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際運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)熱機理

當(dāng)整個電器處于運轉(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，從而進一步增大了導(dǎo)電的可能，特別是在加固作用下，還可以達到電阻下降的目的。

由于上述的導(dǎo)電膏可以有效增大強接觸面積，并達到導(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，達到導(dǎo)電膏涂抹的要求即可。

3.2 熱管散熱方案

為了進一步提升實驗的合理性，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)，并且在實驗的初期并不會更多的考量絕緣部件，直到實驗成熟為止。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)合上述的原則進行施工，基于抽屜結(jié)構(gòu)空間以及熱管可以對方案進行驗證，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〕