CN105849849B - 用于处理电气保护设备壁表面的方法及包括至少一个根据其处理的壁的设备 - Google Patents

用于处理电气保护设备壁表面的方法及包括至少一个根据其处理的壁的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于处理壁的表面(18)的方法，以降低其导电性，所述表面位于被称为冷区域的区域中，所述区域位于其中电弧可能会发生在电弧保护设备中的区域附近，所述冷区域构成用于再冷凝切割残留物的区域。所述方法的特征在于，其包括对所述表面(18)进行微纹理化，以便促进切割残留物的再冷凝的不均匀性，通过所述残留物的沉积物在表面上生长，从而创建残留物岛部(19)，因此限制所产生的沉积物的导电性。

Description

用于处理电气保护设备壁表面的方法及包括至少一个根据其 处理的壁的设备
技术领域
本发明涉及一种用于处理面板的表面以便降低其导电性的方法，所述表面位于被称为冷区域的区域中，所述区域位于其中电弧可能会发生在电弧保护设备中的区域附近，所述冷区域形成切换残留物(switching residue)的再冷凝的区域。
背景技术
对于现今的断路器来说，努力实现小型化再加上具有改善的性能和低成本的模块化结构的开发已经遇到的问题是在在线短路测试之后低压断路器的输入和输出之间差的切换后的绝缘性。
出现此问题主要是源于两种现象：
首先，在短路电流的切换现象期间，存在位于消弧室中的触点附近的材料的烧蚀。造成该现象的因素是在切换过程中不被氧化的导电元素(主要是银)和产生于绝缘板的燃烧的碳化元素。存在的元素Fe、Cu、W和Ni对介电绝缘的劣化仅有小的贡献。
其次，上述汽化元素的冷凝发生在远离所谓的切换区域的区域中。这些冷凝区域主要位于形成断路器的各种壳体之间的空隙中。
形成这些“冷”区域的材料受到众多热应力和机械应力，从而排除使用具有最佳介电性能的材料。
为了解决此问题并尽量减少泄漏电流，已经采取了特别措施来减少这种再冷凝的不利影响。因此，已经进行了涂料、清漆或者基于硅氧烷或PTFE的油的沉积。
这些产品的主要缺点是这些组分的确切组成的不完全控制，某些部分在沉积过程中的挥发、粘附到欠准备表面的问题、以及与RoHS和REACH要求的兼容性的需要。
发明内容
本发明解决了这些问题，并且提出了一种用于降低位于电气保护设备的冷区域中的面板表面的导电性的方法，以便响应于切换后的介电要求，同时鉴于成功弧淬火的要求，主要允许在这些面板的材料上的热应力和机械应力。
为此，本发明提出了一种上述类型的处理方法，该方法的特征在于，其包括在该表面上进行微纹理化，以便通过在表面上生长这些残留物的沉积物来促进切换残留物的再冷凝的不均匀性，从而创建残留物岛部，因此限制所产生的沉积物的导电性。
优选地，所述沉积物在基本上垂直于所述表面的平面的方向上生长。
根据特定的特征，超疏水性表面由微纹理化的该方法制作，所述方法被优化，以便极大地降低表面上的表面张力，从而减少成核位点的数量并且促进沉积物沿着垂直轴线生长。
根据另一特征，该方法是激光微纹理化方法。
根据另一特征，该方法是激光微纹理化方法，其脉冲持续时间小于1纳秒且峰值功率大于10GW。
根据另一特征，上述表面微纹理化直接创建在上述面板上，或者是通过其中表面微纹理化与在部件上的所希望的微纹理化相反的模具由模制包括上述面板的部件而获得。
根据另一特征，该表面由塑料材料制成。
本发明还提出了一种电气保护设备，包括位于远离电弧区域的再冷凝区域中的至少一个面板，该面板的表面已经由具有单独或组合地考虑的上述特征的处理方法改性，以便提高设备的切换后的绝缘性。
根据另一特定的特征，上述设备是低压断路器。
根据另一特征，该设备是包括多个单极切换单元的多极设备，并且上述面板属于位于两个并列的单极单元之间的间隔件，或者属于放置在一侧上的分隔器与另一侧上的处于触点打开位置的可动接触件之间的电介质屏。
附图说明
然而，参照附图，通过仅以举例的方式给出的以下详细说明，本发明的其他优点和特征将更加明显，其中：
-图1是根据本发明的断路器的局部分解透视图，包括多个面板，其表
面将由根据本发明的方法进行微纹理化，
-图1A是局部分解透视图，更精确地示出了许多这些面板，
-图2是在基本上垂直于设备固定平面的平面中的根据图1的断路器的剖视图，
-图3是示意图，示出了通过使用原子力显微镜来制作根据本发明的微纹理化的表面的地形图，
-图4示出了出于优化表面微纹理的目的来制作由切换污染物的再冷凝所污染的微纹理化表面的电阻图，以及
-图5示出了在切换之后通过微纹理化表面的横截面图，其中导电材料的颗粒不连续沉积在表面上。
具体实施方式
图1示出了已知的多极低压断路器D，如在专利FR2682531中所述，其由单极单元3、4、5、6的组件形成，每个由模制的绝缘材料的壳体1形成，容纳的触点以移动接触桥的形式，与两个固定触点和两个淬火室相互作用。接触桥由部分杆保持，杆的各个部分由偏心连接棒2机械地连接，其由所有单极单元3共同的机构M控制。
该图示出了位于所谓冷区域中的壁的两个例子，即该区域在电弧发生时远离电弧，并且其具有的表面形成用于切换气体的再冷凝表面。这些表面包括单极单元6的侧面7和属于介于两个并列设置的单极单元5、6之间的间隔件9的外表面8。
图1A示出了一组三个单极切换单元3、4、5，它们设置在与图1的断路器的方向相反的方向。该图示出了单极单元的其它侧壁和具有外表面10、11、12的隔板，这些表面形成用于切换气体的再冷凝的表面。
图2示出的极属于装有灭弧室(例如在专利FR2803686中所述)的电气断路器。
该极包括固定接触件13、可动接触件14、和具有两个侧面板的灭弧室15、分隔器16、在固定接触件的接触区域附近的前开口以及横向地限制室前开口的一对横向电介质屏17。每个横向电介质屏布置成横向介于分隔器16与处于打开位置的可动接触件之间。这些屏的外表面17a提供了根据本发明的方法的另一应用实例，下文将对此方法进行描述。
根据本发明的方法包括改性受切换气体的再冷凝影响的表面，以便由于在低压断路器中的电弧的淬火而在污染的沉积之后获得最小的表面导电性。
根据本发明的具体实施例，通过表面微纹理化的方法使该表面超疏水性，因此通过在表面上生长这些残留物的沉积物来促进切换残留物的再冷凝的不均匀性，从而创建残留物岛部，因此限制所产生的沉积物的导电性。
参照图5将是有利的，其示出了微纹理化表面18和残留物岛部19，这些岛部由材料比如银的颗粒形成，以截面的形式示出了作为沿试样的距离d的函数的纹理的波长l。
有利地，该超疏水性表面由微纹理化方法制作。
通过测量表面层的表面电阻来优化用于微纹理化的几何形状，最佳表面是在污染的沉积之后在电介质方面最不均匀的表面。换句话说，目的是为了获得这样的表面，也就是切换的分解元素(它们是导电的(特别是非氧化形式的银))在其上以非均匀方式重新组合，以便减少两种试验端子(设备的相位/相位或输入/输出)之间的泄漏电流。
有利地，所选择的技术是由飞秒激光器进行表面微纹理化的方法，其脉冲持续时间很短(通常小于1纳秒)并且其提供非常高的峰值功率(>10GW)。
在这些条件下，所有的材料可以在无热效应的情况下升华，尤其是用于形成进行该表面改性的面板的塑料材料。
可以在原子力显微镜的帮助下对纹理进行优化，其可用于同时绘制同一试样的地形图和电阻图。
通过使用原子力显微镜的这种技术在图3中示意性示出，并且其是已知的，所以将不再对其进行详细地描述。这种技术使用硅杆20、压电管21、激光器22、并入到杆中的点23、用于检测杆位置的光检测器24、控制装置25、以及监视系统26。
图4示出了测量表面层中的电流，该测量代表了评估该表面上的表面电阻的众多方式之一，目的是为了制作最佳的表面。
应当指出的是，纹理的修改仅涉及远离电弧区域的再冷凝表面。
这是由于这样的修改在电弧附近的表面上会不奏效，因为它们受到电弧的强烈烧蚀。
这种类型的激光处理可用于获得塑料表面的微纹理化，特别是在被称为冷区域的冷凝区域。
纹理可或直接在部件上或在模具上被修改，模具表面微纹理化将是所希望的微纹理化的反面。
通过创建超疏水性表面，这种微纹理化被优化成极大地降低表面上的表面张力，从而减少了成核位点的数量并且促进沉积物沿基本上垂直于要被纹理化的面板的表面的轴线生长，如图所示，特别是在图3中。这导致切换残留物的再冷凝的不均匀性，由于沉积物在分离岛部中的生长，而不是连续薄膜的生长，从而使所得到的沉积物的导电性能够受到限制。
因此，本发明包括对制造面板的材料的表面纹理直接改性，以便满足电介质要求，同时使得能够允许主要用于在与成功淬火要求有关的材料上的热应力和机械应力。
本发明适用于任何外部面板表面，其导电性将被降低并且其位于产生于电切换的导电分解元素的再冷凝的区域。
显然，本发明并不限于所描述及图示的实施例，该实施例仅通过示例的方式给出。
相反，本发明包括所述装置的所有技术等同物以及它们的组合，前提是如果这些都是根据本发明的精神创建的话。

Claims (10)

1.一种用于处理面板的表面以便降低其导电性的方法，所述表面位于被称为冷区域的区域中，所述区域位于其中电弧可能会发生在电保护设备中的区域附近，所述冷区域形成切换残留物的再冷凝的区域，其特征在于，其包括在该表面(18)上形成微纹理，以便促进切换残留物的再冷凝的不均匀性，由于这些残留物的沉积物在表面上生长，从而创建残留物的岛部(19)，因此限制所产生的沉积物的导电性。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，这些残留物的沉积物在基本上垂直于所述表面的平面的方向上生长于表面上。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，超疏水性表面由微纹理化的该方法制作，所述方法被优化，以便极大地降低表面上的表面张力，从而减少成核位点的数量并且促进沉积物沿着垂直轴线生长。
4.如权利要求1至3中任一项所述的处理方法，其特征在于，该方法是通过使用激光器(22)的微纹理化方法。
5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，其是使用激光器(22)的微纹理化方法，该激光器的脉冲持续时间小于1纳秒并且提供超过10GW的峰值功率。
6.如前述权利要求1至3中任一项所述的处理方法，其特征在于，上述表面微纹理化直接创建在上述面板上，或者是借助其中表面微纹理化与在部件上的所希望的微纹理化相反的模具，由模制包括上述面板的部件而获得。
7.如前述权利要求1至3中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述面板由塑料材料制成。
8.一种电气保护设备，包括位于远离电弧区域的再冷凝区域中的至少一个面板，该面板的表面已经由如前述权利要求中任一项所述的处理方法改性，以便提高所述设备的切换后的绝缘性。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，上述设备是低压断路器(D)。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，其是包括多个单极切换单元(3、4、5、6)的多极设备，并且在于，上述面板属于位于两个并列的单极切换单元(5、6)之间的间隔件(9)，或者属于放置在一方面的分隔器(16)与另一方面的处于触点打开位置的可动接触件(14)之间的电介质屏(17)。
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