KR820000166B1

KR820000166B1 - Vaccume breacker

Info

Publication number: KR820000166B1
Application number: KR7801692A
Authority: KR
Inventors: 마사루 가도우
Original assignee: 진도 사다가쓰; 미쓰비시전기주식회사
Priority date: 1978-06-03
Filing date: 1978-06-03
Publication date: 1982-02-23

Abstract

This invention is the suitable vacuum breaker utilizing the high voltage withstand of Cr among the properties of electrical contact materials. The mixture of Cu and Cr powder sintered at 1030≰C becomes Cu-Cr alloy appearing the homogeneous structure. When the average diameter of Cu powder is over 5 m, and that of Cr powder is under 100 m, the vacuum break made by them is excellent.

Description

Vacuum breaker

제 1 도는 본 발명에 의해 얻은 Cu－Cr계 합금으로 된 접점재료를 현미경으로 본 조직사진.1 is a micrograph of a contact material of a Cu-Cr alloy obtained by the present invention under a microscope.

제 2 도는 동과 크롬의 양과 도전율과의 관계를 나타낸 특성도.2 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of copper and chromium and the conductivity.

제 3 도는 동과 량과 접촉저항과의 관계를 나타난 특성도.3 is a characteristic diagram showing the relationship between copper content and contact resistance.

제 4 도는 동과 량과 표면경도와의 관계를 나타난 특성도.4 is a characteristic diagram showing the relationship between copper content and surface hardness.

제 5 도는 동과 량과 내전압과의 관계를 나타난 특성도.5 is a characteristic diagram showing the relationship between copper content and withstand voltage.

제 6 도는 동과 량과 차단전류와의 관계를 나타낸 특성도.6 is a characteristic diagram showing the relationship between copper quantity and breaking current.

제 7 도는 동과 량과 내용착성과의 관계를 나타낸 특성도.7 is a characteristic diagram showing the relationship between copper content and weldability.

제 8 도는 크롬의 평균입경과 내전압과의 관계를 나타낸 특성도.8 is a characteristic diagram showing the relationship between the average particle diameter of chromium and the withstand voltage.

제 9 도는 동의 평균입경과 수소환원 감량, 납(Pb)함유량과의 관계를 나타낸 특성도이다.9 is a characteristic diagram showing the relationship between the average particle diameter of copper, hydrogen reduction loss, and lead (Pb) content.

본 발명은 높은 내전압용으로 사용되는 우수한 진공차단기에 관한 것이다.The present invention relates to an excellent vacuum circuit breaker used for high withstand voltage.

진공차단기의 접점특성으로써,As the contact characteristics of the vacuum circuit breaker,

(1) 차단성능이 높고,(1) high blocking performance,

(2) 내전압이 높으며,(2) high withstand voltage,

(3) 접촉저항이 적고,(3) low contact resistance,

(4) 용착력이 적으며,(4) less welding force,

(5) 차단전류차가 작아야 된다 등이 요구되는 것이다.(5) The interruption current difference should be small.

그러나 실제로 접점재료로(接點材料)로서는, 이들의 특성을 모두 만족시킨다는 것은 곤란하며, 일반적으로 용도에 따라 특히 중요한 특성을 만족시키고, 다른 특성은 어느 정도 희생시키면서 얻어지는 것이다.However, as a contact material, in reality, it is difficult to satisfy all of these characteristics, and in general, it is particularly satisfactory depending on the application, and other characteristics are obtained at some cost.

본 발명은 전압이 높고 또 전류량이 큰 회로로 사용되는데 적합한 직교류(直交流)차단기를 제공을 목적으로 하기때문에 위의 (1)(2)(3)의 특성을 구비한 새로운 접점을 가진 진공차단기를 실현시킨 것이다.The present invention aims to provide a cross-flow circuit breaker suitable for use in a circuit having a high voltage and a large amount of current, so that a vacuum having a new contact having the characteristics of (1) (2) (3) above. The breaker is realized.

본 발명자는 고전압인 경우, 유리한 접점으로서 크롬(Cr)이 진공중에서 내전압이 크다는데 착안하였다. 그런데, 이 크롬은 내열성 금속이므로 열전자방사 특성이 강하여 단독으로는 큰 차단성능을 얻을 수 없다. 또 도전율이 적고 접촉저항이 크기 때문에 그대로는 큰 전류용량의 차단기로서는 온도상승이 발생하여 사용할 수가 없다.The present inventors have focused on the fact that chromium (Cr) has a high withstand voltage in vacuum as an advantageous contact in the case of high voltage. However, since this chromium is a heat-resistant metal, it has a strong thermoelectron radiation characteristic, so that a large blocking performance cannot be obtained by itself. In addition, since the electrical conductivity is low and the contact resistance is large, the temperature rise occurs as a circuit breaker with a large current capacity and cannot be used.

본 발명은 다음에 기술하는 바와같이 크롬이 갖고 있는 결점을 제거하고, 크롬이 갖고 있는 높은 내전압이라는 잇점을 유효하게 이용함으로써 위 목적에 적합한 진공차단기를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a vacuum circuit breaker suitable for the above object by eliminating the defects of chromium and effectively utilizing the advantage of high withstand voltage of chromium as described below.

본 발명은 크롬의 결점을 해소하기 위해 크롬동(Cu)을 첨가함으로써 해소시켰다.The present invention was solved by adding chromium copper (Cu) to solve the defect of chromium.

본 발명의 접점합금을 동과 크롬의 분말로부터 분말야금법(粉末冶金法)에 의해 제조하는 실시예에 대하여 설명한다.The Example which manufactures the contact alloy of this invention from the powder of copper and chromium by the powder metallurgy method is demonstrated.

종래의 주조법은 크롬이 불균일분산(不均一分散)하는 결점이 있는데, 분말야금법에 의하면 동의 매트릭스중에는 크롬이 균일하게 분산된 Cu－Cr 합금을 용이하게 얻을 수 있다. 이것은 제 1 도의 조직사진에 의해 명백하다. 그리고 본 발명에서는 평균입경 5㎛이상의 동의 분말등을 사용한다.The conventional casting method has a drawback in that chromium is non-uniformly dispersed. According to the powder metallurgy, a Cu-Cr alloy in which chromium is uniformly dispersed in a copper matrix can be easily obtained. This is evident by the organizational picture of FIG. In the present invention, copper powder having an average particle diameter of 5 µm or more is used.

이와 같은 입경의 동분말을 사용함으로써 평균입경 3㎛ 정도의 동에 비하여 수소환원 감량이 적어지고, 저비점불순물(低沸點不純物)이 적어진다. 또한, 이와 같은 접점재료는 고전압 대전류용 진공차단기용의로써 우수하다.By using the copper powder of such a particle size, the reduction of hydrogen reduction and the low boiling point impurity are reduced compared with the copper of an average particle diameter of about 3 micrometers. In addition, such contact materials are excellent for use in vacuum circuit breakers for high voltage and high current.

또 실제적으로 재접점재료를 제조할 경우, 금속부진이 인체에 주는 영향을 방지할 필요가 있으며, 이와 같은 점에서 평균입경 Cu－Cr정도의 동과 비교할 경우, 평균입경 5㎛ 이상의 동분말을 사용하는 편이 유리하다. 즉, 금속분진 대책 및 부유(浮遊)방지상 유리하다.In addition, when manufacturing a recontacting material, it is necessary to prevent the effect of sluggish metal on the human body. In this regard, when compared with copper having an average particle diameter of Cu-Cr, copper powder having an average particle diameter of 5 µm or more is used. It is advantageous to do it. In other words, it is advantageous to prevent metal dust and to prevent floating.

또, 본 발명에서는 이와 같은 Cu－Cr 합금을 진공 또는 수소, 내온, 알콜등의 할로겐화수소로 된 비산화분위기(非酸化雰圍氣) 중에서 소결시켜 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a method of producing such a Cu-Cr alloy by sintering in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere made of hydrogen halides such as hydrogen, internal temperature, and alcohol.

크롬은 대단히 산화하기 쉬운 결점을 갖고 있어, 일반적인 주조법으로서는 사용이 곤란하지만, 본 발명에서는 진공중 또는 강력한 환원능력을 가진 분위기중에서 소결하기 때문에 산화를 충분히 방지할 수가 있다.Chromium has a drawback that is very easy to oxidize and is difficult to be used as a general casting method. However, in the present invention, sintering can be sufficiently prevented because it is sintered in a vacuum or in an atmosphere having a strong reducing ability.

그리고, 평균입경 3㎛ 정도의 동을 사용하는 접점재료는 이미 설명한 바와 같이 산소함유량, 저비점 불순물 함유량 등의 면에서 난점이 있으며, 이 때문에 재료 중의 산화물을 해리제거되어 저비점 불순물도 증발비산시키기 위해 고온 진공처리를 한다.As described above, a contact material using copper having an average particle diameter of about 3 μm has difficulties in terms of oxygen content, low boiling point impurity content, and the like. Therefore, high temperature is required to dissociate and remove oxides in the material to evaporate low boiling point impurities. Vacuum treatment.

여기서, 진공 또는 높은 진공상태를 유지하면서 운전하기 때문에 운전효율이 낮고, 균일한 가열이 곤란하며, 경비가 높고 접점에 드는 코스트도 높아진다.Here, since operation is performed while maintaining a vacuum or high vacuum state, operation efficiency is low, uniform heating is difficult, high cost, and high cost for a contact point.

본 발명자는 실험에 의해 평균입경 3㎛ 정도의 동을 사용하여 수소소결법을 시험하였다. 실험에 의하면 산소함유량, 저비점 불순물 함유량의 면에서 다소 난점이 있었다. 평균입경 5㎛ 이상의 동을 사용하면 양호한 Cu－Cr 합금을 얻을 수가 있었다.The inventors tested the hydrogen sintering method using copper of an average particle diameter of about 3 micrometers by experiment. Experiments showed some difficulties in terms of oxygen content and low boiling point impurity content. When copper of 5 µm or more in average particle diameter was used, good Cu-Cr alloys could be obtained.

또 진공 소결법에서는 평균입경 3㎛의 동에서도 산소함유량, 저비점 불순물 함유량의 면에서 양호한 결과를 얻었다.In the vacuum sintering method, good results were obtained in terms of oxygen content and low boiling point impurity content even in a copper having an average particle diameter of 3 µm.

이와 같이 평균입경 5㎛ 이상으로 함으로써 수소소결법 등의 비산화분위기 중에서의 소결법을 적용하여도 산소함유량, 저비점 불순물 함유량의 면에 불합리한 점이 없기 때문에 소결로의 운전효율을 높혀 접점재료로 염가로 제조할 수가 있었다. 또 다시, 본 발명에서는 평균입경 100㎛ 이하의 크롬분말을 사용한다.In this way, the average particle diameter of 5 µm or more does not unreasonable in terms of oxygen content and low boiling point impurity content even when the sintering method in a non-oxidizing atmosphere such as hydrogen sintering method is applied. I could. Again, in the present invention, chromium powder having an average particle diameter of 100 µm or less is used.

크롬에 높은 내압성능을 발휘시키기 위해 동 매트릭스 중에 크롬이 균일하게 분산시킬 필요가 있기 때문에 크롬의 입경이 보다 작은 것이 바람직하다. 그래서, 크롬의 평균입경의 상한선(上限線)에 대하여 내전압 차단성능 등으로부터 검토한 결과 평균입자 100㎛ 이하이면 좋다는 것이 밝혀졌다.It is preferable that the particle size of chromium is smaller because chromium needs to be uniformly dispersed in the copper matrix in order to exhibit high pressure resistance performance in chromium. Therefore, the upper limit of the average particle diameter of chromium was examined from the breakdown voltage breakdown performance and the like, and it was found that the average particle size should be 100 µm or less.

이하 본 발명의 1실시예를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

여기서 언급하는 Cu－Cr계합금은 소정의 비율로 미리 혼합시켜 성형된 Cu－Cr 분말 재료를 한 예로서 하여 노점 －20℃ 정도의 수소분위기중에서 1030℃ 온도로 소결한다.The Cu-Cr alloys mentioned herein are sintered at a temperature of 1030 ° C in a hydrogen atmosphere of about -20 ° C with a dew point of -20 ° C as an example of a Cu-Cr powder material that is pre-mixed and molded at a predetermined ratio.

이와같은 수소분위기 중에 있어서 소결전에 동 혹은 크롬분말에 불순물로서 함유되는 미량의 저비점 재료를 미소결단계에서 진공분위기중에 미리 고온 가열함으로써 이들의 불순물질을 제거할 수 있다.In such a hydrogen atmosphere, these impurities can be removed by heating a small amount of the low boiling point material contained as an impurity in copper or chromium powder before sintering in a vacuum atmosphere in a microcrystalline step in advance.

그 결과 내전압성이 개선되었다. 또, 동, 크롬분말의 산화물을 유효하게 환원, 제거하는데는 수소분위기의 노점이 충분하게 낮은 것이 필요하다.As a result, the withstand voltage was improved. In addition, in order to effectively reduce and remove oxides of copper and chromium powder, it is necessary that the dew point of the hydrogen atmosphere is sufficiently low.

그러나 노점이 －20℃ 정도에서 산소가스 함유량을 3500ppm 중량비 이하로 억제할 수가 있고, 산소가스함유량 3500ppm 중량비 이하이면 진공차단기용 Cu－Cr계합금 접점재료로서 필요하고도 충분한 성능을 얻을 수가 있다.However, when the dew point is about -20 ° C, the oxygen gas content can be suppressed to 3500 ppm by weight or less, and when the oxygen gas content to 3500 ppm by weight or less, necessary and sufficient performance can be obtained as a Cu-Cr alloy alloy contact material for a vacuum circuit breaker.

다시 가속시험에 의해 30－50년 상당의 진공수명을 검증하였다. 또 진공차단기용 접점재료로서는 이론밀도에 대한 밀도비가 높은 것이 바람직하나 Cu－Cr 계 합금은 밀도비 90%이상에서 수 10KV, 수10KA를 차단 가능하며 전류개폐에 의한 소모량도 문제없이 적다는 것을 확인하였다.The accelerated test again validated the vacuum life equivalent to 30-50 years. In addition, it is preferable that the density ratio to the theoretical density is high as the contact material for the vacuum circuit breaker, but the Cu-Cr-based alloy can block several 10KV and several 10KA at a density ratio of more than 90%, and the consumption by the current switching is also low. It was.

또 수소소결의 경우 동분말이 용융하지 않은 온도에서 고상(固相)소결하면 접점 내부에까지 수소가스가 침입하므로, 동 및 크롬분말이 갖는 산화물을 유효하게 환원, 제거할 수 있고, 반대로 동분말이 용융하는 온도에서 액상 소결함으로써 고상소결에 의한 경우보다도 단시간에 소요의 밀도를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.In the case of hydrogen sintering, when solid phase sintering at a temperature at which the copper powder does not melt, hydrogen gas penetrates into the contact point, so that oxides of copper and chromium powder can be effectively reduced and removed. It was confirmed that the required density can be obtained in a short time by the liquid phase sintering at the melting temperature than in the case of solid state sintering.

제 1 도는 본 발명의 1실시예에 의해 얻어진 Cu－Cr(중량비 Cu 75%, Cr 25%)계 재료의 현미경사진에 의한 조직사진을 표시하였는데 동중에 크롬의 입자가 균일하게 분산하여 양호한 상태를 나타내고 있다.FIG. 1 shows a micrograph of a Cu-Cr (weight ratio Cu 75%, Cr 25%)-based material obtained by Example 1 of the present invention. It is shown.

제 2 도 내지 제 8 도에서 본 발명에 의한 Cu－Cr계 재료의 특성을 나타낸다.2 to 8 show the characteristics of the Cu-Cr based material according to the present invention.

제 2 도는 동량과 도전율과의 관계로서, 동의량과 함께 도절율이 증대하는 것을 나타낸다.2 is a relationship between the same amount and the electrical conductivity, showing that the cutting rate increases with the amount of copper.

제 3 도는 동량과 접촉저항과의 관계를 나타낸다.3 shows the relationship between the same amount and the contact resistance.

제 4 도는 동의량과 표면경도(Rockwell Fscale)의 관계를 나타내나 동의량과 함께 경도가 저하한다.4 shows the relationship between the amount of copper and Rockwell Fscale, but the hardness decreases with the amount of copper.

제 3 도를 보면 제 2 도, 제 4 도의 상승효과로서 동의량이 증대함과 동시에 도전율이 상승하고, 경도가 저하하여 유효 접촉면적이 증대한 결과 접촉저항이 저하한 것으로 해석된다.As shown in FIG. 3, the synergistic effect of FIG. 2 and FIG. 4 increases the amount of copper, the conductivity increases, the hardness decreases, and the effective contact area increases.

제 5 도는 약 200A의 전류를 5만회 개폐시킨 후 내전압과 동량과의 관계를 나타낸다.5 shows the relationship between the breakdown voltage and the same amount after opening and closing a current of about 200A 50,000 times.

제 5 도에서는 내전압이 동량과 함께 저하된다는 것을 이해할 수 있다.In FIG. 5, it can be understood that the withstand voltage decreases with the same amount.

제 6 도는 동량과 차단전류의 관계를 표시한 것인데, 차단전류는 동량에 대해서 저곡선을 나타내며 동량의 20－80% 사이에서 평균 3.3A 이하로 된다.Fig. 6 shows the relationship between the same quantity and the breaking current, and the breaking current shows a low curve with respect to the same quantity, and averages less than 3.3A between 20-80% of the quantity.

본 발명의 1실시예에 의해 얻어진 접점의 차단전류치의 특징은 예컨대 Cu－Bi계와 비교하면 평균치가 상당히 저하되는 것과 분포의 폭이 좁아지는 것, 전류개폐 후에도 그다지 변화하지 않은 것 등이다.The characteristics of the breaking current value of the contact obtained by the embodiment of the present invention are, for example, that the average value is considerably lowered compared to the Cu-Bi system, the width of the distribution is narrowed, and the current has not changed much after the current switching.

또, Cu－Bi 계에 국한하지 않고 저비점 재료를 첨부한 접점의 차단전류치는 전류개폐회수에 대한 분포가 비교적 크다.In addition, the cut-off current value of the contact with the low boiling point material, which is not limited to the Cu-Bi system, has a relatively large distribution with respect to the current switching frequency.

제 7 도에서는 동의량과 용착특성의 관계를 표시하였다.7 shows the relationship between the copper amount and the welding characteristic.

이 데이터는 모델관의 접점에 20㎏의 기압력을 가하여 놓고, 소정의 전류를 흐르게 한다음 100㎏의 힘으로 트리프할 수 있는 최대전류치를 나타낸다.This data shows a maximum current value that can be tripped with a force of 100 kg after applying a predetermined pressure of 20 kg to a contact of the model tube, allowing a predetermined current to flow.

⒜는 용착되지 않는 전류, ⒝는 용착한 유류이다.전류 is the non-welded current, ⒝ is the welded oil.

제 8 도는 크롬의 입도와 내전압과의 관계를 나타내며, 크롬의 평균입경이 100㎛ 이하이면 대략 일정한 내전압 성능을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.8 shows the relationship between the particle size of chromium and the breakdown voltage, and it can be seen that when the average particle diameter of chromium is 100 µm or less, a substantially constant breakdown voltage performance can be obtained.

제 9 도에 동의 평균입경과 수소환원 감량 및 순도 특히 납의 함유량과의 관계를 나타낸다.9 shows the relationship between the average particle diameter of copper and the hydrogen reduction loss and purity, especially the content of lead.

평균입경 3㎛ 정도의 동의 수소환원감량과 비교하면 평균입경 5㎛ 정도의 것은 50% 이하로 감소한다.Compared with copper reduction of about 3 µm in average particle diameter, the one having an average particle diameter of 5 µm is reduced to 50% or less.

동일하게 Pb의 함유량과 비교하면 100% 이하로 된다.Similarly, it becomes 100% or less compared with content of Pb.

본 발명자는 다른 특성 예컨대 동의 %와 표면강도, 접촉저항, 차단전류, 40KArms 차단시의 아아크시간의 관계에 대하여서도 검토하였으나 어느 것이나 우수한 특성을 나타내었다.The present inventors have also examined the relationship between other properties such as% of copper, surface strength, contact resistance, breaking current, and arc time at blocking of 40 KArms.

Claims

A vacuum circuit breaker having the defect of sintering by the grain metallurgy method and composed of copper and chromium, the average particle diameter of copper being 5 µm or more and the average particle diameter of chromium of 100 µm or less.