中壓或高壓電器設備的電接觸件和製作方法以及中壓或高壓電器設備的製作方法
2024-01-23 23:34:15
專利名稱：中壓或高壓電器設備的電接觸件和製作方法以及中壓或高壓電器設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及中壓或高壓電器設備的一種電接觸件、該電接觸件的製作方法和裝有該電接觸件的設備。
「中壓或高壓」指高於約1000伏的電壓。
本發明主要可用於兩種電器設備。
首先，本發明可用於活動型設備、即特別是切斷電器設備。在這方面，特別指的是可斷路器、隔離開關、接觸器或負載開關。
如所公知，這類活動型設備包括有固定件和活動件的接觸組件。該活動件可相對該固定件在一接觸位置與一分開或斷開位置之間移動。
固定件和活動件首先都有一起弧接觸件。此外，所述固定件和活動件有特別是在閉合位置上提供電連續的永久觸頭。固定型或活動型的所述永久觸頭構成本發明意義上的電接觸件。
還有一穿過該設備的殼體以與外部線路連接的連接件。工作時，不管所述活動件的位置如何，所述連接件與所述活動件之間必須保持電接觸，這一電連續由也由本發明的電接觸件提供。
本發明也用於靜止型電器設備。特別是，該設備可由一組匯流條構成。
在這類設備中，一般相對固定的兩相鄰匯流條的電連續由圍繞所述兩匯流條相對兩端的連接件提供。工作時、特別是在工作間隙、膨脹或振動的影響下，兩匯流條會稍稍發生相對位移，因此很難把上述連接件固定在兩匯流條上。
因此使用本發明針對的電接觸件。該電接觸件插入在該連接件與對應匯流條的相對壁之間。
總之，本發明涉及一種用來電串聯中壓或高壓電器設備中兩導電件的電接觸件。所述兩導電件或是由於該電器設備的本性或是由於所述設備的工作偶然性而可相對移動。
下面說明各種公知的電接觸件。
FR-A-0 334 094公開了一種彈性型滾動接觸件。該可變形的空心件的尺寸做成可在兩電連接的活動件之間稍稍壓縮，從而靠機械壓力確保所需電接觸。
不幸的是，該公知方案存在某些缺點、特別是所使用的材料固有的缺點。特別是，作為製作材料的磷青銅不適合於高壓。
US-A-6 059 577公開的一種長條形電接觸件由低電阻率、耐腐蝕的材料製成。特別是，該材料為銅、鉻和鋯的合金或銅和鈹的合金。不幸的是，特別由於磨損率高，因此這些材料無法滿意地用於動態型應用。
US-A-2002/096662公開的一種金屬帶狀電接觸件由銅或覆蓋有錫和銀的合金製成，銀的重量百分比不大於4％。但是該材料無法滿意地用於動態型應用。
DE-A-4 230 060公開了斷路器的一種起弧接觸件。該起弧接觸件上的塗層為銀和鈀的合金。但是，由於鈀的電導率低，因此該方案不令人滿意。
最後，FR-A-2 811 147公開了一種由薄片帶構成的電接觸件。扭曲出該條平面的所述薄片帶覆蓋有一層導電材料，如銀。
本發明的一個目的是克服公知技術的所有上述缺點。
本發明的一個具體目的是提供一種可滿意地用於中壓或高壓的電接觸件。
本發明的另一個目的是提供一種可在兩相對速度很高的活動件之間提供電連續的接觸件。舉非限制性例子來說，該相對速度可為1-50m/s。
本發明的另一個目的是提供這樣一種接觸件，其能承受高溫、具有滿意電性能和機械性能、而在互相電連接的活動件上只產生很小接觸力。
本發明的另一個目的是提供具有高化學抗力、特別是高耐腐蝕性的此類接觸件。在該接觸件的某些使用場合，它的工作環境惡劣，因為存在著由該設備中原來存在的某些絕緣氣體分解而成的腐蝕性物質。
最後，本發明的目的是降低該接觸件的成本。
為實現這些目的，本發明提供一種用來電互連兩串聯導電件的電接觸件，這兩導電件可相對移動、為中壓或高壓電器設備、特別是切斷設備或一組匯流條，所述接觸件的至少一部分包括一由導電材料製成的機械強度的底層和由金屬銀形成、與兩導電件接觸的覆蓋層，所述覆蓋層位於該底層的至少一部分外表面上，所述電接觸件的特徵在於，所述覆蓋層具有純銀晶粒構成的微結構，且存在包含銀和由與銀不同的至少一種輔助金屬形成的輔助金屬材料的結節。
該底層賦予本發明接觸件良好的電性能和機械性能。在本發明的意義上，所述底層的導電材料的電阻率小於200微歐釐米(μΩ.cm)。
該覆蓋層也有良好的導電性。此外，與銀有關的該輔助材料用來提高銀的機械性能、特別是硬度。
上述特徵特別示出在圖1中，圖1為示出本發明電接觸件一部分的覆蓋層的微結構的微觀圖。
該微結構由冶金法或電解法生成。
但是應該指出，使用電解法時，該結構的特徵性尺寸較小，約為100納米；而使用冶金法時該結構的特徵性尺寸較大，約為10微米(μm)。
如圖1所示，該覆蓋層的大部分由金屬銀構成，輔助金屬M只佔很小比例、例如0.5％。各銀晶粒I之間由晶粒邊界II隔開。還應看到有複雜複合物(此例中為AgM)的結節III。
因此，特別由於存在這些複雜結節，該輔助材料確保覆蓋層的機械性能，特別由公知的結構硬化現象得到提高。此外，在用電解法生成所述覆蓋層時，所述輔助材料使得相繼銀層的原子間排列更好，從而使得所述輔助材料更緊密，從而硬度提高。上述現象可防止覆蓋層由於接觸件與兩導電件的摩擦而迅速磨損。
圖2示出只由金屬銀製成的公知覆蓋層的冶金結構。因此只有銀晶粒I而無任何輔助元素。儘管該結構的電導率令人滿意，但其機械強度不夠。
此外，由於所述輔助材料的成分的性質，只要所述材料在該覆蓋層中的數量很少，所述覆蓋層的電導率不會下降很多。本發明的這一特徵更精確地示出在圖3中，圖3示出不按照本發明的覆蓋層的微結構，在該微結構中存在大量輔助材料。
因此，圖3示出所述覆蓋層的總體性質，因純銀晶粒I被在該例中為AgM的複雜複合物的晶粒IV取代而改變。這一覆蓋層儘管機械強度令人滿意，但其電導率根本不夠。
最後，用來製作本發明接觸件的各種材料確保所述接觸件的成本較低。
按照本發明的一個特徵，形成輔助材料的金屬不屬於元素周期表的鉑列。元素周期表的鉑列中有如下元素即鎳、鈀和鉑。
按照本發明的一個特徵，輔助材料由銅、磷和銦中的至少一個元素構成。
按照本發明的一個特徵，輔助材料在覆蓋層中的重量百分比小於1％、最好小於0.5％、更好小於0.1％。這可使得覆蓋層的電導率下降很小。
按照本發明的另一個特徵，輔助材料在覆蓋層中的重量百分比大於0.001％、最好大於0.01％。這賦予覆蓋層良好機械性能、特別是在覆蓋層使用在極度動態場合時耐磨。
應該指出，覆蓋層可存在在底層的整個外表面上，也可只存在在與由本發明接觸件電互連的導電件接觸的部位上。
按照本發明的另一個特徵，覆蓋層的厚度為1-1000微米、最好為10-500微米。應該指出，所述厚度值特別決定於電接觸件的大小及其使用場合。
按照本發明的另一個特徵，底層由銅鋯合金和/或銅鉻合金製成。
鉻和/或鋯在底層中的重量百分比小於1％、最好小於0.5％。這賦予所述底層良好的機械和傳熱性能但不大大降低其電性能。
應該指出，形成底層的所述銅合金中也可使用其它元素，舉例說可為磷、鉛甚至錫或電導率大於每米5百萬西門子(MS/m)、重量百分比小於0.5％的任何其它元素。
按照本發明的另一個特徵，底層與覆蓋層之間有一用來提高所述底層與所述覆蓋層的粘合力的界面層。所述界面層機械支撐覆蓋層，同時防止底層和覆蓋層中的各組成元素擴散到對方層中。
例如，該界面層可由合金鎳或合金鈀製成。界面層的厚度可為1-10微米。
按照本發明的另一個特徵，該電接觸件卷繞成環狀。
按照本發明的另一個特徵，該電接觸件呈整件。它特別可由卷繞成一系列螺旋的單根絲構成。該絲的製作特別參見EP-A-0 890 758。
應該指出，該絲的橫截面可呈任何形狀、特別是圓形、圓角多邊形、橢圓形甚至卵形。
該電接觸件也可由多個接觸元件構成。
在第一實施例中，不同的接觸元件連接在一起。特別是，這些接觸元件可為六角形手風琴那樣向上摺疊的條，其相對端部連接在一起，從而各條形成一環。如FR-A-2 811 147所述，這些接觸元件也可為衝壓條或切割和模衝條。
在本發明另一實施例中，不同的接觸元件獨立。這些接觸元件可為分別位於兩導電件內外圓周上的長條形元件。
本發明還提供上述電接觸件的一種製作方法，包括下列步驟-成型至少底層；以及-在該底層的至少一部分外表面上覆蓋一覆蓋層。
在第一變種中，只成型底層，然後在所成型的底層上覆蓋該覆蓋層。
在本發明的另一變種中，首先在底層上覆蓋覆蓋層，然後一起成型底層和覆蓋層。
為此，可使用公知的共層壓工藝。
在本發明另一變種中，在覆蓋覆蓋層的同時成型底層。這一成型例如用公知的拉絲方法進行。
在本發明第一實施中，用銀和輔助材料的合金形成覆蓋層後把該覆蓋層覆蓋到底層上。換句話說，覆蓋層在覆蓋到底層前先被熔合。
也可在底層上覆蓋純銀後再在該純銀層上覆蓋輔助材料。不管何種情況，輔助材料在溫度影響下如所公知地慢慢擴散到銀層中，從而形成覆蓋層。
應該指出，在第一變種的實施中，可在所述底層製成後在該底層上覆蓋界面層。也可在底層上覆蓋界面層後同時成型底層和界面層。
本發明還提供中壓或高壓電器設備，包括至少兩個工作時可相對移動的導電件和至少一個用來電互連兩相鄰導電件的電接觸件，所述設備的特徵在於每一電接觸件如上所述。
按照本發明的第一特徵，該電器設備為切斷電器設備、特別是斷路器或隔離開關。
按照本發明另一特徵，該電器設備為一組匯流條。
在本發明第一變種中，兩導電件同心設備，電接觸件工作時固定插入在兩導電件的相對壁之間。特別是，所述電接觸件可插入在兩導電件之一的凹槽內。
在第二變種中，兩導電件的位置一前一後設備，一空心連接件套在所述兩導電件的相對端上，電接觸件工作時固定插入在所述連接件和所述兩導電件中至少一個導電件的相對壁之間。
下面結合例示出本發明的
本發明，除了上述附圖1-3，附圖中圖4為本發明電器設備的縱向剖面圖；圖5為圖4設備中一電接觸件的正視圖；圖6為沿圖5中VI-VI線剖取的剖面圖；以及圖7為本發明電器設備另一實施例的示意圖。
圖4部分示出了應用本發明的第一類電器設備，在該例中為中壓或高壓切斷設備，例如斷路器。在圖4中只示出該斷路器的切斷室。切斷室的結構是公知的，因此以下只簡述之。
由一圓柱形絕緣殼體4界定的室2中充滿絕緣氣體，如六氟化硫(SF6)。首先，它包括一固定接觸件6。
如所公知，部件6包括其上裝有一起弧接觸元件10的支撐8。固定接觸件6上還有一公知的固定永久觸頭11。
切斷室2中還有一活動接觸件12。所述活動接觸件包括其上裝有一起弧接觸件16的支撐14。活動件12如所公知有一接觸管18，該接觸管形成一支撐一絕緣噴嘴20的活動永久觸頭。
工作時，如所公知，活動件12可在圖4左邊所示、元件10與16、觸頭11與18互相接觸的一接觸位置與圖4右邊所示、元件10與16、觸頭11與18互相分開的一斷開位置之間移動。
在如此使用過程中，接觸管18在一界定一供接觸管18插入的環形室22的連接件22的內壁旁移動。所述連接件22上伸出密封穿過殼體4的橫向突起221。該突起還如所公知地與電力線(未示出)連接。
連接件22的壁上有多個(在該例中為3個)環形凹槽222。每一凹槽中插入本發明一電接觸件24。因此，工作時，這3個電接觸件24在活動件12的接觸管18與連接件22之間提供電連續性。
應該指出，接觸件24也可插入在活動接觸管18的壁中、而不是連接件22的壁中的凹槽中。
圖4非常簡略地示出各接觸件24。圖5為接觸件24之一的詳圖。
如圖5所示，接觸件24由單根金屬絲25卷繞成一系列螺旋而成。金屬絲25的構型如作為參考材料包括在此的EP-A-0 890 758所述。
工作時，環形接觸件24有兩個或多個物理、從而電接觸面。包括一個內面S1，通過該內面S1接觸件24與接觸管18接觸。此外，所述接觸件24的外面S2用來與連接件22的壁接觸。
圖6為示出形成接觸件24的絲25的各組成層的剖面圖。
首先有由銅和鋯的合金製成的底層26。所述底層的直徑例如為約5mm。
底層26上有一由鎳製成、厚度例如為20微米的界面層27。界面層27用來提高底層26與一伸展在底層26整個外圓周上的覆蓋層28之間的粘合力。
由銀和重量百分比為0.09％的銦的合金製成的覆蓋層28的厚度為100微米。應該指出，覆蓋層28也可只鍍在圖5所示內接觸面S1和外接觸面S2上。
圖7示出應用本發明的第二類電器設備。在該例中，它為一組公知的匯流條。
圖7隻示出結構公知的兩匯流條112和122。一管狀連接件120套在兩匯流條112和122的相對兩端上。連接件120兩端上各有一供結合圖4-6所述電接觸件24插入的凹槽1201。
工作時，在匯流條112和122受到的工作應力、特別是振動、間隙或膨脹的影響下，兩匯流條會如雙箭頭F所示發生相對位移。連接件120與接觸件24相連，連續地控制這樣的位移，使得確保在兩匯流條112和122之間的電連續性。
也可只在連接件120的一端設置一個或多個接觸件。此時，連接件的另一端特別用螺絲緊固在相應匯流條上。
也可在永久觸頭11和18之一或此兩者的至少一部分上覆蓋本發明覆蓋層。此時，這一覆蓋層特別設置在永久觸頭11和18的接觸面111和181上。
權利要求
1.一種用來電互連兩串聯導電件(12，22；112，122)的電接觸件(24)，這兩導電件可相對移動，為中壓或高壓電器設備，特別是切斷設備或一組匯流條，所述接觸件(24)的至少一部分包括由導電材料製成，機械強度的底層(26)和由金屬銀形成並與兩導電件(12，22；112，122)接觸的覆蓋層(28)，所述覆蓋層(28)位於該底層(26)的至少一部分外表面上，其特徵在於，所述覆蓋層具有由純銀晶粒(I)構成的微結構，且存在結節(III)，其包括銀和由與銀不同的至少一種輔助金屬形成的輔助金屬材料。
2.按權利要求1所述的電接觸件，其特徵在於，形成輔助材料的金屬不屬於鉑列。
3.按權利要求2所述的電接觸件，其特徵在於，輔助材料由銅、磷和銦中的至少一個元素構成。
4.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，輔助材料在覆蓋層中的重量百分比小於1％、最好小於0.5％、更好小於0.1％。
5.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，輔助材料在覆蓋層中的重量百分比大於0.001％、最好大於0.01％。
6.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，覆蓋層的厚度為1-1000微米、最好為10-500微米。
7.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，底層由銅鋯合金和/或銅鉻合金製成。
8.按權利要求7所述的電接觸件，其特徵在於，鉻和/或鋯在底層中的重量百分比小於1％、最好小於0.5％。
9.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，底層(26)與覆蓋層(28)之間設有用來提高所述底層與所述覆蓋層的粘合力的界面層(27)。
10.按權利要求9所述的電接觸件，其特徵在於，該界面層(27)可由合金鎳或合金鈀製成。
11.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，該電接觸件(24)卷繞成環狀。
12.按上述任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，該電接觸件實施為一整件。
13.按權利要求12所述的電接觸件，其特徵在於，它由卷繞成一系列螺旋的單根絲(25)構成。
14.按權利要求1-11中任一權利要求所述的電接觸件，其特徵在於，該電接觸件由多個接觸元件構成。
15.按權利要求14所述的電接觸件，其特徵在於，不同的接觸元件連接在一起。
16.按權利要求14所述的電接觸件，其特徵在於，不同的接觸元件獨立。
17.一種製作按上述任一權利要求所述的電接觸件(24)的方法，包括下列步驟-成型至少底層(26)；以及-在該底層(26)的至少一部分外表面上覆蓋一覆蓋層(28)。
18.按權利要求17所述的方法，其特徵在於，只成型底層(26)，然後在所成型的底層上覆蓋該覆蓋層(28)。
19.按權利要求17所述的方法，其特徵在於，首先在底層上覆蓋覆蓋層，然後一起成型底層和覆蓋層。
20.按權利要求17所述的方法，其特徵在於，在覆蓋覆蓋層的同時成型底層。
21.按權利要求17-20中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，用銀和輔助材料的合金形成覆蓋層後把該覆蓋層覆蓋到底層上。
22.按權利要求17-20中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在底層上覆蓋純銀後再在該純銀層上覆蓋輔助材料。
23.中壓或高壓電器設備，包括至少兩個工作時可相對移動的導電件(12，22；112，122)和至少一個用來電互連兩相鄰導電件的電接觸件(24)，所述設備的特徵在於每一電接觸件(24)為一按權利要求1-16中任一權利要求所述的電接觸件。
24.按權利要求23所述的設備，其特徵在於，該電器設備為切斷電器設備、特別是斷路器或切斷開關。
25.按權利要求23所述的設備，其特徵在於，該電器設備為一組匯流條。
26.按權利要求23-25中任一權利要求所述的設備，其特徵在於，兩導電件(12，22)同心設置；電接觸件(24)工作時固定插入在兩導電件的相對壁之間。
27.按權利要求26所述的設備，其特徵在於，該電接觸件(24)容納在兩導電件(12，22)之一的一凹槽(222)內。
28.按權利要求23-25中任一權利要求所述的設備，其特徵在於，兩導電件(112，122)的位置一前一後設置，一空心連接件(120)套在所述兩導電件的相對端上，電接觸件(24)工作時固定插入在所述連接件(120)和所述兩導電件(112，122)中至少一個導電件的相對壁之間。
全文摘要
一種用來電互連兩串聯導電件(12，22)的電接觸件(24)，這兩導電件可相對移動、為中壓或高壓電器設備的一部分，所述接觸件包括一由導電材料製成、賦予其強度的底層和一由金屬銀形成、與兩導電件(12，22)接觸的覆蓋層。所述覆蓋層呈由純銀晶粒構成的微結構且存在銀結節和由與銀不同的至少一種輔助金屬形成的輔助金屬材料。
文檔編號H01H1/38GK1902721SQ200480039445
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月28日 優先權日2003年12月29日
發明者J-L貝塞德, P·賈尼尼, O·維薩塔 申請人:阿雷瓦T&D股份有限公司