DE3336696A1

DE3336696A1 - Verbesserte vakuumtrennerkontakte

Info

Publication number: DE3336696A1
Application number: DE19833336696
Authority: DE
Inventors: Sidney J. Elmira N.Y. Cherry
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1982-10-26
Filing date: 1983-10-08
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPS5994320A; US4501941A; IN161723B; CA1219024A; GB2130013A; IT8341629A0; ZA837449B; GB8326921D0; IT8341629A1; GB2130013B; IT1172766B

Description

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

VNR: 1o9126

Düsseldorf, 6. Oktober 1983

•8338
47,886

•Westinghouse Electric Coporation
Pittsburgh, Pa,, V. St, A_t

.Verbesserte yakuumtrennerkontakte

.Die Erfindung betrifft elektrische Vakuumtrenngeräte, insbesondere aber die elektrischen Kontakte eines derartigen Trenngerätes. Vakuumtrenner finden Anwendung als Schaltkreisschutz-,einrichtungen bei elektrischen übertragungs- und Verteilungssystemen. Die Einrichtung umfaßt grundsätzlich bewegliche Kontakte, die innerhalb eines abgedichteten, evakuierten Kolbens angeordnet sind, wobei die Kontakte in der stromführenden Stellung geschlossen sind und zur Unterbrechung des Betriebsstromes voneinander getrennt oder geöffnet werden können.

Die Auswahl der Materialien für die elektrischen Kontakte eines Vakuumtrenners bestimmt in wesentlicher Weise die Betriebseigenschaften des Vakuumtrenners. Die Kontakte sind typischerweise aus zusammengesetzten Materialien hergestellt, die häufig durch die Vermischung eines Pulvers aus einem Material hoher Leitfähigkeit mit einem Pulver eines Materials mit hohem Schmelzpunkt und anschließendem Zusammenpressen und Sintern hergestellt werden, um so einen festen Kontakt herzustellen. Die Kombination derartiger Pulvermaterialien führt dazu, daß der Kontakt gute Leitfähigkeitseigenschaften

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für normalen Betriebsstrom besitzt, sowie auch niedrige Erosionseigenschaften, wenn die Kontakte im Vakuum voneinander getrennt werden und ein Trennlichtbogen gelöscht wird, um den Betriebsstrom zu unterbrechen. Es ist bekannt, daß die Durchbruchspannungseigenschaften von derartigen Kontakten, wenn sie im Vakuum getrennt werden, in Beziehung stehen zu den Materialien, aus denen der Kontakt zusammengesetzt ist. Mit der Durchbruchspannung ist die Spannung gemeint, bei der ein Rückzünden eines Lichtbogens zwischen den getrennten Kontakten aufgrund der Spannung auftritt, die über den getrennten Kontakten erscheint. Es ist bekannt, das Kontaktmaterialien mit hoher Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer und Silber, eine viel niedrigere Durchbruchspannungscharakteristik besitzen, als die Materialien mit höherem Schmelzpunkt wie beispielsweise Chrom und Wolfram. Ein in großem Umfang verwendetes Chrommatrixkontaktmaterial, das mit Kupfer infiltriert ist, wird in der US-PS 3 818 163 beschrieben. Es ist wohlbekannt, daß Kontakte, die aus Mischungen von Kupfer und Chrom hergestellt werden, Durchbruchspannungseigenschaften zeigen, die irgendwo zwischen denen für Kupfer und für Chrom allein liegen.

Erst kürzlich hergestellte Kupfer-Chrom-Vakuumkontakte besitzen einen höheren Prozentanteil an Kupfer, der im Bereich von 65 bis 9o Gew% des Kontaktes liegt, und derartige Kontakte werden in der US-PS 4 19o 753 beschrieben. Dieser höhere Kupergehalt ist wünschenswert, wenn man besonderen Wert auf hohen Wirkungsgrad bei der Stromübertragungsfähigkeit legt, und wenn man auf verbesserte Eigenschaften bei Unterbrechung eines Fehlerstromes Wert legt, jedoch wurde gefunden, daß der Kontakt bei dieser Ausführungsform eine niedrigere Spannungsdurchbrucheigenschaft aufweist.

Es ist daher wünschenswert, in der Lage zu sein, ein Kontaktmaterial für einen Vakuumtrenner mit hohem Kupergehalt zu schaffen, der verbesserte Spannungsdurchbrucheigenschaften zeigt, während er gleichzeitig die hohen Leitfähigkeitseigen-

schäften derartiger Kontakte beibehält.

Die Dispersionsfestigkeit von Metallen, einschließlich Kupfer, ist dem Durchschnittsfachmann bekannt und in "Modem Developments im Powder Metallurgy", herausgegeben von H.H. Hausner, Band 5, "Materials and Properties", beschrieben, wobei es dort auch ein Kapitel gibt, das mit "Dispersionsverfestigung" betitelt ist.

Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Kontakte für derartige Vakuumunterbrecher oder -trenner zu schaffen.

Gelöst wird die Erfindung durch einen elektrischen Kontakt für einen Vakuumunterbrecher, der einen geringeren Anteil von einem bestimmten wärmefesten Metall und einen größeren Anteil von dispersionsverfestigtem Kupfer enthält. Das ausgewählte wärmefeste Metall ist vorzugsweise Chrom. Das vorzugsweise Dispersionmittel ist Aluminiumoxid, wobei das Gewichtsverhältnis von Kupfer zu Aluminiumoxid im dispersionsverfestigtem Kupfer größer als etwa 98,9 zu 1,1 ist. .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist, wobei die eine einzige Figur umfassenden Zeichnungen eine Axialschnittansicht durch einen Vakuumunterbrecher darstellt, bei dem Kontakte Verwendung finden, die einen größeren Anteil an dispersionsverfestigtem Kupfer und einen kleineren Anteil Chrom umfassen.

In der Zeichnung ist eine Vakuumtrenneinrichtung 1o dargestellt, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen isolierenden Körperteil 12, der abgedichtete Endglieder 14, 16 an sich gegenüberliegenden Enden des Körpers 12 umfaßt. Die abgedichtete und evakuierte Einrichtung 1o ist bis auf einen

—4
Druck von weniger als 1o Torr evakuiert. Eine Kontaktanordnung

18 ist durch die Endplatte 14 hindurchgeführt und besitzt einen verbesserten elektrischen Kontakt 2o, der an dem An-~ schlußende des leitfähigen Stabes der Kontaktanordnung angebracht ist. Die andere Kontaktanordnung 22 ist durch die Endplatte 16 hindurch beweglich montiert und umfaßt Balgenglieder 24, die eine Bewegung des elektrischen Kontaktes ermöglicht, der an dem Ende der Anordnung in geschlossenem Schaltkreiskontakt mit dem Kontakt 2o montiert ist. Eine Vielzahl von Dampfabschirmungen 28, 3o und 32 sind innerhalb des abgedichteten Kolbens 12 um die Kontakte und das Lichtbogengebiet herum angeordnet. Ein Abschirmungsglied 34 ist um die Balgen 24 herum vorgesehen. Die Abschirmung 28 ist eine elektrisch schwebende zentrale Abschirmung, und die Abschirmungen 3o und 32 überlappen die .Enden der zentralen Abschirmung, um die Ablagerung von Lichtbogenmaterial auf dem isolierenden Kolben zu verhindern.

Die elektrischen Kontakte 2o und 26 sind typischerweise diskusartige Glieder, jedoch kann eine Vielzahl von Formen einschließlich spiralförmig angeordneten Armen zur Erzeugung einer kreisfömigen Lichtbogenantriebskraft vorgesehen werden, um den Lichtbogen, der sich bei Trennung der Kontakte bildet, um den Kontakt herum in Bewegung zu halten und so lokalisierte überhitzungen möglichst klein zu machen. Die elektrischen Kontakte 2o und 26 werden durch Herstellungsverfahren gebildet, die in größeren Einzelheiten in der US-PS 4 19o 753 beschrieben werden. Das grundlegende Pabrikationsverfahren, das in der vorgenannten Patentschrift beschrieben wird, verwendet ein Verfahren, das die Verfahrensschritte des Zumischens des Kupferpulvers und des Chrompulvers umfaßt, weiterhin umfassen die Verfahrensschritte das kalte isostatische Pressen der zugemischten Pulver bei hohem Druck, um einen Kontakt von hoher Zwischenfestigkeit zu bilden, und darauffolgend die Vakuumsinterung der kompaktierten Form bei einer Temperatur, die unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegt, um so einen hochdichten Kontakt zu bekommen. Die Verbesserung, die erfindungsgemäß bewirkt wird, liegt darin, Kupferpulver

zu verwenden, das mit feinst zerteiltem Aluminiumoxid legiert ist, welches Aluminiumoxid mit dem Chrompulver in der Anfangsfabrikationsverfahrensstufe zugemischt wird. Das Kupferpulver, das mit submikroskopischem Aluminiumoxid legiert wird, ist beispielsweise ein Material, das unter der Handelsbezeichnung "Glid Cop AL-60" von der Firma SCM Glidden Metals Company* vertrieben wird. Das Kupferpulver, das mit submikroskopischem Aluminiumoxid dispergiert ist, besitzt typischerweise eine Pulverfeinheit von 4oo mesh (o,o35 mm Maschenweite), während das Chrompulver eine Größe von 2oo mesh (o,o71 mm) besitzt. Das Gewichtsverhältnis von dispergiertem Kupfer und Aluminiumoxid zu Chrom liegt typischerweise vorzugsweise bei etwa 3 zu 1, während das Gewichtsverhältnis von Kupfer zu Aluminiumoxid größer als etwa 89,9 zu 1,1 ist. Das zugemischte dispergierte Kupferpulver und das Chrompulver werden in die gewünschte Form in einer Pressform mit einem Druck von etwa 60 Tonnen pro Quadratzoll (8274 bar) gepreßt. Die auf Form gepreßte kompakte Form wird dann bei einer Temperatur gesintert, die unterhalb des Schmelpunktes von Kupfer liegt, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 1o5o C, und zwar im Vakuum für die Zeitdauer von etwa 4 Stunden.

Es wurde gefunden, daß elektrische Kontakte, die erfindungsgemäß Kupfer verwenden, das mit Aluminiumoxid dispergiert ist, hohe Kontaktfestigkeit mit der gewünschten hohen Leitfähigkeitseigenschaft zeigen und trotzdem eine verbesserte Spannungsdurchbrucheigenschaft bzw. -Widerstandsfähigkeit aufweisen.

Das wärmefeste Metall kleineren Anteils bei dem Kontakt ist vorzugsweise Chrom, jedoch können auch andere wärmefeste Metalle wie Wolfram oder Wolframcarbid verwendet werden.

Das dispergierende Mittel, Aluminiumoxid, kann durch andere wohlbekannte dispergierende Mittel wie beispeilsweise Titandioxid ersetzt werden.

ES /wo 4

Claims

drying. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf., 6. Oktober 1983

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa,, V, St, .A,

P.a.t.e.n.t.a.n.s.p.r.ü.c.h.e :

Elektrischer Kontakt für einen Vakuumtrenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt einen kleineren Anteil eines bestimmten wännefesten Metalls und einen größeren Anteil aufweist, der aus dispersionsverfestigtem Kupfer besteht.

2« Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte wärmefeste Metall Chrom ist.

ο Elektrischer Kontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von dispersionsverfestigtem Kupfer zu Chrom etwa 3 zu 1 ist.

4. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersionsverfestigte Kupfer Aluminiumoxid als das dispergierende Medium umfaßt.

5. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Kupfer zu Aluminiumoxid in dem dispersionsverfestigtem Kupfer größer als etwa 98,9 zu 1,1 ist.