[發明專利]一種具有控制真空電弧定向擴展運動功能的觸頭

有效

• 申請號: 201210360923.9
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102881511A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王亞平;王慧馨
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;遼寧金力源新材料有限公司
• 主分類號: H01H33/664
• 分類號: H01H33/664;H01H1/06;H01H1/025
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明涉及一種真空開關所用的觸頭材料，特別涉及一種具有控制真空電弧定向擴展運動功能的觸頭。

背景技術

觸頭是真空斷路器、接觸器、負荷開關等真空開關電器中的關鍵元件，承擔接通、斷開電弧電路和負載電路電流的任務，要求其具有在真空間隙中的高電壓承載能力、高的開斷能力以及低的截流值、熔焊趨向等性能。目前，真空開關電器中尚沒有要求和考慮到用觸頭特性來控制開關開斷過程中的電弧行為，使電弧在電極表面形成定向的擴展運動。

真空電弧是真空開關關合和斷開電路過程中必然伴隨的現象，對其行為和過程的控制是真空開關設計的核心，只有實現了電弧產生、運動和熄滅行為的可控，才能控制觸頭燒蝕程度和電路的成功開斷。

目前，真空開關中采用磁場來控制觸頭表面的電弧行為，主要包括：（1）用橫向磁場來驅使真空電弧在觸頭表面切向快速運動，減輕電弧對電極表面的燒蝕；（2）用縱向磁場來控制電極間隙空間的電弧壓力、空間密度和能量分布，延緩了電極表面形成電弧集聚燃燒，從而提高了開關的開斷能力。這類技術中，在電極間隙實現磁場的方法是將觸頭及其支撐底座加工成復雜的溝槽結構，使電極表面電流或電弧斑點按照一定方向運動。這個方法的弱點一是溝槽結構大幅度降低了觸頭系統的機械強度和觸頭的載流密度，也進而在一定程度上降低了開關的開斷電流能力；二是大幅度提高了生產加工成本。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有控制真空電弧定向擴展運動功能的觸頭，不需將觸頭中加工成溝槽結構以產生橫向或縱向磁場，用改變觸頭自身顯微組織特性實現控制真空電弧的定向、擴展運動，從而實現提高真空開關的開斷容量，大幅度提高觸頭系統的機械強度和載流密度，顯著降低生產成本。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種具有控制真空電弧定向擴展運動功能的觸頭，在其中分布有易于發生電擊穿的第二相或第二相與銅基合金的混合材料，這些第二相或第二相與銅基合金的混合材料從觸頭中心開始形成連續排列區域，這些連續排列區域呈現出從觸頭中心的輻射狀、圓環狀或螺旋狀。

上述觸頭由銅基合金材料作為基體，銅基合金材料的成份范圍包括：銅鉻系合金為含有質量百分比1-70%鉻的銅合金；銅鎢系合金為含有質量百分比20-90%鎢的銅合金；銅鎢碳化鎢系合金為含有質量百分比0-50%鎢、質量百分比1-60%碳化鎢的銅合金；銅鉍系合金為含有質量百分比1-10%鉍的銅合金；銅鐵系合金為含有質量百分比1-50%鐵的銅合金；在銅基體中，還含有質量百分比為0-5%鋁、0-5%硒、0-5%碲；第二相的成份包括碳材料、稀土或稀土氧化物、碳化物、金屬氧化物、多元陶瓷相，第二相區域由上述第二相或其與銅基材料的混合物組成；在混合物中，第二相的質量比例為2-98%。

第二相成份中的碳的存在形式可為碳纖維、碳布、石墨粉、碳黑粉或碳管粉末。

第二相成份中的稀土或稀土氧化物包括鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu、鈧(Sc)和釔(Y)或其氧化物。

第二相區域由第二相或其與銅合金的混合物組成。第二相合金與銅基材料相比，具有更易產生電弧和穩定電弧的特性，使電弧能夠延著第二相區域快速擴展和定向運動。