CN1773647A - 接触衬垫、具有该衬垫的可移动触头包括该触头的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触衬垫(3)，该接触衬垫被设计成固定在一个低压断路器(1)的可移动触头上，该低压断路器被设计为能承受在每平方米接触衬垫200－600安培之间的峰值短路电流。接触衬垫由以银或铜为基体的导电材料合金，一小部分的耐火颗粒，如碳化钨、钨或氮化钛以及一小部分的碳纤维构成。碳纤维在接触衬垫中的重量百分比严格小于接触衬垫总重量的2％。

Description

接触衬垫、具有该衬垫的可移动触头 包括该触头的断路器

技术领域

发明涉及到一种被设计的用来固定在低压断路器的可移动触头上的接触衬垫，这种低压断路器被设计用来承受在接触衬垫的200-600安培/平方米接触衬垫之间的峰值短路电流。接触衬垫由银基或铜基的导电材料的合金，一小部分耐火微粒，如碳化钨、钨或氮化钛和一小部分碳纤维构成。

背景技术

开关设备如电子断路器里面的电故障的出现造成断路器的电触头高速断开。这种高速断开常伴有电弧的产生，电弧在所述触头的水平面上，尤其特别是在接触面或接触区引起高的应力。

为了增加用在这种装置中的电触头的寿命，所知道的办法是改变电触头的接触面或接触区的结构。解决方案在于在接触面或接触区的平面上以具有不同厚度和不同材料的接触衬垫的形式加入复合材料。

接触衬垫一般由银或铜合金制成。它们是通过烧结由银基合金组成的、特别是由银钨合金或者银镍合金组成的粉末这一通常的方法来得以生产的。这些接触材料呈现出高的导电性、足够的抗氧化性，以及就接触电阻来说具有良好的特性。

然而，所知道的银基接触材料显现出不希望有的焊接倾向。而且，它们容易造成接触表面吸附在一起和/或接触元件之间材料的迁移。最后，它们的使用通常伴随着触头过多的磨损。

许多的解决方法在于在合金粉末中加入一种导电材料，如石墨。这种材料被普遍地用来获得断路器的接触衬垫。存在金属基体中的石墨使触头的焊接风险减小。然而，石墨的存在导致接触衬垫的机械腐蚀增加。

纤维形式的碳也能被加入到合金粉末中(文件US4,699,763)。腐蚀性因而得以增强，但是这种改善是在损害了触头抗焊接的性能的代价下获得的。把碳纤维和金属粉末混合，通过液态排渣式燃烧室(wet channel)加入了一种润湿的、润滑和有溶解能力的化学试剂，随后完成烘干、压缩和烧结。这种方法的缺点在于它包含了在液态排渣式燃烧室完成的工艺所固有的复杂性。

为了找到材料的腐蚀性能和材料的抗焊接性之间的可接受的折衷，依据文献DE4,111,683提出把石墨微粒和碳纤维混合起来，再把这种混合物加到金属粉末中去。这种在金属基体中混合添加碳的方法获得了仅仅向金属基体中添加石墨或仅仅添加碳纤维所显示的材料的腐蚀和焊接性能的中间值。但是，碰巧的是，在高应力和特别是在强的短路电流的情况下，石墨微粒由于它们的完美的晶体结构，有从材料表面被析出的趋势。石墨微粒的析出以这种方式损害了材料的表面从而使碳纤维随着从材料的表面析出。这导致了材料表面银的富集，因而损害了最初通过加入石墨试图获得的性能。

在文献EP0171339中描述了一种在压力下将碳纤维基体浸渍液态金属、接下来热挤压如此得到的混合物来制造电触头的方法。通过观察，所得到的触头显示出太大的焊接倾向。

在文献EP0,729,162中描述了一种用良好导电金属粉末，如银粉，的基体和平均长度小于20μm的碎碳纤维来制造电触头的方法。在一般的电流断开用途中，注意到，在处于短路电流下断路后，接触面保留了在银基体中具有不同长度和任意取向的纤维残留物的细小、均匀和各向同性的结构。碎碳纤维与银粉的重量比例为2-5％之间。对于用在电弧很少在触头上停滞的应用设备上的限制性断路器，由此得到的材料显示出断开后低的接触电阻、良好的抗电焊性和可以接受的抗腐蚀性能。然而，这种材料的使用涉及到选择断路器的应用设备上达到了它的极限值，在选择性断路器中，出现在接触衬垫上的故障电流具有几万安培的预期短路电流值。上述接触衬垫具有不足够抗腐蚀性能，并且在开关设备没有断开情况下一秒内流过几万安培的电流时，能观察到显微焊接的发生。

而且，当这种断路器的尺寸被小型化和当加入过滤装置大幅度的减少气体的外部显现时，对接触材料的最适合的选择甚至更加的苛刻。实际上，和常规断路器中释放出的能量相似的断开能量必须在一个小型化和几乎封闭的体积里吸收。这导致了污染物在触头上的沉淀，这种沉淀物特别地来源于电弧隔板翅片烧蚀的熔融钢形成。

发明内容

因此，本发明的目的是补救技术发展水平中的缺点从而提出了一种具有低的断开后接触电阻、高抗腐蚀性能和良好抗焊接性能的接触衬垫。

根据本发明的接触衬垫，在衬垫中的碳纤维在所述接触衬垫的总重量中的重量百分比严格小于2％。

接触衬垫中的碳纤维的重量百分比在所述接触衬垫的总重量的0.5％和1.9％之间。

有益地，碳纤维是长度小于20μm的碎纤维。

优选地，碳纤维由包含至少90％的碳、少于10％的氮、基本上1％的氧和少于1％的氢的碳化纤维构成。

根据发明的一种具体实施方式，接触衬垫由79％的银合金、20％的碳化钨和1％的碳纤维构成。

根据本发明的实施例的断路器的可移动的触头包括一个和上述接触衬垫相连接的可移动接触指，接触衬垫通过一薄层以银合金为基体的导电材料连接在可移动接触指上。

根据本发明的实施例的断路器包括一个电弧隔板，该电弧隔板包括一个过滤装置，该过滤装置被设计用来减轻当断路发生时存在电弧隔板中气体的外部显现；所述断路器还包括一个断开机构，该断开机构作用在至少一个上述的、面对固定触头放置的可移动触头上，所述可移动触头放置在电弧隔板内。

附图说明

通过下面对本发明特定实施例的描述，发明的其他的优点和特征会变得更加显而易见。本发明的该特定实施例仅仅以非限定实例的方式给出，并在附图中示出。附图中：

图1表示根据本发明实施例的断路器的横断面视图，该断路器包括具有接触衬垫的可移动触头

具体实施方式

根据发明的优选实施例，接触衬垫3被设计成固定在低压断路器1的一个可移动的触头2上，低压断路器1被设计为能承受几千安培的短路电流。用每一单位接触衬垫表面上的安培数值来表示电流强度，根据本发明的接触衬垫3被设计成能承受范围在每平方米接触衬垫200-600安培之间的峰值短路电流。

当断路能量被吸收在具有小型、几乎封闭或紧密密封的内部体积的一个电弧隔板里时，这些强短路电路的流动产生的影响能够被更强烈地感觉到。

接触衬垫3由导电材料，如银(Ag)或铜(Cu)构成，这种导电材料嵌入了一小部分的碳纤维和一小部分耐火微粒，如碳化钨(WC)、钨(W)或者氮化钛(TiN)。这些耐火微粒的平均直径为1到10微米。

碳纤维由含有至少90％的碳、少于10％的钛、基本上1％的氧和少于1％的氢的碳化纤维构成。

在所介绍的实施例中，选择了平均长度L1在大约100μm-g00μm之间并且直径在4-20μm之间的碳纤维。这些纤维承受在机械压碎机上进行冷和干机械处理。压碎强度和压碎持续时间条件能够使纤维获得围绕比初始平均值要低很多的平均值统计分布的长度。这样，通过初始的纤维获得了平均长度不低于20μm的碎纤维的残余物，随后把碎纤维加入到含有一小部分耐火颗粒的导电材料中。导电材料粉末和碎碳纤维的混合通过烘干槽(dry channel)在机械搅拌器中进行，直到获得均匀的混合物。所述混合物然后经历整体的压缩和烧结从而获得一种具有各向同性的材料结构。

在文献EP-B-0,729,162中详细的描述了这种制造工艺，关于这种制造工艺的描述通过引用的方式引入到在这里来。

为了能承受在上述条件下能经受电流的选择性断路器中观测到的特定的应力，不得不增加如此而获得的接触衬垫的抗腐蚀能力。为了达到这一目的，碳纤维在接触衬垫中的重量的百分比要严格低于2％。优选的是，碳纤维占接触衬垫总重量的0.5％和1.9％之间。

在本发明应用的一个例子中，这种应用中材料比例的选择的理想折衷在于使用含有79％的银(Ag)、20％的碳化钨(CW)和1％的碎碳纤维的接触衬垫。

最后，这种具有合适的均匀结构的材料在几万安培的短路电流情况下呈现出低和稳定的断开后接触电阻和好的抗腐蚀能力。另外，特别是断路发生在电弧柱里的情况时，这种材料显示出对环境中存在的钢珠的抗焊接特性。归因于碳纤维老化的裸露现象可以解释这种材料对熔融钢珠的抗粘附特性。

断路器1的包含一个相对于固定触头运动的可移动接触指的可移动触头2具有一个上述接触衬垫3。所述接触衬垫通过一薄层基体为银或者铜银混合物的导电材料与可移动接触指连接。这个中间层能阻止在接触衬垫3和接触指之间的交界面区内的裂纹的传播。

断路器1包括一个断开机构6，该断开机构作用于至少一个上述可移动触头上。所述至少一个可移动触头2面向固定触头4放置。所述固定触头由一种通常含有嵌入了一小部分石墨粉颗粒的银金属基体的合金制成。所述一小部分颗粒占合金重量的3-5％。该合金也可以含有占总重量比例在2％和30％之间的特定量的耐火元素(钨，碳化钨，镍)。根据特定实施例的断路器被设计成接受1600安培的额定电流和持续一秒的42000安培的短期电流。电弧隔板10每柱含有5个可移动触头2，该可移动触头与一个固定触头带4相关联。安置在电弧隔板10的侧壁上的过滤装置5被设计成当发生触头断开时很好地衰减在上述电弧隔板里存在的气体的外部显示。作为非限制性例子，过滤装置5包括具有在申请人提出的专利申请(EP-A-1115132，EP-A-1251533)中描述的特定技术特征的过滤器。

Claims (6)

1.一种接触衬垫(3)，被设计成固定在低压断路器(1)的可移动触头(2)上，低压断路器(1)被设计成承受在每平方米接触衬垫200至600安培之间的峰值短路电流，接触衬垫(3)由一种以银(Ag)或铜(Cu)为基体的导电材料，一小部分的耐火颗粒，如碳化钨(CW)、钨(W)或氮化钛(TiN)和一小部分的碳纤维构成，其特征在于，碳纤维在上述接触衬垫(3)中重量百分比严格小于所述接触衬垫的总重量的2％，碳纤维是平均长度小于20μm的碎纤维。

2.如权利要求1所述的接触衬垫(3)，其特征在于，接触衬垫(3)中碳纤维的重量百分比占所述接触衬垫总重量的0.5％和1.9％之间。

3.如上述权利要求中任一项所述的接触衬垫(3)，其特征在于，碳纤维由含有至少90％的碳、少于10％的氮、基本上1％的氧和少于1％的氢的碳化纤维构成。

4.如上述权利要求中任一项所述的接触衬垫(3)，其特征在于，接触衬垫由79％的银、20％的碳化钨(CW)和1％的碳纤维构成。

5.一种断路器(1)的可移动触头(2)，该可移动触头包括一个可移动接触指，其特征在于，上述权利要求中所述的接触衬垫(3)通过一薄层以银或铜银混合物为基体的导电材料与可移动接触指相连接。

6.一种断路器(1)，包括一个电弧隔板(10)，该电弧隔板(10)包括过滤装置(5)，该滤清装置(5)被设计用来当发生断路时减轻存在于电弧隔板中的气体的外部显现，断路器(1)还包括一个作用于至少一个可移动触头(2)的断开机构(6)，其特征在于，所述可移动触头(2)是面对固定触头(4)安置的如权利要求5所述的触头，所述可移动触头安置在电弧隔板里。

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