[发明专利]包含BN/TiB2复相陶瓷材料的触头材料、触头材料的用途及含有该触头材料的断路器

说明书

发明领域

本发明涉及一种新的触头材料以及该触头材料制成的触头，其中所述触头材料包含BN/TiB₂复相陶瓷。本发明还涉及包含BN/TiB₂的陶瓷在断路器中作为触头的用途，特别是作为触头中的电阻的用途，并且涉及一种断路器，该断路器包含使用该陶瓷作为触头材料的触头。 

背景技术

断路器是电力系统中控制和保护用的电工设备。为了在高电压如24kV的条件下分断大电流如20kA，需要设计出具有特殊环境的特殊装置，例如中压断路器(如M24+或FP61)或高压断路器。 

在断路器中，电流断开主要是通过机械系统及其周围的特殊环境来实现的。机械系统以足够的速度使断路器触头相向移动足够的距离从而切断电流。周围特殊环境用于改善并确保触头之间的分离。断路器根据灭弧环境的不同，主要分成五种类型： 

1.SF₆断路器：作为最常见的断路器类型，其中使用SF₆作为灭弧环境，并且通过机械系统切断电流。该开关断路器可以制造成非常小型，并且使用也非常经济(例如，对于24kV的电压而言，尺寸小于375mm)。但是，SF₆作为温室气体，已经被限用，今后将逐步被替换。 

2.空气断路器：这是另一种常见类型的断路器，使用空气作为电流切断环境。其缺点在于尺寸太大，例如开关通常大于600mm(对于24kV)。 

3.真空断路器：使用真空作为灭弧环境。然而，这种类型的成本较高(例如比SF₆断路器的成本高30％)。 

4.使用其他特殊气体如N₂或CO₂作为电流切断环境的断路器。这样可以减少SF₆的用量，从而减少温室效应。但是这种技术目前还不成熟，几乎没有实际应用。此外，使用这种技术不可能分断大电流，如空载电流(default current)。 

5.油断路器：在早期的应用中油被广泛地用作电流切断环境。但是目前已经很少使用这种技术，因为危险性太高。 

随着科技发展以及对环境问题的日益重视等原因，对断路器的需求也日益更新并更严格，例如希望断路器中不含对环境有害的SF₆以及具有高功率因素等。 

尽管目前为止已经针对分断本身进行了大量的开发和研究工作，但是很少有研究涉及使用电阻用于断路器的触头中来降低分断前的电流，而且也没有任何研究涉及用作这种电阻性的合适的触头材料，并且目前更没有相应的(工业)应用。 

对于这种解决方案中的用于断路器中的触头的电阻材料，甚至没有相关的研究。仅仅在类似的应用中，有人提出了使用粘土陶瓷材料作为电阻用于吸收由短时电流冲击带来的大量能量。相关专利可以参见CN 2802666(“板形陶碳无感电阻器”)。 

然而这种陶瓷由于吸热性差在使用时受到很大限制。因此，现有技术中仍没有发现可行的用于分断断路器室内部高电流的材料的解决方案。 

此外，在断路器中，为了降低大电流并灭弧，通常会使用水、水泥或粘土陶瓷(如粘土/炭黑陶瓷)，但是这些材料存在以下诸多不足： 

1.这些方案并不关注开关本身，而只是设计开关断路器外部的电阻器。 

2.这些材料的使用极大地增加了外部电阻器的体积。 

3.这些材料不能承受非常高的温度，或者其电阻率随着温度的变化会发生剧烈变化，例如，上述的粘土陶瓷的短时工作温度不能超过250℃，长期工作温度不能超过200℃。 

4.长期工作会引起这些材料的氧化问题，并且对电阻率带来不可逆的负面影响，例如电阻率的变化，而这在开关和断路器中都是不能接受的。 

因此，为了满足目前对环境保护的要求并解决上述问题，迫切需要一种新的电阻材料，其能够在断路器内部用作触头电阻，以及由此得到一种断路器。 

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于断路器中的触头材料，其中所述触头材料包含BN/TiB₂复相陶瓷。 

在一个实施方案中，所述复相陶瓷材料中还含有选自下列的一种或多种：AlN、Si₃N₄、Ca、Co、Ni、Cr、W和Nb。 

所述复相陶瓷材料在断路器中可以用作电阻性材料。