真空开关用触头材料.doc

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1、真空开关用触头材料史久熙.(上海电器科学研究所，上海200063)摘要:综合介绍徳国第15届阿尔贝特■凯尔电接触研讨会报导的真空触头材料最新的研究进展。讨论集中在用模拟真空开关试验装置对钩基、碳化餌基、铜锯等触头材料的分断能力、电弧烧损、截止电流的研究结果以及分析解释。关键词:触头材料;餌基;碳化钙基;真空开关;电接触性能屮图分类号:TM564・2文献标识码:D1刖H真空开关在某些场合使用时明显优于空气开关，如:有爆炸危险的环境矿山或化学工业;带有延时脱扣的前级断路器;额定电流非常高的开关，等等。真空开关不但在屮高电压屮占有优势，而

2、且在低压屮也有不少优点，如:介电强度髙;接触电阻小;电磨损少;低噪音;保护环境不直接与电弧接触;维护方便等。真空开关的主要性能，如分断能力、电寿命、熔焊性以及截止电流水平筹，在很人程度上由触头材料决主。如真空开关的分断能力，这个在短路时发生的电流(在低压接触器上为额定电流的10倍,在断路器上是25倍以上)需要由触头承担，然后在电流过零时切断。分断能力决定于:触头形状，如平触头、径向磁场触头(螺旋形和盆形触头)或者轴向磁场触头;材料成分;颗粒尺寸;制造方法;材料纯度等。另外,真空开关内没有气体，所以在触头Z间维持电弧和决定截流水平的截

3、流子只能是金属蒸气，它必须从触头材料里释放出來。目前真空开关方面的工作在于:捉高现有真空开关的分断容量;在相同的分断容量下缩小尺寸;改进制造工艺;减少生产成本。而在这些工作屮,触头材料性能的提高是重耍因素。因此真空开关对触头材料的主要要求是：⑴为了保证欧姆损耗低和导热性好，材料须具有高的电导率和热导率；(2)在电弧作用下烧损少，这样便可有长寿命；(3)为了避免发生冷焊，材料须具有高的抗焊接性；(4)高的熔化能,以避免很快熔化而可承受大的短路电流；(5)为避免通断感性负载时发生过电压，材料须有低的截止电流；(6)高的介电强度，以减少重

4、燃儿率。由于以上有些要求互相之间是有矛盾的，所以真空开关采用的触头材料通常由两种组元烧结制成:其中一种是高导电导热相铜或银;另一种是难熔相钩、碳化餌或箔等。触头材料的质量最终需由装机试验来鉴定，但是在研究开发阶段必须有与开关产品直接试验不同的试验方法，这种试验方法能够方便地、低成本地对不同材料和不同制造方法作定量的比较。2真空开关触头材料试验装置AMIDODUCO用以研究触头材料的截止电流、电弧烧损以及电弧重燃特性的模型开关见图1所示［1］。这个模型试验装置由真空单元、触头机构、负载冋路、测量和控制单元等4个主要部分组成。图1模型开

5、关示意图图2是Braunschweig大学的可拆卸真空试验开关的剖而图［2］。开关也是用气动驱动器驱动。抽真空设备屮有一台涡轮分子泵。试验开关外面用一只电离计测量总压力，在另一个测量点用质谱仪做分压力的分析,以检验真空的洁净度。真空系统川无氧铜密封圈保证密封。一台每秒32000帧的高速摄影机用来拍摄真空电弧。整个装置的尺寸约为260(最粗处)X420mm。以厉，Braunschweig人学乂做了一个可拆卸真空试验开关，动触头在上部,内部结构也有-些不同，尺寸比上一只小釣为176(最粗处)X265mmo图2可拆卸真空试验开关1静触头杆

6、；2蒸气凝结罩(不锈钢)；3触头;4屮央环形腔；5波纹管；6动触头杆;7传动杆导筒；8底座；9开关底；10绝缘管壁;11观察窗；12密封圈(OFHGCu);13开关顶图3是研究包括分断能力在内的电流过零行为用的真空室示意图卩］。真空室(开关管)内的屏蔽罩用无氧铜制成,它与上而的静触头连在一起处于高压电位，下而的动触头处于地电位。触头分断速度约为0•83m/so图3试验用真空室示意图1静触头;2屏蔽罩;3动触头;4陶瓷管;5波纹管Siemens的技术屮心报导了他们在真空开关模拟试验方法的标准化丁•作屮，对触头材料的极限分断能力、电弧烧

7、损和截止电流等性能试验的情况，并取得了不同触头材料和形状的可定量比较的结果［4］°他们用-只小的、简单的、装配式的扁平触头试验管子來代替批量生产的管子,用标准化的参数进行试验。这也是一种合成试验法，但它能最人限度地测得和描电弧负载的极限分断能力。有些在别的方法中会被掩盖过去的过程，如分断失败和延时失败等，在这种方法屮也能捕捉。这种标准化了的试验方法可以做：⑴不同材料彼此定量比较；⑵改变材料和制造方法时的定量评价；(3)经常性的质量鉴定；(4)进行与材料无关的管子形状和触头形状的开发研究。3真空开关用触头材料的电接触性能真空开关中使用

8、的触头材料人致可分为两类:一•类的长处是截止电流低，这类材料用于真空接触器;另一•类的长处是分断能力高,这类材料用于真空断路器。目前市售的触头材料上要是粉末冶金丁■艺制造的WCu、WAg、WCCu、WCAg、CuCr等合金。以下为这次