Page 54 - 理化检验-物理分册2023年第六期

张涛锋, 等: 自能灭弧室用喷口性能的改进方法

降, 且其分布过于集中于表层, 表层能量密度上升, 气体有助于气吹, 增强了喷口上游区的电弧升温增
烧蚀量反而增大。 压效果。
, 则电弧能
1.2 PTFE中添加含炭的 MoS 2 如果大量地填充蓝色系 CoO-Al 2O 3
可防止 PTFE 树脂内部劣
添加含炭的 MoS 2 量的吸收量过多, 其转变为热能后, 会发生热分解、
化, 避免喷口劣化, 同时有效提高喷口的耐烧蚀性, 热劣化, 反而导致 PTFE 的损耗量增加。
降低热效应带来的含氟树脂的损耗。但是, 由于 从喷口的力学性能方面考虑, 随着 CoO-Al 2O 3
及作为黑色颜料广泛使用的炭是导电性物 添加量的增加, 喷口的力学性能也随之降低。自能
MoS 2
质, 所以即使控制其填充量, 也会降低 PTFE 的绝 灭弧室用喷口需承受极大的高温膨胀气体压力, 因
缘性和耐电弧性。 此需要适当地控制蓝色系 CoO-Al 2O 3 的添加量。
研究表明, 采用 PTFE+MoS 2+BN 的复合材 添加量与抗拉强度的关系如图 2
BN 、 CoO-Al 2O 3
料可以有效保证喷口的力学性能、 绝缘性能和耐烧 所示。
蚀性能。不同种类材料的抗拉强度及烧蚀质量损失
平均值如表2所示( 表中括号内为质量分数)。
表2 不同种类材料的抗拉强度及烧蚀质量损失平均值
抗拉强度 / 质量损失
喷口材料种类
MPa 平均值 / g
BN ( 5% ) +PTFE 25.3 0.212
BN ( 7% ) +PTFE 23.6 0.192
BN ( 10% ) +PTFE 18.2 0.174
添加量与抗拉强度的关系
(
MoS 2 0.2% ) +BN ( 3% ) +PTFE 26.4 0.208 图2 BN 、 CoO-Al 2 O 3
(
MoS 2 0.2% ) +BN ( 5% ) +PTFE 25.1 0.180 图3为 CoO-Al 2O 3 添加量与平均光吸收率的关
(
MoS 2 0.2% ) +BN ( 7% ) +PTFE 23.2 0.168 系。测量填充蓝色系 CoO-Al 2O 3 的 PTFE光反射波
(
MoS 2 0.2% ) +BN ( 10% ) +PTFE 18.0 0.156 谱, 根据其光反射波谱计算光吸收波谱, 在测量波长
区域内将其吸收率平均后的值就是平均光吸收率。
1.3 PTFE中添加铝酸钴
) 是一种具有尖晶石结
填料铝酸钴( CoO-Al 2O 3
构的金属氧化物混合材料, 具有优良的高温稳定性
是一种光吸收材
和化学稳定性。填料 CoO-Al 2O 3
料, 可使喷口的吸热均匀、 能量分布均匀, 且仅限于

的熔点为1700~1800℃ ,
表层; 另外, CoO-Al 2O 3
其分解的气体有助于气吹, 常用于自能灭弧室中。
能够
在 PTFE 树脂喷口中, 添加 CoO-Al 2O 3
保证喷口的绝缘性能, 防止颜色不均及局部变色影 图3 CoO-Al 2 O 3 添加量与平均光吸收率的关系
填料后喷口
响喷口的耐电弧性。添加 CoO-Al 2O 3 的添加量为 0.1%~
由图3可知: CoO-Al 2O 3
的耐电弧性如图1所示。 添加量的增
1%时, 平均光吸收率随着 CoO-Al 2O 3
加而增加, 在添加量大于1%后, 平均光吸收率几乎
不变化。
1.4 小结
如上所述, 平均光吸收率的增加会成为热分解、
热劣化的原因, 使 PTFE 自身的损耗量增加。蓝色
填料后喷口的耐电弧性示意
图1 添加 CoO-Al 2 O 3 的添加量宜在 1% 以下; 另一方面,
系 CoO-Al 2O 3
组分可以在断路器开断过程中快 如果其添加量低于 0.5% , 则平均光吸收率将低于
CoO-Al 2O 3
速吸收电弧能量, 然后再缓慢向环境散发所吸收的 70% , 不能防止出现颜色不均及变色点。因而, 蓝色
能量, 以减少电弧对喷口的烧蚀作用, 另外其分解的 系 CoO-Al 2O 3 的添加量宜选用0.5%~1% 。
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