TW202116921A - 直流低壓斷路器之隔弧框材料 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種直流低壓斷路器之隔弧框材料，其包括組成重量百分比：產氣高分子45~49.5%、吸熱金屬氧化物17.5~22.5%、抑煙協效劑2.5%、導熱填料15%、增強填料15%、耦合劑0.5-1%。本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料可將前述材料進行混煉(compounding)，使有效降低熱游離現象降低弧光對機構的破壞，並保有一定之絕緣特性，適合應用於直流低壓斷路器之隔弧框的製作材料。
Description
本發明係關於一種直流低壓斷路器，特別是關於一種直流低壓斷路器之隔弧框材料。
斷路器是一種保護電器的重要元件。高壓斷路器例如氣體斷路器和真空斷路器，而低壓斷路器例如無熔絲開關。當斷路器偵測到短路、漏電、及嚴重超載等問題時，斷路器會過載跳脫即由啟斷狀態變成開路狀態來保護電路，以避免更嚴重的意外災害發生。斷路器功能在於短路或過載狀況下能切斷電路，保護用電端的電器。所以，能有效的啟斷及高啟斷能力為斷路器的性能指標。
現行交流(AC)主流滅弧方式以：硬拉弧(速拉弧、拉長弧)、絕緣材料產氣滅弧…等滅弧方式。直接應用於直流低壓斷路器，則因電流無零點，電弧能量相對高，相同啟斷容量斷路試驗滅弧容易產生失敗或出現電弧重燃之狀況，也常見斷路後電氣壽命及絕緣耐壓失效狀況。
電弧主要係透過為熱游離現象維繫，故降低熱游離現象即可有效減少電弧能量、降低弧光對機構的破壞。但一般隔弧框產氣材料導熱係數約0.3~0.4W/m‧K，對於熱游離現象並無幫助。
因此，傳統直流低壓斷路器具有下列問題：
1.既有交流低壓斷路器隔弧框材料原理以開斷時產氣，空間氣壓增大
加速驅趕電弧進入消弧閘片。
2.相同材質應用於直流低壓斷路器下，因電流不隨時間改變(無零點)，電弧能量相對高，單純以增加空間氣壓、硬拉弧方式滅弧，容易產生短路試驗啟斷失效、電弧重燃之狀況，或啟斷成功但已機構破壞電氣壽命及絕緣耐壓失效狀況。
對於此問題，業界普遍針對產氣驅趕、拉長電弧為基礎對滅弧材料進行更深入專研。本發明相異之處為針對電弧維持原因進行滅弧材料的開發。
本發明的目的提供一種直流低壓斷路器之隔弧框材料，此複合材料可有效降低熱游離現象降低弧光對機構的破壞，並保有一定之絕緣特性。
本發明之又一目的係可通過直流(DC)短路測試，短路後絕緣耐壓(1kV)洩露電流大於0.5mA，短路後電氣壽命可維持與交流低壓斷路器相同水準，對於短路後溫升試驗有正向幫助。
本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料，其包括組成重量百分比：產氣高分子45~49.5%、吸熱金屬氧化物17.5~22.5%、抑煙協效劑2.5%、導熱填料15%、增強填料15%、耦合劑0.5-1%。本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料可將前述材料進行混煉，使有效降低熱游離現象降低弧光對機構的破壞，並保有一定之絕緣特性，適合應用於直流低壓斷路器之隔弧框的製作材料。
其中產氣高分子可為例如聚酰胺，吸熱金屬氧化物可為例如
氫氧化鎂，抑煙協效劑可為例如硼酸鋅，導熱填料可為例如氧化鎂及/或氧化鋁，增強填料如玻璃纖維，耦合劑可為例如矽烷偶聯劑或馬林酸酐接枝聚合物偶聯劑。其中聚酰胺可為例如聚酰胺66(PA66)。
本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，包括：
步驟1：將聚酰胺66(PA66)放入除濕乾燥機中，先以80℃乾燥4小時。
步驟2：將導熱填料例如氧化鎂及/或氧化鋁，以及增強填料例如玻璃纖維，搭配偶合劑放入高速攪拌機中，攪拌混合20-30分鐘(250-500rpm)。
步驟3：將導熱填料例如氧化鎂及抑煙協效劑例如硼酸鋅放入高速攪拌機中，混和10-20分鐘(250-500rpm)。
步驟4：將乾燥後之聚酰胺66加入高剪切雙螺桿混煉機，雙螺桿混煉機溫度設定220-265℃(300rpm)。
步驟5：加入步驟2及步驟3之混和料。
步驟6：混煉後料條經擠出(無法設定壓力)、拉條、水冷(常溫水冷)、烘乾(80℃熱風)、切粒(3mm)即可製造出射出級之直流低壓斷路器之隔弧框材料的膠粒。
步驟7：融熔膠粒以射出成型形成隔弧框。
本發明的優點係：
1.材料有助於通過直流(DC)短路25kA/36.5kA測試。
2.短路後材料依舊保有絕緣特性，施加1kV電壓洩露電流小於0.5mA。
3.短路後電氣壽命可維持與交流低壓斷路器相同水準。
4.新開發之材料熱傳導率較既有材料熱傳導率高8-10倍，有效抑制短路電弧對斷路器之破壞，亦有助於減少使用溫度。
本發明係一種直流低壓斷路器之隔弧框材料，其包括組成重量百分比：產氣高分子如聚酰胺45~49.5~%、吸熱金屬氧化物如氫氧化鎂17.5~22.5%、抑煙協效劑如硼酸鋅2.5%、導熱填料如氧化鎂及/或氧化鋁15%、增強填料如玻璃纖維15%、耦合劑(coupling agent)0.5-1%(依下述實施例添加不同比例)。本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料可將前述材料進行混煉(compounding)，使有效降低熱游離現象降低弧光對機構的破壞，並保有一定之絕緣特性，適合應用於直流低壓斷路器之隔弧框的製作材料。
其中產氣高分子可為例如聚酰胺(Polyamide)，吸熱金屬氧化物可為例如氫氧化鎂(MgOH2)，抑煙協效劑可為例如硼酸鋅(ZnB)，導熱填料可為例如氧化鎂(MgO)及/或氧化鋁(Al2O3)，增強填料如玻璃纖維，耦合劑可為例如矽烷偶聯劑(Silane Coupling Agent)或馬林酸酐接枝聚合物偶聯劑(Maleic-Anhydride-Grafted)。其中聚酰胺可為例如聚酰胺66(PA66)。
其中導熱填料以氧化鎂、氧化鋁中一種或兩種作為優選。
其中增強填料以玻璃纖維直徑10-13um，長度小於1.5mm作為優選。
其中偶合劑為矽烷偶聯劑或馬林酸酐接枝聚合物偶聯劑作為優選。
本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料係應用於直流低壓斷路器(moulded-case circuit-breaker)。本發明以例如聚酰胺66(PA66)作為基材，並添加入上述吸熱金屬氧化物、抑煙協效劑、導熱填料及增強填料、耦合複合成滅弧材料，除具有高分子材質產氣特性，並加入增強填料使其保有良好機械性及維持熱變形溫度，以及導熱填料、水和金屬物的加入使熱傳導率提高8-10倍，使得本發明直流低壓斷路器的隔弧框材料在短路測試時，可有效抑制電弧能量，並完成啟斷。
以下四個實施例重量百分比如下表，此四個實施例為示範例：
針對上述四個實施例之物性測試如下：
試片調節條件：23±2℃，相對濕度50±5%，40小時以上
用上述實施例1~4製得的隔弧框與一般交流低壓斷路器常用之材質(比對品1~2)製成隔弧框，進行25kA短路測試比較，比對如下：
從上表可得知本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料對於通過直流低壓斷路器短路測試有正向幫助，且於短路後量測絕緣性亦保有良好絕緣特性。
本發明直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，包括：
步驟1：將聚酰胺66(PA66)放入除濕乾燥機中，先以80℃乾燥4小時。
步驟2：將導熱填料例如氧化鎂及/或氧化鋁，以及增強填料例如玻璃纖維，搭配偶合劑放入高速攪拌機中，攪拌混合20-30分鐘(250-500rpm)。
步驟3：將導熱填料例如氧化鎂及抑煙協效劑例如硼酸鋅放入高速攪拌機中，混和10-20分鐘(250-500rpm)。
步驟4：將乾燥後之聚酰胺66加入高剪切雙螺桿混煉機，雙螺桿混煉機溫度設定220-265℃(300rpm)。
步驟5：加入步驟2及步驟3之混和料。
步驟6：混煉後料條經擠出(無法設定壓力)、拉條、水冷(常溫水冷)、烘乾(80℃風乾)、切粒(3mm)即可製造出射出級之直流低壓斷路器之隔弧框材料的膠粒。
步驟7：融熔膠粒以射出成型形成隔弧框。
本發明之直流低壓斷路器之隔弧框材料，以降溫為滅弧方式，除具有高分子產氣效果外，加入導熱填料及吸熱金屬氧化合物導熱係數提高至1.6~3.2W/m‧K，有效降低短路電弧之溫度，抑制電弧能量。
本發明的優點係：
1.材料有助於通過直流(DC)短路25kA/36.5kA測試。
2.短路後材料依舊保有絕緣特性，施加1kV電壓洩露電流小於0.5mA。
3.短路後電氣壽命可維持與交流低壓斷路器相同水準。
4.新開發之材料熱傳導率較既有材料熱傳導率高8-10倍，有效抑制短路電弧對斷路器之破壞，亦有助於減少使用溫度。
Claims (7)
- 一種直流低壓斷路器之隔弧框材料，其包括組成重量百分比：產氣高分子45~49.5%、吸熱金屬氧化物17.5~22.5%、抑煙協效劑2.5%、導熱填料15%、增強填料15%、耦合劑0.5-1%，將前述材料進行混煉，取得直流低壓斷路器之隔弧框的製作材料。
- 如請求項1所述之直流低壓斷路器之隔弧框材料，其中產氣高分子為聚酰胺，吸熱金屬氧化物為氫氧化鎂，抑煙協效劑為硼酸鋅，導熱填料為氧化鎂及/或氧化鋁，增強填料玻璃纖維，耦合劑為矽烷偶聯劑或馬林酸酐接枝聚合物偶聯劑。
- 如請求項2所述之直流低壓斷路器之隔弧框材料，其中聚酰胺可為例如聚酰胺66(PA66)。
- 一種直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，包括下列步驟：將聚酰胺放入除濕乾燥機中，先以80℃乾燥4小時；將導熱填料以及增強填料，搭配偶合劑放入高速攪拌機中，攪拌混合20-30分鐘(250-300rpm)；將導熱填料及抑煙協效劑放入高速攪拌機中，混和10-20分鐘(250-300rpm)；將乾燥後之聚酰胺加入雙螺桿混煉機，溫度設定220-265℃(300rpm)；加入步驟2及步驟3之混和料；混煉後料條經擠出(無法設定壓力)、拉條、水冷(常溫水冷)、烘乾(80℃風乾)、切粒(3mm)即可製造出射出級之直流低壓斷路器之隔弧框材料的膠粒；及融熔膠粒以射出成型成隔弧框。
- 如請求項4所述之直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，其中該聚酰胺為一聚酰胺66(PA66)。
- 如請求項4所述之直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，其中該導熱填料為一氧化鎂及/或氧化鋁，以及該增強填料為一玻璃纖維，及該偶合劑為一矽烷偶聯劑或馬林酸酐接枝聚合物偶聯劑放入高速攪拌機中攪拌混合。
- 如請求項4所述之直流低壓斷路器之隔弧框材料之製造方法，其中該導熱填料為一氧化鎂及該抑煙協效劑為一硼酸鋅放入高速攪拌機中混和。
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