CN105810498B - 一种真空断路器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空断路器及其制造方法。该真空断路器的散热器的连接面和/或导电回路表面覆着有石墨烯层。本发明通过在真空断路器的散热器连接面和/或导电回路各部件表面的制备石墨烯层，加快了热量的传导和散热；同时在散热器连接面和导电回路各部件表面制备石墨烯层，可加快热量由导电回路向散热器传导，提高了导电回路的热导率，能够降低真空断路器的温升达到3～10℃。
Description
技术领域
本发明属于真空断路器领域，具体涉及一种真空断路器及其制造方法。
背景技术
真空断路器具有使用寿命长、易于维护、适合频繁操作、体积小等优点，随着真空电弧理论研究工作的不断深入和人们对环境的日益重视，真空断路器正在不断向真空灭弧室小型化、大容量和高电压方向发展。当电流通过真空断路器的导电回路时会产生热量。当额定电流比较大时，真空断路器的温升就比较大。温升过高除对导电体材料的机械强度影响很大外，还易使导体金属表面氧化，生成的氧化物又使接触电阻增加而影响断路器的回路电阻以及电气性能，同时温升过大还会使绝缘件介损增加，加速了绝缘件的老化。如何有效降低真空断路器的温升已受到人们的广泛重视。
余小玲等(高压电气，2007年6月第43卷第3期)进行了高压真空断路器温升影响因素的仿真研究，其对影响真空断路器温升的散热表面对流换热系数、动静触头接触点半径、接触点位置以及导电杆的半径等4种因素进行了仿真研究，散热器表面的热辐射、触头半径和导电杆的半径均对降低温升有一定作用。CN2747699Y公开了一种具有高额定电流等级的高压真空断路器，其包括与上法兰连接的第一散热器，在下法兰周围设有第二散热器，在陶瓷套管与真空灭弧室以及陶瓷套管与导电支撑之间的空隙中有散热的绝缘油；其中，第一散热器和第二散热器的散热器肋片呈放射状或平行分布。该发明通过合理的散热结构来将热量及时散出。
现有技术中，可以从断路器导电回路材料、断路器相间距以及安装工艺方面降低温升，但其适用范围有限，降低温升的效果有限且难以持续。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空断路器，从而解决现有技术中，针对额定电流较大的真空断路器温升较大，现有工艺降低温升不足的问题。
本发明第第二个目的是提供上述真空断路器的制造方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种真空断路器，该真空断路器的散热器的连接面和/或导电回路表面覆着有石墨烯层。
所述导电回路包括依次相连的上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板。所述散热器的连接面为散热器与导电回路相连接所形成的连接面。
本发明提供的真空断路器，通过在散热器连接面和/或导电回路各部件表面覆着石墨烯层，利用石墨烯层的良好导热性、导电性和散热性，将导电回路产生的热量向外传输，由于整个导电回路均覆着有石墨烯层，因此大大提高了热量的向外传输速率，有效的降低了大额定电流通过真空断路器时的温升；同时在散热器与上接线板的连接面和导电回路各部件的表面覆着石墨烯层，可以进一步加快导电回路产生热量由散热器向外散出的速率，从而更有效的降低温升。由于石墨烯本身还具有很强的散热能力，因此石墨烯本身也能降低温升。
石墨烯层的厚度为1～500μm。控制石墨烯层在该范围内，可在不影响真空断路器其他性能的基础上，有效降低温升。
上述的真空断路器的制造方法，包括：在散热器连接面和/或导电回路各部件表面制备石墨烯层，再组装成真空断路器，即可。优选的，在上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面和散热器的连接面制备石墨烯层，组装成真空断路器，即可。
可采用喷涂、刷涂或浸涂的方法制备石墨烯层。采用喷涂工艺时，在真空断路器导电回路各部件表面，散热器与上接线板的连接面上喷涂一层石墨烯，晾干或在50℃～300℃下烘干即可。采用刷涂工艺时，在真空断路器导电回路各部件表面，散热器与上接线板的连接面上刷涂一层石墨烯，晾干或在50℃～300℃下烘干即可。采用浸涂工艺时，将真空断路器导电回路各部件，散热器与上接线板的连接面浸入石墨烯浆料中，取出，晾干或在50℃～300℃下烘干即可。
喷涂、刷涂或浸涂所用的石墨烯浆料可采用市售商品。优选的，石墨烯浆料的质量百分比组成为：溶剂70％～95％，石墨烯4.5％～27％，分散剂0.5％～3％。将各组分于高速分散设备下分散均匀即可得石墨烯浆料。
所述溶剂为水、乙醇或丙酮，分散剂为二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
所制备石墨烯层的厚度为1～500μm。
导电回路各部件或散热器连接面材料可以为铜或铝。
本发明提供的真空断路器的制造方法，通过在真空断路器的导电回路各部件和/或散热器连接面上制备石墨烯层，有效降低了大额定电流真空断路器的温升，该方法适用于所有电流等级的真空断路器，实际降低温升值达到3～10℃；该制造方法工艺简单，适用范围广，降低温升效果显著持久。
附图说明
图1为本发明真空断路器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的真空断路器，如图1所示，包括上接线板1、静导电杆2、动导电杆3、下接线板4、散热器5和真空灭弧室6，上接线板1上方连接有散热器5，静导电杆2与上接线板1相连接，动导电杆3与下接线板4相连接，静导电杆2和动导电杆3在真空灭弧室6内实现开断，上接线板1、静导电杆2、动导电杆3、下接线板4组成导电回路；导电回路各部件表面，及散热器与上接线板连接面上均覆着有石墨烯层7，石墨烯层的厚度为5μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，包括：采用喷涂方式，在上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面，喷涂一层石墨烯，室温晾干后，组装成真空断路器；喷涂所用石墨烯浆料的质量百分比组成为：水95％，石墨烯4.5％，DMF 0.5％。
实施例2
本实施例的真空断路器，包括上接线板、静导电杆、动导电杆、下接线板、散热器和真空灭弧室，上接线板上方连接有散热器，静导电杆与上接线板相连接，动导电杆与下接线板相连接，静导电杆和动导电杆在真空灭弧室内实现开断，上接线板、静导电杆、动导电杆、下接线板组成导电回路；导电回路各部件表面，及散热器与上接线板连接面上均覆着有石墨烯层，石墨烯层的厚度为5μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，包括：采用喷涂方式，在上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面，及散热器与上接线板连接面上喷涂一层石墨烯，于50℃烘干后，组装成真空断路器；喷涂所用石墨烯浆料的质量百分比组成为：乙醇91％，石墨烯7.5％，DMF 1.5％。
实施例3
本实施例的真空断路器，结构与实施例2基本相同，区别仅在于石墨烯层的厚度为50μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，包括：采用刷涂方式，在上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面，及散热器与上接线板连接面上刷涂一层石墨烯，于150℃烘干后，组装成真空断路器；刷涂所用石墨烯浆料的质量百分比组成为：乙醇88.5％，石墨烯10％，NMP 1.5％。
实施例4
本实施例的真空断路器，结构与实施例2基本相同，区别仅在于石墨烯层的厚度为100μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，包括：采用浸涂方式，将上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面，及散热器与上接线板连接面浸入石墨烯浆料中，于300℃烘干后，组装成真空断路器；浸涂所用石墨烯浆料的质量百分比组成为：水80％，石墨烯18％，NMP 2％。
实施例5
本实施例的真空断路器，结构与实施例2基本相同，区别仅在于石墨烯层的厚度为200μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，包括：采用喷涂方式，在上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板的表面，及散热器与上接线板连接面上喷涂一层石墨烯，于100℃烘干后，组装成真空断路器；喷涂所用石墨烯浆料的质量百分比组成为：丙酮70％，石墨烯27％，DMF 3％。
实施例6
本实施例的真空断路器，结构与实施例2基本相同，区别仅在于石墨烯层的厚度为300μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，与实施例5相同。
实施例7
本实施例的真空断路器，结构与实施例2基本相同，区别仅在于石墨烯层的厚度为500μm。
本实施例的真空断路器的制造方法，与实施例5相同。
试验例
本试验例进行实施例1～7的真空断路器的温升试验，检测方法依照《GB/T 11022-2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》的规定进行，检测电流为2000A，对比例的真空断路器结构同实施例1基本相同，区别在于各部件表面无石墨烯层，检测结果如表1所示。
表1真空断路器的温升试验检测结果
由表1的试验结果，本发明的真空断路器在2000A电流下能够效果降低温升3～10℃，从而保证真空断路器性能稳定，延长真空断路器的使用寿命。
Claims (2)
1.一种真空断路器，其特征在于，真空断路器的散热器的连接面和导电回路表面覆着有石墨烯层；所述导电回路包括依次相连的上接线板、静导电杆、动导电杆和下接线板；所述连接面为散热器与上接线板的连接面；石墨烯层的厚度为1～500μm；所述石墨烯层是采用喷涂、刷涂或浸涂石墨烯浆料制备的，所述石墨烯浆料的质量百分比组成为：溶剂70％～95％，石墨烯4.5％～27％，分散剂0.5％～3％；溶剂为水、乙醇或丙酮，分散剂为二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
2.一种如权利要求1所述的真空断路器的制造方法，其特征在于，包括：在散热器连接面和导电回路各部件表面制备石墨烯层，组装成真空断路器，即可；采用喷涂、刷涂或浸涂的方法制备石墨烯层；喷涂、刷涂或浸涂所用的石墨烯浆料的质量百分比组成为：溶剂70％～95％，石墨烯4.5％～27％，分散剂0.5％～3％；溶剂为水、乙醇或丙酮，分散剂为二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |