[发明专利]电子装置中使用的用于灭弧的氟塑料基材复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种灭弧复合材料，其包含氟塑料作为基材和特定的无机填料。本发明还涉及所述灭弧复合材料在断路时产生电弧的电子装置中的应用，例如MV/HV负载断路开关设备、断路器或接触器。

背景技术

电弧是通常在绝缘介质中的可见电流，其产生于两个彼此靠近的导电表面之间，条件是所述两个表面之间存在足够的电势差。

电流一般通过其所穿过的绝缘介质的离子化而得到证实，并因此恰好构成可能达到高温如2000(K)至10000K的温度的等离子体。

当撞击时，电弧可以引起周围元素的分解，以及剧烈的电磁干扰，这可能已经证实为电气设备、特别是意在中断电流的电气设备(如断路器、开关或开关切断器)中的问题。

通常存在三种类型的电器灭弧介质：油、真空和气体。对于使用油的设备，需要定期维护所用的油，而且在电弧断路期间存在爆炸风险。真空是良好的断路绝缘介质，但是真空机构的安装复杂，而且真空度的维持也很难。通常使用气体灭弧介质。但是，介电气体(例如具有高全球变暖可能性(GWP)的SF₆)对环境有严重影响。

当释放至大气时，常规使用的具有高绝缘性和灭弧性能的绝缘气体对环境具有巨大影响，因此已经严格控制了这些具有高GWP的气体的使用。研究了常规的环境友好的绝缘气体(例如干燥空气、CO₂和N₂)作为替代品。但是，这些气体的绝缘性和断路性能很差，使得不得不增加气压或绝缘距离。这将导致电器大小和产品成本的增加。

为了使用环境友好的绝缘气体实现断路，需要能够释放氟至电弧周围并吸收电弧能量的灭弧材料，其可以增强灭弧性能却不增加气压和绝缘距离。

EP 0671754A2提出了尼龙基材的灭弧复合材料，其可以通过热分解产生H₂O、O₂和O，增强灭弧性质。然而，这些材料容易被碳化。

在空气绝缘开关设备中研究了一些其它的灭弧材料，包括POM、PMMA、PA、PVC等，其可以产生大量高导热性气体，例如氢气等(H2、O2、H2O…)，它们增加了气压然后有助于灭弧。然而，这些材料容易被碳化、断裂和软化。此外，氢气不能存在于含氟气氛中，否则可以产生HF酸并腐蚀金属触点。因此，所有这些材料均设计用于在开放空间进行断路。对于在密闭室中的断路，严禁存在H₂O，因为其能够破坏绝缘性能。

因此，本领域仍需要一种新的灭弧材料，其可以限制电弧电流、吸收电弧辐射、消散电弧能量和热能等。

本发明人为了解决上述问题进行了深入细致的研究，发明了用于置于电弧等离子体周围的新的复合材料，其增加了介电气体的灭弧性能，以便使用环境友好的气体实现灭弧而不需要大大增加气压。

发明内容

本发明提出了新的氟塑料基材复合材料，目的在于使用环境友好的绝缘气体增加灭弧性能，降低环境荷载而不增加目前所用的气压值。

在第一方面中，本发明涉及新的氟塑料基材复合材料，其包含基材氟塑料和几种类型的具有不同功能的无机填料(包括第一无机填料和第二无机填料)。

在一个实施方案中，所述基材氟塑料可为PTFE、PFA、FEP和PCTFE。优选PTFE。

在另一个实施方案中，所述第一无机填料为释放氟元素的无机填料，其用于限制电弧电流。在一个具体的实施方案中，所述第一无机填料选自金属氟化物，优选CaF₂、MgF₂、BaF₂、CeF₃、CeF₄和LaF₃，特别优选CaF₂和CeF₃。在更具体的实施方案中，所述第一填料的含量为复合材料总重量的1%-30%，优选2-25%，更优选5-20%。在更具体的实施方案中，所述复合材料含有1%-30%，优选2-25%，更优选5-20%，特别优选5%的CaF₂或CeF₃。在更具体的实施方案中，所述复合材料可以包含两种或多种上述第一无机填料。