具有防电弧中心屏蔽件的真空断续器制造技术

所公开的概念涉及合金组合物、方法和由该合金组合物构成的防电弧屏蔽件。防电弧屏蔽件位于真空断续器室内，并展现在燃弧后对电弧损害的耐受性和耐高压的能力，同时提供对传统的用于制造防电弧屏蔽件的合金组合物的更低成本的替代。在某些实施例中，合金组合物包括铜和/或与铜化学兼容的元素和另一个成分，诸如但不限于铁、不锈钢、铌、钼、钒、碳化钨、碳化铬、碳化钒、铬、以及它们的合金和混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月20日提交的美国专利申请No.14/158,928的优先权和利益，其在此通过引用而被包含。
所公开的概念一般涉及真空断路器和其他类型的真空开关设备以及相关的组件，诸如真空断续器和防电弧屏蔽件。具体地，所公开的概念涉及用于构造在真空断续器室内采用的内部防电弧屏蔽件的新的合金组合物。
技术介绍
真空断续器典型地用于中断高压交流(AC)电流。断续器包括通常圆柱型的真空密封外壳，该真空密封外壳包围具有相对的接触面的一对同轴排列的可分离的接触部件。接触面在闭合电路位置处彼此邻接，并被分开以断开电路。每一个电极组件连接到载流接线柱，该载流接线柱延伸到真空密封外壳的外侧并连接到AC电路。通常，当接触头移开到断开电路位置时，在接触面之间形成电弧。燃弧持续到电流被中断。来自接触头的金属在燃弧期间通过电弧蒸发以形成中性等离子体，并在电流熄灭后凝结回接触头上和在接触部件与真空密封外壳之间放置的蒸汽屏蔽件上。断续器的真空密封外壳通常包括陶瓷管状绝缘壳，并且金属端盖或密封盖覆盖每一端。真空断续器的电极穿过端盖延伸到真空密封外壳。至少一个端盖刚性地连接到电极，并且必须能够在断续器的工作期间承受相对高的动力。真空断续器是真空类型开关设备的关键组件。对于用于使用横向磁场
接触头的真空类型断路器的断续器，通常包括蒸汽屏蔽件，例如内部电弧屏蔽件或防电弧屏蔽件，该蒸汽屏蔽件可耐受严重的燃弧以限制电弧的向外散播，并在断开故障电流后保护断续器的耐高压性。屏蔽件通常由铜、不锈钢、铜铬合金或其组合构成。在某些情况下，屏蔽件可由在燃弧区域的一种材料和可用于屏蔽件的其余部分的第二种材料构成。铜铬合金材料由于其在燃弧已经发生后对电弧损害的耐受性和耐高压的能力，因此可用于最高的故障电流额定值。通常，铜铬合金包括大约10％到25％重量的铬，其余是铜。所公开的概念的目的是开发新的合金组合物，以用于构造在真空断续器中内部使用的防电弧屏蔽件，其中该组合物不同于传统的纯铬和铜合金。另一个目的是开发新的合金组合物，其中，与已知的铜铬组合物相比，铬的量被减少。再一个目的是在组合物中没有铬。获取铬很昂贵，因此，减少或消除铬的存在将提供对于传统的用于构造防电弧屏蔽件的材料更低成本的替代物。进一步地，认为使用除了纯铬和铜以外的材料或元素可导致在防电弧屏蔽件中表现更出众的性能的合金组合物。
技术实现思路
这些需求和其他需求可通过所公开的概念的实施例满足，这些实施例提供了组合物和由这些组合物构成的防电弧屏蔽件。在一个方面，所公开的概念提供一种合金组合物，用于构造位于真空断续器室内的防电弧屏蔽件。该合金组合物包括：在固相线温度和液相线温度之间100℃或更高的熔化范围，900℃或更高的固相线温度，充分多相的微结构，以及在电弧熔化后快速冷却时形成充分光滑的表面的能力。该组合物可包括第一成分和第二成分。第一成分可包括铜或与铜化学兼容的元素。第二成分可从包括铁、不锈钢、铌、钼、钒、铬合金、碳化物、以及它们的合金和混合物的组中选择。在某些实施例中，该组合物包括铜成分和铬铁合金。铬铁合金可由大约70重量百分比的铬和大约30重量百分比的铁构成。第一成分可以是纯铜或铜合金，诸如但不限于白铜、铜锡合金、镍铜合金、含银铜、锡青铜和铝青铜。第一成分还可包括镍、银、金、钯、铂、钴、铑、铱、钌、以及它们的合金和混合物。碳化物可从包括碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化硼、和碳化硅的组中选择。在另一个方面，所公开的概念提供了一种由包括第一成分和第二成分的合金材料构成的防电弧屏蔽件。第一成分可包括铜或与铜化学兼容的元素。第二成分可从包括铁、不锈钢、铌、钼、钒、铬合金、碳化物、以及它们的合金和混合物的组中选择。防电弧屏蔽件是真空断续器的内部元件。在某些实施例中，第一成分可包括纯铜或铜合金。在其他实施例中，第一成分可包括镍、银、金、钯、铂、钴、铑、铱、钌、以及它们的合金和混合物。在再一个方面，所公开的概念提供了一种用于制备位于真空断续器中的防电弧屏蔽件的方法。该方法包括：获得第一成分，该第一成分从包括纯铜、铜合金、与铜化学兼容的元素、以及它们的混合物的组中选择；获得第二成分，该第二成分从包括铁、不锈钢、铌、钼、钒、铬合金、碳化物、以及它们的合金和混合物的组中选择；将第一成分和第二成分结合以形成混合物，使混合物形成选定形状；进行加工以形成防电弧屏蔽件。铬合金可以是铬铁合金，铬铁合金可以是预合金的铬铁粉末的形式。进一步地，混合物的形成可以通过从挤压、模制及其组合中选择的技术来进行。附图说明可以从以下结合附图阅读的优选实施例的描述中得到所公开的概念的全面理解，其中：图1是根据所公开的概念的包括防电弧屏蔽件的真空断续器的剖视图。具体实施方式所公开的概念包括合金组合物、制备该组合物的方法和使用该组合物以制备在真空断续器中使用的防电弧屏蔽件的方法。真空断续器是真空开关设备，诸如真空断路器的关键内部组件。防电弧屏蔽件通常由铜、不锈钢或铜铬合金构造。特别地，铜铬合金是已知的由于其在燃弧已经发生后对严重燃弧的耐受性和保护断续器的耐高压的能力而随最高故障电流额定值使用的材料。优选的铜铬合金包括基于合金组合物的总重量的10到25重量百分比的铬，其余是铜。已知的铜铬合金的一个缺点是与其相关联的高成本。尤其是纯铬是昂贵的元素，因此，其在合金组合物中的存在可导致昂贵的材料。通过减少铬的量或者生产没有铬的材料，可以降低材料的成本。因此，该所公开的概念的目的是提供在形成防电弧屏蔽件中有用的合适的合金组合物。该合金组合物应当能够展示在燃弧后对电弧损害的耐受性和耐高压，并且提供对于传统的合金组合物更低成本的替代物。图1示出了具有圆柱型绝缘管12的真空断续器10，该圆柱型绝缘管12与端部密封物51、52结合形成真空密封外壳50。绝缘管12借助于法兰25支持蒸汽屏蔽件24。防电弧蒸汽屏蔽件24包围第一电极部件20和第二电极部件22，以防止金属蒸汽聚集在绝缘管12上，并防止电弧碰撞绝缘管12。优选地，绝缘管12由陶瓷材料组成，诸如氧化铝、氧化锆或其他陶瓷氧化物，但也可以是玻璃。第一电极部件20和第二电极部件22各自径向地排列在真空密封外壳50内。第一电极部件20包括波纹管28、第一电极接触头30、第一接线柱31和第一蒸汽屏蔽件32。第二电极部件22包括第二电极接触头34、第二接线柱35和第二蒸汽屏蔽件36。尽管图1中所示的真空密封外壳50是真空断续器10的一部分，但应当理解，在此使用的术语“真空密封外壳”意在包括任何具有陶瓷-金属密封物的密封组件，其形成充分气密的外壳。这种密封外壳可在工作期间被维持在次大气压(sub-atmospheric pressure)、大气压或超大气压(super-atmospheric pressure)。第一电极部件20和第二电极部件22各自能够相对于彼此轴向地移动以断开和闭合AC电路。安装在第一电极部件20上的波纹管28密封由绝
缘管12和端部密封物51、52形成的真空密封外壳的内部，并且允许第一电极部件20从如图1所示的闭合位置移动到断开电路位置(未示出)。第一电极接触头30连接到通常圆柱型的第一接线柱31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于构造位于真空断续器(10)室内的防电弧屏蔽件(24)的合金组合物，所述合金组合物包括：在固相线温度和液相线温度之间100℃或更高的熔化范围；900℃或更高的固相线温度；充分多相的微结构；以及在电弧熔化后快速冷却时形成充分光滑的表面的能力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.20 US 14/158,9281.一种用于构造位于真空断续器(10)室内的防电弧屏蔽件(24)的合金组合物，所述合金组合物包括：在固相线温度和液相线温度之间100℃或更高的熔化范围；900℃或更高的固相线温度；充分多相的微结构；以及在电弧熔化后快速冷却时形成充分光滑的表面的能力。2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物包括两个成分，其包括：第一成分；以及第二成分，所述第二成分从包括以下的组中选择：铁、不锈钢、铌、钼、钒、铬合金、碳化物、以及它们的合金和混合物。3.如权利要求2所述的组合物，其中，所述第一成分从包括以下的组中选择：纯铜、铜合金、与铜化学兼容的元素、以及它们的混合物。4.如权利要求3所述的组合物，其中，所述铜合金是白铜、铜锡合金、镍铜合金、含银铜、锡青铜和铝青铜。5.如权利要求2所述的组合物，其中，所述碳化物从包括以下的组中选择：碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化硼和碳化硅。6.如权利要求2所述的组合物，其中，所述铬合金是铬铁合金。7.如权利要求6所述的组合物，其中，所述铬铁合金构成基于所述组合物的总重量的大约5到大约60重量百分比。8.如权利要求6所述的组合物，其中，所述铬铁合金是预合金的粉末的形式。9.如权利要求6所述的组合物，其中，所述铬铁合金由基于铬铁合...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·G·坎贝尔，S·D·梅奥，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国;US