萬能式斷路器接線端子散熱方案研究

戚龍

?

萬能式斷路器接線端子散熱方案研究

戚龍

（深圳市鑫匯科股份有限公司，廣東 深圳 518000）

斷路器接線端子的溫度是實(shí)際運(yùn)行中判斷斷路器電氣安全和火災(zāi)隱患的重要依據(jù)。介紹了斷路器發(fā)熱機(jī)理，提出了大容量萬能式斷路器散熱改善的具體方案與措施，以控制其溫升，改善品質(zhì)，從而提高產(chǎn)品性能。

斷路器；熱管裝置；導(dǎo)電膏；散熱方案

1 斷路器發(fā)熱機(jī)理

當(dāng)整個電器處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，內(nèi)部的電流會借助導(dǎo)體產(chǎn)生更多的能量損耗，特別是處于交遍電路工作的過程中，便會發(fā)生交變電磁場的效果，并且在電磁內(nèi)瞬間產(chǎn)生一定的損耗，這種損耗也會在絕緣體中產(chǎn)生。機(jī)械摩擦的過程中會產(chǎn)生熱量，這種熱量相對來說較小，相關(guān)技術(shù)施工人員在具體工作的過程中會忽略不計。載流體中如果出現(xiàn)了能量損耗，便會稱之為該電器中的基本熱源，一般來說，基本熱源中的電場強(qiáng)度越大，那么出現(xiàn)的損耗就越大，但是介質(zhì)損耗較小，并且出現(xiàn)的損耗會轉(zhuǎn)化為熱能，還有一部分尚未轉(zhuǎn)化成熱能的會消失在介質(zhì)中，從而對產(chǎn)品的工作性能起到消極影響。特別是對于一些低壓的斷路器產(chǎn)品，其產(chǎn)品內(nèi)部有較多的導(dǎo)體，這些導(dǎo)體會以不同的形式連接，通過電接觸形成更為重要的熱源。對于電接觸而言，其形式是多種多樣的，總體來講可以分為固定、滑動、可分合接觸，這幾種接觸方式在日常應(yīng)用在斷路器中都會存在一定的問題，主要體現(xiàn)在接觸不良、摩擦磨損等問題，造成電弧出現(xiàn)放電，并引起升溫，從而為整個電路的運(yùn)行帶來消極影響。

2 利用導(dǎo)電膏降低接觸電阻與溫升

該熱管的材料主要由銅、不銹鋼等硬質(zhì)材料組成，并且熱管的溫度會隨著不同的施工情況存在較大的波動，具有有效降低溫度、合理控制溫度等優(yōu)勢，特別是在當(dāng)前，高速發(fā)展的科技對熱管有了更高的要求，熱管需要具備絕緣功能，并且要采用陶瓷材質(zhì)這樣才能有效承受較大的電壓沖擊，當(dāng)前萬能斷路器相關(guān)技術(shù)人員采用了絕緣的陶瓷管，并在此基礎(chǔ)上增加了可變性的軟管設(shè)計。

一般來說，平面的平整度只是肉眼可見的平整，但如果在微觀情況下觀察會發(fā)現(xiàn)有很多凹凸不平的地方，并且真正可以接觸整個地面的往往只有一部分，該部分在金屬的空氣中還會生成氧氣層，在這一情況下會造成整體的基礎(chǔ)面積更加有限，如果在整個接觸面積中涂抹導(dǎo)電物質(zhì)，這種物質(zhì)便可以有效填充到具體的平面中，從而進(jìn)一步增大了導(dǎo)電的可能，特別是在加固作用下，還可以達(dá)到電阻下降的目的。

由于上述的導(dǎo)電膏可以有效增大強(qiáng)接觸面積，并達(dá)到導(dǎo)電能力提升的目的，這說明導(dǎo)電膏中的組成部分是具有導(dǎo)電物質(zhì)的，這種導(dǎo)電物質(zhì)會造成金屬的整體導(dǎo)電性能相似，并且從整體而言與以往應(yīng)用中的物質(zhì)存在較大的區(qū)別，這種區(qū)別主要體現(xiàn)在其流動性上，這種流動性也可以通過加熱而改變成固狀形式，這樣有利于進(jìn)行連接。并且分散在物質(zhì)中從而形成完整的導(dǎo)電通路，但由于炭類材料中會有石墨成分，而石墨又存在較大的不確定性，在具體應(yīng)用的過程中會存在較大的局限和障礙。炭黑具有極強(qiáng)的導(dǎo)電性，但加工卻較為困難，從而造成整體的導(dǎo)電性較差，并且存在較多的填充金屬粉末，這些金屬粉末的價格較為高昂，在具體施工過程中甚至?xí)霈F(xiàn)電流的遷移，在這種情況下不僅會影響導(dǎo)電性能，甚至?xí)s短使用壽命。也有一些化學(xué)物質(zhì)的價格較低，但是在具體應(yīng)用的過程中會隨著溫度的升高而逐漸發(fā)生氧化，出現(xiàn)氧化后會無形中增加電阻率，結(jié)合全部的因素進(jìn)行綜合考量后發(fā)現(xiàn)，在正常施工中可以選擇Au作為添加劑，以此來改變性能，特別是應(yīng)用在導(dǎo)電膏中，可以有效提升固化溫度，促使顆粒形成連接，達(dá)到降低電阻的目的。

在宏觀的導(dǎo)電通道學(xué)說中可以清楚發(fā)現(xiàn)電子之間的接觸和形成的道路會造成導(dǎo)電膏具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性，并且會因為導(dǎo)電膏的固化干燥，在其出現(xiàn)固化之前，膠黏劑會以獨(dú)立的形式呈現(xiàn)，不會產(chǎn)生較大的接觸面積。當(dāng)其形成穩(wěn)定的接觸后，便會具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，該理論中也充分闡釋了導(dǎo)電填料的體積如果過大，則電阻會出現(xiàn)急速下降的情況。

3 超大容量ACB抽屜接線端子散熱方案

通過分析導(dǎo)熱膏存在的重要性，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱膏可以有效提升整體的熱傳導(dǎo)水平，從而有效達(dá)到降低電阻的目的，還能降低斷路器，并且熱管也能急速導(dǎo)熱，轉(zhuǎn)變以往斷路器升溫困難等情況的發(fā)生。如果將其應(yīng)用在ABC中，并適當(dāng)增加電流，可以憑借著大電流、高性能等特點(diǎn)提升整體的性能，通過相關(guān)分析觀察得知，這也是對性能產(chǎn)生較大影響的關(guān)鍵，鑒于此，此次研究分析了導(dǎo)熱膏的散熱方案，并對導(dǎo)熱膏性能方面的發(fā)揮有著重要的作用。

3.1 導(dǎo)電膏在抽屜母線端子中的應(yīng)用

ABC項目的方案如圖1所示，從圖中可以看出端子接線的方案具體是連接母線以及外接母線等進(jìn)行組合，母線、短接平排以及外接母線分別形成相應(yīng)的接觸面，通過接觸面的增加也能有效提升端子接線方面的影響，特別是減小母線的受阻和熱傳導(dǎo)能力，可以進(jìn)一步改善這一效果。抽屜接線端子如圖2所示。

圖2 抽屜接線端子

通過上述分析研究可知，當(dāng)前的導(dǎo)電膏對于有效改善接觸面的熱傳導(dǎo)電阻有著極為明顯的效果，特別是對于上述項目中提及的接線端子方案以及在接觸面中加入導(dǎo)電膏，相關(guān)技術(shù)施工人員結(jié)合金屬以及導(dǎo)電膏的性質(zhì)來涂上導(dǎo)電膏涂層，再安裝母線時可以達(dá)到應(yīng)用的效果。

相關(guān)技術(shù)人員在對其施工中，首先去除接觸面上的物質(zhì)，采用磨砂紙將其研磨至光滑，并去除表面的污垢，采用鋼絲球去除氧化膜、采用干凈的面紗清除接觸面，直到表面干燥后涂上一定厚度的導(dǎo)電膏，保證導(dǎo)電膏在涂抹的過程中可以貼合接觸面，并采用螺絲對其進(jìn)行加固，在處理接觸面的過程中需要做到認(rèn)真仔細(xì)，這樣具體應(yīng)用過程中才能有效發(fā)揮出自身最大的作用。但導(dǎo)電膏從本質(zhì)上講屬于輔助產(chǎn)品，導(dǎo)電的性能并不完善，這說明涂抹導(dǎo)電膏時不可涂抹太厚，達(dá)到導(dǎo)電膏涂抹的要求即可。

3.2 熱管散熱方案

為了進(jìn)一步提升實(shí)驗的合理性，相關(guān)技術(shù)人員與當(dāng)?shù)厥袌龅臒峁苤圃焐倘〉寐?lián)系，并且通過溝通后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市面上較多熱管中主要包括了銅水熱管，由于水具有較大的潛熱，這種潛熱會促使整個制造方式更加簡單且成本較低，工作要求的溫度也會控制在一定的范圍內(nèi)。分析上述ABC抽屜的情況可以看出，當(dāng)前對升溫實(shí)驗而言，熱源更多來自于接觸頭熱傳導(dǎo)以及自身的電阻情況，并且當(dāng)溫度處于一定數(shù)值時，水介質(zhì)可以滿足其應(yīng)有的要求?；跓峁茉矸治隹芍?，在熱管中加入絕緣部件與否并不會直接影響熱管的性能，基于當(dāng)前施工應(yīng)用中的條件和成本，最開始的熱管方案會直接采用熱掛制造技術(shù)，并且在實(shí)驗的初期并不會更多的考量絕緣部件，直到實(shí)驗成熟為止。特別是對于溫室而言，斷路器與母線的溫度會高于下段的母線，需要對其散熱裝置的安裝進(jìn)行深度試驗。

熱管的初步方案原則為：①在不考慮絕緣的情況下使用熱管；②在抽屜的上端母線中間加入熱管；③保留以往設(shè)計結(jié)構(gòu)。

相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合上述的原則進(jìn)行施工，基于抽屜結(jié)構(gòu)空間以及熱管可以對方案進(jìn)行驗證，熱管的銅塊與母線處于固定、熱源狀態(tài)，并且將熱管傳遞到冷凝端，可以借助金屬來有效吸收應(yīng)有的熱量，達(dá)到散熱的目的。

4 結(jié)束語

本散熱方案借用主動的散熱技術(shù)，嘗試改善斷路器的散熱條件，能夠有效提高斷路器的散熱能力，從而提高斷路器的性能，使產(chǎn)品使用起來更加安全可靠。

［1］任顯彬.萬能斷路器接線端子：中國，CN205810717U［P］. 2016-12-14.

［2］溫曉雨.萬能式斷路器母排與橋式觸頭溫度場分析［D］. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

［3］黃明光，林仁愛，高明.一種斷路器的接線端子：中國，CN204130471U［P］. 2015-07-29.

2095－6835（2019）01－0072－02

TM561

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.072

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕