專利名稱：用于電氣設備的電弧接觸元件、它的制造方法、接觸組件以及相應的電氣設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于中壓或高壓電氣斷開設備的電弧接觸元件、用于該元件的制造方法、包括至少一個這種元件的接觸組件、以及具有這種接觸組件的電氣斷開設備。
對于本發(fā)明來說，中壓或高壓電氣斷開設備例如可以是斷路器、斷路開關、接觸器、或者充電開關。中壓或高壓意味著高于大約1000伏的電壓。
眾所周知，這種斷開設備包括接觸組件，該接觸組件設置有兩個固定和移動部件，其每個都設置有一接觸組件。這樣，相對于固定部件，該移動部件可以在接觸位置與分開或者斷開位置之間被移動。
在移動部件在接觸位置與分開位置之間移動期間，形成電弧，其一旦被斷開就將消失。
移動部件也設置有一個絕緣噴嘴，用于限定出一個環(huán)狀通道，通過該環(huán)狀通道，在移動部件移動期間，絕緣氣體被導向產生電弧的區(qū)域。
FR-A-2181699描述了一種上述類型的高壓斷路器。在這種斷路器中，由石墨體外殼構成多個電弧接觸元件，其中在它們的接觸位置，由一種或者多種金屬形成導電附加物。
EP-A-0665565也提出了一種用于斷開設備的接觸組件，其設置有一附加部件，該附加部件形成由石墨構成的磨損部件。
但是，上述第二種方案具有缺點在于所使用的材料具有不足的機械強度。這樣，在機械震動期間(尤其發(fā)生在閉合操作期間)，小的石墨顆粒可能會從接觸組件上脫離。
因此，干擾了電弧切斷，以及甚至可能減少絕緣強度。另外，石墨的易脆性使得很難在接觸組件的磨損部件和其余部件之間建立連接。這也導致了成本較高的不同結構的元件，并且因此阻止了它們在工業(yè)水平上的實施。
EP-A-0205879也提出了利用嵌入在碳基體中的碳纖維來實現(xiàn)電弧接觸部件。
但是，這種替換方案也具有以下缺點即尤其是碳所固有的低的導熱性和導電性。然后這會引起高的接觸電阻，以及因而引起高的溫度。
這種低的導電性對于斷路器的正確操作也是有害的，因為存在電弧轉變到平行于接觸面(例如永久電流接觸面)的風險。另外，在該文件所描述的實施方法中，碳纖維包括在石墨基體中，從工業(yè)觀點上，這是復雜的，因此導致附加的制造成本。
最后，US-A-5599615描述了一種用于集成在電力設備中的電力部件，其包括設置在導電金屬基體中的非金屬纖維的配置。上述纖維具有一個軸向方向，并且相互平行。能夠以碳的形式實現(xiàn)它們，同時形成基體的合適金屬例如可以是鋁或者鐵，以及貴重金屬。
有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種電弧接觸元件，與現(xiàn)有技術相比，這種電弧接觸元件可以通過簡單的方式實現(xiàn)，同時具有改進的總體能力，尤其在機械和電性能方面，從而增加了具有它的斷開設備的壽命。
為此，它的目的是提供一種用于中壓或高壓斷開設備的電弧接觸元件，尤其是用于斷路器的電弧接觸元件，這種元件用于添加到固定和移動支撐體上，該固定或者移動支撐體屬于該斷開設備的接觸組件，這種元件在操作中能夠處于一個初始位置以及一個第二位置，在該初始位置，它與另一接觸組件接觸，以及在該第二位置，它與另一接觸組件相分開，從而允許中斷該設備中的電流，該接觸組件包括嵌入在基體中的碳纖維，該基體包括至少一種導電材料，其特征在于，該基體也包括石墨形成的碳。
為了本發(fā)明之目的，該導電材料具有低于200μΩ.Cm的電阻。
對于本發(fā)明的電弧接觸元件來說，碳纖維提供了良好的強度以及滿意的彈性。另外，由于上述基體，電弧接觸元件具有滿意的導熱和導電性。
對于本發(fā)明的接觸組件來說，石墨基體提供了低的摩擦。另外，這種基體扮演了填充劑的角色，例如它阻止了大量導電材料的存在，大量導電材料的存在會導致它被蒸發(fā)的嚴重風險。
這樣，這種基體能夠使導電材料保持在石墨芯中。這樣，即使這種材料處于液態(tài)或者蒸發(fā)狀態(tài)，它也被保持在這些墨芯中，使得有很少的機會被抽出(pump out)。
應當注意，通過僅僅利用作為連接到碳纖維結構的基體的導電材料，可以設計出操作斷路開關接觸組件。
為此，根據具有很少縫隙的致密編織(braiding)，來設置這些纖維，使得滿意地保持導電材料，以防熔化它。
最終的應用尤其適合斷路開關，因為尤其與斷路器所經歷的相比，它們受制于相對適中的溫度升高。
本發(fā)明的積極特征在于碳纖維包括根據三維編織所設置的長纖維。
為了本發(fā)明目的，這種長纖維之長度與直徑的比率為高于100，更可能為1000，甚至更可能為10000。該措施可以進一步改進接觸組件的機械強度，同時對于電弧接觸元件的機械性能來說，提供滿意的一致性。
根據本發(fā)明的另一特征，導電材料的重量占有接觸組件之重量的10％到50％之間，優(yōu)選地為20％到40％。
根據本發(fā)明的另一特征，纖維的重量占有電弧接觸元件之重量的1％到90％之間，優(yōu)選地，在30％到80％之間。
根據本發(fā)明的另一特征，導電材料是銅。但是，也可以使用銀、鎳、錫或者甚至鋁，不管是純的還是合金的。
根據本發(fā)明另一個積極特征，這些碳纖維的直徑在0.1到50微米之間，優(yōu)選地，在2到15微米之間。
根據本發(fā)明的一個特征，電弧接觸元件大約由碳纖維和基體組成，該基體由至少一種導電材料組成。為了本發(fā)明目的，這意味著接觸元件的少于3％由任何其它材料組成。
本發(fā)明的目的也在于提供一種上述電弧接觸元件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟設置碳纖維的排列；使用具有至少一種導電材料的基體滲入這些碳纖維。
根據本發(fā)明一個積極特征，首先，使用碳來部分地滲入碳纖維，使得形成具有內置空間的基本碳基體，然后，使用導電材料填充內置空間，使得使用導電材料形成輔助基體。
本發(fā)明的目的也在于提供一種用于中壓或高壓電氣斷路的接觸組件，尤其是用于包括固定接觸部件和移動接觸部件的斷路器，每個部件設置有一個電弧接觸元件，這兩個接觸元件能夠呈現(xiàn)第一相互接觸位置和它們相互分開的第二相互斷開位置，其特征在于至少一個電弧接觸元件是正如上述的電弧接觸元件。
最后，本發(fā)明的目的也在于提供一種中壓和高壓電氣斷開設備，尤其是由斷開室組成的斷路器，斷開室設置有接觸組件，特征在于，該接觸組件是正如上述的接觸組件。
參考附圖，下面將描述本發(fā)明，這些附圖被提供僅僅作為非限定的例子，其中

圖1是顯示根據本發(fā)明的屬于電氣斷開設備的斷開室的縱截面圖；圖2是顯示屬于圖1斷開設備的電弧接觸元件之制造方法的第一步驟的示意圖；圖3和圖4是顯示該制造方法之兩個隨后步驟的顯微視圖。
圖1顯示了屬于中壓或高壓電氣斷開設備(沒有示出，例如可以是一個斷路器)的斷開室2。按常用方式來設置該斷開室，從而隨后將簡明地說明該斷開室2。
由絕緣圓筒狀外殼4限定出室2，并且利用例如SF6的氣體，填充該室2。該室首先由參考數(shù)字6整體上表示的固定接觸部件組成。眾所周知，該部件6包括一個支撐體8，其上裝配有電弧接觸元件10。
例如，通過任何機械方法(例如螺紋連接或者銷連接)，或者甚至通過任何焊接方法(沒有或者具有填充物金屬)，而來提供支撐體8和接觸元件之間的連接。電氣上連接到電插座(沒有示出)的接觸部件6也設置有永久電流接觸面12。
斷開室2也包括移動接觸部件，其整體上以參考數(shù)字14表示。其包括一個支撐體16，其上添加有移動接觸元件18。
與發(fā)生在支撐體8與元件10之間的上述連接類似，提供支撐體16與接觸元件18之間的連接。
同時連接到另一電插座(沒有示出)的該移動部件14設置有永久電流接觸面20。后者支撐一個絕緣噴嘴20，其中絕緣噴嘴22限定出一個環(huán)狀通道24。
在常用操作期間，移動部件14可以在接觸位置(顯示在圖1的左邊，其中元件10和18相互接觸)與斷開位置(顯示在圖1的右邊，其中所述兩個元件10和18相互分開)之間移動。
當移動部件14從其接觸位置移動到斷開位置時，在兩個接觸元件10和18之間形成電弧，同時絕緣氣體經由環(huán)狀通道24被導向該電弧的區(qū)域25。
圖2到圖4顯示了設置到電力設備上的電弧接觸元件10或18的三個制造步驟，其中電氣設備的斷開室2如圖1所示。
首先，如圖2所示，必須設置碳纖維26，使得形成三維編織(braiding)，其整體上以參考數(shù)字28表示。
所述編織28的此形成步驟是現(xiàn)有技術中已知的。例如，在1998年5月出版的“DUNOD參考系統(tǒng)”論文集的題目為“工業(yè)材料的實踐”的著作中，描述了所述編織28的形成。
為了如以前所述的本發(fā)明之目的，利用長的碳纖維來實現(xiàn)三維編織28，以及在編織形成期間，通過纖維的斷開或者分開，而破壞相當量的所述長纖維是不可避免的。因而，通過編織碳纖維所獲得的材料由長的碳纖維和長度不足以用于本發(fā)明目的碳纖維組成。
一旦形成編織28，必須滲入組成它的碳纖維26。使用石墨形式的碳來滲入它們，使得形成基本上伸展在纖維26周圍的基本基體(matrix)30。
應當注意，該滲入僅僅是部分的。這樣，基本基體30定義了內置空間32，所述內置空間形成沒有填充碳的自由區(qū)域(free zones)。
參考圖3所說明的第二步驟也同樣是已知的。這樣，在參考圖2步驟而在以前提及的上述著作中，特別說明了該第二步驟。
最后，如圖4所示，必須使用類似銅的導電材料來滲入編織28和基本基體30。然后，這占據了起初在基本基體30中自由的內置空間32。
這樣，這導致形成了輔助基體34，輔助基體34與基本基體30組合，其中基本基體30是滲入了碳纖維26的主基體30。
接觸元件10或者18的制造方法的第三和最后步驟也同樣是已知的。應當注意，在圖3的步驟期間，形成基本基體30，使得內置空間32的容積允許銅基體34的重量占有所考慮的接觸元件之重量的例如20％到40之間。
一旦已經實現(xiàn)主基體，必須形成接觸元件10或者18。同樣通過切削加工、車削加工、銑加工、電腐蝕等任何合適手段，以已知的方式實施此步驟(沒有示出)。
權利要求
1.一種用于中壓和高壓電力斷開設備的電弧接觸元件(10，18)，尤其是用于斷路器的電弧接觸元件，該元件用于添加到一個固定支撐體(8)或一個移動支撐體(16)上，所述固定支撐體(8)和移動支撐體(6)屬于所述斷開設備的接觸組件，所述元件(10，18)能夠在操作期間處于一個初始位置以及一個第二位置，其中，在該初始位置，它與另一電弧接觸元件(18，10)接觸，以及在該第二位置，它與所述另一電弧接觸元件分開，從而允許中斷該設備中的電流，所述接觸元件(10，18)包括嵌入在一個基體(30，24)中的碳纖維(26)，其中該基體(30，34)包括至少一種導電材料，其特征在于所述包括至少一種導電材料的基體還包括石墨形式的碳。
2.根據權利要求1的元件，其特征在于所述碳纖維(26)包括根據三維編織(28)排列的長纖維。
3.根據上述權利要求任意一個的元件，其特征在于所述導電材料的重量占有所述接觸元件之重量的10％到50％。
4.根據權利要求3的元件，其特征在于所述導電材料的重量占有所述接觸元件之重量的20％到40％。
5.根據上述權利要求任意一個的元件，其特征在于所述導電材料的顆粒尺寸在0.1到200微米之間。
6.根據權利要求5的元件，其特征在于所述導電材料的顆粒尺寸在1到50微米之間。
7.根據上述權利要求任意一個的元件，其特征在于所述導電材料是銅。
8.根據上述權利要求任意一個的元件，其特征在于所述碳纖維(26)的直徑在0.1到50微米之間。
9.根據權利要求8的元件，其特征在于所述碳纖維(26)的直徑在2到15微米之間。
10.根據上述權利要求任意一個的元件，其特征在于它大致包括碳纖維(26)和基體(30，34)，其中，所述基體(30，34)由至少一種導電材料組成。
11.一種根據上述權利要求任意之一的電弧接觸元件(10，18)的制造方法，其特征在于包括以下步驟形成碳纖維(16)的排列(28)；以及利用包括至少一種導電材料的基體(30，34)，來滲入這些碳纖維(26)。
12.根據權利要求11的方法，其特征在于首先利用碳部分地滲入所述碳纖維(26)，以形成具有內置空間(32)的基本碳基體(30)，然后，利用所述導電材料填充這些內置空間，以實現(xiàn)由該導電材料形成的輔助材料(34)。
13.一種用于中壓和高壓電力斷開設備的接觸組件，尤其是用于斷路器的接觸組件，其包括一個固定接觸部件(6)和一個移動接觸部件(14)，每個部件(6，14)設置有一個電弧接觸元件(10，18)，所述兩個接觸元件(10，18)能夠呈現(xiàn)第一相互接觸位置和它們彼此分開的第二相互斷開位置，其特征在于至少一個電弧接觸元件(10，18)是根據上述權利要求1到11任意一個的電弧接觸元件。
14.一種用于中壓或高壓電力斷開設備，尤其是斷路器，其包括設置有接觸組件(10，18，22)的斷開室(2)，其特征在于所述接觸組件是根據上述權利要求的接觸組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電弧接觸元件(10，18)，其能夠處于一個初始位置以及一個第二位置，其中，在該初始位置，它與另一電弧接觸元件(18，10)接觸，以及在該第二位置，它與所述另一電弧接觸元件分開，以便中斷電流。該具有創(chuàng)造性的元件包括嵌入在一個基體中的碳纖維，其中該基體由與石墨相關聯(lián)的至少一種導電材料組成。
文檔編號H01H1/025GK1682328SQ03821143
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權日2002年7月5日
發(fā)明者讓-呂克·貝塞德, 瓦娜·伊里娜·維沙塔, 雅克·波特 申請人:阿雷瓦T&D股份公司