PL63357B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 25.IX.1971 63357 KI. 21 g, 32 MKP H 01 h, 1/04 CZYTELNIA UKjUjrzedu Patent*'—^ Polskiij ttiim&f- U Twórca wynalazku: Allan John Wood Wlasciciel patentu: The English Electric Company Limited, Londyn (Wielka Brytania) Zestyk przerywacza prózniowego Przedmiotem wynalazku jest zestyk przerywacza prózniowego, zawierajacy w prózniowej obudowie pare wspólpracujacych styków, przeznaczony do przerywania obwodów silnopradowych, zwlaszcza obwodów pradu zmiennego o pradzie szczytowym powyzej 10 000 A, w których na stykach przerywa¬ cza, po przerwaniu obwodu wystepuje napiecie rzedu kilku tysiecy woltów.Przerywacz prózniowy wymaga przy projekto¬ waniu i wytwarzaniu go wiele fachowosci. Pod¬ stawowe zjawiska fizyczne zachodzace w plazmie luku elektrycznego w przerywaczu przypominaja pod wieloma wzgledami zjawiska wystepujace w wyladowczej lampie rteciowej lecz maja równiez znaczne róznice wymagajace powaznych badan do¬ datkowych. Wymagania w przypadku wyladowania lukowego w prózni sa bardziej ostre niz w po¬ przednich urzadzeniach i wymagaja stosowania wyszukanych sposobów technologicznych wytwa¬ rzania i sposobów pomiarowych, zwlaszcza przy wytwarzaniu i sprawdzaniu materialów stykowych.Przy wytwarzaniu tych materialów, wymagane jest dokladne sprawdzanie ilosci gazu resztkowego, uzyskanie malej zdolnosci materialu do zgrzewania sie styków, malej erozji, malej emisji katodowej, i stabilnosci punktów katodowych przy niskich pradach pomimo malego cisnienia resztek par lub gazów po przerwaniu pradu o duzym natezeniu.W kazdym przerywaczu obwodu silnopradowego miejscowe nagrzewanie i stapianie styku stwarza 10 15 20 25 30 tendencje do zgrzewania sie styków ze soba. W przerywaczu prózniowym, nieobecnosc zanieszycz- czen wzmaga znacznie tendencje do zgrzewania sie styków. Wybór materialu stykowego jest zatem ograniczony bardziej niz normalnie.W przerywaczach prózniowych o zdolnosci prze¬ rywania pradu o wartosci szczytowej natezenia pradu do 10 kA zaroodporne materialy stykowe,, wzglednie materialy o duzej temperaturze topnie¬ nia byly dotychczas zadowalajaco stosowane w celu zmniejszenia lub uniemozliwienia zgrzewania sie styków w stanie zwarcia i tworzenia sie ostrych wystepów na powierzchniach styków podczas ich rozwierania.Styki posiadajace czesci powierzchni stykowych z materialów zaroodpornych lub zawierajace osno¬ we z materialu zaroodpornego nie sa jednak zado¬ walajace dla silnopradowych przerywaczy próznio¬ wych, w których wyladowania lukowe, wystepuja¬ ce pomiedzy rozwartymi stykami podczas przery¬ wania pradu, nagrzewa material zaroodporny w punkcie lub w punktach anodowych na powierzch¬ ni jednego ze styków do temperatury, przy któ¬ rych wystepuje wtórna emisja katodowa elektro¬ nów gdy wymieniony styk staje sie katoda po zmianie kierunku napiecia styków, nastepujacej po przerwaniu pradu przemiennego. Zaroodpornosc materialu uniemozliwia ograniczanie wzrostu tem¬ peratury przy miejscowym stapianiu powierzchnio¬ wym. Emisja katodowa powoduje zbyt latwe po- 633573 nowne zapalenie sie luku, co znacznie ogranicza wytrzymalosc przerywacza na napiecie o odwró¬ conym kierunku.Z tego powodu pierwsze znane, zadowalajaco pracujace, prózniowe przerywacze silnopradowe, pracuja na innej, zmniejszajacej sklonnosc do to¬ pienia sie, zasadzie, zwanej slaboscia miedzykry- staliczna.Znane przerywacze silnopradowe maja styki wy¬ konane z miedzi stopionej z mala iloscia bizmutu, który jest rozpuszczalny w cieklej miedzi, lecz po ochlodzeniu kondensuje sie i tworzy kruche war¬ stwy miedzy krysztalami miedzi. Jezeli nastapi zgrzanie styków krysztaly powierzchniowe sa latwo . odlamywane przy rozwieraniu styków. Tego typu, nie podlegajacy ogrzewaniu, styk niezaroodporny, czyli wykonany z materialu o temperaturze top¬ nienia nizszej niz temperatura, w której zaczyna wystepowac znaczna emisja katodowa, nie podle¬ ga ograniczeniom pradowym, które zostaly omó¬ wione powyzej.Styki takie maja jednak powazna wade, polega¬ jaca na tym, ze material styku, bedac na skutek swej struktury, mechanicznie slabym, ma tenden¬ cje do erozji i szybkiego zuzywania sie, a ponad¬ to powoduje wiele ograniczen mechanicznej kon¬ strukcji styków, które powinny byc idealnie okre¬ slone przez kryteria zjawisk fizycznych w plazmie.Celem wynalazku jest skonstruowanie silnoprado- wego przerywacza prózniowego, w którym oslabie¬ nie tendencji styków do zgrzewania sie nastepuje na nowej zasadzie zapewniajacej unikniecie opisa¬ nych wyzej niedogodnosci tak, by styki nie podle¬ galy ograniczeniom pradowym, wlasciwym dla ma¬ terialów zaroodpornych oraz ograniczeniom mecha¬ nicznym, wlasciwym dla materialów z oslabiajaca warstwa miedzykrystaliczna.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku w ten spo¬ sób, ze w prózniowym przerywaczu, w którym w obudowie próznioszczelnej umieszczona jest para wspólpracujacych styków, posiadajacych czesci wy¬ konane z materialów niezaroodpornych, przy czym czesci te stanowia powierzchnie stykowe przezna¬ czone do zetkniecia gdy styki sa ze soba zwierane, a pomiedzy tymi czesciami w czasie rozwierania styków w celu przerwania pradu wystepuje wy¬ ladowanie lukowe, wymienione czesci zawieraja takie rózne materialy, które po przemieszaniu w stanie cieklym na powierzchniach stykowych w czasie wyladowania lukowego reaguja chemicznie tworzac warstwy, które pozostaja na powierz¬ chniach stykowych gdy styki sa nastepnie chlo¬ dzone, przy czym warstwy te po zgrzaniu sie ze soba gdy styki sa zwarte, tworza krucha lamliwa spoine, niszczona przy nastepujacym po tym roz¬ wieraniustyków. ^ Wynalazek umozliwia wykonanie mechanicznie silnych styków niezaroodpornych o duzej prze¬ wodnosci elektrycznej i cieplnej, które sa wyko¬ nane calkowicie z odpowiednich, odmiennych ma¬ terialów, reagujacych w celu utworzenia wymie¬ nionych warstw lub zawieraja odpowiednie, od¬ mienne skladniki.Wynalazek rozszerza mozliwosc wyboru materia¬ lów stykowych, poniewaz sklonnosc wybranych 4 materialów do zgrzewania sie i ich plastycznosc nie maja juz wplywu na dzialanie styków, gdyz na po¬ wierzchniach stykowych utworzona zostaje krucha,, lamliwa warstwa.Jesli chodzi o dobranie odpowiednich dla danych warunków pracy zestyku przerywacza materia¬ lów reagujacych ze soba wzajemnie, pomocne sa rozwazania dotyczace innych procesów metalur¬ gicznych, w których niepodobne metale sa stapia¬ ne ze soba. Przykladami takich procesów jest po¬ krywanie stali cyna i brazowanie pewnych ukla¬ dów metalicznych, w których to procesach istnieje tendencja do tworzenia sie kruchych faz posred¬ nich. W procesach tych kruchosc jest szkodliwa 15 i podejmuje sie dzialania zmierzajace do uniemoz¬ liwienia tworzenia sie takich faz posrednich. Je¬ dnakze kruchosc taka moze byc spozytkowana w dzialaniu zestyku przerywacza prózniowego.Pomoca do wybrania odpowiednich materialów 20 sa metalurgiczne wykresy fazowe ukladów róznych metali. Jesli wykres fazowy wykazuje obecnosc faz posrednich o stalym skladzie lub skladzie zmiennym w waskim zakresie, które sa stabilne w temperaturze normalnej, taka kombinacja meta- 25 li jest potencjalnie uzyteczna. Przykladowo, wykres równowagi zelazo — cyna wykazuje, ze tworza sie dwie takie fazy posrednie — FeSn i FeSn2. Widac to na wykresie z linii pionowych oznaczajacych zwiazki o stalym skladzie. 3 W innym ukladzie, w którym tworza sie kruche produkty reakcji, mianowicie w ukladzie miedz — tytan — istnieja cztery fazy posrednie o stalym skladzie — Ti2Cu, TiCu, Ti2Cu3 i TiCu3. W ukla¬ dzie miedz — cyna, gdzie równiez tworza sie kru¬ che fazy, waskie zakresy skladu oznaczone sa dla faz „ypsilon" i „eta".Nalezy jednak pamietac, ze równiez pewne fazy o szerokim zakresie skladu sa znane jako kruche i fazy takie nie powinny byc wykluczone z rozwa- 0 zan. Gdy znajdzie sie uklad potencjalnie uzytecz¬ ny, trzeba przestudiowac inne wlasciwosci sklad¬ ników aby stwierdzic ich ogólna przydatnosc dla zestyków przerywaczy prózniowych.Wlasciwosciami tymi sa cisnienie pary, opornosc 5 wlasciwa, poszczególne wlasciwosci mechaniczne i tak dalej. Przykladowo stykowy uklad cyna — ze¬ lazo móglby byc uzyteczny jednak niewatpliwie w ograniczonym zakresie stosowalnosci, ze wzgle¬ du na duza opornosc wlasciwa zelaza i niska tem- 50 perature topnienia cyny.Z tych wzgledów uwaza sie, ze najbardziej za¬ dowalajacy w praktyce jest uklad srebro/nikiel — srebro/krzem. Przedmiot wynalazku jest dokladniej omówiony na podstawie rysunku, przedstawiajace- 55 go przerywacz prózniowy.Przerywacz prózniowy ma dwie metalowe plyt¬ ki krancowe 1, 2, z którymi sa polaczone próznio- szczelne dwa izolatory rurowe 3, 4. Pomiedzy izo¬ latorami 3, 4 zacisnieta jest, przymocowana' do 60 nich kryza 5, stanowiaca czesc cylindrycznej oslo¬ ny 6 i podtrzymujaca te oslone.Nieruchomy styk. 7 przymocowany jest próznio- szczelnie do plytki krancowej 1 i zaopatrzony jest w zacisk 8, sluzacy do podlaczenia obwodu zew- 65 netrznego.63357 Ruchomy styk 9 slizga sie w tulei 10 zamocowa¬ nej w plytce krancowej 2 i polaczony jest z urza¬ dzeniem uruchamiajacym (nie pokazanym), które powoduje ruch styku 9 z pokazanego polozenia rozwarcia do polozenia zwarcia, w. którym styk ruchomy 9 dotyka styku nieruchomego 7. Rucho¬ my styk 9 polaczony jest za pomoca na przyklad elastycznego przewodu 11 z drugim zaciskiem ob¬ wodu. Z ruchomym stykiem 9 polaczony jest szczelnie jeden koniec elastycznego mieszka 12, którego drugi koniec polaczony jest szczelnie' z plytka koncowa 2. W pierwszym wykonaniu prze¬ rywacza wedlug wynalazku, czesc stanowiaca opal- na powierzchnie jednego ze wspólpracujacych sty¬ ków 7, 9 wykonana jest z materialu srebro-krze- mowego, a czesc stanowiaca opalna powierzchnie drugiego styku wykonana J3st z materialu srebro- -niklowego, przy czym nie jest istotne czy styk 7 wykonany jest z materialu srebro-krzemowego, a styk ruchomy 9 z materialu srebro-niklowego czy tez odwrotnie.Kazdy ze styków 7, 9 ma ksztalt cylindryczny i jesli sa one zwarte to stykaja sie swoimi wspól¬ pracujacymi, plaskimi, kolowymi powierzchniami krancowymi 13, 14, pomiedzy którymi wystepuje wyladowanie lukowe. Dla unikniecia ostrych kra¬ wedzi, przejscie z powierzchni cylindrycznej na plaska, kolowa powierzchnie krancowa zaokraglo¬ ne jest niewielkim promieniem.Styk srebro-krzemowy wykonany zostal przez prózniowe stopienie czystego srebra z czystym krzemem w grafitowym tyglu. Wysoka próznia uzyskiwana byla za pomoca pomp dyfuzyjnych, zaopatrzonych w pulapki z parami cieklego azotu.Przestrzegano przy tym czystosci. Metale byly na¬ grzewane pradem wielkiej czestotliwosci przy za¬ stosowaniu uzwojenia molibdenowego do tempera¬ tury 1050°C i utrzymywanie w tej temperaturze przez 30 minut, po czym byly odlane we wlewki.Zalecanymi proporcjami wagowymi sa 4—6% krzemu i 94—96% srebra. W powyzszy sposób wy¬ konane wlewki obrabiane byly normalnymi meto¬ dami az do uzyskania ksztaltu styku.Styk srebro-niklowy wykonany jest przez praso¬ wanie proszku niklowego o ziarnach o srednicy okolo 5 ^m w prasie hydraulicznej pod cisnieniem 2,5 tony na centrymetr kwadratowy przy uzyciu stalowej matrycy i stalowego stempla. Wypraska byla spiekana w wysokiej prózni przez 20 minut w temperaturze 800°C, a nastepnie nasycana czys¬ tym srebrem w wysokiej prózni, w tyglu grafito¬ wym przez 10 minut w temperaturze 1050°C.Ksztalt styku zostal uzyskany z nasyconej wy- praski normalnymi metodami obróbczymi. Badanie styków wykonanych w powyzszy sposób wykazalo, ze powierzchnia stykowa zawiera wagowo od 70 do 80°/o niklu. Zalecana zawartosc niklu wynosi 65 do 85% wagowo/ Praca prózniowego przerywacza posiadajacego wykonany w podany sposób jeden styk srebro- -krzemowy i jeden styk srebro-niklowy wykazala, ze przy wystapieniu luku pomiedzy wspólpracuja¬ cymi powierzchniami stykowymi nastepuje wymia¬ na materialu i wytworzenie na powierzchniach sty¬ kowych, nieelastycznych warstw z krzemianów ni¬ klu. Przypuszcza sie, ze tworzone sa rózne rodzaje tych zwiazków, a miedzy innymi Ni2Si, Ni3Si2 i NiSi2.Stwierdzono, ze styki sa mechanicznie wytrzy- 5 male, ze posiadaja duza przewodnosc elektryczna i cieplna i ze zostala wyraznie zmniejszona sklon¬ nosc do zgrzewania sie styków i do tworzenia sie na powierzchniach stykowych, w wyniku czescio¬ wego zgrzania sie ich, metalicznych ostrych wyste- io PÓw. Zrozumiale jest, ze tworzenie sie takich ostrych wystepów ma wplyw na trwalosc styku i zmniejsza powaznie wytrzymalosc napieciowa styków rozwartych.Jakkolwiek wynalazek nie ogranicza sie do po- 15 wyzej opisanych materialów stykowych, nalezy jednak podkreslic, ze przy okreslaniu przydatnosci materialów konieczne jest uwzglednienie nie. tyl¬ ko omawianych poprzednio wlasciwosci, lecz rów¬ niez i innych czynników znanych specjalistom, jak 20 na przyklad charakterystyki przerywania pradu.Styk srebro-krzemowy moze byc uzyskany rów¬ niez przez zmieszanie proszku srebra z proszkiem krzemu (na przyklad w stosunku wagowym 90% srebra, 10°/o krzemu). Po dokladnym wymieszaniu, 25 proszek jest zgniatany w prasie pod cisnieniem 1,5 tony na centymetr kwadratowy, a uzyskana wy¬ praska jest spiekana w prózni przez 45 minut w . temperaturze 750qC. Sposób ten zapewnia uniknie¬ cie pewnych trudnosci wystepujacych przy topie- 30 niu i odlewaniu w prózni wedlug sposobu podane¬ go poprzednio, które wystepuja zwlaszcza przy du¬ zej zawartosci krzemu, na przyklad przekraczaja¬ cej 5i0/o.Wedlug drugiego wykonania przerywacza wedlug wynalazku, czesc stanowiaca powierzchnie opalna jednego ze wspólpracujacych ze soba styków 7, 9, wykonana jest z bardzo czystej miedzi, natomiast czesc stanowiaca opalna powierzchnie drugiego styku wykonana jest z oczyszczonego, odgazowa- nego prózniowo tytanu. Praca prózniowego przery¬ wacza posiadajacego jeden styk z oczyszczonego, odgazowanego prózniowo tytanu wykazala, ze przy wystapieniu luku pomiedzy wspólpracujacymi ze soba powierzchniami stykowymi tworza sie nieela¬ styczne warstwy zwiazków miedziano-tytanowych i ze wystepuje zmniejszenie sklonnosci do zgrze¬ wania sie styków. i Wymienione wyzej materialy sa przykladami od- 50 powiednich materialów, które uwazane sa obecnie za najbardziej odpowiednie, jednak mozliwosc wy¬ boru tych materialów nie jest przez to ograniczona. 35 40 45 55 PL PL

Claims (10)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Zestyk przerywacza prózniowego, zawierajacy w prózniowej obudowie pare wspólpracujacych sty¬ ków, które maja wykonane z materialów nieognio- 60 trwalych czesci, stanowiace powierzchnie stykowe, stykajace sie ze soba gdy styki sa zwarte, przy czym pomiedzy tymi czesciami nastepuje wylado¬ wanie lukowe gdy styki sa rozlaczane w czasie przerywania pradu, znamienny tym, ze wymienio- 65 ne czesci zawieraja takie odmienne materialy, któ-63357 re po zmieszaniu w stanie stopionym na powierz¬ chniach stykowych podczas wyladowania lukowe¬ go reaguja chemicznie, tworzac warstwy, które po¬ zostaja na powierzchniach stykowych, gdy styki sa nastepnie ochladzane i które po zgrzaniu ze so¬ ba gdy styki sa laczone, tworza cienka spoine, któ¬ ra lamie sie kruszac przy rozwieraniu styków.

2. Zestyk wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wspomniana czesc jednego styku wykonana jest z srebro-krzemu, a wymieniona czesc drugiego styku wykonana jest z srebro-niklu.

3. Zestyk wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze wymieniona czesc srebro-krzemowa wykonana jest ze spiekanej wypraski z mieszaniny proszków krze¬ mu i srebra.

4. Zestyk wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze czesc srebro-krzemowa zawiera zasadniczo 90% zrebra i 10% krzemu liczonych wagowo.

5. Zestyk wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze 10 15 czesc srebro-krzemowa wykonana Jest ze stopu od¬ lewniczego srebra i krzemu.

6. Zestyk wedlug zastrz. 5, znamienny tym, le czesc srebro-krzemowa zawiera zasadniczo 94—96°/t srebra i 6—4°/o krzemu liczonych wagowo.

7. Zestyk wedlug zastrz. 2—6, znamienny tym, ze czesc srebro-niklowa wykonana jest ze spieka¬ nej wypraski z proszku niklu zmieszanego ze sreb¬ rem.

8. Zestyk wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze czesc srebro-niklowa zawiera wagowo 65—85D/o ni¬ klu, a uzupelnieniem jest srebro.

9. Zestyk wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze czesc srebro-niklowa zawiera wagowo 70—80% ni¬ klu, a uzupelnieniem jest srebro.

10. Zestyk wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wymieniona czesc jednego styku wykonana jest z miedzi, a wymieniona czesc drugiego styku wyko¬ nana jest z tytanu. WDA-l. Zam. 1143. Naklad 250 egz. PL PL