KR910006114B1 - 진공인터럽터(interrupter)의 전극재료와 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

진공인터럽터(INTERRUPTER)의 전극재료와 그의 제조방법

제1도는 본 발명에 관한 전극재료로 제작된 한쌍의 전극을 구비한 진공인터럽터의 종단면도.

제2a도 내지 제2d도는 제1실시예의 전극재료 조직을 X선 마이크로 애너라이저에 의해 촬영한 사진으로, 그 중에서, 제2a도는 조직의 2차 전자상, 제2b도는 조직중의 몰리브덴의 특성 X선 상(像), 제2c도는 조직중의 크롬의 특성 X선 상, 제2d도는 조직중의 구리의 특성 X선 상.

제3a도 내지 제3d도는 제2실시예의 전극재료 조직을 X선 마이크로 애너라이저에 의해 촬영한 사진으로, 그 중에서, 제3a도는 조직의 2차 전자상, 제3b도는 조직중의 몰리브덴의 특성 X선 상, 제3c도는 조직중의 크롬의 특성 X선 상, 제3d도는 조직중의 구리의 특성 X선 상.

제4a도는 내지 제4d도는 제3 실시예의 전극재료 조직을 X선 마이크로 애너라이저에 의해 촬영한 사진으로, 그 중에서, 제4a도는 조직의 2차 전자상, 제4b도는 조직중의 몰리브덴의 특성 X선 상, 제4c도는 조직중의 크롬의 특성 X선 상, 제4d도는 조직중의 구리의 특성 X선 상이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정전극 2 : 가동전극

3 : 진공용기 4 : 절연통

5 : 밀봉 부착금구 6 : 금속의 담부판

7 : 가동리이드 봉 8 : 금속 벨로우즈

본 발명은 진공인터럽터(interrupter : 차단기)의 전극재료와 그의 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 진공인터럽터의 전극재료는, A) 대전류, 예를들면, 사고전류의 차단 능력이 높을 것, B) 절연강도가 클 것, C) 내용착성이 양호할 것, D) 진상 및 지연(leading and lagging) 소전류 차단 능력이 높을 것, 및 E) 차단된 전류치가 가능한 한 작을 것 등의 조건을 동시에 만족시키는 것이 요구된다. 그러나, 현재의 기술수준으로는, 이들 모두의 조건을 동시에 만족시키는 전극재료는 제안되어 있지 않다. 예를 들면, 미량의 저융점·고증기압 재료를 구리에 함유시킨 재료로 이루어지는 여러 가지의 전극, 예를들어, 미국 특허 제3,246,979호에 기재되어 있는, 구리에 0.5중량%의 비스무트를 함유시킨 것(이하, Cu-0.5Bi 전극이라 함), 또는 미국 특허 제3,596, 027호에 기재되어 있는 것 등이 알려져 있다. 상기 Cu-0.5Bi 전극과 같이, 미량의 저융점·고증기압 재료를 구리에 함유시킨 전극은, 대전류 차단 능력 및 도전율이 비교적 높고, 또한, 내용착성이 양호한 반면, 절연강도, 특히 대전류 차단후의 절연강도가 현저하게 낮다고 하는 결점이 있다. 특히, 한쌍의 Cu-0.5Bi 전극의 차단 전류치는, 비교적 높은 10A이며, 그 때문에 전류차단시에 차단서-지(Surge)가 발생할 경우가 있다.

따라서, 한쌍의 Cu-0.5Bi 전극은, 지연 소전류 차단 능력이 낮아, 부하측 회로의 전기기기의 절연파괴를 일으킬 염려가 있었다. 상술한 미량의 저융점·고증기압 재료를 구리에 함유시킨 전극의 결점 제거를 목적으로 한 전극으로서, 구리와 고융점·저증기압 재료의 합금으로 이루어지는 각종의 전극이, 예를들면, 미국 특허 제3,811,393호에 기재되어 있다. 20중량%의 구리와 80중량%의 텅스텐과의 합금으로 된 것(이하 20Cu-80W 전극이라고함), 또는 영국 특허 출원, 공개 제2,024,257호에 기재된 것 등이 알려져 있다.

상기 20Cu-80W 전극과 같이, 구리와 고융점·저증기압 재료와의 합금으로 이루어진 전극은, 절연강도가 높아지는 반면, 대전류 차단 능력이 낮아지는 결점이 있다. 따라서, 진공인터럽터의 전극 차단 능력 및 내전압을 높인다는 것은 새로운 재료를 발견하지 않는 한 곤란하다는 것이 판명되었다. 본 발명의 목적은, 내용착성을 양호하게 유지하면서, 대소전류 차단 능력이 높으며, 특히 절연강도가 대폭으로 향상된, 진공인터럽터의 전극재료를 제공하는 것이다. 이 전극재료는 20-70중량%의 구리와, 5-70중량%의 몰리브덴과, 5-70중량%의 크롬과의 복합금속이다. 이 전극재료로 이루어진 전극에 의하면, Cu-0.5Bi 전극에 비하여, 절연강도가 3배 이상으로 되고, 차단전류치가 1/3-1/2로 되며, 차단할 수 있는 콘덴서 및 무부하선로의 충전 전류치가 2배로 되고, 또한, 20Cu-80W 전극과 같이 고융점·저증기압 재료를 구리에 함유시킨 전극에 비하여, 대전류 차단 능력이 높은 진공인터럽터의 전극을 얻을 수 있다. 한편, 내용착성은, 20-30% 저하하는데 불과하다. 이 저하는, 전극개방시 트립핑력(tripping force)을 약간 크게 하므로서 보상된다.

본 발명의 다른 목적은, 진공인터럽터의 전극재료의 제조방법을 제공하는 것이다. 이 제조방법은, 용침법과 소결법으로 대별된다. 융침법은, 몰리브덴분말과 크롬 분말과의 혼합분말을 비산화성 분위기 중에서의 확산 결합에 의해 다공질의 기재(基材)를 얻어, 이 다공질 기재에, 비산화성 분위기 중에서 용융된 구리를 용침시키는 것을 특징으로 한다.

소결법은 몰리브덴분말과 크롬 분말과 구리분말과의 혼합분말을 가압 성형하여 압분체(壓紛體)를 얻어 이 압분체를 비산화성 분위기 중에서 소결하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 총괄적으로 보아, 구리, 크롬 및 몰리브덴의 3원소를 복합재료로 하므로서, 각 원소의 결점을 보상함과 동시에 각 원소의 잇점을 살리고, 그것에 의하여 전극재료에 요구되는 제특성을 만족시키려고 하는 것이다. 본 발명의 총괄적 사상은 지지하는 사실은, 다음과 같은 것이다. 즉, 구리는 차단성능 및 도전률이 양호한 한편, 절연강도가 떨어진다. 크롬은, 절연강도가 양호하고, 또한 차단 전류치가 작은 한편 도전율이 열악하다. 몰리브덴은, 절연강도가 양호하고, 또한 연질의 잇점을 가지는 한편 차단전류치가 크다. 또, 야금면에서 보면, 구리가 크롬과 몰리브덴 중 어느 것과도 잘 융합되기 어렵고, 몰리브덴과 크롬이 매우 잘 융합되는 성질을 가지고 있다. 본 발명은 이들 사실에 의하여 이루어지게 되는 것이다. 본 발명의 다른 제목적 및 효과는, 다음의 설명 및 특허 청구의 범위 및 도면으로 명백해진다.

[실시예]

이하, 도면 및 사진 등의 도면을 참조하여, 본 발명의 호적한 실시예를 상세히 설명한다. 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 관한 전극재료로 제작된 한쌍의 고정 및 가동전극(1) 및 (2)를 구비한 진공인터럽터는 그 진공용기(3)의 주요부가, 절연유리 또는 세라믹스로 제작되고, 직렬로 결합된 2개의 절연통(4)와, Fe-Ni-Co 합금과 같은 금속으로 제작되고, 각 절연통(4)의 양단부에 배설된 총 4개의 두께가 얇은 원통 형상의 밀봉 부착 금구(5)와, 양 절연통(4)의 외단측에 밀봉 부착 금구(5)를 개재하여 절연통(4)에 밀봉 부착된 2장의 금속단부판(6)과, 가동전극(2)에 고정 부착된 가동 리이드봉(7)과, 한쪽의 금속 단부판(6)과의 틈을 기밀하게 유지하기 위한 금속 벨로우즈(bellows)(8)로 구성되어 있다. 상기 고정 및 가동전극(1) 및 (2)와, 직렬로 결합된 절연통(4)와의 사이에는, 양 절연통(4)의 내단측에 2개의 밀봉 부착 금구(5)로 지지된 원통형상의 금속시일드(SHIELD)(9)가 설치되어 있다. 이 금속시일드(9)는, 고정 및 가동전극(1) 및 (2)의 접속 분리시에 발생되는 금속증기가 각 절연통(4)의 내벽에 부착되는 것을 방지한다. 각 금속 단부판(6)의 내부면에는, 링 형상의 보조시일드(10)가 설치되어 있다. 이 보조시일드(10)는, 각 밀봉 부착 금구(5)와 각 절연통(4)과의 결합부에 있어서의 전계집중을 완화시키기 위한 것이다. 상기 고정 및 가동전극(1) 및 (2)는, 20-70중량%의 구리와, 5-70중량%의 몰리브덴과, 5-70중량%의 크롬과의 복합금속으로 이루어진다.

이 전극재료의 조직구조에 따른 성질은, 몰리브덴과 크롬과의 혼합분말을 확산 결합시켜 형성한 다공질 기재에 용융한 구리를 용침시키는 제조방법(이하, 용침법이라 한다)에 의한 경우와, 구리와 몰리브덴과, 크롬과의 혼합분말을 가압 성형하고, 크롬의 융점(1875℃) 보다 낮은 온도에서 소결시키는 제조방법(이하, 소결법이라 한다)에 의한 경우가 다르다. 따라서, 우선, 용침법에 의한 전극재료에 대하여 설명한다. 이 전극재료의 조직은, 100메시 이하의 몰리브덴분말 5-70중량%와, 100메시 이하의 크롬 분말 5-70중량%가 상호 확산 결합된 다공질 기재와 이 다공질 기재에 용침된 20-70중량%의 구리로 이루어진다. 상기 전극재료는, 이하의 공정을 거쳐 제조된다. 각 금속분말은, 모두 100메시 이하의 것이 사용되었다.

[제1용침법]

우선 최종조성비로, 몰리브덴이 5-70중량%, 크롬이 5-70중량%로 되어, 합계 30-80중량%로 되도록 조정된 소정량(예를들어, 얻고자 하는 전극 1개분에 상당하는 량)의 몰리브덴 및 크롬 분말이 기계적 수단으로 균일하게 혼합된다.

이어서, 얻어진 혼합분말은, 몰리브덴 크롬 및 구리 중 어느 것도 반응하지 않는 재료, 예를 들어 알루미늄이나 세라믹스로 이루어진 단면이 원형인 용기에 수납되어, 혼합분말위에 고형 구리재가 놓여진다.

이어서, 용기중의 혼합분말과 고형 구리재는, 비산화성 분위기중(예를들어, 5×10^-5Torr 이하의 압력의 진공중)에 있어서, 먼저, 구리의 융점(1083℃)보다 낮은 온도(예를들어, 600-1000℃)에서 일정시간(예를 들어, 5-60분간 정도), 가열 유지된다(이하, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정이라한다). 이에 의해, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정이 행해진다. 이어서, 얻어진 몰리브덴과 크롬과의 다공질 기재와 고형 구리재는, 구리의 융점 이상이고, 또한 다공질 기재의 융점 보다 낮은 온도 (예를들어 1100℃)에서, 5-20분간 정도, 가열 유지되고, 그것에 의해 용융된 구리가 다공질 기재에 용침된다(이하, 구리 용침공정이라 한다). 냉각 후, 소망의 전극재료가 얻어졌다.

[제2용침법]

먼저, 제1용침법의 경우와 마찬가지로 하여 조정된, 몰리브덴분말과 크롬 분말이 기계적 수단으로 균일하게 혼합된다.

이어서, 얻어진 혼합분말은, 제1용침법의 경우와 동일의 용기에 수납되고, 비산화성 분위기중(예를들어, 5×10^-5Torr 이하의 압력의 진공중, 수소 가스중, 질소 가스중 또는 아르곤 가스중)에 있어서, 크롬의 융점보다 낮은 온도(예를들어, 600∼1000℃)에서, 일정시간(예를들어, 5∼60분간 정도), 가열 유지된다. 이에 의하여, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정이 행해진다.

이어서, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정의 경우와 동일하거나 또는 다른 비산화성 분위기중(예를들어, 5×10^-5Torr 이하 압력의 진공중)에서 상기 다공질 기재위에 고형 구리재가 놓여지고, 이들 다공질 기재 및 고형 구리재는, 구리의 융점 이상이고, 또한, 다공질 기재의 융점보다 낮은 온도(예를들어 1100℃)에서, 5∼20분간 정도, 가열 유지되고, 그것에 의해 용융된 구리가 다공질 기재에 용침된다. 냉각 후, 소망의 전극재료가 얻어졌다.

상기의 제2용침법에 의하면, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정에 있어서, 상기 용기중에 고형 구리재가 수납되어 놓여져 있지 않음으로, 구리의 융점(1083℃) 이상이더라도 크롬의 융점(1875℃) 보다 낮은 온도라면, 몰리브덴과 크롬의 혼합분말을 가열 유지하여 다공질 기재를 제조할 수 있다.

또, 제2용침법의 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정은, 수소가스, 질소가스, 또는 아르곤가스의 각종 비산화성 분위기로 하고, 구리 융점 공정은, 진공 이하로 하고, 전극재료의 탈 가스를 행하여도 된다.

특히, 각종 비산화성 분위기 중의 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정을 거쳐, 원판 형상 전극의 다수개분의 상당하는 길이의 기둥형상의 다공질 기재를 제조하고, 이 기둥형상의 다공질 기재를 소요의 두께와 형성으로 절단하여, 예를들어 전극 1개분의 원판 형상의 다공질 기재로 가공한 후에, 진공 이하에서의 구리 용침공정을 거쳐, 소망의 전극재료를 얻을 수 있다.

용침법에 있어서는, 비산화성 분위기로서, 가열유지시에 전극재료로의 탈가스를 동시에 행할 수 있는 잇점이 있으므로, 진공상태가 다른 비산화성 분위기 보다도 바람직하다. 그러나, 비산화성 분위기로서 환원가스 또는 불활성 가스를 사용하더라도, 진공인터럽터의 전극으로서 실용상 아무런 문제가 없는 전극재료를 얻을 수 있다.

또, 몰리브덴-크롬 확산 결합에 필요로 하는, 가열온도와 유지시간은, 진공로 또는 다른 가스로의 조건, 제조해야 할 다공질 기재의 형상 및 크기 등의 조건, 및 작업성 등을 고려하고, 또한 전극재로서의 소망의 제성질을 만족하도록, 결정된다. 예를들어, 가열온도가 600℃이면, 유지시간은 60분간으로 결정되고, 가열 온도가 1000℃이면 유지시간은 5분간으로 결정된다.

몰리브덴 및 크롬 분말의 입자직경은, -60메시(250/μm이하)이면 된다. 그러나, 입자직경의 상한이 저하됨에 따라, 각 금속분말의 균일한 혼합, 즉, 각 금속입자의 균일한 분산은 일반적으로 곤란해지고, 또 각 금속입자는, 보다 산화하기 쉬워지기 때문에 그 취급이 한층 더 번거롭게 됨과 동시에 사용시에 전처리(前處理)를 필요로 한다.

한편, 각 금속분말의 입자직경이 60메시 보다 클 경우에는, 각 금속분말의 입자를 확산 결합시킬 때, 확산거리의 증대에 따라 가열온도를 높게하거나, 또는, 가열시간을 길게 하거나 하는 일이 필요하게 되어, 몰리브덴-크롬 확산 결합 공정의 생산성이 저하된다. 따라서, 각 금속분말 입자직경의 상한은, 여러 조건을 감안하여 선정된다.

상기 용침법에 있어서, 몰리브덴 및 크롬 분말의 입자직경을 100메시 이하로 한 이유는, 이들 금속입자의 보다 균일한 분산을 얻을 수 있고, 보다 양호한 확산 결합을 얻을 수 있어, 따라서 우수한 제특성을 가지는 전극재료를 얻을 수 있기 때문이다. 몰리브덴 입자와 크롬입자와의 양호한 상호 확산이 행해지지 않을 경우에는, 양 금속의 결점이 상호 보완되지 않고, 양 금속의 잇점도 발휘되지 않는다. 특히, 각 금속입자의 입자직경이 60메시 보다도 커질 경우에는, 절연강도가 작은 구리가 전극표면을 차지하는 비율이 현저하게 커지거나, 또는 입자직경이 커진, 몰리브덴, 크롬 및 몰리브덴-크롬 합금입자가 전극의 표면에 나타나게 되므로, 몰리브덴, 크롬 및 구리 각각의 결점이 이들 금속 각각의 잇점보다도 현저해 진다.

이하, X선 마이크로애너라이저(microanalyzer)를 사용하여 작성된, 제2a도 내지 제2d도, 제3a도 내지 제3d도, 및 제4a도 내지 제4d도에 의거하여, 상술한 제1용침법(단, 비산화성 분위기는, 5×10^-3Torr 압력의 진공)에 의한 전극재료의 여러실시예에 따른 복합금속의 조직을 설명한다.

전극재료의 제1실시예는, 몰리브덴이 40중량%, 크롬이 10중량%, 및 구리가 50중량%의 조성을 가진다.

제2a도에는 전극재료의 제1실시예에 관계되는 조직의 2차 전자상을 도시한다. 제2b도는, 분산시킨 몰리브덴 입자의 특성 X선 상을 도시한 것으로, 섬형상으로 점재하는 부분이 몰리브덴이다. 제2c도는, 분산시킨 크롬입자의 특성 X선상을 도시한 것으로, 섬형상으로 점재하는 부분이 크롬이다. 제2d도는, 용침된 구리의 특성 X선상을 도시한 것으로, 흰 부분이 구리이다.

이들 제2a도 내지 제2d도로부터 명백한 바와 같이, 몰리브덴분말과, 크롬 분말은, 조직 전체에 걸쳐서 균일하게 분산되며, 또한, 서로 확산 결합하여, 몰리브덴 및 크롬입자의 직경보다도 크게 입자가 하나로 결합된 다수의 섬형상 부분을 형성하고 있다. 이들 섬형상 입자는, 전체 조직에 걸쳐 균일하게, 또한, 강고하게 연결되어 다공질 기재를 구성하고, 이 다공질 기재의 빈 구멍 부분에 구리가 용침되어 있다. 전극재료의 제2실시예는, 몰리브덴이 25중량%, 크롬이 25중량%, 및 구리가 50중량%의 조성을 가진다.

제3a도는, 전극재료의 제2실시예에 따른 조직의 2차 전자상이다. 제3b도는, 분산한 몰리브덴 입자의 특성 X선 상으로서, 섬형상으로 점재하는 부분이 몰리브덴이다. 제3c도는, 분산시킨 크롬입자의 특성 X선상으로서, 흰층으로 테두리가 둘여진 섬형상 부분이 크롬이다. 이들 섬 형상부분은, 몰리브덴과 크롬이 균일하게 상호 확산된 회색 부분과, 크롬이 풍부한 흰부분과, 몰리브덴이 풍부한 흰부분으로 이루어진다. 제3d도는, 용침된 구리의 특성 X선상으로서, 흰 부분이 구리이다.

이들 제3a도 내지 제3d도로부터 명백한 바와 같이, 몰리브덴분말이 크롬 분말 보다도 안쪽으로 깊숙이 들어가서, 몰리브덴이 풍부한 부분과, 이 부분을 둘러싼 비교적 얇은 크롬 외층을 형성하고, 이들 몰리브덴이 풍부한 부분과 크롬 외층은, 상호 일체로 결합된 다수의 섬형상 입자를 형성하고 있다.

몰리브덴분말과 크롬 분말 또는 제2a도 내지 제2d도에 도시된 것과 마찬가지로, 다수의 섬형상 입자를 형성하고 있다.

이들 2종의 섬형상 입자가 전체 조직에 걸쳐 균일하고, 또한, 강고하게 연결되어 다공질 재료를 구성하고, 이 다공질 기재의 빈구멍부분에 구리가 용침되어 있다. 전극재료의 제3 실시예는, 몰리브덴이 10중량%, 크롬이 40중량%, 및 구리가 50중량%의 조성을 가진다. 제4a도는, 전극재료의 제3 실시예에 따른 조직의 2차 전자상이다. 제4b도는, 분산시킨 몰리브덴 입자의 특성 X선상으로서, 섬형상의 부분이 몰리브덴이다. 제4c도는, 분산시킨 크롬입자의 특성 X선상으로서 섬형상으로 점재하는 다수의 흰부분이 크롬이다. 이들 흰 부분 중 몇 개인가의 내부에 존재하는 회색부분이 몰리브덴이 풍부한 부분이다. 제4d도는, 용침된 구리의 특성 X선상으로서, 흰 부분이 구리이다.

이들 제4a도 내지 제4d도로부터 명백한 바와 같이, 몰리브덴의 분말이 크롬 분말보다도 안쪽으로 깊숙이 들어가서, 몰리브덴이 풍부한 부분과, 이 부분을 둘러싼 비교적 두꺼운 크롬 외층을 형성하고, 이들 몰리브덴이 풍부한 부분과 크롬 외층은, 상호 일체로 결합된 다수의 섬형상 입자를 형성하고 있다. 이들 몰리브덴과 크롬으로 이루어진 섬형상 입자와 크롬입자만으로 이루어진 섬형상입자가 전체 조직에 걸쳐 균일하고, 강고하게 연결되어 다공질 기재를 구성하고, 이 다공질 기재의 빈 구멍부분에 구리가 용침되어 있다.

이상과 같이 도시하고 상술한, 전극재료의 제1, 제2및 제3 실시예는, 직경50mm, 두께 6.5mm의 원판에 형성되고, 이 원판의 둘레 가장자리에 R=4mm의 둥근 원판형상 전극으로 되고, 그리고 이와 같이 형성된 1쌍의 전극이 제1도에 도시된 진공인터럽터에 짜넣어 졌다. 검증은, 주로, 이 진공인터럽터의 제성능에 대해서 행해지고, 전극재료 자체의 성능에 대해서는 도전율과 경도에 대해서 행해졌다. 검증의 제결과는, 다음과 같았다. 설명은, 주로, 전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극에 대하여 행하고, 전극재료의 제2및 제3 실시예에 관계되는 전극의 제성능이 전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극의 것과 다를 경우에는, 그 때마다, 다른점이 특기된다.

1) 대전류 차단능력

12kArms의 전류를 차단할 수 있었다.

2) 절연강도

극 간의 갭을 3.0mm로 유지하고, JEC187시험법에 따라, 임펄스 내전압 시험을 행한 결과, 120kV(단, 오차±10kV)의 정부(正負)임펄스의 내전압치를 나타냈다.

또, 12kArms의 전류차단 후에 동일의 임펄스 내전압시험을 행하였을 경우에도, 동일의 내전압치를 나타내었다. 또, 진상 소전류 80kArms를 통전하여, 다수회 연속 개폐한 후에도, 동일의 임펄스 내전압시험을 행한 경우, 거의 동일의 내전압치를 나타내었다.

또한, 전극재료의 제2및 제3 실시예에 관계되는 전극은, 모두, 극간의 갭 3.0mm로 110kV의 정임펄스 내전압치 및 120kV의 부임펄스 내전압치를 나타내었다.

3) 내용착성

IEC 단시간 전류규격에 따라, 고정 및 가동전극 (1) 및 (2)끼리는, 130kgf의 힘으로 가압되고, 이들 전극(1) 및 (2)간에 있어서, 25kArms의 전류가 3초간 통전되고, 그 후, 200kgf의 정적분리력으로 문제없이 분리되었다. 후부의 접촉저항의 증가는, 2-8%의 범위에 그쳤다. 또, IEC 단시간 전류규격에 따라, 양 전극(1) 및 (2) 끼리는, 1000kgf의 힘으로 가압되고, 이들 전극(1) 및 (2)간에 있어서, 50kArms의 전륙라 3초간 통전되고, 그 후, 200kgf의 전적분리력으로 문제없이 분리되었다. 그 후의 접촉저항의 증가는, 0-5%의 범위에 그쳤다. 따라서, 전극(1) 및 (2)는, 실용상 양호한 내용착성을 가지고 있다.

4) 지연 소전류 차단 능력

JED181의 진행 소전류 차단 시험 규격에 따라, 전극(1) 및 (2)간에 30Arms의 시험전류가 통전되었다. 차단전류치는, 평균3.9A(단, 표준 편차 σn=0.96, 표본수 n=100)이었다.

또한, 전극 재료의 제2 및 제3 실시예에 관계되는 전극의 차단전류치는, 각각 평균 3.7A(단, =1.26, n=100) 및 평균 3.9A(단, =1.5,n=100)이었다.

5) 진상 소전류 차단 능력

JEC181의 진행 소전류 차단 시험 규격에 따라, 전압이

, 80Arms의 시험 진상 소전류가 전극(1) 및 (2)간에 더해져, 10,000회 연속개폐시험이 행해졌다. 재점화는, 발생하지 않았다.

6) 도전율

%도전율(단, IACS로)이 20-50%였다.

7) 경도

하중 1kgf에서 측정되고, 비커즈 경도 Hv는, 106-182였다. 위에 게재한 1)-7)항에서 알 수 있듯이, 전극재료의 제1, 제2및 제3 실시예에 관계되는 1쌍의 전극은, 진공인터럽터의 전극의 조건으로 볼 때, 우수한 제성능을 가진다. 전극재료의 제1실시예에 관계되는 1 쌍의 전극을 가지는 진공인터럽터의 제성능과, 이들 전극과 동일 형상으로 한 1쌍의 Cu-0.5Bi 전극을 가지는 진공인터럽터의 제성능을 비교한 결과는 다름과 같았다.

i ) 대전류 차단능력

양자 동일하다.

ii ) 절연강도

전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극이 극간 갭 3.0mm에서 나타내는 임펄스 내전압치는, Cu-0.5Bi 전극이 극간 갭 10mm에서 나타내는 임펄스 내전압치와 동일하였다. 따라서, 전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극은, Cu-0.5Bi 전극의 3배 정도 강한 절연강도를 가진다.

iii) 내용착성

전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극의 내용착성은, Cu-0.5Bi 전극의 내용착성의 80％에 이른다. 그러나, 이정도의 저하는, 실용상 거의 문제가 없다. 필요한 경우에는, 전극개방시 분리력을 약간 증가시키면 된다.

iv) 지연 소전류 차단 능력

전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극의 차단전류치는, Cu-0.5Bi 전극 차단 전류치의 40％밖에 해당하므로 차단서지(Surge)는, 거의 문제로 되지 않는다. 더구나. 상기 치는, 지연 소전류, 차단을 위한 전극 다수회 개폐후도 변화하지 않는다.

v ) 진상 소전류 차단 능력

전극재료의 제1실시예에 관계되는 전극은, Cu-0.5Bi 전극에 비하여 2배의 콘덴서 및 무부하선로의 충전전류를 차단할 수 있었다.

전극재료의 제2및 제3 실시예에 관련되는 전극도, Cu-0.5Bi 전극과의 비교예에 있어서, 제1실시예에 관계되는 전극과 거의 동일의 결과를 나타내었다. 그러나. 용침법에 의하여 제조된 전극 재료중의 각 금속 조성비에 대하여 이하의 사실이 판명되었다.

몰리브덴이 5중량％ 미만의 경우에는, 절연 강도가 급격히 저하된다. 한편, 몰리브덴이 70중량％를 초과할 경우에는, 대전류 차단 성능이 급격히 저하되었다.

크롬이 5중량％ 미만의 경우에는, 차단 전류치가 급격히 커졌다. 한편, 크롬이 70중량％를 초과할 경우에는, 대전류 차단 능력이 급격히 저하되었다.

구리가 20중량％미만의 경우에는, 전극 자체의 도전율이 급격히 저하되고, 게다가, 단시간 전류시험 후의 접촉 저항이 급격히 커지므로, 정격 전류 통전시의 주울 열량이 급격히 커진다. 따라서, 구리 20중량％미만인 전극의 실용성은, 크게 저하되었다. 한편, 구리가 70중량％를 초과할 경우에는, 절연 강도가 급격히 저하됨과 동시에 내용착성도 급격히 약화되었다.

이하, 소결법에 의한 전극 재료에 대하여 설명한다. 이 전극재료는, 100메시 이하의 구리분말 20∼70중량％와, 100메시 이하의 몰리브덴분말 5∼70중량％와, 100메시 이하의 크롬분말 5∼70중량％와의 혼합분말이 소결된 조직을 가진다.

소결법에 의한 전극재료는, 다음과 같은 공정을 거쳐 제조된다. 각 금속분말은, 모두 100메시 이하의 것이 사용되었다.

[제1소결법]

우선, 제1용침법의 경우와 마찬가지로 하여 조정된, 구리분말과 몰리브덴 분말과 크롬 분말이 기계적 수단으로 균일하게 혼합된다.

이어서, 얻어진 혼합분말은, 소정의 용기에 수납되고, 소정의 압력(예를들어, 2000∼5000kgf/cm²)으로 가압 성형되어, 압분체를 형성된다.

이어서, 압분체는, 용기로부터 인출되어, 비산화성 분위기(예를들어, 5×10^-5Torr 이하 압력의 진공중, 수소가스중, 질소가스중 또는 아르곤가스 중에 있어서, 구리의 융점(1083℃)보다도 낮은 온도로, 일정시간(예를들어, 5∼60분간 정도), 가열 유지된다. 이에 의해, 압분체는, 소결되고, 복합금속의 전극재료로 된다.

[제2소결법]

제1소결법과 다른점은, 압분체가 구리의 융점 이상이고, 또한 크롬 융점보다 낮은 온도로 소결되는 것이다.

소결법에 있어서의 비산화성 분위기로서는, 용침법에 있어서의 비산화성 분위기와 마찬가지로, 가열 유지시에 탈가스를 동시에 행할 수 있는 이점이 있으므로, 진공 쪽이 다른 비산화성 분위기보다도 바람직하다. 그러나, 비산화성 분위기로서 환원가스 또는 부활성가스를 사용하더라도, 진공인터럽터의 전극으로서 실용상 아무런 문제가 없는 전극재료가 얻어진다.

또, 압분체의 소결에 필요로 하는, 가열온도와 유지시간은, 진공로 또는 가스로의 조건, 제조해야 할 전극재료의 형상 및 크기 등의 조건, 및 작업성 등을 고려하고, 또한, 전극재료로서의 소망의 제성질을 만족할 수 있도록 결정된다. 예를들어, 가열온도가 600℃라면, 유지시간은 60분간으로 결정되고, 가열온도가 1000℃이면, 유지시간은 5분간으로 결정된다.

각 금속분말의 입자직경을 100메시 이하로 한 이유는, 각 금속 입자가, 전극재료의 조직중에 있어서, 균일하게 분산된 상태에서, 양호하게 상호 결합되도록 하기 위함이다.

상술한 제2소결법(단, 비산화성 분위기는, 5×10^-5Torr 압력의 진공)에 의하여, 전극재료의 제4 실시예(구리 50중량％, 몰리브덴 45중량％, 크롬 5중량％), 제5 실시예(구리 50중량％, 몰리브덴 25중량％, 크롬 25중량％) 및 제6 실시예(구리 50중량％, 몰리브덴 5중량％, 크롬 45중량％)에 따른 전극은, 전극재료의 제1, 제2및 제3 실시예에 따른 전극과 동일하게 제조되었다. 이들, 전극재료의 제4, 제5, 및 제6 실시예에 따른 전극에 대하여, 전극재료의 제1, 제2및 제3 실시예에 따른 것과 동일의 검증이 행해졌다. 이 검증의 제결과는 다음과 같았다. 설명은 주로, 전극재료의 제4 실시예에 따른 전극에 대하여 행하고, 전극재료의 제5 및 제6 실시예에 따른 전극의 제성능이 전극재료의 제4 실시예에 따른 전극의 것과 다를 경우는, 그때마다 다른점이 특기된다.

8) 대전류 차단 능력

11kArms의 전류를 차단할 수 있었다.

9) 절연강도

극간 갭을 3.0mm로 유지하여, JEC 187의 시험법에 따라 임펄스 내전압시험을 행한 결과, 정부 임펄스 전압에 대하여 각 130kV(단, 오차±10kV)의 내전압치를 나타내었다. 또, 11kArms의 전류 차단 후에 동일의 임펄스 내전압 시험을 행하였을 경우에도, 동일의 내전압치를 나타내었다.

또, 진상 전류 80Arms로, 10,000회 연속 개폐한 후에도, 거의 동일의 내전압차를 나타내었다.

10) 내용착성

3)항과 동일한 방법으로 검증하고, 동일의 결과를 얻었다.

11) 지연 소전류 차단 능력

4)항과 동일한 시험방법으로 검증한 결과, 차단전류치는, 평균 4.3A였다. 또한, 전극재료의 제5 및 제6실시예에 따른 전극의 차단전류치는, 각각 평균 4.0A(단, σn =1.28, n=100) 및 평균 4.2A였다.

12) 진상 소전류 차단 능력

5)와 동일한 방법으로 검증하고, 동일의 결과를 얻었다.

13) 도전율

%도전율(단, IACS로)이 17∼45%였다.

14) 경도

하중 1kgf하에 측정되고, 비커즈 경도 Hv는 120∼210이었다.

전극재료의 제1, 제2및 제3실시예의 경우와 동일한 방법으로, 전극재료의 제4실시예에 따른 1쌍의 전극을 가지는 진공인터라이터의 제성능과, 이들 전극과 동일 형상으로 한 1쌍의 Cu-0.5Bi 전극을 가지는 진공인터럽터의 제성능을 비교한 결과는 다음과 같았다. 즉, 대전류 차단 능력, 절연강도, 진상 소전류 차단 능력의 점에서, 전극재료의 제4실시예는, 전극재료의 제1실시예와 동일의 결과를 나타내었다.

한편, 전극재료의 제4실시예에 따른 내용착성은, Cu-0.5Bi 전극의 내용착성의 약 70%에 이르렀다. 이 정도의 저하는, 실용상 거의 문제가 없다.

또, 전극재료의 제4실시예에 따른 차단전류치는, Cu-0.5Bi 전극의 차단전류치의 1/3∼1/2 밖에 없으므로, 차단서지는, 거의 문제로 되지 않는다. 또한, 그 값은, 지연 소전류 개폐를 위한 전극 다수회 개폐 후에도 변화하지 않는다. 그리고, 소결법에 의하여 제조된 전극재료 중의 각 금속의 조성비에 대하여 이하의 사실이 판명되었다.

몰리브덴이 5중량% 미만의 경우에는, 차단전류치가 급격히 커졌다. 한편, 몰리브덴이 70중량%를 초과할 경우는, 대전류 차단 능력이 급격히 저하되었다.

크롬 및 구리의 조성비에 대해서는, 용침법에 의해 제조된 전극재료의 경우와 동일한 효과가 확인되었다.

제1소결법에 의하면, 제2소결법에 비하여 코스트가 낮고, 얻어진 전극재료의 도전율의 저하가 작다.

제2소결법에 의하면, 제1소결법에 비하여 얻어진 전극재료의 기공률이 저하되고, 즉, 보이드(Void)가 적어지고, 따라서, 흡수된 가스가 적어지는 동시에 기계강도가 향상된다.

Claims (12)

1. 20~70중량%의 구리와, 5~70중량%의 몰리브덴과, 5~70중량%의 크롬과의 복합금속으로 이루어진 진공인터럽터의 전극재료.
2. 5~70중량%의 몰리브덴 분말과, 5~70중량%을 크롬 분말을 상호 확산 결합시킨 다공질 기재와, 이 다공질 기재에 20~70중량%의 구리가 용침된 복합 금속으로 이루어진 진공인터럽터의 전극재료.
3. 제2항에 있어서, 진공인터럽터의 전극재료로서, 각 금속분말의 입자 직경이 100메시 이하인 것을 특징으로 하는 진공인터럽터의 전극재료.
4. 제1항에 있어서, 진공인터럽터의 전극재료로서, 분말화된 각 금속의 혼합물이 소결된 것을 특징으로 하는 진공인터럽터의 전극재료.
5. 제4항에 있어서, 진공인터럽터의 전극재료로서, 각 금속분말의 입자 직경이 100메시 이하인 것을 특징으로 하는 진공인터럽터의 전극재료.
6. 합계가 30~80중량%에 이르는, 5~70중량%의 몰리브덴 분말과 5~70중량%의 크롬을 혼합하는 공정과, 몰리브덴, 크롬 및 구리중 어느 것과도 반응하지 않는 용기에, 상기 혼합공정에 의해 얻어진 혼합분말과 20~70중량%의 고형 구리재를 수납하는 공정과, 이들 혼합분말과 고형구리재를 구리의 융점보다 낮은 온도에서 일정시간 가열 유지하고, 혼합분말을 확산 결합시켜 몰리브덴과 크롬으로 이루어진 다공질 기재를 제조하는 공정과, 다공질 기재와 고형구리재를 구리의 융점 이상이고, 또한 크롬의 융점 보다도 낮은 온도에서 일정시간 가열 유지하고, 그것에 의해 융용된 구리를 다공질 기재에 용침시키는 공정으로 이루어지고, 수납공정, 확산 결합공정 및 용침공정은 동일한 비산화성 분위기 중에서 시간적으로 연속해서 행해지는 진공인터럽터 전극재료의 제조방법
7. 제6항에 있어서, 비산화성 분위기는 5×10^-5Torr 이하의 진공인 것을 특징으로 하는 진공인터럽터 전극재료의 제조방법.
8. 합계가 30~80중량%에 이르는, 5~70중량%의 몰리브덴 분말과 5~70중량%의 크롬 분말을 혼합하는 공정과, 크롬 융점보다도 낮은 온도의 비산화성 분위기 중에서, 일정시간 상기 혼합공정에 의해 얻어진 혼합분말을 가열 유지하고, 확산 결합에 의해 몰리브덴과 크롬의 다공질 기재를 제조하는 공정과, 동일 또는 다른 비산화성 분위기 중에 있어서, 가열 유지공정에 의해 얻어진 다공질 기재에, 용융된 20~70중량%의 구리를 용침시키는 공정으로 이루어진 진공인터럽터 전극재료의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 구리 용침공정은, 다공질 기재에 인접하여 고형 구리재를 두는 공정과, 구리의 융점 이상이고, 또한 크롬의 융점보다도 낮은 온도의 비산화성 분위기 중에서 일정시간 다공질 기재 및 고형구리재를 가열 유지하고, 것에 의해 용융된 구리를 다공질 기재에 용침시키는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공인터럽터 전극재료의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 구리 용침공정의 비산화성 분위기는 5×10^-5Torr이하의 진공인 것을 특징으로 하는 진공인터럽터 전극재료의 제조방법.
11. 20~70중량%의 구리분말과, 5~70중량%의 몰리브덴 분말과, 5~70중량%의 크롬 분말을 혼합하는 공정과, 얻어진 혼합분말을 가압 성형에 의해 압분체로 성형하는 공정과, 크롬의 융점보다도 낮은 온도의 비산화성 분위기 중에서, 상기 가압성형 공정에 의해 얻어진 압분체를 소결하는 공정으로 이루어진, 진공인터럽터의 전극재료의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 소결공정의 온도는 구리의 융점보다도 낮은 것을 특징으로 하는 진공인터럽터 전극재료의 제조방법.

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