电路断路器 |
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| 申请号 | CN201180029881.4 | 申请日 | 2011-06-17 | 公开(公告)号 | CN102947911A | 公开(公告)日 | 2013-02-27 |
| 申请人 | 帝斯曼知识产权资产管理有限公司; | 发明人 | 罗布·约瑟夫·凯瑟琳娜·雷米勒·德曼特; 约翰尼斯·霍埃克斯塔拉; 罗伯特·翰德里克·凯萨琳娜·简瑟恩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 电路 断路器 ，其包含 电弧 形成室和消弧室，所述电弧形成室至少部分通过由 聚合物 组合物组成的侧 法兰 或 侧壁 的至少部分连接，所述聚合物组合物包含热塑性聚合物、三嗪基阻燃剂、至多0-5wt.%的含磷或含卤阻燃剂以及0-15wt.%的增强剂，其中所述热塑性聚合物包括熔点 温度 至少260℃的聚酰胺，并且所述三嗪基阻燃剂包括至少20wt.%的蜜白胺，其中重量百分比（wt.%）相对于所述聚合物组合物的总重量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.电路断路器，其包含电弧形成室和消弧室，所述电弧形成室至少部分通过由聚合物组合物组成的侧法兰或侧壁的至少部分连接，所述聚合物组合物包含热塑性聚合物、三嗪基阻燃剂、至多0-5wt.%的含磷或含卤阻燃剂以及0-15wt.%的增强剂，其中所述热塑性聚合物包括熔点温度至少260℃的聚酰胺，并且所述三嗪基阻燃剂包括至少20wt.%的蜜白胺，其中重量百分比（wt.%）相对于所述聚合物组合物的总重量。 |
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| 说明书全文 | 电路断路器[0001] 本发明涉及电路断路器，特别是高端的低压断路器，例如模壳式断路器。 [0002] 断路器是一种为保护电路免受过载或短路造成的损害而设计的自动操作的电开关。其基本功能是检测故障情况并通过中断连续性立即停止电流。不同于保险丝（其操作一次，然后就不得不更换），断路器可以被（手动或自动地）复位以恢复正常操作。断路器被制成各种尺寸，从保护个人家用电器的小设备到被设计成保护供给整个城市的高压电路的大开关装置。 [0003] 所有的断路器在其操作中具有共同的特性，但细节千差万别，基本取决于电压等级、额定电流以及断路器类型。低压（低于1000VAC）型电路断路器在住宅、商业及工业应用中常见，其包括：微型和小型断路器（MCBs）、模壳式断路器（MCCBs）、剩余电流装置（RCDs）以及组合了RCD的功能与过电流保护（RCBOs）的断路器。断路器通常包含由热塑性或热固性材料模制而成的壳体或外壳。断路器的一些其他特性如下：MCB（微型断路器）-额定电流一般不超过125A；跳闸特征（tripcharacteristic）通常不可调节。MCCB（模壳式断路器）-额定电流达到1000A，并通过热或热磁式操作起作用；跳闸电流在较大等级上可调节。RCDs、MCBs、MCCBs、RCDs和RCBOs具有的共同点是通常都包含由热塑性或热固性材料模制成的壳体。例如通过K.Kuboyama和A.Kohanawa在Fuji electronic review,第52卷,No.4,第112-118页描述MCCBs、RCDs和RCBOs。 [0004] 断路器必须检测出故障状态；在低压断路器中，这通常在断路器外壳内完成。一旦检测到故障，断路器中的触点必须断开来中断电路。可手动操作小型断路器（也与用于短路的螺线管（solenoid）和用于热跳闸的双金属一起工作）；较大的单元具有螺线管来使机械装置跳闸，并且具有电动马达来给弹簧恢复能量。断路器触点必须携带负载电流而无过量发热，而且也必须能承受当中断电路时产生的电弧热。触点由铜或铜合金、银合金以及其他材料制成。触点的使用寿命受由于中断电弧而引起的侵蚀的限制。微型断路器和模壳式断路器通常在接触点磨损之后就被丢弃了，但能源断路器和高压断路器具有可替换的触点。当电流中断时，产生电弧。必须以受控的方法遏制、冷却以及熄灭该电弧，从而使接触点间的间隙能够再次承受电路中的电压。高电弧电压和高关闭速度是重要的。最后，一旦故障情况已经被清除，接触点必须再次关闭来给中断的电路恢复供电。 [0005] 低压断路器通常包含电弧形成室（或电弧室）和消弧室（或熄弧沟）。消弧室通常包含一叠所谓的去离子板或电弧分离板，它们通常由金属制成。不同的断路器使用真空、空气、绝缘气体或油作为电弧形成的介质。使用不同的技术来熄灭电弧。低压断路器包含电弧室，其中通过电弧产生的气体膨胀。在微型低压断路器中，电弧在空气中熄灭。较大规格的断路器（例如一些小型断路器和MCCBs）通常包含金属分离板或非金属熄弧沟以吸收能量、分离和冷却电弧、以及降低气体的导电性。可以使用磁力灭弧线圈来使电弧偏转到熄弧沟。 [0006] 从现有技术已知包含配备侧法兰的熄弧沟的电路断路器。US2008/0290068描述了包含由一叠去离子板形成的消弧室的熄弧沟以及通过第一和第二法兰连接的电弧形成室，所述熄弧沟配备排布于至少所述第一法兰后的永磁体，其中所述电弧形成室包含：增强的感应部分（永磁体的第一部分将电弧推进到消弧室）和转移部分（永磁体的第二部分将电弧转移至第一法兰），在纵向中平面中由第二部分产生的磁场基本上比由第一部分产生的磁场要弱。在这些电路断路器中的法兰由绝缘材料制成。 [0007] US7541902B涉及开关装置领域，特别地能中断直流电流、具体低强度电流（即包含在0.5和150安培之间）。US 7541902B描述了含有熄弧沟的断路器，其包含由一叠去离子板形成的消弧室以及通过第一和第二法兰连接的电弧形成室，所述熄弧沟配备排列于至少第一法兰后的永磁体。根据一个实施例，第一法兰由陶瓷材料制成，而第二法兰由产气有机材料制成。 [0008] EP1313121A1描述了含有消弧膜的电路断路器，所述消弧膜包括主要包含非卤素阻燃剂的模制消弧绝缘材料。非卤素阻燃剂可从许多不同材料中选择，包括有机三嗪化合物，例如氰脲酸三聚氰胺。在消弧绝缘材料中的基质树脂可从不同材料中选择，包括聚酰胺，例如非芳族聚酰胺。 [0009] 低压电开关装置的一个问题是它们在累积的最大电弧开关电压、开关速度以及在多次短路中断后性能的保留方面的局限性。 [0010] 本发明的目标是提供电路断路器，其中如上所述的问题被降低了，至少在一定程度上被降低了。 [0011] 已经用如本发明所述的电路断路器实现了该目标，所述电路断路器包含至少部分通过侧法兰（side flange）连接的电弧形成室，所述侧法兰由阻燃剂聚合物组合物组成，所述阻燃剂聚合物组合物包含热塑性聚合物，含有三嗪基阻燃剂和0-5wt.%的含磷或含卤阻燃剂的阻燃剂体系，和0-15wt.%的增强剂，其中所述热塑性聚合物包含熔点温度至少260℃的聚酰胺，且三嗪基阻燃剂包含至少20wt.%的蜜白胺，其中重量百分比（wt.%）相对于聚合物组合物的总重量。 [0012] 根据本发明的断路器（其中电弧形成室至少部分通过由这样的聚合物组合物组成的侧法兰连接）的效果在于，最高适用开关电压增加，这样允许较快的开关时间以及较少的能量耗散。本文中术语熔点（温度）被理解为根据ASTM D3417-97/D3418-97用DSC以10℃/min的加热速度测量的温度，其落在熔融范围内并显示最高熔融速率。 [0013] 在根据本发明所述的电路断路器中，消弧室适当地包含金属分离板。随着电路断路器中介电强度的保留越好，这种金属板的存在越不重要。 [0014] 如果断路器壳体的一个或多个侧壁或其中一部分或多部分能够由与法兰中使用的相同的材料制成的话，那么通过这些壁或其部分（取决于其设计）也能实现插入断路器壳体的法兰的功能。虽然可由所述阻燃剂组合物构造完整的断路器壳体（其可被解释为其中一个或多个侧法兰构成断路器壳体的整体部分（integral part）的壳体），但很难按壳体的正常运作需要在断路器壳体上集成所有机械性能、电性能和其他性能。 [0015] 在一个优选的实施方式中，一个或多个侧法兰由单独的塑料部件组成，其能被插入壳体以至少部分连接电弧形成室。这样的优点是，在电路断路器的设计中不需要任何修改，在不牺牲其他性质（例如壳体强度）的情况下保留最初的设计，同时提高了整体性能。 [0016] 在一个优选的实施方式中，电路断路器为模壳式断路器（MCCB）。MCCB的壳体适于由热固性材料制成，而插入电弧形成室的一个或多个侧法兰由单独的塑料部件组成，所述塑料部件由包含热塑性聚合物的聚合物组合物制成。 [0017] 在聚合物组合物中使用的热塑性聚合物为熔融温度至少260℃的聚酰胺。这可以是例如脂族聚酰胺或半芳族聚酰胺，优选脂族聚酰胺。合适的脂族聚酰胺的实例为聚酰胺66和聚酰胺46，以及聚酰胺66与其他脂族聚酰胺的共聚物和聚酰胺46与其他脂族聚酰胺的共聚物，前提条件是熔融温度至少为260℃时。适宜地，熔融温度在260-250℃范围内，但也可以使用具有更高熔融温度的聚酰胺。 [0018] 合适地，熔融温度至少260℃的聚酰胺以相对于组合物的总重量30-70wt.%的量存在。 [0019] 本发明中侧法兰或侧壁的至少部分由其制成的聚合物组合物包含蜜白胺和熔融温度在至少260℃的热塑性聚酰胺。 [0020] 除蜜白胺外，组合物还可包含有限量的其他阻燃剂，例如磷阻燃剂、含氮阻燃剂、或甚至含卤阻燃剂。合适的含氮阻燃剂为三嗪基阻燃剂。 [0021] 除蜜白胺外，聚合物组合物还可包含其他阻燃剂，例如磷阻燃剂、蜜白胺外的含氮阻燃剂、或甚至含卤阻燃剂。然而，为了在断路器中侧法兰的正常运作，必须保持有限的含磷或含卤阻燃剂的量。优选地，其总量应为至多5wt.%，即组合物包含0-5wt.%的含磷或含卤阻燃剂，更优选地，聚合物组合物是无卤的并且含磷或含卤阻燃剂的量在0-5wt.%的范围内。也应该保持有限的除蜜白胺外其他含氮阻燃剂（其实例有三聚氰胺和三聚氰胺脲酸酯）的量。优选地除蜜白胺外含氮阻燃剂的量在0-5wt.%的范围内。值得注意的是，上面提到的重量百分比（wt.%）都相对于组合物的总重量。 [0022] 蜜白胺是三聚氰胺的缩合物。优选地，相对于阻燃剂体系的总重量，阻燃剂体系包含至少70wt.%的蜜白胺。更优选地，相对于阻燃剂体系的总重量，蜜白胺的量为80-100wt.%的蜜白胺，或甚至90-100wt.%。 [0023] 在聚合物组合物中蜜白胺含量越高，电路断路器的性能更好。优选地相对于聚合物组合物的总重量，蜜白胺的量为至少20wt.%、更优选地至少30wt.%。所述量可高达45wt.%或甚至更高，但适当地至多40wt.%。总体而言，相对于聚合物组合物的总重量，蜜白胺优选以20-45wt.%、更优选30-40wt.%的量存在。 [0024] 除热塑性聚合物和三嗪基阻燃剂外，组合物还适当地包含其他组分，例如增强剂、无机填料和辅助添加剂。 [0025] 在聚合物组合物中纤维增强材料适当地为玻璃纤维。合适的无机填料包括滑石和硅灰石。玻璃纤维的存在对介电强度的保留是有利的。过高的量对电弧电压有负面影响。相对于聚合物组合物的总重量，玻璃纤维适宜以0-15wt、优选5-10wt.%的范围内的量存在。 [0026] 在本发明的一个具体实施方式中，用作电弧形成室的侧壁的部分或一个或多个法兰的聚合物组合物由以下组成： [0027] a.30-70wt.%的熔点温度至少260℃的聚酰胺； [0028] b.20-40wt.%的蜜白胺； [0029] c.5-10wt.%纤维增强材料； [0030] d.0-40wt.%无机填料；和 [0031] e.0-20wt.%其他组分； [0032] 本文中，重量百分比（wt.%）相对于所述聚合物组合物的总重量。 [0033] 本文中其他组分能够是，例如辅助添加剂和不同于熔融温度至少260℃的聚酰胺 |
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