專利名稱：具有用于縱向磁化的磁部件的真空斷路器的電極裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的遮斷性能的真空斷路器的電極裝置，尤其涉及一種具有磁部件的真空斷路器的電極裝置，所述磁部件用于在一對(duì)用來(lái)接通和斷開的觸頭部件之間產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)。


圖1所示的真空斷路器一般包括真空殼體1，其具有絕緣的殼體2，殼體2具有兩個(gè)敞開部分的端部，利用蓋3a,3b封閉，還包括一對(duì)電極。所述成對(duì)的電極包括觸頭4和5，它們被相互面向地設(shè)置在真空殼體1中，和導(dǎo)電桿6和7，其分別通過(guò)蓋3a,3b被插入真空殼體1內(nèi)。觸頭4和5被分別提供在導(dǎo)電桿6和7的端部。一個(gè)導(dǎo)電桿7通過(guò)操作機(jī)構(gòu)(未示出)可以沿軸向運(yùn)動(dòng)，使得一個(gè)觸頭(以后叫做“定觸頭”)4可以和另一個(gè)觸頭(以后叫做“動(dòng)觸頭”)5接觸和釋放。
在蓋3a和導(dǎo)電桿7之間提供有一個(gè)波紋管8，用于保持真空殼體1內(nèi)的真空度，同時(shí)又允許導(dǎo)電桿7沿軸向運(yùn)動(dòng)。標(biāo)號(hào)9是一個(gè)這樣提供的屏蔽，使得其包圍觸頭4,5和導(dǎo)電桿6,7。
真空斷路器一般在兩個(gè)觸頭相互接觸時(shí)被激勵(lì)。在這種狀態(tài)下，當(dāng)導(dǎo)電桿7沿箭頭M的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)觸頭5和定觸頭4分開，并在觸頭4、5之間產(chǎn)生電弧。該電弧通過(guò)從陰極例如動(dòng)觸頭5產(chǎn)生金屬蒸汽而得以維持。當(dāng)觸頭相互分開一段距離時(shí)，電弧不能被維持，沒(méi)有電流流過(guò)，并且停止產(chǎn)生金屬蒸汽，借以完全遮斷電路。
如果要被切斷的電流很大，則由于由電弧本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)和由外部電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相互作用，在觸頭4,5之間產(chǎn)生的電弧便成為極不穩(wěn)定的狀態(tài)。結(jié)果，電弧在觸頭的表面上運(yùn)動(dòng)，并被向著觸頭的端部或圓周部分偏移。這些有電弧的部分被局部加熱，釋放出大量的金屬蒸汽，使得真空殼體1內(nèi)的真空度降低。因而使真空斷路器的斷路特性變劣。如果觸頭被整體地形成在電極上，電弧可能會(huì)在電極表面上運(yùn)動(dòng)。
為了避免斷路特性變劣，已經(jīng)提出，例如，(a)一種電極結(jié)構(gòu)，其中觸頭表面具有較大面積；(b)一種電極結(jié)構(gòu)，其中在觸頭表面上或者在電極表面上提供螺旋槽使電弧旋轉(zhuǎn)；以及(c)如圖2所示，借助于流過(guò)線圈電極10和10’的自身電流的圓周分量對(duì)觸頭之間的間隙施加和電弧平行的縱向磁場(chǎng)，線圈電極10和10’分別被提供在觸頭4,5的后面。
在上述(a)的電極結(jié)構(gòu)的情況下，如上所述仍然產(chǎn)生偏移的電弧。結(jié)果，觸頭(電極)被局部熔化而產(chǎn)生更多的蒸汽，可能使得不能切斷電路。
在上述(b)的電極結(jié)構(gòu)的情況下，也不能在觸頭的整個(gè)面積上均勻地流過(guò)電流，因而發(fā)生和(a)相同的情況。
在上述(c)的電極結(jié)構(gòu)的情況下，如果電流流過(guò)觸頭后面的線圈電極，在觸頭之間沿垂直于觸頭表面的方向產(chǎn)生磁場(chǎng)。在遮斷操作期間，在兩個(gè)觸頭之間產(chǎn)生的電弧受到縱向磁場(chǎng)的約束。電弧的分布和觸頭之間的磁力線相同。然而，這種分布不需要是均勻的和平行的。此外，發(fā)生電弧不垂直于觸頭表面發(fā)射的現(xiàn)象，即使從觸頭之間的空間移動(dòng)到各個(gè)觸頭的端部附近的外部，因而，不能實(shí)現(xiàn)期望的斷路特性。
如上所述，對(duì)觸頭和其上提供有觸頭的電極結(jié)構(gòu)嘗試了各種改進(jìn)。然而，其中的一些提供了不好的斷路特性，其它一些則使成本增加。
根據(jù)這些問(wèn)題，因此，本發(fā)明的目的在于提供一種真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)，其能夠以最佳的方式控制觸頭部件之間的磁場(chǎng)分布，因而提高斷路特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)，其中具有磁裝置，用于在用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路通斷的一對(duì)觸頭部件之間產(chǎn)生合適的縱向磁場(chǎng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)，其中具有磁裝置，所述磁裝置不會(huì)使其承受高電壓的能力下降，并阻止限制頻率增加，同時(shí)改善耐弧性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的用于通斷電連接的真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)包括一對(duì)觸頭部件，用于通過(guò)使觸頭沿著預(yù)定方向彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使觸頭相互接觸和分開；一對(duì)導(dǎo)電桿，分別和所述一對(duì)觸頭部件相連，用于對(duì)觸頭部件提供導(dǎo)電通路；以及具有磁本體的磁化裝置，用于在觸頭部件之間產(chǎn)生平行于預(yù)定方向的磁場(chǎng)，所述磁本體由鐵合金構(gòu)成，所述鐵合金包括按重量計(jì)算占0.02到1.5％的碳和鐵。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，碳作為顆粒被包含在磁本體的鐵合金中，顆粒的平均顆粒直徑為0.01到10μm。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，磁本體的鐵合金還包括至少錳和硅之一。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述一對(duì)觸頭部件由導(dǎo)電材料構(gòu)成，其中包括導(dǎo)電成分和耐弧成分，其中的導(dǎo)電成分至少是銅和銀之一，并且耐弧成分從一個(gè)組中選擇，所述的組包括Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W，它們的碳化物和硼化物，并具有1500℃或更高的熔融溫度。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述一對(duì)導(dǎo)電桿沿所述預(yù)定方向?qū)?zhǔn)，所述觸頭部件中的每一個(gè)具有接觸表面，在其上觸頭部件實(shí)現(xiàn)接觸，并且接觸表面垂直于預(yù)定方向。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，磁本體包括至少一對(duì)磁部件，所述磁部件的一個(gè)被設(shè)置在所述一對(duì)觸頭部件的一個(gè)上，并且另一個(gè)磁部件被設(shè)置在另一個(gè)觸頭部件上。
每個(gè)磁部件可以具有這樣的形狀，使得當(dāng)磁部件被周向磁場(chǎng)磁化時(shí)，在磁部件中沿著磁場(chǎng)產(chǎn)生開環(huán)磁通。
所述一對(duì)觸頭部件的每一個(gè)可以具有至少一個(gè)導(dǎo)電銷，其沿著平行于所述預(yù)定方向和觸頭部件相連，并且從導(dǎo)電銷產(chǎn)生使磁部件磁化的周向磁場(chǎng)。
按照本發(fā)明的真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，將看得更加清楚，附圖中相似的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，其中圖1是常規(guī)的真空斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖，用于說(shuō)明真空斷路器的基本結(jié)構(gòu)；圖2是其中使用線圈的另一種常規(guī)的真空斷路器的示意的側(cè)視圖；圖3是用于制造按照本發(fā)明的真空斷路器的成對(duì)的電極的一個(gè)例子的拆開的透視圖；圖4是按照本發(fā)明的真空斷路器的電極的另一個(gè)例子的拆開的透視圖；以及圖5是按照本發(fā)明的真空斷路器的電極的另一個(gè)例子的拆開的透視圖。
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
在真空斷路器觸頭之間產(chǎn)生的電弧可以通過(guò)產(chǎn)生平行于縱向的磁場(chǎng)進(jìn)行控制。此處的縱向指的是在觸頭之間電流流動(dòng)的方向(和上述的類似，以后稱為“縱向磁場(chǎng)”)。如上所述使用線圈的真空斷路器被設(shè)計(jì)用于通過(guò)線圈流過(guò)電流而在觸頭之間產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)合適的縱向磁場(chǎng)，用于提供耐弧性好的真空斷路器，因而需要產(chǎn)生這種磁場(chǎng)。換句話說(shuō)，需要調(diào)整在觸頭之間產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)的分布或磁通密度的分布。特別是，需要使觸頭的圓周比其中心具有較高的磁通密度。為了調(diào)整縱向磁場(chǎng)的產(chǎn)生，提供一種磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置是有效的，其中使用磁材料作為產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)的裝置。
例如，在設(shè)置有線圈的真空斷路器的兩個(gè)觸頭的每一個(gè)上，沿著觸頭的外圓周部分提供一個(gè)環(huán)形磁部件，其中線圈如此設(shè)置，使得線圈的軸向?qū)?yīng)于真空斷路器的縱向，此時(shí)，在通過(guò)來(lái)自線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，在觸頭的外圓周部分附近磁通密度較高，因而在一對(duì)相鄰的磁部件之間可以獲得增強(qiáng)的縱向磁場(chǎng)。
此外，可以不使用線圈而使用磁部件可以由垂直于真空斷路器的縱向的方向的磁通產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)。
如果一個(gè)磁體位于磁場(chǎng)中，它便按照外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度和磁材料的導(dǎo)磁率被磁化。如果由磁化產(chǎn)生的磁通在磁本體中提供的不是閉合的而是敞開的環(huán)路，那么在磁通被終止的磁體的遠(yuǎn)端將作為磁極。利用這些特點(diǎn)，如果磁體被合適地設(shè)置并被圍繞真空斷路器的電極而產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁化，則可以產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。圖3到圖5用于說(shuō)明這種類型的真空斷路器的結(jié)構(gòu)的例子，并表示真空斷路器的一對(duì)電極中的一個(gè)電極。
圖3到圖5中的所示的電極和另一個(gè)相同的電極構(gòu)成一對(duì)電極，用于構(gòu)成圖1所示的真空斷路器。在圖3到圖5中，磁體被沿縱向流過(guò)的電流產(chǎn)生的周向磁場(chǎng)磁化，并在磁體中沿著磁場(chǎng)產(chǎn)生開環(huán)磁通，借以形成磁極。磁通以這樣方式設(shè)置，使得當(dāng)電極的一對(duì)觸頭接觸時(shí)，一個(gè)電極的磁體的北極(N)(或南極(S))位于靠近另一個(gè)電極的磁體的南極(或北極)，因而在其間產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)。
在圖3中，電極11包括導(dǎo)電桿12，盤形觸頭部件13，提供在導(dǎo)電桿12上的盤部件14，在盤部件14的一側(cè)以90度間隔形成在觸頭部件13的圓周部分上的4個(gè)柱形載流銷15，和磁部件16。磁部件16被安裝在導(dǎo)電銷15當(dāng)中，并被保持在觸頭部件13和盤部件14之間。電流從導(dǎo)電桿12經(jīng)盤部件14通過(guò)載流銷15經(jīng)過(guò)觸頭部件13流過(guò)。磁部件16包括圓的中心部分17，其直徑小于兩個(gè)對(duì)角的載流銷15之間的距離，4個(gè)凸出部分18從中心部分17沿徑向凸出。如果磁部件16被安裝在載流銷15中間，使磁部件16的各個(gè)凸出部分18靠近載流銷15，通過(guò)流過(guò)載流銷15的電流在載流銷15周圍產(chǎn)生的周向磁場(chǎng)在凸出部分18的區(qū)域中的磁部件16便被磁化，在每個(gè)凸出部分18形成一個(gè)開環(huán)。利用上述結(jié)構(gòu)，如果一對(duì)電極彼此面向地設(shè)置，則電極的磁部件16通過(guò)薄的接觸件13彼此相鄰。如果電流以這樣方式承載，使得一個(gè)磁部件的凸出部分局部地和另一個(gè)磁部件的凸出部分重疊，則在這兩個(gè)磁部件之間產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)，其從一個(gè)電極的一個(gè)磁部件的北極朝向另一個(gè)電極的磁部件的南極。
圖4所示的電極21除去磁部件16a的形狀和圖3的不同之外，其余和圖3相同。磁部件16a的凸出部分18a以鑰匙的圖案從中心部分17a螺旋式地伸出。凸出部分18a的形狀比圖3的形狀更適合于產(chǎn)生圍繞載流銷的磁場(chǎng)，因而可以產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)。
在圖5所示的電極31中，形成具有4個(gè)U形缺口32的磁部件16b，其被提供在和觸頭部件13相同尺寸的盤上。圖5所示的其它部件和圖3的相同。如果磁部件16b被安裝在盤部件14上，則載流銷15被插入磁部件16b的缺口32內(nèi)，由流經(jīng)銷15的電流產(chǎn)生的磁通由缺口32形成開環(huán)磁通。在每個(gè)缺口32的的側(cè)面上形成兩個(gè)磁極。如果一對(duì)電極被面向地設(shè)置，并且一個(gè)磁部件的缺口不和另一個(gè)磁部件的缺口重疊而是相鄰，則形成從一個(gè)磁部件到另一個(gè)磁部件的合適的縱向磁場(chǎng)。
雖然圖3到圖5所示的電極11,21和31中使用4個(gè)載流銷15，但是載流銷的數(shù)量可以適當(dāng)?shù)馗淖?。不使用載流銷也能產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)。例如，在圖1所示的一對(duì)電極的每個(gè)的觸頭部件的后表面上(和用于提供電連接的接觸表面相反的表面)圍繞導(dǎo)電桿可以提供形成環(huán)形電弧的磁部件。所述的一對(duì)電極被這樣設(shè)置，使得一個(gè)電極的磁部件的一端相應(yīng)地面對(duì)另一個(gè)電極的磁部件的另一端。結(jié)果，可以形成從一個(gè)磁部件的一端朝向所述另一個(gè)磁部件的所述另一端的縱向磁場(chǎng)。
上述的磁部件被這樣形成，使得提供具有高的磁通平行度的并和觸頭表面垂直的縱向磁場(chǎng)，以便有助于增強(qiáng)真空斷路器的斷路特性。為了即使在小電流下也能獲得所需的磁通密度，磁部件由高導(dǎo)磁率的材料制成，其最好具有不小于0.5Wh/m2的飽和磁通密度。
按照本發(fā)明人的研究，用于制造磁部件的磁材料的成分及其類似因素會(huì)引起真空斷路器的斷路特性、耐壓性能和產(chǎn)生電弧的性能的改變。其原因不清楚，不過(guò)，據(jù)認(rèn)為材料的可加工性和機(jī)械處理性、物理性能例如強(qiáng)度，以及化學(xué)性能例如蒸發(fā)都可直接影響這些特性。
在各種磁材料當(dāng)中，純鐵具有優(yōu)異的導(dǎo)磁率。不過(guò)，由于高的展曲性，純鐵不具有足夠的機(jī)械可加工性。此外，純鐵的強(qiáng)度低，不足以用作真空斷路器的材料。在這方面，呈現(xiàn)足夠的強(qiáng)度和可加工性的鐵和其它元素的合金可以很好地被采用。
作為對(duì)各種合金研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按重量含有0.02到1.2％的碳的鐵合金作為真空斷路器的材料是優(yōu)異的。如果用作真空斷路器的磁部件，按重量含有0.02％或更多的碳的合金具有好的物理性能，例如可加工性，而按重量含有1.2％以上的碳的合金具有較低的斷路特性和較差的電壓承受特性，此時(shí)產(chǎn)生局部集中的電弧。
此外，F(xiàn)e-C-Mn合金，F(xiàn)e-C-Si合金，F(xiàn)e-C-Mn-Si合金，其中按重量含有0.1-2.0％的錳和/或按重量含有0.01-5.0％的硅可被用作真空斷路器的磁材料。鐵是容易氧化的元素，而碳、錳和硅和鐵結(jié)合之后具有減少對(duì)鐵的氧化的作用。因此，上述的鐵合金含有較少的氧，使得在產(chǎn)生電弧時(shí)難于發(fā)生不需要的氣體放電。這些類型的鐵合金具有好的可加工性，因此可以獲得沒(méi)有毛刺的表面，毛刺容易引起使?fàn)顟B(tài)不穩(wěn)定的電弧。
在這種鐵合金中最好以顆粒狀態(tài)含有碳，其平均顆粒直徑為0.01-10微米。
在上述的實(shí)施例中，磁部件被提供在觸頭部件的后表面上。為了通過(guò)磁部件有效地在觸頭部件之間施加縱向磁場(chǎng)，磁部件最好靠近觸頭表面。為此，可以把磁部件埋入觸頭部件的后表面內(nèi)。也可以通過(guò)整體地模制導(dǎo)電材料和磁材料構(gòu)成局部用作磁部件的觸頭部件。如果使用圖3-圖5所示的載流銷，磁部件需要作用在載流銷產(chǎn)生的磁場(chǎng)上，因而不能完全埋入觸頭部件內(nèi)。如果使用由線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)，則可以完全把磁部件埋入觸頭部件內(nèi)。不過(guò)，上述的鐵合金具有高的電阻，并且用作電極的導(dǎo)電部分是不困難的(對(duì)其它的磁材料也是如此)。因此，需要考慮防止磁部件成為電極的連續(xù)性和導(dǎo)電性的障礙。
此外，如果使用其中飽和磁通密度的分布局部不同的磁材料，則磁通密度和觸頭表面上是不同的。使用這種特性可以調(diào)整在觸頭部件之間的磁通密度的分布，借以可以控制在觸頭表面上產(chǎn)生電弧的狀態(tài)，從而使斷路特性穩(wěn)定。此外，可以處理要被切斷的電流的改變，因而具有穩(wěn)定的斷路特性。
用作電極的觸頭部件可以由各種導(dǎo)電材料制成。最好觸頭部件的表面由包括導(dǎo)電成分和耐弧成分的材料制成。根據(jù)需要加入輔助成分。作為導(dǎo)電成分，至少使用銅和銀中的一種。耐弧成分從一個(gè)組中選擇，所述的組包括Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W，它們的碳化物和硼化物，并具有1500℃或更高的熔融溫度。輔助成分至少是從Bi,Te,Pb，和Sb中選擇的一種。
根據(jù)需要，可以通過(guò)調(diào)整觸頭的成分來(lái)控制電弧產(chǎn)生的狀態(tài)。特別是，如果改變成分的密度，使得觸頭的外圓周比其中心部分的耐弧成分的密度較高，則可以改善電弧的狀態(tài)。這種觸頭例如可以通過(guò)把觸頭部件分成具有不同成分密度的多個(gè)部分來(lái)制造，對(duì)于每個(gè)部分利用粉末材料形成坯塊，組合各個(gè)部分的坯塊，對(duì)其進(jìn)行加熱和燒結(jié)而使其結(jié)合。每個(gè)部分的坯塊可以通過(guò)按照個(gè)部分的成分混合單一的材料粉末，從而制備材料粉末，并進(jìn)行模制來(lái)制造。組合的坯塊被加熱并在等于或低于熔融溫度下燒結(jié)。
此外，只對(duì)耐弧成分使用粉末材料，制成粉末坯塊，每個(gè)具有按照成分密度的空隙分布，然后加熱和燒結(jié)，借以形成骨架。然后，通過(guò)在骨架的空隙中滲入作為導(dǎo)電成分的熔融材料，便可以制成具有局部不同成分的觸頭。在這種情況下，根據(jù)粉末材料的顆粒直徑，用于形成粉末坯塊的壓制壓力、燒結(jié)時(shí)間和溫度、獲得的觸頭部件的成分可以稍微進(jìn)行調(diào)整或重新調(diào)整。
此外，在混合的粉末材料被噴涂在例如具有大約5mm的厚度的銅基體的表面上時(shí)，可以按照噴涂的位置改變混合的粉末材料的成分。借以可以獲得在其表面上具有局部不同的成分的粉末材料的覆層。如果加熱和燒結(jié)所示覆層，可以獲得在其表面上具有所需成分分布的燒結(jié)的坯塊的觸頭?？梢允褂萌廴诨旌衔锎婊旌系姆勰┳鳛椴牧喜⒃谌刍癄顟B(tài)下噴涂在基體的表面上。
如果使用銀銅焊接或其類似方法使觸頭部件和其它部分相連，則可以和觸頭的連接部分整體地形成銀板和銅板或其類似物。
真空斷路器通過(guò)合適地選擇和組合上述的觸頭部件和磁部件的特定例子而制成。
在按照本發(fā)明的上述說(shuō)明要被制造的真空斷路器中，被合適地施加縱向磁場(chǎng)，使得在遮斷操作期間在觸頭表面上的廣泛的范圍內(nèi)產(chǎn)生電弧，因而可以改善耐壓特性和斷路特性。
下面結(jié)合例子更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
試樣的成形(試樣1)將鐵材料加入氧化鋁坩堝中，并把坩堝放在真空感應(yīng)熔爐內(nèi)。在坩堝中的鐵在1600℃的溫度、10-4乇的真空度下被熔化，從而制備鐵錠。在除去鐵錠的表面層之后，形成長(zhǎng)1m，厚30mm，寬120mm的鐵板。在950-1050℃的溫度下使鐵板的厚度以每次減少其初始厚度的12％的同時(shí)鐵板被軋19次，從而獲得厚度為2.5mm的鐵板。通過(guò)加工所得的鐵板，獲得圖4所示形狀的磁部件，其最大直徑為40mm，中心部分的直徑為30mm，凸出部分的端部的寬度為10mm。
利用Cu-25％Cr合金錠，通過(guò)和上述相同的過(guò)程獲得厚度為3mm的銅合金板，其被加工從而獲得直徑為40mm的盤狀觸頭部件。
上述的磁部件和觸頭部件被安裝在一個(gè)包括載流銷的盤部件上，載流銷的直徑為5mm，長(zhǎng)度為2.5mm，并具有和觸頭部件相同的成分，從而形成圖4所示的電極。重復(fù)所述處理，以便制成一對(duì)電極。注意通過(guò)銀合金銅焊把各部件固定在其它部件上。
(試樣2-7)在試樣2-7的每種情況下，碳粉末和鐵粉末被相互混合而具有表1所示的成分。所得的混合物被倒入氧化鋁坩堝中，把坩堝放入真空感應(yīng)熔爐中。在坩堝中的混合物在1600℃的溫度、10-4乇的真空度下被熔化，從而制備鐵合金錠。在除去鐵合金錠的表面層之后，形成長(zhǎng)1m，厚30mm，寬120mm的鐵合金板。在950-1050℃的溫度下使鐵合金板的厚度以每次大約減少其初始厚度的12％的同時(shí)鐵合金板被軋19次，從而獲得厚度為2.5mm的鐵合金板。通過(guò)加工所得的鐵合金板，獲得和試樣1的形狀相同的磁部件。
此外，通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種情況，形成一對(duì)觸頭部件。類似地，由觸頭部件和上述的磁部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
(試樣8-11)在試樣8-11的每種情況下，碳粉末、硅粉末和鐵粉末被相互混合而分別具有表1所示的成分。所得的混合物被倒入氧化鋁坩堝中，把坩堝放入真空感應(yīng)熔爐中。在坩堝中的混合物在1600℃的溫度、10-4乇的真空度下被熔化，從而制備鐵合金錠。在除去鐵合金錠的表面層之后，形成長(zhǎng)1m，厚30mm，寬120mm的鐵合金板。在950-1050℃的溫度下使鐵合金板的厚度以每次大約減少其初始厚度的12％的同時(shí)鐵合金板被軋19次，從而獲得厚度為2.5mm的鐵合金板。通過(guò)加工所得的鐵合金板，獲得和試樣1的形狀相同的一對(duì)磁部件。
此外，通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種試樣，形成一對(duì)觸頭部件。由這樣獲得的觸頭部件和每個(gè)磁部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
(度樣12-16)在每種試樣中，使用碳粉末、錳粉末和鐵粉末，以和試樣8-11相同的操作，分別形成具有表1所示的成分的一對(duì)磁部件。
通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種試樣，也形成一對(duì)觸頭部件。由這樣獲得的觸頭部件和上面獲得的每個(gè)磁部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
(試樣17-22)在每種試樣中，使用碳粉末、錳粉末、硅粉末和鐵粉末，以和試樣8-11相同的操作，分別形成具有表1所示的成分的一對(duì)磁部件。
通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種試樣，也形成一對(duì)觸頭部件。由這樣獲得的觸頭部件和上面獲得的每個(gè)磁部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
(試樣23-24)在每種試樣中，除去使用具有不同顆粒尺寸分布的碳粉末之外，通過(guò)重復(fù)和試樣8-11相同的操作，分別形成具有表1所示的成分的一對(duì)磁部件。
此外，通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種試樣，形成一對(duì)觸頭部件。通過(guò)組合這樣獲得的觸頭部件和上面獲得的磁部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
(試樣25-28)在每種試樣中，除去使用具有不同顆粒尺寸分布的碳粉末不使用鐵粉末而使用鐵合金粉末之外，通過(guò)重復(fù)和試樣8-11相同的操作，分別形成具有表1所示的成分和碳平均顆粒直徑的一對(duì)磁部件。
其中，在獲得的磁部件中所含的碳的平均顆粒直徑的確定方法如下利用微觀測(cè)量方法計(jì)算碳顆粒的體積；假定碳顆粒是圓的，計(jì)算其直徑；取在1cm2的面積內(nèi)檢測(cè)的400個(gè)碳顆粒的所得直徑的平均值。所獲得的值如表1中的“碳的顆粒尺寸”一欄所示。
此外，通過(guò)和試樣1相同的操作，對(duì)于每種試樣，形成一對(duì)觸頭部件。通過(guò)組合觸頭部件和上面獲得的磁部件而形成圖4所示的一對(duì)電極。
(試樣29-31)在每種試樣中，使用碳粉末、錳粉末、鉻粉末、鎳粉末、鉬粉末、銅粉末、鎢粉末、釩粉末、和鐵粉末，以和試樣8-11相同的操作，分別形成具有表1所示的成分比的磁部件。
此外，通過(guò)和試樣1到5相同的操作，對(duì)于每種試樣，形成一對(duì)觸頭部件。組合由這樣獲得的觸頭部件和上面獲得的每個(gè)磁部件而形成圖4所示的-對(duì)電極。
(試樣32-41)在每種試樣中，分別形成和試樣13相同的磁部件。
此外，對(duì)于每種試樣，通過(guò)和試樣1相同的操作，由表1所示成分的合金錠形成一對(duì)觸頭部件。
使用上述的磁部件和觸頭部件形成圖4所示的一對(duì)電極。
試樣的測(cè)量使用上述制備的試樣1到41進(jìn)行以下的測(cè)量。〖斷路特性〗每對(duì)試樣電極1-41被安裝在具有圖1所示結(jié)構(gòu)的可拆卸的真空斷路器上，使得上部和下部載流銷的位置相對(duì)，從而使載流銷對(duì)齊。在進(jìn)行預(yù)定的干燥和老化之后，通以7.2KV/50Hz/20KA的電流，并在預(yù)定的觸頭釋放速度下重復(fù)進(jìn)行1000次切斷操作。此時(shí)，測(cè)量重燃電弧頻率。所作的測(cè)量對(duì)4個(gè)不同的真空斷路器進(jìn)行，為了評(píng)價(jià)斷路特性，重燃頻率的最大值和最小值示于表2中?！茧娀〉膹V度〗每對(duì)試樣電極1-41被安裝在具有圖1所示結(jié)構(gòu)的可拆卸的真空斷路器上。在進(jìn)行預(yù)定的干燥和老化之后，通以7.2KV/50Hz/12KA的電流，并在預(yù)定的觸頭釋放速度下重復(fù)進(jìn)行4次切斷操作。此后，利用顯微鏡觀察電極的接觸表面，并測(cè)量由于燃弧而破壞的部分的面積。這樣獲得的面積的值利用相對(duì)計(jì)算進(jìn)行分類，其中試樣20的面積被設(shè)為100％。為了計(jì)算電弧的廣度，所得結(jié)果示于表2。注意在表2中，標(biāo)號(hào)A表示130％或更多，B:115-139％,C:105-115％,D:95-105％,E:95％或更少。
〖耐壓特性〗經(jīng)受過(guò)電弧廣度測(cè)量的每對(duì)電極重新被安裝在真空斷路器上。把電極之間的距離固定為8mm，逐漸增加電壓，使得電極之間的電壓每次增加1KV。測(cè)量發(fā)生火花時(shí)的電壓值(靜態(tài)耐壓)。這樣獲得的電壓值被轉(zhuǎn)換為相對(duì)值，其中把試樣20的電壓值設(shè)為1。所得的各個(gè)值示于表2，用于評(píng)價(jià)耐壓特性。
表1試樣 磁部件 觸頭成分(WT％) 碳的顆部件粒尺寸(μm)碳 Mn Si其它成分(BY WT.)1＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 Fe -Cu-25％Cr20.02 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr30.08 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr40.4 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr50.8 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr61.2 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr73.5 ＜0.01 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr80.2 ＜0.01 0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr90.2 ＜0.01 1.0 Fe 0.1-1Cu-25％Cr100.2 ＜0.01 5.0 Fe 0.1-1Cu-25％Cr110.2 ＜0.01 13.0 Fe 0.1-1Cu-25％Cr120.2 0.1 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr130.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr140.2 1.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr150.2 2.0 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr160.2 3.7 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr170.2 0.3 0.1 Fe 0.1-1Cu-25％Cr180.2 0.3 0.75 Fe 0.1-1Cu-25％Cr190.2 0.3 1.5 Fe 0.1-1Cu-25％Cr200.2 0.3 3.0 Fe 0.1-1Cu-25％Cr210.2 0.3 5.0 Fe 0.1-1Cu-25％Cr220.2 0.3 8.3 Fe 0.1-1Cu-25％Cr230.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.01-0.1 Cu-25％Cr241.2 0.4 0.2 Fe 0.05-3 Cu-25％Cr250.5 0.9 2.0 Fe-0.6％Cu 0.05-5 Cu-25％Cr260.3 0.3 0.1 Fe-3.6％Ni 0.1-5Cu-25％Cr270.4 0.3 0.2 Fe-0.9％Cr 0.3-10 Cu-25％Cr280.4 0.3 0.2 Fe-0.9％Cr 0.5-30 Cu-25％Cr29Fe-0.4％C- 0.6％Mn- 0.9％Cr-＜0.01 Cu-25％Cr0.3％Ni- 0.2％Mo- 0.1％Cu30Fe-0.3％C- 0.5％Mn- 0.1％Cr-＜0.01 Cu-25％Cr3.5％Ni- 0.04％Mo-0.1％Cu31Fe-0.3％C- 0.3％Mn- 14.0％Cr＜0.01 Cu-25％Cr0.2％Ni- 0.25％W- 1.1％V320.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-25％Cr-0.2％Bi330.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr340.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr-5％W350.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr-5％Mo360.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr-5％Ta370.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr-5％Nb380.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-50％Cr-5％Ti390.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-40％TiB400.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Cu-30％W410.2 0.3 ＜0.01 Fe 0.1-1Ag-40％WC
表2試樣 斷路特性 電弧廣度耐壓特性10-2 A 1.020-2 A 1.030-3 B 1.041-3 B 1.052-5 C 1.063-5 C 1.075-21 E 0.65-1.080-2 A 0.9-1.091-2 B 1.0102-4 B 1.0115-17 E 0.8-1.0122-3 A 1.3132-4 B 1.2144-6 C 1.1154-7 C 1.0168-29 E 0.9172-4 B 1.15182-6 C 1.06194-7 C 1.0205-7 D 1.0215-8 D 0.92213-34E 0.7231-4 A 1.0-1.15243-6 B 1.0-1.1255-8 C 0.95-1.05264-7 C 0.95-1.0273-9 D 0.9-0.95285-52 E 0.25-0.9292-8 C 0.9-1.0304-6 C 0.9-1.0315-9 D 0.9-1.0324-7 C 0.9-1.0332-4 B 1.0342-5 B 1.1352-4 B 1.1361-4 B 1.1372-5 B 1.1382-5 B 1.1393-6 B 1.1404-7 C 1.1415-8 C 1.0
試樣2-7的結(jié)果表示，關(guān)于按重量含碳為0.02-1.2％的磁部件，耐壓特性是好的，并且當(dāng)電弧發(fā)生時(shí)觸頭表面被廣泛地利用。即使在低的遮斷電流下，其中發(fā)生電弧的面積是大的。如果碳含量超過(guò)這一范圍，電極的耐壓急劇減少，相對(duì)于斷路特性重燃頻率改變大。由獲得的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，可以作出這樣的評(píng)價(jià)按重量含碳為0.02-0.4％是最好的，即使在按重量含碳為0.8-1.2％的范圍內(nèi)，也可以進(jìn)行良好的操作。
從試樣8-11所得的結(jié)果可見(jiàn)，如果加入按重量為0.01-5％的硅，可以獲得具有好的電弧分散和所需的耐壓特性以及斷路特性的電極。
按照試樣12-16，如果加入按重量為0.1-2.0％的錳，可以獲得具有好的耐壓特性的電極。按照試樣17-22，似乎是，如果錳和硅聯(lián)合使用，這些元素的含量根據(jù)需要而減少比單獨(dú)使用這兩個(gè)元素要好。
按照試樣23-31，其中再加入銅、鎳和鉻的磁部件呈現(xiàn)好的斷路器特性。
按照試樣28，如果碳顆粒的尺寸極其大，耐壓性能非常不規(guī)則，也可以觀察到重燃更加頻繁。
試樣32-41的結(jié)果表示，即使觸頭部件的成分改變，也可以有效地呈現(xiàn)按照本發(fā)明的磁部件的優(yōu)點(diǎn)。
必須理解，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍，可以作出各種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于通斷電連接的真空斷路器的電極結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)觸頭部件，用于通過(guò)使觸頭沿著預(yù)定方向彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使觸頭相互接觸和分開；一對(duì)導(dǎo)電桿，分別和所述一對(duì)觸頭部件相連，用于對(duì)觸頭部件提供導(dǎo)電通路；以及具有磁本體的磁化裝置，用于在觸頭部件之間產(chǎn)生平行于預(yù)定方向的磁場(chǎng)，所述磁本體由鐵合金構(gòu)成，所述鐵合金包括按重量計(jì)算0.02到1.5％的碳和鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中碳作為顆粒被包含在磁本體的鐵合金中，顆粒的平均顆粒直徑為0.01到10μm。
3.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中磁本體的鐵合金還包括至少錳和硅之一。
4.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中磁本體的鐵合金還包括按重量計(jì)算0.1到15％的錳。
5.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中磁本體的鐵合金還包括按重量計(jì)算0.01到5％的硅。
6.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中磁本體具有不小于0.5Wh/m2的飽和磁通密度。
7.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中所述一對(duì)觸頭部件由導(dǎo)電材料構(gòu)成，所述導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電成分和耐弧成分，其中的導(dǎo)電成分至少是銅和銀之一，并且耐弧成分從一個(gè)組中選擇，所述的組包括Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,它們的碳化物和硼化物，并具有1500℃或更高的熔融溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的電極結(jié)構(gòu)，其中所述一對(duì)觸頭部件的導(dǎo)電材料包括至少一種添加成分，其從Bi,Te,Pb和Sb中選擇。
9.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中所述一對(duì)導(dǎo)電桿沿所述預(yù)定方向?qū)?zhǔn)，所述觸頭部件中的每一個(gè)具有接觸表面，在其上觸頭部件實(shí)現(xiàn)接觸，并且接觸表面垂直于所述預(yù)定方向。
10.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中磁本體包括至少一對(duì)磁部件，所述磁部件中的一個(gè)被設(shè)置在所述一對(duì)觸頭部件的一個(gè)上，另一個(gè)磁部件被設(shè)置在另一個(gè)觸頭部件上。
11.如權(quán)利要求10所述的電極結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)磁部件具有這樣的形狀，使得當(dāng)磁部件被周向磁場(chǎng)磁化時(shí)，在磁部件中沿著磁場(chǎng)產(chǎn)生開環(huán)磁通。
12.如權(quán)利要求11所述的電極結(jié)構(gòu)，所述一對(duì)觸頭部件的每一個(gè)具有至少一個(gè)導(dǎo)電銷，其沿著平行于所述預(yù)定方向和觸頭部件相連，并且從導(dǎo)電銷產(chǎn)生使磁部件磁化的周向磁場(chǎng)。
13.如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其中觸頭部件，導(dǎo)電桿和磁化裝置被封閉在一個(gè)殼體中，使得通過(guò)殼體保持其內(nèi)部為真空狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于通斷電路的真空斷路器的電極結(jié)構(gòu),包括:一對(duì)觸頭部件,用于通過(guò)使觸頭沿著預(yù)定方向彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使觸頭相互接觸和分開;一對(duì)導(dǎo)電桿,分別和所述一對(duì)觸頭部件相連,用于對(duì)觸頭部件提供導(dǎo)電通路;以及具有磁本體的磁化裝置,用于在觸頭部件之間產(chǎn)生平行于預(yù)定方向的磁場(chǎng),所述磁本體由鐵合金構(gòu)成,所述鐵合金包括按重量計(jì)算0.02到1.5%的碳和鐵。鐵合金還包括至少錳和硅之一。
文檔編號(hào)C22C5/06GK1224910SQ9812713
公開日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1998年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月16日
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