專利名稱：中壓或高壓電開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中壓或高壓電開關(guān)裝置。
在本發(fā)明的意義上，這類電開關(guān)裝置例如是斷路器、切斷開關(guān)、接觸器或是充電開關(guān)?！爸袎骸被颉案邏骸币辉~指高于約1000伏的電壓。
背景技術(shù)：
周知上述這種開關(guān)裝置具有一組接點(diǎn)，這組接點(diǎn)設(shè)有固定接點(diǎn)件與活動(dòng)接點(diǎn)件，且各個(gè)接點(diǎn)也都裝備有相應(yīng)的接點(diǎn)件。此活動(dòng)件可以相對(duì)于固定件在一接觸位置與一中斷的分開位置之間移動(dòng)。
當(dāng)此活動(dòng)件在該接觸位置與分開位置間移動(dòng)時(shí)，在這兩個(gè)接點(diǎn)件之間便會(huì)發(fā)生電弧放電，一旦所述電弧放電中斷，此電弧即消失。
此外，上述活動(dòng)接點(diǎn)還設(shè)有絕緣噴嘴，此噴嘴界定出通道，當(dāng)活動(dòng)件移動(dòng)時(shí)，就有絕緣氣體也稱之為“中斷氣體”經(jīng)此通道導(dǎo)向該電弧放電區(qū)。
應(yīng)知在本發(fā)明的意義下，上述氣體適用來重復(fù)地中斷電開關(guān)裝置，也即電弧中斷可以多次地介入。
在當(dāng)前的技術(shù)水平下，已知六氟化硫(SF6)或甚至是四氟化碳都可以用作為中斷絕緣氣體。這兩種氣體具有良好的絕緣性質(zhì)，從而能設(shè)置這樣的電開關(guān)裝置，其中能使各部件彼此間隔很小地處于電壓下。此外，在電弧放電時(shí)這些氣體的性質(zhì)幾乎沒有任何損失，因而在實(shí)質(zhì)上無助于所述電弧，而且能在中斷電弧后迅速回復(fù)所述性質(zhì)。
可惜這兩種上述的氣體有害于環(huán)保，因?yàn)橐阎鼈兡墚a(chǎn)生溫室效應(yīng)。
為了解決這一問題，已提出過應(yīng)用其他類型的絕緣氣體。例如EP-A-0 737 993與EP-A-1 271 590談到了使用高壓氮的可能性。
這固然在環(huán)保方面是滿意的，但此種可供采用的氣體卻不能給出與CF4或SF6可匹敵的性質(zhì)。
例如，首先是氮的介電性質(zhì)就不如SF6或CF4的良好。于是就必須給氮以較高的壓力，不然就得將電開關(guān)裝置中的各個(gè)部件布設(shè)成較為分開。
再有，在中斷質(zhì)量方面，氮也不如CF4或SF6那樣令人滿意。當(dāng)電弧放電時(shí)，氮比起CF4或SF6會(huì)使之維持較長的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供這樣一種電開關(guān)機(jī)構(gòu)，它所使用的中斷氣體實(shí)質(zhì)上是沒有CF4與SF6的，而在同時(shí)特別是在中斷性能與介電性能方面，卻能接近于采用這兩種氣體的先有技術(shù)開關(guān)裝置所提供的性能。
為此目的，本發(fā)明提供了一種中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體的中斷室，此中斷室包含第一接點(diǎn)件與第二接點(diǎn)件，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適合用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合為電弧夠到的輻射壁；至少有兩種組分材料它們是選自上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)和/或各輻射壁中的至少一種組元的一部分，適用于在電弧作用下分解，得以形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)，而為了形成至少一種新的氣體物質(zhì)，至少要在電弧熄滅的同時(shí)使此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)和/或各輻射壁中的至少一個(gè)組元包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，而得以形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)適用與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳。上述氧化物則與此同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；所述電開關(guān)裝置的特征在于上述固態(tài)氟化物是一種含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)，這種含氟聚合物在由其與所述氧化物形成的總體中所占的重量比為50～80％，而最好是60～70％。
在一種變型中，上述氧化物與一種含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)相結(jié)合，同時(shí)與另一種固態(tài)氧化物相結(jié)合。
本發(fā)明還提供了這樣一種中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體的中斷室，此中斷室包含第一接點(diǎn)件與第二接點(diǎn)件，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適合用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合為電弧夠到的輻射壁；至少有兩種組分材料屬于上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)和/或各輻射壁中的至少一個(gè)組元，適用于在電弧作用下分解，以便形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)，從而至少要在電弧熄滅的同時(shí)形成至少一種新的氣體物質(zhì)，此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)以及各輻射壁中的至少一個(gè)組元包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，以便形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)，其適于與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳。上述氧化物則與同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；所述電開關(guān)裝置的特征在于，上述氧化物在所述同一固態(tài)組元中還與含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)以及一種固態(tài)硫化物相結(jié)合，且此氧化物對(duì)此固態(tài)硫化物的重量比為2～3，同時(shí)此氧化物與此固態(tài)硫化物按體積計(jì)則相當(dāng)于由上述含氟聚合物、固態(tài)硫化物與氧化物形成的總體的25～40％而最好是30～35％。
本發(fā)明還提供了這樣一種中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體的中斷室。此中斷室包含第一接點(diǎn)件與第二接點(diǎn)件，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適合用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合為電弧夠到的輻射壁；
至少有兩種組分材料屬于上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)和/或各輻射壁中的至少一個(gè)組元，適用于在電弧作用下分解，以便形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)，從而至少要在電弧熄滅的同時(shí)形成至少一種新的氣體物質(zhì)，此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體、第一電弧接點(diǎn)與第二電弧接點(diǎn)以及各輻射壁中的至少一個(gè)組元包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，以便形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)，其適于與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳，上述氧化物則與此同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；上述電開關(guān)裝置的特征在于，上述氧化物在所述同一固態(tài)組元中還與含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)以及一種固態(tài)氮化物結(jié)合，作為非限定性例子，所述氮化物為氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)或甚至是氮化鋁(AlN)。
上述氧化物對(duì)此固態(tài)氮化物的重量比最好為0.4～3，而此氧化物與固態(tài)氮化物按體積計(jì)則相當(dāng)于由上述含氟聚合物、固態(tài)氮化物與氧化物形成的總體的25～40％而最好是30～35％。
為了說明適用于本發(fā)明的開關(guān)裝置的各種中斷氣體，作為非限定性例子，特別提及了氮、氧化氮、二氧化碳以及它們的混合物。
本發(fā)明用到了至少兩種組分材料來形成分解出的物質(zhì)，而后者又適合重新組合成至少一種新的氣體物質(zhì)。這些組分材料有兩種或多種，屬于所述中斷氣體、電弧接點(diǎn)與輻射壁中的至少一種組元。換言之，這些組分材料可以是這些組元中的一個(gè)，或者是至少這些組元中的兩個(gè)。
當(dāng)電弧放電，上述組分材料分解而形成等離子體，其中所分解的物質(zhì)可以有選擇地呈現(xiàn)離化的單原子或多原子化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)然后通過穩(wěn)定性最大化而能量需求最小化的效應(yīng)極快地重新組合。這樣就導(dǎo)致形成至少一種新的氣態(tài)物質(zhì)，而其介電性質(zhì)顯著地優(yōu)于初始中斷氣體特別是氮?dú)獾慕殡娦再|(zhì)。
由于上述的分解和繼后的重新組合這兩種反應(yīng)實(shí)質(zhì)上都是瞬時(shí)的，新的氣體物質(zhì)在電弧放電之前便中止形成。這樣，電弧本身就處在一種其介電性質(zhì)與中斷氣體的介電性質(zhì)相比有了改進(jìn)的氣體介質(zhì)中，這就有利于電開關(guān)裝置全面良好地工作。在這樣的條件下，用CF4或SF6本發(fā)明保證了這樣的中斷性質(zhì)基本上先有技術(shù)方案所允許的中斷性質(zhì)。
類似地，當(dāng)電流減小并達(dá)到零時(shí)以及當(dāng)電弧熄滅時(shí)，電極之間的氣體介質(zhì)的介電性質(zhì)就比中斷氣體的介電性質(zhì)有了改進(jìn)。此外在上述這些條件下，本發(fā)明還保證了中斷后的介電強(qiáng)度性質(zhì)極為接近由先有技術(shù)方案用CF4或SF6所提供的性質(zhì)。
再有，從環(huán)保觀點(diǎn)考慮，本發(fā)明尤其遠(yuǎn)優(yōu)于那種先有技術(shù)方案。
事實(shí)上，借助本發(fā)明就不必要在最初為使電開關(guān)裝置投入運(yùn)行而給它充填以具有很強(qiáng)溫室效應(yīng)的氣體。除此，任何具有可感知的溫室效應(yīng)的氣態(tài)物質(zhì)以及通過上述分解與重新組合兩種反應(yīng)由電弧放電所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)都是以很小的量存在的。應(yīng)知具有溫室效應(yīng)的氣體物質(zhì)在現(xiàn)場于時(shí)間上只當(dāng)電弧放電時(shí)而在空間上只在此電弧的鄰區(qū)才形成。
為了優(yōu)化本發(fā)明的實(shí)施過程且為了由此而獲得大量的具有高介電性質(zhì)的氣體物質(zhì)，內(nèi)行的人可對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行變化各種組分材料的化學(xué)計(jì)量，尤其是當(dāng)它們屬于同一組元時(shí)；在采用含氟聚合物時(shí)，填料的體積百分率最好小于40％以保證此聚合物的機(jī)械強(qiáng)度；任何填料的純度與粒度分布；被電弧輻射的工作區(qū)的大小，特別當(dāng)涉及的組元是固態(tài)型時(shí)；等離子體與適用于分解的材料間的距離。
應(yīng)知在本發(fā)明的說明書與權(quán)利要求書中，各種填料被認(rèn)為是純的，亦即除所述填料的化學(xué)物質(zhì)外，其元素量小于5％。此外，這種填料的粒度小于100微米，即它們是屬于微米型的或納米型的。
還應(yīng)著重指出，本發(fā)明與先有技術(shù)明顯的不同之處在于所述中斷室設(shè)有噴嘴，用來導(dǎo)引由聚四氟乙烯(PTFE)或甚至是特氟隆制備的中斷氣體。事實(shí)上，在這種技術(shù)方案中，例如US-B-6437273中所示，適用于在電弧放電時(shí)分解的各種組分材料的比例是不適合于形成這樣數(shù)量的氣體物質(zhì)如SF6或CF4，其數(shù)量能顯著改進(jìn)中斷氣體的介電性質(zhì)。
所使用的氧化物例如可以是氧化硅(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)或甚至是氧化磷(P2O5)。這種氧化物在電弧的作用下分解，特別是能形成自由的氧原子或離子。所述原子或離子然后能與等離子體中分解的碳離子起反應(yīng)。這樣將導(dǎo)致形成碳的氧化物，特別是形成一氧化碳或二氧化碳，從而能防止形成純碳。這種方法特別有利，因?yàn)樗杀苊庥捎诩兲嫉矸e到開關(guān)機(jī)構(gòu)的某些部件如導(dǎo)引噴嘴上而使開關(guān)機(jī)構(gòu)的性能降低。
最為有利的是，所述中斷氣體包括至少一種另外的氣體，而這種另外的氣體含有至少一種適用于分解的氣體組分，所述另外的氣體是含氟氣體，特別是氟化氙(XeF4)和/或含碳的氣體特別是二氧化碳(CO2)和/或含硫的氣體特別是二氧化硫。
還應(yīng)提到這種中斷氣體可以包括六氟化硫(SF6)和/或四氟化碳(CF4)。但應(yīng)記住，在本發(fā)明的意義下，這種中斷氣體基本上沒有以上兩種另外的氣體，從而它們以極少的量存在，至多相當(dāng)于百分之幾。在這種中斷氣體中還能夠包括六氟化鎢(WF6)、氟化氮(NF3)或甚至是六氟化鈾(UF6)。
在本發(fā)明的第一種供選擇形式中，適用于進(jìn)行分解的氣體組分也適用來與至少一種適于分解且屬于至少一種固態(tài)組元的組分材料相結(jié)合。
在本發(fā)明的另一種供選擇形式中，提供有多種適于在電弧作用下分解的氣體組分材料。在這樣的條件下，本發(fā)明涉及完全在氣體形式中發(fā)生的連續(xù)性的分解與重新結(jié)合。
有利的是，上述另外的氣體是最好選自XeF4、XeF2、SiF4或NF3的含氟氣體，而這類含氟氣體按體積計(jì)最好為1～20％。
根據(jù)本發(fā)明的一種有益特征，這類新的氣體物質(zhì)含氟與硫和/或碳。特別是這類新的氣體物質(zhì)是四氟化碳(CF4)和/或六氟化硫(SF6)。
根據(jù)本發(fā)明的另一有益特征，這類新的氣體物質(zhì)含氧與碳和/或氮。特別是這類新的氣體物質(zhì)是二氧化碳(CO2)和/或二氧化氮。
在本發(fā)明的一種變型中，適合在電弧作用下分解的至少一種組分材料屬于至少一種固態(tài)組元，這種組分材料在使用中至少存在于為電弧輻射的上述固態(tài)組元的表面上。在這樣的條件下，所述固態(tài)組元是由至少一個(gè)電弧接點(diǎn)和/或至少一個(gè)輻射壁形成。
在有利的方式下，一種固態(tài)組元是由用來導(dǎo)引中斷氣體的絕緣噴嘴組成。這樣，此種噴嘴除了它的常規(guī)導(dǎo)引功能外，還執(zhí)行著輸送至少一種適于分解的組分材料的功能。
在另一種變型中，適合分解的至少一種組分材料屬于上述絕緣噴嘴，而適合分解的至少另一種組分材料則屬于不同于上述噴嘴的另一輻射壁。在這樣的條件下，所述的另一壁專門設(shè)計(jì)成能輸送至少一種適于在電弧作用下分解的組分材料。
在本發(fā)明的一種可能形式下，屬于至少一種固態(tài)組元且不同于包括與所述至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合的氧化物的組元的至少一種組分材料，是一種固態(tài)氟化物。作為非限定性例子，特別應(yīng)提及含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)或(CF2)n也稱作特氟隆，以及氟化鈣CaF2、氟化鋁AlF3、氟化銅Cu2F2或甚至是氟化鈦TiF4。
在本發(fā)明的又一種變型中，能夠?qū)⒌谝慌c第二不同類型的氟化物相結(jié)合，特別是當(dāng)它們屬于同一固態(tài)組元時(shí)。最好，適于分解的第一種組分材料為含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)，而另一適于分解的組分材料則為另一種不同類型的氟化物，此另一種氟化物例如是CaF2、AlF3、Cu2F2或TiF4。
當(dāng)這種含氟聚合物和另一類型的氟化物屬于同一固態(tài)組元時(shí)，PTFE的重量比最好為含氟聚合物與另一類固態(tài)化合物構(gòu)成之總體的60～80％，最好為65～75％。
在本發(fā)明的又一種可能形式中，屬于至少一種固態(tài)組元的至少一種組分材料是固態(tài)硫化物。作為非限定性的例子，可以提出銻的硫化物Sb2S3或Sb2S5或硫化鉬MoS2。
在本發(fā)明的又一變型中，適于分解的至少一種組分材料是固態(tài)氟化物，而適于分解的至少另一種組分材料則是固態(tài)硫化物。
在第一種供選擇形式中，第一種組分材料是含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)而另一種組分材料是固態(tài)硫化物。當(dāng)此含氟聚合物與固態(tài)硫化物屬于同一固態(tài)組元時(shí)，此含氟聚合物在由其與該固態(tài)硫化物組成的總體中所占重量比最好為50～80％而尤為最好是60～70％。
在另一種供選擇形式中，第一種組分材料是含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)，第二種組分材料是另一類固態(tài)氟化物而第三種組分材料是固態(tài)硫化物。當(dāng)這種含氟聚合物、另一類氟化物與該硫化物屬于同一固態(tài)組元時(shí)，此另一類氟化物在由其與前述含氟聚合物與該硫化物組成的總體中對(duì)該硫化物的重量比為3～4，而此另一類氟化物與該硫化物在此總體中按體積計(jì)為25～40％且最好為30～35％。
在本發(fā)明的另一種變型中，適合于在電弧作用下分解的至少一種組分材料是氣體組分。
附圖簡述下面參考只作為非限定性例子給出的附圖來描述本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的中壓或高壓電開關(guān)裝置的中斷室的縱剖圖；圖2是當(dāng)電弧放電時(shí)圖1中的中斷室的某些組元的更精確地說是某些組元分解的示意圖；圖3是類似于圖2的示意圖，示明本發(fā)明的變型實(shí)施形式。
具體實(shí)施例方式
圖1示明例如屬于斷路器的中壓或高壓開關(guān)裝置(未圖示)的中斷室2。此中斷室按常規(guī)形式設(shè)置，因而下面對(duì)此只作簡述。
室2由絕緣圓筒形外殼限定，其中以異于CF4與SF6的絕緣氣體充填。這種絕緣氣體例如是氮、氮的氧化物、氬、二氧化碳或它們的混合物。此室首先包含有總體上以標(biāo)號(hào)6給出的固定接點(diǎn)件，接點(diǎn)件6包括支架8上，其上安裝著電弧接點(diǎn)件10。
此支架8例如可通過任何機(jī)械裝置如螺絲緊固或銷子緊固裝置固定到接點(diǎn)件10之上。接點(diǎn)件6電連至電連接件(未圖示)上，還設(shè)置有恒定電流接點(diǎn)12。
此中斷室2還包含一整體以標(biāo)號(hào)14給定的活動(dòng)接點(diǎn)件。此活動(dòng)接點(diǎn)件包括的支架16，其上安裝著活動(dòng)接點(diǎn)18。
支架16以類似于上述的在支架8與接點(diǎn)件10之間的緊固裝置固定到接點(diǎn)件18之上。
上述活動(dòng)接點(diǎn)件14也連接至另一電連接件(未圖示)之上，還裝備有一恒定電流接點(diǎn)20。此恒定電流接點(diǎn)支承一界定出環(huán)形通道24的絕緣噴嘴22。
活動(dòng)接點(diǎn)件14在使用中通?？稍诮狱c(diǎn)件10與18相互接觸的位置(示明于圖1中的左側(cè))與接點(diǎn)件10與18相互分開的位置(示明于圖1中的右側(cè))之間移動(dòng)。
當(dāng)活動(dòng)接點(diǎn)件14從其接觸位置移至其中斷位置時(shí)，在兩接點(diǎn)件10與18之間發(fā)生電弧放電，而絕緣氣體便經(jīng)過環(huán)形通道24導(dǎo)入上述電弧的區(qū)域。
圖2是大比例尺的示意圖，只示明了電弧接點(diǎn)10與18以及噴嘴22。標(biāo)號(hào)26指接點(diǎn)10與18分開時(shí)在它們之間放電的電弧。此電弧26還沿面向噴嘴22的壁部通過以G標(biāo)明的絕緣氣體傳播。
本例中，噴嘴22由兩種材料即聚四氟乙烯(PTFE)或者(CF2)n以及氧化物例如SiO2制成。這兩種組分材料的重量百分率例如是65％的PTFE與35％的SiO2。
在所示的例子中，噴嘴22完全由上述兩種組分材料制成。但應(yīng)注意，作為一種變型，上述兩種組分材料只存在于使用中為電弧26所輻射的表面上。在這種情形下，上述兩種組分材料存在于最小至少要1mm的厚度上。作為另一種變型，上述兩種組分材料可以只存在于噴嘴的頸部C處，具體如圖2所示。
當(dāng)電弧26輻射于噴嘴22相對(duì)的表面時(shí)，導(dǎo)致PTFE與SiO2分解，分解出的種類存在于等離子體內(nèi)，示意地表明于圖2中，以標(biāo)號(hào)e1與e2標(biāo)明。
例如在這一例子中，于此等離子體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有離子形式C+與F-。然后，在此等離子體內(nèi)分解的物質(zhì)e1與e2重新結(jié)合，基本上是立即反應(yīng)形成新的氣體物質(zhì)，圖2中以G1標(biāo)明。本例中產(chǎn)生出兩種新的氣體四氟化碳CF4與二氧化碳CO2，在這種氣體形成過程中有固態(tài)硅形成。
上述各種物理-化學(xué)現(xiàn)象由下式[1]闡明，應(yīng)該著重指出，式[1]只表明一種原理。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，由于氧化物的存在，初始時(shí)屬于這種氧化物中的氧就與PTFE中分解出的碳結(jié)合形成二氧化碳。這樣就能防止產(chǎn)生純碳，純碳常要淀積于噴嘴壁上，這樣就會(huì)降低開關(guān)裝置的性能，尤其是介電性能。
在上述例子中，固態(tài)氟化物與氧化物在噴嘴22中相結(jié)合。作為一種變型，也能將氟化物例如PTFE與一種固態(tài)硫化物如硫化鉬(MoS2)以及與一種氧化物如二氧化硅結(jié)合。然后估算噴嘴中的重量比，以使在由上述含氟聚合物、固態(tài)硫化物與氧化物形成的總體中，此氧化物對(duì)該固態(tài)硫化物的質(zhì)量比為2～3，而其體積比為25～40％且最好為30～35％。
上述各種現(xiàn)象可由下式[2]表示[2]當(dāng)電弧放電時(shí)，將導(dǎo)致上述氟化物、硫化物與氧化物分解。所分解的物質(zhì)重新結(jié)合，特別形成一種新的氣體物質(zhì)即六氟化硫SF6。
作為一種變型，能夠用硫化銻(Sb2S5)置換硫化鉬(MoS2)。然后估算噴嘴中的重量比，以使在由上述含氟聚合物、固態(tài)硫化物與氧化物組成的總體中，上述氧化物對(duì)固態(tài)硫化物的質(zhì)量比為2～3，而其體積比為25～40％且最好為30～35％。
上述各種現(xiàn)象可由下式(3)表示[3]下面的式[4]說明另一變型實(shí)施形式，其中除式[1]中的PTFE與SiO2外，噴嘴22中還包括一種固態(tài)氮化物，它在本例中為氮化硼B(yǎng)N。
當(dāng)電弧放電，上述各組分材料分解后再重結(jié)合成三種不同氣體，它們的介電性質(zhì)優(yōu)于初始的中斷氣體。本例中，這三種氣體是四氟化碳(CF4)、氧化亞氮(N2O)與二氧化碳(CO2)。
在由式[1]～[4]闡明的以上各例中，噴嘴22中包括兩或三種適于在電弧作用下分解的組分材料，它們能形成至少一種新的氣體物質(zhì)，其介電性質(zhì)則優(yōu)于初始中斷氣體如氮?dú)獾慕殡娦再|(zhì)。
作為一種變型，上述組分材料中至少有兩種可以屬于電開關(guān)裝置的不同于噴嘴22的固態(tài)組元。例如所述的組分材料可以包括在電弧接點(diǎn)10或18的一個(gè)或另一個(gè)之中。
另一種可能形式也由圖3示明，其中類似于圖1中的機(jī)械組元標(biāo)以相同的數(shù)號(hào)再附加撇號(hào)“’”。還存在另外的中間部件23，它基本上是圓筒形的，專門設(shè)計(jì)成用來在電弧作用下輸送分解出的物質(zhì)。
應(yīng)用式[1]～[4]的各個(gè)例子，上述部件23至少是部分可由氟化物如(CF2)n或不同的氟化物如CaF2，或是由硫化物如MoS2或?qū)嶋H上是Sb2S5制成。例如，所述部件23可以由兩種不同氟化物制成。在此情形下，將依下式[5]產(chǎn)生新的氣體四氟化碳(CF4)同時(shí)形成固態(tài)鈣，式[5]則只具有原理特征。
例如，若噴嘴是由PTFE與氧化物制成，則部件23可以由兩種不同氟化物如(CF2)n與CaF2制成，其質(zhì)量比則是65％的PTFE與35％的CaF2。此外，部件23所用的組分材料中也可包括氧化物。
在以上的描述中，適用于在電弧作用下分解的各種組分材料包括用來防止形成純碳的氧化物，它們是中斷室的固體組元的一部分。作為另一種變型，能夠提供至少一種初始時(shí)為氣體形式的這樣的組分材料。
在上述情形下，適用于在電弧作用下分解的這類氣體組分材料則是由與適當(dāng)?shù)闹袛鄽怏w相結(jié)合的一或多種另外的氣體形成。
舉例來說，氟化氙XeF4可以與中斷氣體例如氮相結(jié)合。此時(shí)例如可以發(fā)現(xiàn)按體積計(jì)1～20％的XeF4。在此還假定噴嘴22是由加有氧化物的PTFE制成。
在上述條件下，當(dāng)電弧放電即發(fā)生分解，此時(shí)前述的另外氣體、PTFE與氧化物分解。分解出的物質(zhì)實(shí)際上將立即重新組合而形成CF4與氙(Xe)。可以提供裝置例如用分子篩來捕集所得到的純氙。
上述各種現(xiàn)象用下式[6]說明 還能考慮將氟化氙與固態(tài)氟化物以及與固態(tài)硫化物例如與PTFE以及MoS2兩者結(jié)合。后兩種組分材料此時(shí)則包括于同一種固態(tài)組元如噴嘴22或兩種不同的固態(tài)組元如圖3的噴嘴22’與部件23’之中。在電弧放電時(shí)涉及到的這種現(xiàn)象由下式[7]說明[7]應(yīng)該注意到，在式[7]的例子中，將氟化氙與固態(tài)氟化物以及與固態(tài)硫化物相結(jié)合會(huì)同時(shí)形成CF4與SF6。
作為一種變型，應(yīng)知可以采用其它類型的氣體氟化物如XeF2、SiF4或NF3。事實(shí)上，所述中斷氣體可以與另外最好選自XeF4、XeF2、SiF4或NF3的氟化氣體結(jié)合，而這種氟化氣體例如按體積比可以是1～20％。
下面的式[8]、[9]與[10]說明本發(fā)明三個(gè)另外的變型實(shí)施形式。
在一個(gè)例子中，所述噴嘴可以由PTFE與例如二氧化硅這樣的氧化物制成，而部件23則可由PTFE與固態(tài)氮化物制成，同時(shí)在電開關(guān)裝置中封裝有氣體。式[8]示明PTFE與一種氣體(本例中為二氧化硫SO2)以及與一種固態(tài)氮化物(本例中為氮化硼B(yǎng)N)相結(jié)合的反應(yīng)。在此例子中，當(dāng)電弧放電，所述各種組分材料分解，然后重新結(jié)合而形成三種同于上述式[4]中的氣體。
式[9]與[10]涉及分解而后重新結(jié)合的反應(yīng)，這些反應(yīng)完全是氣態(tài)的。在這些反應(yīng)式中，氟化氙XeF4與二氧化硫SO2或是與二氧化碳CO2相結(jié)合 [10]應(yīng)該指出，本發(fā)明可用于任何類型的中壓或高壓開關(guān)裝置，特別是不管所述開關(guān)裝置的幾何形狀，即不論其在電路上對(duì)稱與否。這種開關(guān)裝置的中斷可以通過接點(diǎn)件的各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)平移或是轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生。
需要著重指出，本發(fā)明在經(jīng)濟(jì)上是有利的。事實(shí)上，所述適于在電弧作用下分解的組分材料可以選擇那些價(jià)格較低的。此外，這類組分材料易迅速從工業(yè)部門大量地采購到。
權(quán)利要求
1.中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體(G；G’)的中斷室(2)，此中斷室包含第一接點(diǎn)件(6)與第二接點(diǎn)件(14)，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適合用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)(10，18；10’，18’)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧(26；26’)放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合被電弧夠到的輻射壁(22；22’，23)；至少有兩種組分材料，屬于上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)以及各輻射壁(22；22’，23)中的至少一種組元的一部分，適用于在電弧(26；26’)作用下分解，以便形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)(e1，e2)，從而至少在電弧熄滅的同時(shí)形成至少一種新的氣體物質(zhì)(G1)，此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體(G，G’)的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10，10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)以及各輻射壁(22；22’，23)中的至少一個(gè)組元，包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，以便形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)，其適于與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳，上述氧化物則與此同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；所述電開關(guān)裝置的特征在于上述固態(tài)氟化物是一種含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)，這種含氟聚合物在由其與所述氧化物形成的總體中所占的重量比為50～80％，最好是60～70％。
2.中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體(G；G’)的中斷室(2)，此中斷室包含第一接點(diǎn)件(6)與第二接點(diǎn)件(14)，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適合用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧(26；26’)放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合為電弧夠到的輻射壁(22；22’，23)；至少兩種組分材料，屬于上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)和/或各輻射壁(22；22’，23)中的至少一種組元，適用于在電弧作用下分解，以便形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)(e1，e2)，從而至少在電弧熄滅的同時(shí)形成至少一種新的氣體物質(zhì)(G1)，此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體(G，G’)的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)以及各輻射壁(22；22’，23)中的至少一個(gè)組元，包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，以便形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)，其適于與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳，上述氧化物則與此同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；所述電開關(guān)裝置的特征在于上述氧化物在所述同一固態(tài)組元中還與含氟聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)以及一種固態(tài)硫化物相結(jié)合，此氧化物對(duì)此固態(tài)硫化物的重量比為2～3，同時(shí)此氧化物與此固態(tài)硫化物按體積計(jì)則相當(dāng)于由上述含氟聚合物、固態(tài)硫化物與氧化物形成的總體的25～40％，最好是30～35％。
3.中壓或高壓的電開關(guān)裝置，特別是斷路器或切斷開關(guān)，它具有包圍著實(shí)質(zhì)上沒有六氟化硫(SF6)與四氟化碳(CF4)的中斷氣體(G，G’)的中斷室(2)，此中斷室包含第一接點(diǎn)件(6)與第二接點(diǎn)件(10)，這兩個(gè)接點(diǎn)件分別設(shè)有第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)，這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在使用中適于用來占據(jù)它們相互接觸的第一位置以及它們相互分開的第二位置，而這兩個(gè)電弧接點(diǎn)在此第一與第二位置間的移動(dòng)導(dǎo)致電弧(26；26’)放電，同時(shí)在這些電弧接點(diǎn)鄰區(qū)設(shè)有至少一個(gè)適合被電弧夠到的輻射壁(22；22’，23)；至少兩種組分材料，屬于上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)和/或各輻射壁(22；22’，23)中的至少一種組元，適用于在電弧作用下分解，以便形成可在中斷室內(nèi)結(jié)合的分解出的物質(zhì)(e1，e2)，從而至少在電弧熄滅的同時(shí)形成至少一種新的氣體物質(zhì)(G1)，此新的氣體物質(zhì)的介電性質(zhì)優(yōu)于中斷氣體(G，G’)的介電性質(zhì)；選自上述中斷氣體(G，G’)、第一電弧接點(diǎn)(10；10’)與第二電弧接點(diǎn)(18；18’)以及各輻射壁(22；22’，23)中的至少一個(gè)組元，包括適合在電弧作用下分解的一種氧化物，以便形成至少一種輔助性的分解出的物質(zhì)，其適于與前述已分解出的物質(zhì)相結(jié)合以防形成純碳，上述氧化物則與此同一固態(tài)組元中的至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合；上述電開關(guān)裝置的特征在于上述氧化物在所述同一固態(tài)組元中還與含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)以及一種固態(tài)氮化物結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)裝置，其特征在于上述氧化物對(duì)此固態(tài)氮化物的重量比最好為0.4～3，而此氧化物與固態(tài)氮化物按體積計(jì)則相當(dāng)于由上述含氟聚合物、固態(tài)氮化物與氧化物形成的總體的25～40％，最好是30～35％。
5.權(quán)利要求1、2、3或4的開關(guān)裝置，其特征在于所述中斷氣體(G；G’)包括至少一種另外的氣體，此另外的氣體包含至少一種適于分解的氣體組分，同時(shí)此另外的氣體是含氟氣體，特別是氟化氙XeF4，和/或含碳?xì)怏w，特別是二氧化碳CO2，以及/或者含硫氣體，特別是二氧化硫SO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的開關(guān)裝置，其特征在于，上述另外的氣體最好是選自XeF4、XeF2、SiF4或NF3的含氟氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的開關(guān)裝置，其特征在于，上述含氟氣體按體積計(jì)為1～20％。
8.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的開關(guān)裝置，其特征在于，所述新的氣體物質(zhì)(G1)包含氟與硫和/或碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的開關(guān)裝置，其特征在于，所述新的氣體物質(zhì)是四氟化碳(CF4)和/或六氟化硫(SF6)。
10.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的開關(guān)裝置，其特征在于，所述新的氣體物質(zhì)包含氧與碳和/或氮。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的開關(guān)裝置，其特征在于，所述新的氣體物質(zhì)是二氧化碳(CO2)和/或氧化亞氮(N2O)。
12.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的開關(guān)裝置，其特征在于，所述適合在電弧作用下分解的至少一種組分材料屬于至少一種固態(tài)組元(22；22’，23)，這種組分材料至少存在于使用時(shí)被電弧輻射的上述固態(tài)組元的表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的開關(guān)裝置，其特征在于，所述固體組元之一是由導(dǎo)引中斷氣體的絕緣噴嘴(22；22’)組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的開關(guān)裝置，其特征在于，所述適合于分解的至少一種組分材料屬于所述絕緣噴嘴(22’)，而適合于分解的至少另一種組分材料屬于不同于所述噴嘴的另一輻射壁(23)。
15.權(quán)利要求12～14任一項(xiàng)中的開關(guān)裝置，其特征在于，屬于至少一種固態(tài)組元且不同于包括與該至少一種固態(tài)氟化物相結(jié)合的氧化物的至少一種組分材料是固態(tài)氟化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的開關(guān)裝置，其特征在于，適于分解的第一種組分材料是含氟聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)，而另一種適于分解的組分材料是不同類型的另一種氟化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的開關(guān)裝置，其特征在于，上述含氟聚合物和不同類型的另一種氟化物屬于同一固態(tài)組元，且此含氟聚合物在由PTFE和另一種氟化物組成的總體中的重量比為60～80％，最好為65～75％。
18.權(quán)利要求12～17任一項(xiàng)中的開關(guān)裝置，其特征在于，屬于至少一種固態(tài)組元的至少一種組分材料是固態(tài)硫化物。
19.權(quán)利要求15～17中任一項(xiàng)再結(jié)合權(quán)利要求18的開關(guān)裝置，其特征在于，所述適合分解的至少一種組分材料是固態(tài)氟化物，而該適合分解的至少一種另一類組分材料是固態(tài)硫化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的開關(guān)裝置，其特征在于，第一種組分材料是含氟聚合物如聚四氟乙烯，而另一種組分材料是固態(tài)硫化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的開關(guān)裝置，其特征在于，所述含氟聚合物與固態(tài)硫化物屬于同一固態(tài)組元，在此含氟聚合物與固態(tài)硫化物組成的總體中，此含氟聚合物的重量比為50～80％，最好為60～70％。
22.權(quán)利要求19的開關(guān)裝置，其特征在于，第一種組分材料是含氟聚合物，如聚四氟乙烯(PTFE)，第二種組分材料是另一類固態(tài)氟化物，而第三種組分材料是固態(tài)硫化物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)裝置，其特征在于，此含氟聚合物、另一類氟化物與硫化物屬于同一固態(tài)組元，所述另一類氟化物對(duì)此硫化物的重量比為3～4，在由此含氟聚合物、另一類氟化物與硫化物所形成的總體中所述另一類氟化物與此硫化物的體積比為25～40％，最好為30～35％。
24.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求中的開關(guān)裝置，其特征在于，所述適合在電弧作用下分解的至少一種組分材料是氣體組分材料。
全文摘要
本發(fā)明的電開關(guān)裝置具有包圍著實(shí)質(zhì)上無SF
文檔編號(hào)H01H33/78GK1950917SQ200580011894
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
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