真空断路器纳米与微晶CuCr25触头材料电性能比较研究

摘要

真空断路器的主要性能,如电寿命、分断能力、抗熔焊性、耐压能力、截流水平等,在很大程度上取决于触头材料。近年来,人们越来越关注触头材料的微观结构对电性能和物理性能的影响。纳米CuCr触头材料具有截流水平低和耐压能力高的优点,在中高压真空断路器上有巨大潜在应用前景。
　　为探究纳米CuCr触头材料应用于中高压真空断路器的可行性,本文对第一批热压烧结和第二批SPS烧结的纳米与微晶CuCr25触头材料进行耐压试验、截流试验与分断能力试验。通过对比纳米与微晶CuCr25触头材料电性能,借助分断能力理论判据和触头表面形貌分析,探索影响纳米CuCr25触头材料电性能的原因和机理,提出纳米触头材料的改进方案。
　　本文对传统高压合成回路进行改进,搭建了基于PLC智能控制的高压合成回路试验平台,测试热压烧结和SPS烧结的纳米与微晶CuCr25触头材料真空灭弧室的分断能力。合成回路试验平台主要包括主回路、控制回路和采集回路三部分。其中主回路提供纳米与微晶触头材料真空灭弧室分断燃弧时的大电流和灭弧后的高电压;控制回路负责控制主回路各开关的动作时序;采集回路主要负责采集和存储触头两端的电压、电流波形。
　　两批纳米与微晶CuCr25触头材料的电性能试验结果表明:纳米CuCr25触头材料的截流水平和耐压能力均低于微晶CuCr25触头材料,分断能力明显弱于微晶CuCr25触头材料;优化后的第二批SPS烧结的纳米CuCr25触头材料的交流耐压能力和分断能力较第一批热压烧结的纳米CuCr25触头材料有较大提高;大电流分断试验后,两批纳米CuCr25触头表面电弧烧蚀比微晶CuCr25触头表面严重,且阴极和阳极触头表面均出现了明显的裂纹和裂缝。
　　结合分断能力理论判据和触头表面形貌的分析可知,纳米材料由于自身结构特点——密度低、热导率低、硬度高等,在大电流的作用下,容易产生裂纹和裂缝,这是导致分断能力差的主要原因。建议在纳米CuCr25触头材料中添加第三种组元,改善材料性能,减少或者消除裂纹的产生,从而提高纳米材料的分断能力。

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1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 课题背景及国内外研究现状

1.3 课题设想和预期目标

2 热压和SPS烧结的纳米与微晶CuCr25触头材料

2.1 热压烧结法制备的CuCr25触头材料

2.2 SPS法制备的CuCr25触头材料

2.3 触头材料加工与封装

2.4 小结

3 纳米及微晶CuCr25触头材料真空灭弧室电性能试验方案

3.1 交流耐压试验

3.2 截流试验

3.3 分断能力试验

3.4 小结

4 两批纳米与微晶CuCr25触头材料真空灭弧室电性能试验结果

4.1 耐压试验结果

4.2 截流试验结果

4.3 分断能力试验结果

4.4 纳米及微晶CuCr25触头表面形貌分析

4.5 小结

5 分析与讨论

5.1 纳米与微晶CuCr25触头材料参数对电性能的影响

5.2 纳米及微晶CuCr25触头表面形貌分析

5.3 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文