 지지부 및 코일전극은 비접합으로 이루어지는 용융 일체의 구조로하고, 특히 아크전극 지지부 및 코일전극은 0.05∼2.5중량%의 Cr, Ag, W, V, Zr중 적어도 1개를 함유하는 Cu 합금에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공차단기 및 그것에 이용되는 진공밸브와 전기접점

본 발명은 신규 진공차단기와 그것에 이용되는 진공밸브, 또한 그것에 이용되는 전기접점 및 그 제조법에 관한 것이다.

진공차단기내의 전극구조는 1쌍의 고정전극 및 가동전극으로 이루어져 있다. 상기 고정 및 가동전극의 구조는 아크전극과 그 아크전극을 지지하는 아크지지부재와 그 아크지지부재에 이어지는 코일전극재와 코일전극단부에는 전극봉의 4부품으로 구성되어 있다.

상기한 아크전극재는 고전압, 대전류를 개폐차단하기 위하여 직접 아크에 노출된다. 아크전류에 요구되는 만족되어야할 특성은, 차단용량이 클 것, 내전압치가 높을 것, 접촉저항치가 작을 것 (전기전도가 우수할 것), 내용착성이 우수할 것, 접점소모량이 적을 것 및 재단전류치가 작을 것, 등 기본적인 요건을 들 수 있다. 그러나, 이들의 특성을 모두 만족시키는 것은 곤란하여 일반적으로는 용도에 따라 특히 중요한 특성을 중시하고, 다른 특성은 어느 정도 희생시킨 재료가 사용되고 있다. 대전류, 고전압 차단용 아크전극재료로서는, 일본국 특개 소63-96204호 공조에는 Cr 또는 Cr-Cu 스켈리톤에 Cu를 용침시키는 방법이 개시되어 있다. 또, 마찬가지의 제법은 일본국 특공 소50-21670호 공보에도 개시되어 있다.

한편, 아크전극 지지부재는, 아크전극의 보강부재의 역할과 함께 지지부재의형상을 연구하므로서 세로자계를 발생시키는 효과도 가지고 있다. 그리고 사용되는 재료는 도전성이 양호한 순 Cu가 사용되고 있다.

다시, 코일전극재는, 일본국 특공 평3-17335호 공보에도 개시되어 있는 바와 같이 아크전극 및 지지부재의 보강부재의 역할도 있으나 주된 역할로서는 코일전극 형상을 여러가지로 연구함으로서 아크전극에 세로자계를 발생시켜, 세로자계에 의하여 아크전극에 발생하는 아크를 아크전극 전체에 확산시킴과 동시에 강제 차단하는 부재이다. 사용되는 재료는 아크지지부재와 마찬가지로 순 Cu이다.

한편, 이들 아크전극, 아크전극지지부, 코일전극 및 전극봉으로 구성되는 전극의 제조공정은 아크전극재의 제조와 기계가공, 아크전극 지지부재, 코일전극재 및 전극봉의 각각의 기계가공과 각 부품의 조립과 납땜작업의 공정을 거쳐 전극이 완료된다.

상기한 아크전극의 제조방법은, Cr분말, Cu분말, W분, Co분, Mo분, W분, V분말, Nb분 또는 이들 합금분을 소정의 조성, 형상, 빈구멍량으로 성형, 소결 후, 소결체의 스켈리튼에 Cu 또는 합금용탕(溶湯)을 스며들게 하는 소위 용침법이, 또는 용침전의 소결공정에서 밀도를 100%로 하는 소위 분말 야금법에 의하여 제조된 아크전극재를, 다시 기계가공하여 소정형상으로 한다.

아크전극 지지부, 코일전극 및 전극봉은, 순 Cu 소재로부터 세로자계가 발생하기 쉽도록 연구된 소정형상으로 각각 절삭가공된다.

이와 같이 하여 용침 후 기계가공된 각 부품을, 조립 후, 납땜하여 일련의 전극구조가 된다. 그러나, 납땜방법은 아크전극, 아크전극 지지부, 코일전극 및 전극봉의 각각의 사이에 재합재와 습성이 양호한 납재를 넣고, 진공중 또는 환원성 분위기 중에서 승온하여 납땜 접합되나, 납땜접합을 이용하여 구성되는 전극은, 각 부재의 기계가공공정과 납땜하기 위한 부품 조립시의 각 부품의 심맞춤 등에 상당한 수고와 시간이 걸리고, 아울러 납땜불량에 의한 전극재의 파괴나 탈락사고 원인이 된다. 이와 같이 종래방법으로 제조된 전극구조는, 전극재 특성의 균일성, 신뢰성 및 안정성 이 뒤떨어지고 있다.

또, 최근에는 재료개발과 함께 진공차단기의 설계사양상, 대전류, 고전압을 개폐차단하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 일예로서, 개폐차단속도를 빠르게 함으로서 차단성능향상이 이루어지고 있다. 그러나, 이들 차단속도를 빠르게 함으로서 아크전극간의 접촉력 증대와 전극 개폐시에는 전극 전체에 충격적인 응력이 걸려, 경시적으로는 전극재는 변형된다. 일반적으로 아크전극재에는 차단특성 또는 용착 특성이 우수한 고강도의 아크전극재가 사용되고 있으나, 아크지지부재, 코일전극재 및 전극봉에는 순 Cu를 사용하고 있다. 순 Cu재는 내력이 상당히 작은 것과, 또한 상기한 바와 같이 세로자계의 발생을 목적으로 횡단면의 홈파기가 설치되고, 특히 충격적인 응력에 견디지 못하여 경시적으로는 변형되게 된다. 그리고, 전극부재의 변형은 전극개폐동작의 부적합함이나 아크전극의 용착장애, 아크전극의 파괴, 탈락을 초래하여, 긴급시의 개폐동작에 지장을 초래하게도 된다.

본 발명의 목적은, 경시적인 변형이 적고 신뢰성이 높은 전극을 구비한 진공차단기와 그것에 이용되는 진공밸브 및 그것에 이용되는 전기접점과 그 제조법을 제공하는데 있다.

본 발명은 절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브와 그 진공밸브내의 상기 고정측 전극과 가동측 전극과의 각각에 상기 진공밸브 외에 접속된 도체단자와, 상기 가동전극에 접속된 절연로드를 거쳐 상기 가동전극을 구동하는 개폐수단을 구비한 진공차단기에 있어서, 상기 고정측 전극 및 가동측 전극은 내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기에 있다.

상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta의 1종 또는 2종 이상의 혼합물과 Cu, Ag 또는 Au로 이루어지는 고도전성금속 또는 이들을 주로한 고도전성 합금과의 합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 상기 고도전성금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

다시, 상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta의 1종 또는 2종 이상의 합계량 50∼80중량%와 Cu, Ag 또는 Au 20∼50중량%를 함유하는 합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Ti, Co, Fe의 1종 또는 2종 이상의 합계량이 2.5중량% 이하와 Cu, Ag 또는 Au의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 아크전극은 다공질 내화금속 중에 함침한 고도전성금속의 복합합금으로 이루어지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 전극 지지부는 0.2%, 내력이 10kg/㎣ 이상이고, 비저항이 2.8μΩ·cm 이하의 것으로 한다.

본 발명은, 상기 고정측 전극과 가동측 전극의 적어도 한쪽은 상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일이 설치되어 있는 것이다.

상기 세로자계 발생코일은 상기 전극 지지부에 납땜 또는 상기 고도전성금속의 용융응고에 의하여 일체로 형성할 수가 있다.

상기 세로자계 발생코일은 원통상이고 그 원주면에 슬릿홈이 설치된 형상 또는 그 횡단면이 대략상인 형상이 있다.

상기 진공밸브는 3상에 대해서는 3조가 있고, 그 3조의 진공밸브를 가로로 줄세워 수지의 절연통에 의하여 일체로 조립한 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 고진공으로 유지된 절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브에 있어서, 상기 양전극은 내화성금속과 고도전성금속의 복합부재로 이루어지는 아크전극과, 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공밸브에 있다.

본 발명에 있어서의 진공밸브의 전극, 자계 발생코일의 구성은 상기와 마찬가지이다.

본 발명은 내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극지지부가 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는것을 특징으로 하는 전극접점에 있다.

본 발명에 있어서의 전기접점의 아크전극의 구성은 상기와 마찬가지이다.

본 발명은 내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지는 전기접점의 제조법에 있어서, 상기 아크전극은 내화성금속을 가지는 다공질 소결체상에 상기 고도전성금속을 올려놓고, 그 고도전성금속을 용융하여 상기 다공질체 속으로 용침시킴으로서 형성하고, 상기 전극 지지부는 상기 용침 후에 잔류하는 상기 고도전성금속의 두께를 상기 전극 지지부로서 필요한 두께로 설정함으로서 형성하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조점에 있다.

또, 본 발명은 상기 아크전극 및 전극 지지부를 상기 고도전성금속을 용침시켜 응고하여 형성한 후, 소망의 온도로 유지시켜 상기 고도전성금속 중에 과포화로 고용한 금속 또는 금속간 화합물을 석출시키는 열처리공정을 가지는 것이다.

상기 전기접점은 진공밸브의 고정측 전극 또는 가동측 전극에 이용할 수가 있다.

본 발명은 상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일을 가지고, 상기 고도전성금속의 상기 다공질체에의 용침 후에 잔류하는 두께와 형상을 상기 전극 지지부 및 종자계 발생코일의 형상에 맞추어 용융응고에 의하여 형성할 수가 있다.

진공차단기의 전극구조는 아크전극, 아크전극 지지부재 및 전극봉으로 이루어지고, 필요에 따라 코일전극으로 구성된다. 아크전극은 내화금속과 도전성금속과의 복합합금으로 이루어지고, 앞의 것에는 Cr, W, Mo, Ta 등의 약 1800℃ 이상의고융점의 금속이 이용되고, 고도전성금속으로서의 Cu, Ag, Au에 대하여 고정용량으로서 3% 이하의 작은 것이 바람직하다. 아크전극 지지부재, 코일전극재 및 전극봉에는 특히 순 Cu가 바람직하나, 강도가 작기 때문에 이를 각 부재의 변형 방지대책으로서 철계재료의 순 Fe, 스테인레스강으로 보강하여 전극의 변형방지에 노력하고 있다.

내화금속은 50∼80중량%, 특히 55∼65중량%와 Cu, Ag 또는 Au 20∼50중량%를 함유하는 합금으로, 특히 앞의 것의 다공질 소결체 또는 약간의 10중량% 이하의 고도전성금속을 함유하는 다공질 소결체 중에 고도전성금속을 용융함침시킨 복합재로 하는 것이 바람직하다.

또, 아크전극과 전극 지지부의 2층 구조로 하고, 전극 지지부는 아크전극을 보강지지하는 것으로, 그 절반 이상의 두께로 하는 것이 바람직하고, 특히 그것과 동등 이상의 두께로 하는 것이 바람직하다. 다공질 소결체는 공극율을 50∼70%로 하는 것이 바람직하다. 내화금속으로서는 특히, 내전압 특성을 높히기 위하여 Cr에 대하여 1∼10중량%의 Nb, V, Fe, Ti, Zr의 1종 또는 2종 이상을 함유할 수가 있다.

코일전극에는 고도전성금속을 납땜 또는 전극 지지부와 함께 다공질 내화금속 중에의 용침시에 동시에 주조기술과 마찬가지의 방법으로 제조할 수가 있어, 아크전극재, 아크전극 지지부재 및 코일전극재와는 금상(金相)학적으로 연속된 일체구조로 구성할 수 있다. 이 결과, 각 부재의 기계가공공정, 납땜시의 각 부재조립공정의 저감, 또 비접합이기 때문에 종래의 납땜부의 극부발열, 납땜불량에 의한 아크전극재의 파괴, 탈락 등의 문제가 없어진다. 코일전극을 납땜으로 형성하는 경우에는 세라믹스입자를 분산시킨 복합재를 이용할 수가 있다.

또, 본 발명에 의하면, 전극을 구성하는 아크전극재, 아크전극 지지부재 및 코일전극재는, 금상학적으로 연속된 일체구조로 구성됨과 동시에 일체구조의 전극제조와 동일 공정내에서 아크전극 지지부재 및 코일전극재가 얻어저, 0.01∼2.5중량%의 Cr, Ag, W, V, Zr, Si, Mo, Ta, Be, Nb, Ti의 1종 또는 2종 이상을 Au, Ag, Cu 중에 함유시킨 것을 이용할 수가 있다. 따라서, 아크전극 지지부재 및 코일전극재의 전기도전성을 그다지 저하시키지 않고 기계적강도, 특히 내력을 대폭으로 높힐 수가 있다. 그 결과, 전극간의 접촉압력의 증대, 전극 개폐시의 충격력에도 충분히 대응할 수 있어 경시적인 변형도 해결할 수 있다.

이와 같이 아크전극재, 아크전극 지지부재 및 코일전극재와는 비접합임과 동시에 금상학적으로 연속된 일체화 구조로 한 것과, 상기 각부재의 고강도화의 조합에 의하여 종래의 전극주조에 비하여 악영향을 제거한 더욱 신뢰성 및 안전성이 높은 진공차단기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, Cr, W, Mo, Ta분말 또는 이것에 Cu, Ag, Au분말 또는 다른 임의의 금속입자를 소정조성으로 혼합하고, 그 혼합분을 소정의 공극함유율이 되도록 성형 후, 소결하여 다공질 소결체를 형성한다. 그 후, 순 Cu, Ag, Au 또는 이들 합금으로 이루어지는 블록을 상기 소결체 상에 올려놓고, 용융시켜 다공질 소결체의 공극에 순 Cu 또는 Cu 합금 등의 금속을 용침시킨다. 그때, 용융용침재 중에의 소결체 조성원소의 액상 확산을 적극적으로 이용하여, 용융용침재를 상기의 함유량이 되도록 합금화 한다. 용침 완료 후의 주괴(鑄塊)를 소정형상의 전극으로가공한다.

고도전성금속의 용침에 있어서는 용침의 온도와 유지시간에 의하여 고도전성금속에의 다공질체금속의 용해량을 컨트롤할 수 있어, 특히 전극 지지부, 코일전극에 대한 비저항과 강도를 고려하여 온도 및 시간이 설정된다. 물론 고도전성금속에 대하여 미리 합금원소를 가한 합금을 이용할 수도 있기 때문에, 양자를 고려하여 결정한다. 그 결과, 상기의 강도가 높고, 비저항이 낮은 것이 얻어질 수 있기 때문에 높은 성능의 것이 얻어 진다.

본 발명에 있어서의 전극은 상기한 바와 같이 소망의 형상으로 용침과 주조기술의 조합에 의하여 구하는 것을 만들 수가 있으나, 상기한 최종 형상으로서 절삭가공에 의하여 얻어진다.

진공차단기는, 단로기, 접지개폐기, 피뢰기, 변류기와 함께 사용되고, 고층빌딩, 호텔, 인텔리젼트빌딩, 지하상가, 석유 콤비나이트, 각종 공장, 역, 병원, 회관, 지하철, 상하수도 등의 공공설비 등의 전원으로서 부족함 없는 고압수변전설비로서 이용된다.

실시예 1

제 1(a)도는 본 발명의 방법으로 시험 제작한 일체구조전극의 주괴단면을 나타낸 것이다. 도면중, 1이 아크전극재, 2가 아크전극 지지부재, 3이 용침용 Cu의 공급재와 피터헤드부재이다.

5중량%의 Cu분말과 95중량%의 Cr분말을 V형 믹서에 의하여 혼합후, 직경 80mm의 금형을 사용하여, 성형압력 1.5톤/㎣로 직경 80mm, 두께 9mm의 성형체를 제작했다. 그 성형체를 수소분위기 중, 소결온도 1,200℃×30분으로 소결체로 했다. 이때의 소결체 공극율은 65%이다. 다음에 제 1(b)도는 전극의 제조법을 나타낸 도면으로서, 도면에 나타낸 바와 같이 100메시∼325메시의 알루미나(Al₂O₃)분(4)을 10mm 정도로 깔은, 내경 90mm×외경 100mm×높이 100mm의 흑연제용기(5)의 저면 중앙에 상기 소결체(6)를 놓고, 순 Cu로 이루어지는 직경 80mm, 두께 15mm의 아크전극 지지부 및 코일전극부로 이루어지는 부재(7)를 상기 소결체(6)와 동일 원심상에 올려놓았다. 다음에 직경 28mm, 길이 25mm의 용침재 및 피더헤드부를 형성하는 Cu로 이루어지는 부재(8)를 상기 부재(7)와 동일 원심상에 올려놓았다. 흑연제용기(5)와 순 Cu로 이루어지는 2종의 부재(7,8)의 측면 및 용침재 및 피더헤드부로 이루어지는 부재(8) 상부에는 Al₂O₃분말(9)을 충전한다.

용침조건은 1×10^-5토르 이하의 진공 중에서 1,200℃×90분간 유지하고, 아크전극 지지부 및 코일전극부재(7)와 용침용 Cu 공급 및 피더헤드부재(8)가 용융함과 동시에 용침재가 소결체(6)의 스켈리톤 중에 균일하게 스며들게 한 후, 진공분위기 중에서 방냉응고 시킨다. 제 1(a)도는, 응고 후에 흑연제용기로부터 인출한 주괴의 단면 외관이다. 또 제 1(c)도에는 절삭가공 후의 아크전극재(1)와 아크전극 지지부재(2)를 나타내고, 양자의 계면부를 현미경 조직사진에 의하여 관찰한 결과, Cr 소결체의 빈구멍에 Cu가 용침되어 있는 것이 명백하게 되었다.

이와 같이 본 발명 방법에 의하면, 제 1(a)도 및 제 1(c)도로부터도 알 수 있는 바와 같이 아크전극, 아크전극 지지부 및 코일전극부가 일체구조로 구성되는전극이 충분히 제작가능한 것을 알 수 있다. 아크전극과 전극 지지부는 동등의 두께이다. 또, 아크전극재와 아크전극 지지부재의 계면은 금상학적으로 완전하게 연속 일체화가 이루어져있어, 납땜 등에 의한 접합이 불필요함을 알 수 있다.

제 2도는 제 1(b)도의 주형을 3단으로 한 것으로, 한번에 3개의 것을 제조할 수가 있다. 마찬가지의 방법은 실시예 2에 대해서도 실시할 수 있다. 3개에 한정하지 않고 소망의 개수를 한번에 제조할 수 있다.

실시예 2

제3도는 용침상태와 그 주괴를 이용하여 제작한 전극형상을 나타낸 것이다. 용침조건은 실시예 1과 거의 마찬가지이다.

No. 2는 실시예 1에 대하여 흑연제용기(5)의 길이를 150mm로 하고, 아크전극 지지부재 및 코일전극부재(11)의 길이를 45mm로 했다. 또 용침 유지시간은 120분으로 하고, 그 외는 실시예 1과 마찬가지이다. 이와 같이 하여 얻은 주괴로부터 (a) 및 (b)형의 전극을 제작했다. 즉, (a)형은 아크전극재(12), 아크전극 지지부재(13) 및 코일전극재(14)를 일체구조로 하고, 전극봉(15)을 납땜에 의하여 접합(16)한 것이다. 또, (b)형은 (a)형에 대하여 중심에 순 Fe로 이루어지는 보강재(17)를 설치한 것이다. 보강재(17)는 전극 지지부(13)와 전극봉(15)에 각각 납땜된다.

No. 3은 No. 2에 대하여 아크전극 지지부재 및 코일전극부재(19)의 형상을 오목형으로 함과 동시에, 용침용 Cu 공급 및 피더헤드부재(18)를 배제한 상태에서 용침했다. No. 3의 주괴로부터는 (a)형의 전극형상을 제작했다.

No. 4는 No. 2에 대하여 용침용 Cu 공급 및 피더헤드부재(20)의 길이를100mm로 하고, 흑연제용기(5)의 길이를 200mm로 했다. No. 4는 주괴로부터는 (c)형의 전극을 제작했다. (c)형의 전극은 납땜접합을 사용하지 않고서도 전극봉(22)을 포함한 일체구조의 전극구성이 가능하다. No. 3의 주제로부터는 (c)형 이외에도 (a)형 및 (b)형의 전극구조를 절삭가공에 의하여 제작할 수 있다.

No. 5는 No. 4에 대하여 아크전극 지지부재 및 코일전극부재(23) 및 용침용 Cu 공급 및 피더헤드부재(24)의 중심에 소결체(26)를 향하여 나팔형의 철심을 넣은 것이다. 이 철심에 관해서는 Cu의 융점보다 높은 것으로서 형상에는 구애받지 않는다. No. 5의 주괴로부터는 (d)형과 (e)형의 전극을 제작했다.

(d)형 전극은 (c)형 전극의 중심에 철심(27)을 둘러쌓아 주조한 형상이다. (e)형 전극은 (b)형 전극의 보강봉(17) 대신 철심을 칠(chill)주조한 형상의 전극이다.

이상의 결과에 있어서 각각의 주괴치수와 용침전 상태의 치수변화를 측정한 결과, 아크전극 지지부재 및 코일전극부재의 치수는 용침전의 상태와 용침 후의 주괴치수의 차이는 거의 없었다. 한편, 피더헤드부재의 치수측정결과, 용침전의 상태에서 25mm에 대하여, 용침 후의 주괴치수는 10mm로 감소했다. 이와 같이 본 발명을 달성시키는 제 1 조건으로서 아크전극 지지부재 및 코일전극부재와 용침용 Cu 또는 Cu 합금공급 및 피더헤드부재를 2중구조로 하는 것이다.

또 건전하고, 또한 목적의 주괴치수를 얻기 위해서는, 주괴의 냉각속도의 콘트롤이 중요하다. 주괴측면으로부터의 냉각속도보다 주괴상부의 냉각속도를 크게 할 필요가 있다. 본 발명을 달성하는 제 2 조건으로서, 주괴상부의 냉각속도를 크게 하는 보온제로서 알루미나(Al₂O₃) 등의 비열이 크고, Cu 용탕과 반응하지 않는 세라믹스입자가 적당하다. 이 때의 세라믹스입자 지름이 너무 크거나, 너무 작거나 하면, 용탕은 세라믹스입자 사이를 통하여 흘러나와 버려 주형의 역할을 하지 않는다. 가장 적합한 입자지름은 20메시∼325메시이다. 또, 보온을 위한 세라믹스입자의 필요량은, 목적의 주괴직경치수의 ⅔ 이상의 두께가 필요하다.

실시예 3

표 1은 실시 예 2의 No. 2의 용침한 채의 것에 있어서 용침온도를 여러가지로 변화시킨 경우의 주괴 속의 Cr 양을 분석한 결과와, 소결체(6) 및 아크전극 지지부재 및 코일전극부재(11)의 각각의 조성을 변화시킨 경우의 주괴 중의 각각의 조성원소를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 용탕용 Cu 공급 및 피더부재(8)는 같은 조성이다.

No. 6∼No. 8은 소결체(6)의 조성 Cr- 5Cu재에 순 Cu를 용침할 때의 용침온도를 바꾸어 120분 유지한 경우의 주괴 중의 Cr량이다. 용침온도 1,250℃인 경우의 주괴조성은 1.65% Cr을 함유하는 Cu 합금이 되는 것을 알 수 있다.

No. 9, 10, 14, 15, 16, 18은 소결체(6)의 조성을 Cr∼5Cu 일정으로 하고, 용침재의 조성을 각각 Cu- Ag, Cu- Zr, Cu- Si, Cu- Be 합금을 사용한 경우의 주괴 속의 원소분석결과이다. 각 주괴 모두 Cr을 약 0.6% 정도를 함유하는 3원 Cu 합금이 되는 것을 알 수 있다.

No. 11, 12, 13, 17은, 용침재(7,8)의 조성을 순 Cu 일정으로 하고소결체(6)의 조성을 각각 Cr- 5Cu에 V, Nb, V, Nb, W를 첨가한 경우의 주괴 중의 원소분석결과이다. 각 주괴 모두 V, Nb, W의 함유량은 0.02% 이하이고, 주괴조성은 1.0% 정도의 Cr을 함유하는 Cu 합금인 것을 알 수 있다.

표 1

표 2는 아크전극(조성; 59중량% Cr- 41중량% Cu)과 순 Cu재를 종래방법인 납땜접합(조건; 온도 800℃, 진공중, Ni계 납재) 한 경우(두께 약 3㎛)의 접합부의 전기저항 및 강도의 측정결과(비교예 1) 및 800℃로 소둔한 순동의 전기저항치(비교예 2)와 No, 6∼18에서 얻은 주괴의 전기저항 및 강도측정결과를 나타낸 것이다. 전기저항측정은 4점식 저항측정법이고, 강도측정은 암슬러 인장시험기를 이용하여 실시하였다.

종래방법으로 납땜접합한(비교예 1) 계면의 강도는 22∼12kg/㎣로 불균일이 크고, 강도 12kg/㎣의 시험편에는 납땜불량부가 확인되었다. 또, 계면부를 포함한 전기저항치는 4.82μΩ·cm로 순등재(비교예 2)에 비하여 약 3∼4배의 높은 저항치이다. 그것에 대하여 No. 6의 계면강도는 24∼25kg/㎣로 안정된 강도를 나타내고, 시험편의 결핍은 관찰되지 않았었다. 또, 본 발명의 실시예에서는 계면을 포함하는 전기저항치는 측정할 수 없는 것이다. 비교예 1의 아크전극의 상대재료가 순 Cu에 대하여, No. 6의 상대재료에는 Cr이 약 0.62% 함유하는 Cu 합금임에도 불구하고, 계면이 없기 때문에, 비저항은 1.95μΩ·cm로 비교예 1 보다 낮은 값이다. 이것은 종래기술의 납땜접합부 계떤의 저항치가 대단히 큰 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 2의 순 Cu의 강도는 최대치 22∼23kg/㎣에 대하여 0.2%, 내력은 4∼5kg/㎣로 대단히 연약하여, 아크전극 지지부재 또는 코일전극재에 사용했을 경우에는 충격적인 하중에 견디어내지 못하여 경시적으로 변형되어 버리는 것을 알 수 있다. 이에 대하여 Cr 또는 Ag, V, Nb, Zr, Si, W, Be를 각각 함유한 Cu 합금인 No, 7∼18의 전기저항치는, 소둔 순 Cu에 비교하면 약 1.5∼2.0배의 저항치를 나타냈으나, 종래기술의 납땜접합 계면저항치와 비교하면 약 절반 이하로서 충분히 실기(室機) 진공차단기용 전극재로 사용가능하다. 또, No. 7∼18의 강도는 모두 최대강도 22∼25kg/㎣와 순 Cu와 그다지 변해 있지 않으나 0.2% 내력치에 있어서 10∼14kg/㎣로 2배로 강도향상이 도모되어 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 Cr 또는 Ag, V, Nb, Zr, Si, W 및 Be를 각각 함유하는 Cu 합금제 아크전극 지지부재, 코일전극재 및 전극봉은, 전극 개폐시의 충격적 하중의 반복에 의한 변형 이 생기지 않기 때문에 변형에 따른 용착장해를 방지하여 신뢰성 및 안정성의 향상이 도모된다.

표 2

제 4도는 용침온도와 다공질 Cr 소결체로부터의 용침재 속으로의 Cu의 고용량과의 관계를 나타낸 선도이다. 도면에 나타낸 바와 같이 용침온도를 높힘으로서 용침재 속으로의 Cr 양을 높힐 수가 있다. 또, 소망의 Cr 양을 얻으려면 용침온도에 의하여 결정할 수 있다.

제 5도는 Cu 중에의 합금원소의 함유량과 0.2% 내력과의 관계를 나타낸 선도이다. 도면에 나타낸 바와 같이 Cr뿐의 함유와 Cr과 다른 원소와를 함유하는 합금의 어느 것이나 함유량의 증대에 의하여 강화되는 것이 명백하다. 또, Cr 단독에 대하여, 다른 원소와 함께 함유한 합금쪽이 같은 모든 함유량에서도 고강도를 가진다.

각 원소의 함유량으로서 Ag 0.1%, Zr 0.1%, Si 0.1%, Be 0.05%, Nb, V, W는 각각 0.01% 이상으로 함으로서 10kg/㎣ 이상의 내력이 얻어진다.

제 6도는 0.2% 내력과 비저항의 관계를 나타낸 선도이다. 제 4도에 나타낸 바와 같이 Cu 중에의 전 고용량의 증대에 의하여 강도의 향상과 함께 비저항도 증가하므로, 비저항의 증가를 적게 하여, 강도의 향상을 도모하려면 Cr 단독보다도 다른 원소를 가함으로서 얻어지는 것을 알 수 있다. 특히, Si 이외는 비저항이 작아 고강도가 얻어진다. 특히, 0.2% 내력을 10kg/㎣ 이상, 비저항 1.9∼2.8μΩ·cm가 바람직하다.

제 7도는 Cr, Si, Be, Zr, Ag, Nb, V 및 W양과 비저항의 관계를 나타낸 선도이다. 비저항은 합금원소를 가함으로서 증가하나, 전극 지지부 및 코일전극의 비저항은 되도록 작게 함으로서 통전중의 전극 온도를 낮게 억제할 수 있는 것 및 차단시의 아크발생에 수반하는 아크열을 전극봉을 통하여 냉각할 필요가 있고, 그 열전도를 높게 할 필요가 있기 때문에 열전도율을 높게 유지할 수 있다. 본 실시예에 있어서는 소망의 비저항을 도면에 의하여 대략 그 값의 것을 구할 수가 있다. Cr을 아크전극으로서 이용하는 경우에는 Cr의 용침량을 고려하여, 각 원소의 함유량을 Si 0.5%, Be 0.5%, Zr 1.5%, Ag 2.5%, Nb, V, W는 각각 0.1%를 상한으로 하여 함유시키는 것이 바람직하다. 비저항으로서 3.0μΩ·cm 이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예 4

제 8도는 본 발명에 관한 아크전극을 이용한 진공밸브의 단면도이다.

절연재료 형성된 절연통체(35)의 상ㆍ하 개구부에 상ㆍ하 일체를 이루는 단판(38a, 38b)을 설치하여 진공실을 형성하는 진공용기를 구성하고, 상기 상단판(38a)의 중간 정도에 고정전극(30a)의 일부를 형성하는 고정도전봉(34a)을 수직으로 설치하고, 이 고정도전봉(34a)에 세로자계 발생코일(33a) 및 아크전극(31a)을 설치하고, 상기 고정전극(30a)의 바로 밑에 위치하는 상기 하단판(38b)의 중간 정도에 가동전극(30b)의 일부를 형성하는 가동도전봉(34b)을 승강 자유롭게 설치하고, 이 가동도전봉(34b)에 상기 세로자계 발생코일(33a) 및 아크전극(31b)과 동형 같은 크기의 세로자계 발생코일(33b) 및 아크전극(31b)을 부설하고, 상기 고정전극(30a)의 아크전극(31a)에 대하여 상기 가동전극(30b)의 아크전극(31b)을 접리하도록 하고, 상기 가동도전봉(34b)의 주변에 위치하는 상기 하단판(38b)의 내측에 금속제베로즈(37)를 신축되도록 하여 씌워 설치하고, 다시, 상기 양 아크전극의 주위에 원통상을 이루는 금속판의 시일드부재(36)를 절연통체(35)에 의하여 설치하고, 이 시일드부재(36)는 상기 절연통체(1)의 절연성을 손상하지 않도록 하여 구성한 것이다.

다시, 상기 아크전극(31a, 31b)은 상기의 용침에 의하여 얻어진 전극 지지부재(32a, 32b)에 일체 고착되고, 각 세로자계 발생코일(33a, 33b)에 순철로 이루어지는 보강부재(39a, 39b)에 의하여 보강되어 납땜된다. 보강부재(39a, 39b)로서 다른 오스테나이트계 스테인레스강이 이용된다. 절연통체(35)에는 유리, 세라믹스 소결체가 이용된다. 절연통체(35)는 금속제단판(38a, 38b)에 코발 등의 유리, 세라믹스의 열팽창계수에 가까운 합금판을 거쳐 납땜되고, 10^-6mmHg 이하의 고진공으로 유지된다.

고정도전봉(34a)은 단자에 접속되어 전류의 통로가 된다. 배기관(도시생략)은 상단판(38a)에 설치되고, 배기시, 진공펌프에 접속된다. 게터는 진공용기 내부에 미량의 가스가 발생한 경우에 흡수하여 진공을 유지하는 작용으로서 설치된다. 시일드부판(36)은 아크에 의하여 발생한 주전극 표면의 금속증기를 부착시켜, 냉각시키는 작용을 가지고, 또 부착된 금속은 게터작용을 가지는 진공도 유지의 작용을 가진다.

제 9도는 전극의 상세를 나타낸 단면도이다. 고정전극 및 가동전극 모두 대략 같은 구조를 가진다. 아크전극부(31)는 실시예 1에 나타낸 Cu로 이루어지는 전극 지지부를 Cu의 용침에 의하여 일체화 한것이다. 이 일체의 것을 도면과 같이 절삭가공에 의하여 얻었다. 전극 지지부(32)에는 다시 비자성의 오스테나이트계 스테인레스강으로 이루어지는 보강의 평판(40)을 납땜함과 동시에 , 코일전극(33)에도마찬가지의 평판을 납땜하였다. 코일전극(33)은 순동으로 이루어지는 것으로 상기의 납재보다 저융점의 납재를 이용하여 도전봉(34) 및 전극에 각각 납땜하였다.

본 실시예에 있어서의 전극 지지부(32)는 순동을 용침에 의하여 형성한 것으로, 그 지지부(32)에의 Cr량은 용침온도에 따라 다른 것은 상기한 바와 같고, 요구되는 강도와 전기저항과를 고려하여 결정된다. 더욱, 전기저항은 열처리에 의하여 화합물을 석출시킴으로서 강도를 내리지 않고 낮출 수가 있다. 특히 본 실시예에 있어서는 순동을 용침 후, 900℃까지 방냉하고 그 온도로부터 700∼800℃ 부근까지를 3시간 및 그 온도로부터 다시 600∼700℃ 부근까지를 2시간에 걸쳐 천천히 냉각함으로서 Cr의 석출물을 형성시켰다.

제 10도는 본 실시예에 있어서의 전극부와 코일전극(33)의 결합상태를 나타낸 사시도이다. 가동도전봉(34b)이 축방향으로 이동시키면 가동전극(30b)은 고정전극(30a)과 전기적으로 접리함과 동시에 양전극간에 아크전류(49)가 생겨 금속증기를 발생한다.

금속증기는 절연통(35)에 지지되어 있는 중간 시일드(36)에 부착함과 동시에 원통상 코일전극(33)의 축방향 자계에 의하여 분산하여 소호된다. 원통상 코일전극(33)은 고정 및 가동전극(30a, 30b)에 설치되어 있으나 적어도 한쪽측에 설치하면 좋다.

주전극(41)의 이면에 설치된 원통상 코일전극(33)은, 일단에 개구를 가진 원통부(42)로 구성되어 있다. 원통부(42)는 일단에 저면(13)을 타단에 개구를 가지고 있다. 보강부재(39)는, 고저항부재 예를 들면 Fe, 스테인레스 등으로 이루어지고,저면(43)과 주전극(41)과의 사이에 배치되어 있다. 주전극측의 원통부(12)의 개구단면(45)은, 2개의 돌출부(46, 47)를 형성하고, 주전극(41)은 돌출부(46, 47)에 전기적으로 접속되어 있다. 돌출부는 주전극에 형성하여도 좋다. 한쪽의 돌출부(46)와 다른쪽의 돌출부(47)와의 사이의 반원호상의 원통부(42)는, 원호상 슬릿(50, 51)을 절결하여 2개의 원호상 전류통로(52, 53)를 형성하고 있다. 전류통로(52, 53)의 한쪽끝 예를 들면 입력단(54)은 돌출부(46, 47)에, 다른쪽 끝 예를 들면 출력단(55)은 저면(43)을 거쳐 도전봉(34)에 접속하고 있다. 입력단(54)과 출력단(55)이 랩하는 원통부(12)의 입력단(54)과 출력단(55)과의 사이에는, 경사상 슬릿(56)을 형성하고 있다. 경사상 슬릿(56)은, 일단의 원호상 슬릿편단(50)과 연통하고, 타단은 원호상 슬릿편단(57)과 대응하는 개구단면(45)과의 사이에 절결하여 형성되고 있다. 따라서, 입력단(54)과 출력단(55)과는, 경사상 슬릿(56)에 의하여 전기적으로 구분되어 있다. 출력단(55)은 저면(43)의 로드부근까지 연장된 슬릿(58)을 형성하여, 축방향자계(H)에 의한 소용돌이 전류를 방지한다.

다음에, 가동전극(30b)을 고정전극(30a)으로부터 분리하여 차단하면, 아크전류(49)가 양전극 사이에 점호한다. 아크전류(49)는, 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이, 돌출부(46, 47)로부터 입력단(54) 및 전류통로(52, 53)를 흘러 출력단(55)으로부터 저면(43)을 통하여 도전봉(34)으로 흐른다.

이 전류경로에서, 전류통로(52, 53) 및 랩하는 입력단(54)과 출력단(55)에 흐르는 전류는, 1터언을 형성하게 되고, 1터언의 전류에 의하여 발생한 축방향자계(H)는, 주전극 전면에 걸쳐 균일하게 인가되어, 아크전류(49)는 주전극전면에 균일하게 분산하여, 차단성능을 향상시킬 수 있음과 동시에, 주전극 전면을 유효하게 이용할 수 있으므로 그만큼 진공차단기를 소형화 할 수 있다.

제 11도는 진공밸브(59)와 그 조작기를 나타낸 진공차단기의 구성도이다.

조작기구부를 전면 배치로 하고, 이면에 진공밸브를 지지하는 3상일괄형의 3조의 내 트랙킹성 에폭시통(60)을 배치한 소형, 경량의 구조이다.

각 상끝은 에폭시수지통, 진공밸브 지지판으로 수평으로 지지된 수평인출형이다. 진공밸브는 절연조작로드(61)를 거쳐 조작기구에 의하여 개폐된다.

조작기구부는, 구조가 간단하고, 소형 경량의 전자조작식의 기계적 분리 자유로운 기구이다. 개폐 스트로크가 적고, 가동부의 질량이 작기 때문에 충격은 근소하다. 본체 전면에는 수동연결식의 2차 단자외에 개폐표시기, 동작회수계, 수동분리버튼, 수동투입장치, 인출장치 및 인터록레버 등이 배치되어 있다.

(a) 폐로상태

차단기의 폐로상태를 나타내고, 전류는 상부단자(62), 주전극(30), 집전자(63), 하부단자(64)를 흐른다. 주전극간의 접촉력은, 절연조작로드(61)에 장착된 접촉스프링(65)에 의하여 유지되어 있다.

주전극의 접촉력, 급속스프링력 및 단락전류에 의한 전자력은 지지레버(66) 및 플롭(57)으로 유지되어 있다. 투입코일을 여자하면 개로상태로부터 플랜저(68)가 노킹로드(69)를 거쳐 롤러(70)를 밀어올려, 주레버(71)를 돌려 접촉자를 폐쇄한 후, 지지레버(66)로 유지하고 있다.

(b) 분리자유상태

개리동작에 의하여 가동 주전극이 하방으로 움직여저, 고정, 가동 양주전극이 개리한 순간부터 아크가 발생한다.

아크는 진공중의 높은 절연내력과 심한 확산작용에 의하여 단시간에 소화된다.

분리코일(72)이 여자되면, 분리레버(73)가 플롭(67)의 계합을 벗기고, 주레버(71)는 급속단절스프링력으로 회전하여 주전극이 개방된다. 이 동작은 폐로동작의 유무에는 전혀 관계없이 행하여지는 기계적 분리 자유방식이다.

(c) 개로상태

주전극이 개방된 후, 리세트스프링(74)에 의하여 링이 복귀하고, 동시에 플롭(67)이 계합된다. 이 상태에서 투입코일(75)을 여자하면 (a)의 폐로상태가 된다. 76은 배기통이다.

진공차단기는 고진공 중에서 아크 차단하여, 진공이 가지고 있는 높은 절연내력과, 아크의 고속 확산작용에 의하여 우수한 차단성능을 가지고 있으나, 반면 무부하의 모터, 변압기를 개폐하는 경우, 전류가 영점에 달하기 이전에 차단하여 버려, 소위 차단전류를 발생, 이 전류와 서지임피던스의 곱에 비례하는 개폐서지전압을 발생하는 경우가 있다. 따라서 3kV 변압기나 3kV, 6kV 회전기 등을 진공차단기로 직접 개폐할 때는, 서지업쇼바를 회로에 접속하여 서지전압을 억제하여, 기기를 보호할 필요가 있다. 서지업쇼바로서는, 콘덴서를 표준으로 하나, 부하의 충격파 내전압치에 의하여 ZnO 비직선저항체를 사용하는 수도 있다.

이상의 본 실시예에 의하여, 압력 150kg, 차단속도 0.93m/초로 7.2kV,31.5kA의 차단이 가능하게 된다.

실시예 5

제 12도는 실시예 4와 같은 진공밸브를 사용하여 직류회로를 차단하는 주회로구성을 나타낸 도면이다. 80은 직류전원, 81은 직류부하, 82는 진공밸브, 83은 쇼트링, 84는 전자반발코일, 85는 전류콘덴서, 86은 전류리액터, 87은 트리거갭, 88은 정지형 과전류 제거장치, 89는 ZnO 비직선저항체이다.

본 실시예에 있어서는 다음의 특징이 얻어진다.

(1) 차단시에 공기중 아크를 발생하지 않기 때문에 소음을 발생하지 않고, 방재효과가 있다.

(2) 개극시간이 짧기 때문에 (약 1ms) 규격치를 상회하는 돌진율의 사고전류의 차단이 가능하여, 한류치를 작게 억제할 수가 있다.

(3) 진공밸브의 사용에 의하여 고주파의 콘덴서 방전전류의 차단이 가능하여 아크시간이 극히 짧아 (약 0.5ms) 접점소모를 적게 할 수 있다.

(4) 정지형 과전류 제거장치의 채용에 의하여 전류눈금을 정밀도 좋게 설정할 수 있어 경년변화가 없다.

(5) 래치식의 전동스프링 조작기의 채용에 의하여 조작전류가 대폭으로 저감됨과 동시에 유지전류가 불필요하게 된다.

(6) 점유면적 이 약 ¼ 이 되어, 변전소 스페이스의 축소가 가능하게 된다.

실시예 6

제 13도는 다른 전극구조를 나타낸 단면도이다. (a)는 정면도이고, (b)는(a)의 A- A부의 정면도이다.

본 실시예에서는 실시예 1과 마찬가지로 주전극(92)을 Cu- Cu 다공질 소결체로 이루어지는 표면의 아크전극에 순동과 용침하여 전극지지부를 형성한 것이다. 이 주전극(92)에 대하여 세로자계 발생코일전극(91)을 납땜한 것으로, 순철 또는 스테인레스강으로 보강부재(96)의 납땜에 의하여 보강된다. 90은 도전봉이다. 주전극(92)은 코일전극(91)의 볼록형상부(95)에 납땜된다.

실시예 7

제 14도는 다른 예의 전극구조를 나타낸 도면이다. (a)는 평면도 및 (b)는 (a)의 B- B 단면도이다.

대향면에서 보아 서로 겹쳐지도록 되어 있고, 각각 우권(右卷)과 좌권(左卷)의 스파이럴형 전극이다. 100은 상호 접리가능한 부재로 아크전극부의 접촉부라 부른다. 101은 아크런너이다. 스파이럴홈(102)은 접촉부(100)에 종단을 가지고, 아크런너(101)를 각각 구분하고 있다. 각 아크런너는 그 선단부(103)로 전극 외주부와 접하고 있다. 또한, 아크러너의 매수는 임의이다. 전극은 예를 들면 Cu- Cr(동-크롬) 합금을 아크전극(104)과 전극 지지부(105)를 동의 용침에 의하여 형성한 일체형으로 만들어져 있다. 홈(102)은 기계가공에 의하여 형성할 수가 있다.

도시생략했으나, 단락전류(12.5kA) 이하의 진공차단기의 전극에는 스파이럴홈(102)이 없는 단순한, 소위 평판형 구조가 사용된다. 평판형 구조에 있어서, 접촉부, 아크런너에 상당하는 테이퍼부, 및 전극외주부를 가지고, 이것들은 일체형으로 만들어져 있다.

주전극은 납땜된 전극봉을 통하여 진공용기 외부의 전극단자에 접속된다.

제 14도의 스파이럴형 전극으로 교류회로의 단락전류 12.5∼50kA를 차단하는 경우의 동작을 설명한다. 먼저, 1쌍의 전극이 개극를 시작하면, 주전극의 접촉부(100)로부터 아크가 발생한다. 이 개극정으로부터의 경과 시간과 함께 전극간 아크는 접촉부(100)로부터 아크러너(101)를 거쳐 아크런너 선단부(103)로 이동하여 간다. 이 때 , 스파이럴형 전극구조의 특성으로부터, 전극공간에 반경방향의 자계가 형성되고, 이 자계의 방향은 아크의 방향과 직각이기 때문에, 이 자계는 가로자계라 부른다. 가로자계에 의한 구동효과에 의하여 전극상의 아크의 이동이 촉진되어, 전극의 불균일한 소모가 방지된다.

본 발명에 의하면, 아크전극과 그 아크전극을 지지하는 지지부재와 그 지지부재에 이어지는 코일전극을 가지는 고정측 전극 및 가동측 전극을 구비한 진공차단기에 있어서 상기 아크전극과 상기 아크전극 지지부재, 바람직하게는 코일전극재와는 비접합으로 이루어지는 용융일체의 구조를 가지고, 상기 지지부재 및 코일전극은 0.01∼2.5중량%의 Cr, Ag, V, Nb, Zr, Si, W 및 Be 등을 함유한 Cu 합금으로 구성되기 때문에, 납땜접합에 수반하는 각 부재의 기계가공공정 및 조립공정의 저감과 납땜접합 불량에 의한 전극재의 파괴나 탈락을 방지함과 동시에, 아크전극 지지부재 및 코일전극재의 강도향상에 의하여 전극변형에 따르는 용착장해를 방지할 수 있기 때문에 보다 신뢰성 및 안정성이 높은 진공차단기와 그것에 사용되는 진공밸브 및 전기접점을 제공할 수 있다.

제 1도는 본 발명의 전기접점의 제조법을 나타낸 공정도;

제 2도는 3개의 전기접점을 한번에 제조하는 경우의 주형의 단면도;

제 3도는 각종 전극의 형상과 그 제조주형의 관계를 나타낸 단면도;

제 4도는 Cr의 고용량과 용침온도의 관계를 나타낸 선도;

제 5도는 0.2% 내력과 합금원소의 고용량과의 관계를 나타낸 선도;

제 6도는 0.2% 내력과 비저항과의 관계를 나타낸 선도;

제 7도는 비저항과 합금원소와의 관계를 나타낸 선도;

제 8도는 진공밸브의 단면도;

제 9도는 진공밸브용 전극의 단면도;

제 10도는 진공밸브용 전극의 사시도;

제 11도는 진공차단기의 전체 구성도;

제 12도는 직류 진공차단기를 이용한 회로도;

제 13도는 다른 예의 진공밸브용 전극의 구조를 나타낸 단면도와 정면도;

제 14도는 다른 예의 진공밸브용 전극의 정면도와 단면도.

※ 부호의 설명 ※

1, 12, 31a, 31b, 41, 92, 104 · · · 아크전극

2, 13, 32a, 32b, 48, 94, 105 · · · 아크전극 지지부

4, 9 · · · 알루미나분 5 · · · 흑연용기

6 · · · 다공질 소결체 7 · · · 용침재

8 · · · 피더헤드

14, 33a, 33b, 42, 91 · · · 코일전극

15, 22, 34a, 34b, 90, 106 · · · 전극봉

17, 27, 44, 96 · · · 보강부재 35 · · · 진공용기

36 · · · 시일부재 37 · · · 벨로즈

56 · · · 슬릿홈 60 · · · 에폭시수지 통

61 · · · 절연조작로드 62 · · · 상부단자

63 · · · 집전자 64 · · · 하부단자

65 · · · 접촉스프링 66 · · · 지지레버

68 · · · 플렌저 71 · · · 주레버

72 · · · 트립코일 75 · · · 투입코일

76 · · · 배기통 80 · · · 직류전원

81 · · · 직류부하 82 · · · 진공밸브

83 · · · 쇼트링 84 · · · 전자반발코일

85 · · · 전류(轉流)콘덴서 86 · · · 전류리액틀

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Claims

절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브와, 상기 진공밸브내의 상기 고정측 전극과 가동측 전극의 각각에 상기 진공밸브 밖에 접속된 도체단자와, 상기 가동전극에 접속된 절연로드를 거쳐 상기 가동전극을 구동하는 개폐수단을 구비한 진공차단기에 있어서,

상기 고정측 전극 및 가동측 전극은 내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 1항에 있어서,

상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta중 1종 또는 2종 이상의 혼합물과, Cu, Ag 또는 Au로 이루어지는 고도전성금속 또는 이들을 주로 한 고도전성 합금의 합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 상기 고도전성금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 2항에 있어서,

상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta중 1종 또는 2종 이상의 합계량 50∼80중량%와 Cu 20∼50중량%를 함유하는 복합합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co, Fe중 1종 또는 2종 이상의 합계량이 2.5중량%, 이하와 Cu, Ag 또는 Au의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 아크전극은 다공질 내화금속 속에 함침된 고도전성금속의 복합합금으로 이루어지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 고정측 전극과 가동측 전극중 적어도 한쪽은 상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 5항에 있어서,

상기 세로자계 발생코일은 상기 전극 지지부에 납땜 또는 상기 고도전성금속의 용융응고에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 5항에 있어서,

상기 세로자계 발생코일은 원통상이고, 상기 원주면에 슬릿홈이 설치된 형상또는 그 횡단면이 대략인 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 진공밸브는 3조가 있고, 상기 3조의 진공밸브를 가로로 나열하여 수직의 절연통에 의하여 일체로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브와, 상기 진공밸브내의 상기 고정측 전극과 가동측 전극의 각각에 상기 진공밸브 밖에 접속된 도체단자와, 상기 가동전극에 접속된 절연로드를 거쳐 상기 가동전극을 구동하는 개폐수단을 구비한 진공차단기에 있어서,

상기 고정측 전극 및 가동측 전극은 내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 그 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속에 의하여 일체로 형성되고, 상기 전극 지지부의 0.2%, 내력이 10kg/㎣ 이상이고, 비저항이 2.8μΩcm이하인 것을 특징으로 하는 진공차단기.
고진공으로 유지된 절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브에 있어서,

상기 양전극은 내화성금속과 고도전성금속의 복합부재로 이루어지는 아크전극과, 상기 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
제 10항에 있어서,

상기 고정측 전극과 가동측 전극중 적어도 한쪽의 전극은 상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
제 10항 또는 11항에 있어서,

상기 세로자계 발생코일은 원통상으로서 그 원주면에 슬릿홈이 설치된 형상 또는 횡단면이 대략상인 것을 특징으로 하는 진공밸브.
제 10항에 있어서,

상기 고정측 전극 및 가동측 전극은 그것들의 외주부가 슬릿홈에 의하여 분리된 날개형을 가지는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
고진공으로 유지된 절연용기내에 고정측 전극과 가동측 전극을 구비한 진공밸브에 있어서,

상기 양전극은 내화성금속과 고도전성금속의 복합부재로 이루어지는 아크전극과, 상기 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지고, 상기 아크전극과 전극 지지부는 상기 고도전성금속에 의하여 일체로 형성되고, 상기 전극 지지부의 0.2% 내력이 10kg/㎣ 이상이고, 비저항이 2.8μΩcm이하인 것을 특징으로 하는 진공밸브.
내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 상기 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 포함하여, 상기 아크전극과 상기 전극지지부가 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기접점.
제 15항에 있어서,

상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta중 1종 또는 2종 이상의 혼합물과 Cu, Ag 또는 Au로 이루어지는 고도전성금속 또는 이것들을 주로 한 고도전성 합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 상기 고도전성금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기접점.
제 16항에 있어서,

상기 아크전극은 Cr, W, Mo 및 Ta중 l종 또는 2종 이상의 합계량 50∼80중량%와 Cu, Ag 또는 Au 20∼50중량%를 함유하는 복합합금으로 이루어지고, 상기 전극 지지부는 Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Ti, Co 및 Fe중 1종 또는 2종 이상의 합계량이 2.5중량% 이하 및 잔부 Cu, Ag 또는 Au인 고도전성 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기접점.
내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 상기 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 포함하여, 상기 아크전극과 상기 전극지지부는 상기 고도전성금속의 용융에 의하여 일체로 형성되고, 상기 전극 지지부의 0.2% 내력이 10kg/㎣ 이상이고 비저항이 2.8μΩcm이하인 것을 특징으로 하는 전기접점.
내화성금속과 고도전성금속의 합금으로 이루어지는 아크전극과, 상기 아크전극을 지지하는 고도전성금속으로 이루어지는 전극 지지부를 가지는 전기접점의 제조법에 있어서,

상기 아크전극은 내화성금속을 가지는 다공질 소결체상에 상기 고도전성금속을 올려놓고, 상기 고도전성금속을 용융하여 상기 다공질체중에 용침시켜 형성하고, 상기 전극 지지부는 상기 용침 후에 잔류하는 상기 고도전성금속의 두께를 상기 전극 지지부로서 필요한 두께로 설정하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조법.
제 19항에 있어서,

상기 아크전극 및 전극 지지부를 상기 고도전성금속의 용침시켜 응고하여 형성한 후, 소망의 온도로 유지시켜 상기 고도전성금속 속에 과포화로 고용한 금속또는 금속간 화합물을 석출시키는 열처리 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조법.
제 19항 또는 20항에 있어서,

상기 전기접점은 진공밸브의 고정측 전극 또는 가동측 전극인 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조법.
제 19항 또는 제 20항에 있어서,

상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일을 가지는 전기접점의 제조법에 있어서,

상기 고도전성금속의 상기 다공질체에의 용침 후에 잔류하는 두께와 형상을 상기 전극 지지부 및 세로자계 발생코일의 형상에 맞추어 용융응고에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조법.
제 4항에 있어서,

상기 고정측 전극과 가동측 전극중 적어도 한쪽은 상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 6항에 있어서,

상기 세로자계 발생코일은 원통상이고, 상기 원주면에 슬릿홈이 설치된 형상 또는 그 횡단면이 대략인 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 4항에 있어서,

상기 진공밸브는 3조가 있고, 상기 3조의 진공밸브를 가로로 나열하여 수직의 절연통에 의하여 일체로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 5항에 있어서,

상기 진공밸브는 3조가 있고, 상기 3조의 진공밸브를 가로로 나열하여 수직의 절연통에 의하여 일체로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 6항에 있어서,

상기 진공밸브는 3조가 있고, 상기 3조의 진공밸브를 가로로 나열하여 수직의 절연통에 의하여 일체로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 7항에 있어서,

상기 진공밸브는 3조가 있고, 상기 3조의 진공밸브를 가로로 나열하여 수직의 절연통에 의하여 일체로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
제 21항에 있어서,

상기 전극 지지부에 고도전성금속으로 이루어지는 세로자계 발생코일을 가지는 전기접점의 제조법에 있어서,

상기 고도전성금속의 상기 다공질체에의 용침 후에 잔류하는 두께와 형상을 상기 전극 지지부 및 세로자계 발생코일의 형상에 맞추어 용융응고에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전기접점의 제조법.