Электрический контакт

 

О П И С А Н И Е 355826

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

М, Кл. Н Olh 33/66

Н Olh 1/02

Заявлено 30.1Ч.1968 (№ 1237735/24-7) Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621 316 542 064 .26.066.6 (088.8) Опубликовано 16.Х.1972. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 21.Х1.1972

Автор изобретения

Иностранец

Альфред Александр Робинсон (Великобритания) Иностранная фирма

«Дзи Инглиш Электрик Компани Лимитед» (Великобритания) Заявитель

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТ

Изобретение относится к вакуумным выключателям, в частности к их электрическим контактам.

Известны электрические контакты, применяемые в вакуумных выключателях, контактные наконечники которых имеют пористую матрицу, изготовленную из низкопластичного тугоплавкого металла, пропитанную менее тугоплавким материалом с высокой электропроводностью, причем указанные металл и материал не образуют между собой сплава.

Обычно для матрицы применяется вольфрам или молибден, а в качестве пропитывающего материала используется медь или серебро.

Однако указанные контакты при переменных токах выше 10 ка работают неудовлетворительно, так как при этом их контактные поверхности оплавляются. В результате этого происходит обильная электронная эмиссия, следствием которой является ухудшение характеристик в отношении восстанавливающегося напряжения дугостойкости и приваривания.

В предлагаемом изобретении с целью повышения сопротивления привариванию и дугостойкости матрица контактного наконечника изготовлена из металла, точка плавления «оторого выше, чем точка плавления меди (1083 С), но ниже, чем точка плавления молибдена (2б25 ) и точка кипения не превышает 3000 С, а пропитывающий материал имеет точку плавления, которая ниже точки плавления металла, из которого изготовлена матрица. Матрица может быть изготовлена из порошка металла, размер частиц которого не превышает 250 мк и пропитывающий материал может составить от 10 до 30 объема пропитанной матрицы. Матрица может быть изготовлена из хрома или кобальта. Пропитывающий материал может содержать медь или серебро, либо сплав, включающий серебро и медь. Пропитывающий материал может также содержать сплав меди и циркония или тантала или титана, хотя эти металлы применяются в малых количествах, например, сплав может содержать около 99,7% меди и 0,3% циркония.

Точка кипения и точка плавления определены в сборнике Дашмана и Лафферти (второе издание) «Saientific Foundation of Vacuuni

Techniques».

Точка кипения при температуре, при которой давление паров равно атмосфсрному (760 лтм) является лишь косвенным способом определения поведения материала в отношении эмиссии внутри вакуумного промежутка.

355826

Однако общее сходство зависимости давления испарения от температуры дает возможность использовать точку кипения для оценки их свойств по испусканию паров. В осажденном сплаве матричный материал должен иметь такие свойства, чтобы его твердый раствор в пропитывающем металле составлял лишь малую часть, т. е. несколько процентов от общего количества, когда матерал находится в твердой форме.

Матрица и пропитывающий металл имеют точки кипения, которые выбираются таким образом, что в период образования дуги переменного тока между контактами происходит потеря теплоты парообразования на поверхности расплавленного анодного пятна. Это препятствует подъему температуры до величины, при которой происходит значительная электронная эмиссия, при этом после следующего момента нулевого значения переменного тока плотность электронов в промежутке между контактами недостаточна, для того, чтобы дать возможность току возрастать в рабочем промежутке после нулевого значения переменного тока под"влиянием изменения полярности электродов,пди прохождении током нулевого значения.. Бофе того, свойства осаждаемого сплава . оказывают существенное влияние, когда между поверхностями контактов об р азуется дуга.

В качестве примера приведен вакуумный выключатель, с контактами, изготовленными из хрома, пропитанного медью.

На фиг. 1 изображен вакуумный выключатель в разрезе; на фиг. 2 представлена микроструктура контактного материала, из которого выполнены контактные наконечники.

В вакуумированной дугогасительной камере 1 расположен подвижный контакт 2 с контактным наконечником 8 и неподвижный контакт 4 с контактным наконечником б. Оба контактных наконечника имеют в центре выемки и в замкнутом состоянии соприкасаются друг с другом своими круговыми контактными поверхностями б и 7.

Контактные наконечники изготовлены путем спекания в высоком вакууме порошка хрома, размеры частиц которого не превышают 250 мк. Затем под высоким вакуумом и при высокой температуре спеченный брикет пропитывается медью, которая составляет от

10 до 30 вес. /о спеченного порошка. При необходимости пропитанный брикет может быть подвергнут обычной машинной обработке, Вместо хрома могут быть использованы другие соответствующие невязкие полутугоплавкие металлы, например кобальт, а вместо меди — ряд других материалов с хорошей электрической проводимостью, включающий серебро или сплав из меди и серебра.

В сплав меди может входить цирконий, тантал или титан, в небольших пропорциях, например, сплав может состоять из 99,7 /о меди и 0,3 /о циркония.

Каждая частица хрома 8 (см. фиг. 2) при5

15 го

25 зо

4 крепляется к соседней (показано штрихами) и погружается в медь 9, которая заполняет промежутки (длина скобки — 200 мк).

Поскольку размеры частиц хрома не превышают 250 мк максимальные размеры неровностей незначительны, и когда такие контакты замыкаются под давлением в вакуумном выключателе можно считать, что возникает микродеформация, которая в результате дает большое число хорошо распределенных контактных точек.

Это условие приводит к низкому сопротивлению между замкнутыми контактами, хорошему распределению потерь 1Ч при сильном токе до образования дуги, и уменьшает возможность сварки.

Когда контакты вакуумного выключателя размыкаются, что бывает при высокой скорости, создается возможность образования множества дуг между поверхностями б и 7. Это дает равномерное распределение энергии, а следовательно небольшой и равномерный износ. Даже после образования дуги размер неровностей ограничивается максимальным размером частиц матрицы, так что эмиссия для данной разнесенности контактов низкая, а пробивное напряжение выше и более легко определимо, чем для контактов одинаковой формы, изготовленных в основном из вязких материалов. Кроме того, поскольку точка кипения материала матрицы ниже 3000 С, концентрация электронной эмиссии после образования дуги большого тока в этом случае снижается на несколько порядков, что дает существенное улучшение характеристики восстанавливающегося напряжения по сравнению с матрицей из вольфрама, когда происходит расплавление ее поверхности.

Испытания контактов, изготовленных из брикетов хрома, пропитанных медью, которая составляет 25 вес. /о, показывает, что дуга при токе в 30 ка может быть прервана с малой и равномерной эрозией контактов, не происходит заметного плавления до образования дуги.

Как указывалось выше, хром, используемый для контактного материала, может быть заменен другими металлами, например кобальтом.

Основные свойства каждого металла в этой группе следующие: способность пропитываться металлом; точка плавления выше точки плавления меди, предпочтительно выше

1200 С; точка плавления ниже точки плавления молибдена; точка кипения не превышает

3000 C.

Медь, используемая для контактного материала, может быть заменена другими металлами, например серебром или сплавами, содержащими медь и серебро.

Основные свойства каждого металла в этой группе следующие: высокая электрическая проводимость; точка плавления ниже точки плавления матрицы и не превышает 1200 С, точка кипения .не выше и желательно ниже

355826

Точка плавления и точка кипения, С

Металл

960,8

1083

1492

3380

6000

Серебро (Aa)

Медь (CU)

Кобальт (Со)

Хром (Сг)

Молибден (Мо)

Вольфрам (W) точки кипения материала матрицы; высокая вязкость; низкая вязкость в расплавленном состоянии.

В таблице приведены точки кипения плавления металлов.

Контактный материал состоит,из полутугоплавкого металла с низкой вязкостью и пропитывающего материала с хорошей электрической проводимостью. В таком контактном материале температура кипения хрома значительно ниже температуры, при которой возникает ощутимая электронная эмиссия. Известно, что во время образования дуги температура анодного горячего места повышается до такой величины, при которой кипят оба металла, а скорость испарения увеличивается до значения, при котором потери тепла при испарении металлов по существу балансируют нагрев горячего участка, вследствие чего температура горячего места поддерживается на или вблизи температуры кипения полутугоплавкого металла, несмотря на то, что дуга имеет более высокую температуру. Поскольку температура кипения хрома значительно ниже температуры, при которой возникает опасность высокой электронной эмиссии, концентрация электронов в межконтактном зазоре при и непосредственно после нуля тока регулируется до уровня, при котором не возникает повторного образования дуги после изменения полярности в межконтактном зазоре. Таким образом, другие полутугоплавкие металлы с низкой вязкостью и с точкой плавления ниже критической температуры, при которой электронная эмиссия достигает опасного высокого уровня, будут ограничивать температуру анодного горячего места до такой величины, при которой возможно гашение дуги, возникающей после нуля тока, тем самым обеспечивается хорошее напряжение восстановле)0

50 ния и размыкающие (диэлектрические) хар актер и стики.

Предмет изобретения

1. Электрический контакт, например, для вакуумных выключателей, с контактным наконечником, содержащим пористую матрицу, изготовленную из низкопластичного тугоплавкого металла, пропитанную менее тугоплавким материалом с высокой электропроводностью, причем указанные металл и материал не образуют между собой сплавов, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления привариванию и дугостойкости, матрица изготовлена из металла, точка плавления которого выше, чем точка плавления меди (1083 С), но ниже, чем точка плавления молибдена (2625 С) и точка кипения не превышает 3000 С, а пропитывающий материал имеет точку плавления, которая ниже точки плавления металла матрицы и не превышает

1200 С, и точку кипения не выше точки кипения металла, из которого изготовлена матрица.

2. Контакт по п, 1, отличающийся тем, что матрица изготовлена из порошка металла, размер частиц которого не превышает 250мк.

3. Контакт по,пп. 1 и 2, отличающийся тем, что пропитывающий материал составляет от

10 до 30% объема пропитанной матрицы.

4. Контакт по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что матрица изготовлена из хрома.

5. Контакт по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что матрица изготовлена из кобальта. б. Контакт по пп. 4 или 5, отличаюи(ийся тем, что пропитывающий материал содержит медь.

7. Контакт по пп, 4 или 5, отличающийся тем, что пропитывающий материал содержит серебро.

8. Контакт по пп. 4 или 5, отличающийся тем, что пропитывающий материал содержит сплав, включающий медь и серебро.

9. Контакт по пп, 4 или 5, отличающийся тем, что пропитывающий материал включает сплав меди и ци ркония.

10. Контакт по пп. 4 или 5, отличающийся. тем, что в качестве пропитывающего материала используется сплав, содержащий 99,7% меди и 0,3% циркония.

355826

Редактор В. Фельдман

Заказ 3831!16 Изд. № 1545 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Н. Карасева

Техред Е, Борисова

Корректоры: Е. Талалаева и Т. Бабакина