淺析電氣設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象和處理方法

陳鴻昆

摘 要：電氣設(shè)備接頭發(fā)熱主要由幾種接觸電阻生成而導(dǎo)致，通過(guò)合理地提出針對(duì)措施，可妥善解決這些接觸電阻生成的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：接頭發(fā)熱；接觸電阻；抗氧化；處理措施；導(dǎo)電膏

前言

隨著紅外成像診斷技術(shù)在電氣設(shè)備發(fā)熱缺陷檢測(cè)上的普遍應(yīng)用，電氣設(shè)備接頭發(fā)熱不再存在檢測(cè)上的困難，基本可以做到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和跟蹤。然而，廣州地區(qū)空氣中含有大量的水分和鹽分，對(duì)電氣設(shè)備接頭表面的氧化尤其嚴(yán)重，接頭表面會(huì)產(chǎn)生較大的接觸電阻，從而造成接頭發(fā)熱。文章將從變電站常見(jiàn)接頭發(fā)熱缺陷的誘因進(jìn)行分析，并比較目前處理發(fā)熱缺陷的幾種方案，著重研討在接頭處理中對(duì)導(dǎo)電膏的應(yīng)用，以期減少接頭發(fā)熱缺陷的發(fā)生，提高變電站的供電可靠性。

1 電氣設(shè)備接頭發(fā)熱的原因分析

根據(jù)焦耳-楞次定律：

Q=I2Rt

接頭發(fā)熱主要由電流I、電阻R以及時(shí)間t三個(gè)因素影響。

其中，電流I取決于系統(tǒng)負(fù)荷，可通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)配；時(shí)間t不受系統(tǒng)影響；電阻R受到環(huán)境溫度、接觸壓力以及接觸面材質(zhì)等因素影響。一般而言，檢修工作人員能夠通過(guò)工藝處理將電阻R降低來(lái)減少發(fā)熱，因此，文章主要分析影響電阻R的幾個(gè)因素，從而為形成檢修策略提出依據(jù)。

1.1 電氣接頭接觸電阻的形成

1.1.1 氧化膜電阻

鋁材、銅材等材質(zhì)的電氣設(shè)備接頭暴露在空氣中時(shí)，表面會(huì)被水分、鹽分腐蝕氧化，形成一層導(dǎo)電能力很差的氧化薄膜。這些氧化膜一旦生成，就會(huì)給接觸面增加一個(gè)很大的氧化膜電阻（以下簡(jiǎn)稱膜電阻R0）。

1.1.2 束流電阻

電氣設(shè)備的接頭部分除了會(huì)生成膜電阻R0之外，還存在另外一種天然存在的收縮電阻，簡(jiǎn)稱束流電阻R1。束流電阻R1的形成是由于接頭表面和連接處無(wú)論打磨到多么平整，其微觀觀察面依然是有高低不平，電流流通的時(shí)候只經(jīng)過(guò)較高的接觸部分，相當(dāng)于電流的流通距離增加、流通面積減少，導(dǎo)致回路電阻增大，增大的回路電阻就是束流電阻R1。

因此，接觸電阻R主要由膜電阻R0和束流電阻R1構(gòu)成。

1.2 電氣接頭接觸電阻的變化

1.2.1 接頭壓力因素。接觸電阻R中的束流電阻R1的大小受到接頭壓力的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)算，束流電阻R1與接觸壓力成反比，也就是說(shuō)壓力越大，束流電阻R1越小。

電氣接頭的金屬材質(zhì)在接頭壓力F較大時(shí)會(huì)發(fā)生蠕變。蠕變總是向減少接頭壓力的方向變化，因此，電氣接頭壓力隨著時(shí)間下降，直至某個(gè)平衡的值。因此，在處理接頭發(fā)熱缺陷時(shí)常常發(fā)現(xiàn)，某些接頭在檢修后很快發(fā)生劣化，很可能就是接頭壓力下降，接觸電阻R'超標(biāo)導(dǎo)致接頭發(fā)熱升溫。

1.2.2 熱脹冷縮因素。熱脹冷縮過(guò)程也是導(dǎo)致接頭接觸電阻變化的重要因素。當(dāng)接頭由于溫度下降而收縮時(shí)，接頭間隙增大，容易產(chǎn)生新的氧化膜，導(dǎo)致膜電阻R0增大；當(dāng)接頭在受熱膨脹時(shí)，受到的接頭壓力增加，發(fā)生蠕變，進(jìn)而在接頭重新收縮時(shí)，接頭間隙增大，導(dǎo)致束流電阻R1增大。因此，每次溫度循環(huán)，接觸性能都會(huì)惡化，最終導(dǎo)致發(fā)熱缺陷發(fā)生。

1.2.3 微電池效應(yīng)。不同材質(zhì)的接頭直接接觸在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生微電池效應(yīng)。空氣中的水和雜質(zhì)會(huì)形成電解液，使接頭之間形成電池循環(huán)，造成接觸面腐蝕氧化，增大膜電阻R0。因此，在安裝或修整銅鋁接頭時(shí)，應(yīng)正確地安裝銅鋁過(guò)渡片。

1.2.4 接觸面因素。在進(jìn)行接觸面加工時(shí)，如果加工過(guò)于粗糙，將會(huì)使實(shí)際接觸面積大幅減少，導(dǎo)致束流電阻R1增大。另外，在打磨鋁質(zhì)表面時(shí)，若使用砂紙進(jìn)行打磨，會(huì)使砂紙中的二氧化硅等雜質(zhì)進(jìn)入接觸面，導(dǎo)致束流電阻R1增大。

1.3 接觸電阻分析

接頭的接觸電阻R主要由膜電阻R0和束流電阻R1組成，并且在運(yùn)行過(guò)程中受到接觸壓力、運(yùn)行溫度、表面雜質(zhì)以及接觸面加工工藝的影響。因此，要減少接觸電阻R，就應(yīng)該從這四個(gè)方面入手處理。

2 電氣設(shè)備接頭發(fā)熱的處理辦法

2.1 電氣接頭更換

電氣設(shè)備的接頭發(fā)熱缺陷在先天上就有很多因素影響，如線夾的形狀、接觸面積、銅鋁過(guò)渡工藝、載流量指標(biāo)以及動(dòng)熱穩(wěn)定性等。對(duì)一些不符合使用要求的的接頭進(jìn)行更換，能夠更加有效地提高接頭的導(dǎo)電性能。

2.2 電氣接頭接觸面平整

要減少電氣接頭的接觸電阻，效果最直接的辦法就是用銼刀平整接頭接觸面，增大有效接觸面積，從而減少束流電阻R1。平整的時(shí)候應(yīng)注意將突出的毛刺和明顯凸出得地方銼平，保證整個(gè)接觸面最少90%能夠接觸即可。

2.3 電氣接頭接觸面抗氧化處理

電氣接頭在平整過(guò)后并不是馬上就能夠連接，其表面還殘留著大量雜質(zhì)和氧化膜。因此，一般處理方法是先用鋼絲刷刷去表層的氧化膜，再涂上一層抗氧化劑，即可進(jìn)行接頭的連接。

2.3.1 采用凡士林作為抗氧化劑。采用凡士林涂抹在接頭接觸面上，固然能夠阻擋水汽和鹽分的入侵造成接觸面氧化。然而，凡士林在溫度高于37-54度時(shí)會(huì)熔為液狀，而電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)超過(guò)40-50度的情況并不罕見(jiàn)，中性凡士林在運(yùn)行中很快干涸流失，失去防氧化的作用。

2.3.2 采用導(dǎo)電膏作為抗氧化劑。采用導(dǎo)電膏涂抹在接頭接觸面上時(shí)，由于導(dǎo)電膏最低滴點(diǎn)為150度，因此電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，可以保證導(dǎo)電膏能夠有效地保護(hù)接觸面不被水分和鹽分腐蝕產(chǎn)生氧化膜。這種效果稱為導(dǎo)電膏的油封作用。

導(dǎo)電膏的成分含有金屬微粒，當(dāng)導(dǎo)電膏涂抹在接頭接觸面上時(shí)，金屬顆粒在接觸壓力的作用下，能夠破碎接觸面上金屬氧化膜，從而使膜電阻R0下降，接頭的溫升得到有效降低，使接頭的壽命延長(zhǎng)。這種效果稱為導(dǎo)電膏的擦膜保護(hù)作用。

導(dǎo)電膏本身并不導(dǎo)電，它是通過(guò)一種稱為“隧道效應(yīng)”的量子物理學(xué)的原理提高接頭導(dǎo)電性能。“隧道效應(yīng)”的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一層極薄的絕緣層（導(dǎo)電膏厚度）能夠被一部分電子進(jìn)行量子通過(guò)。因此，在涂抹導(dǎo)電膏時(shí)，應(yīng)注意涂抹厚度不能太厚，否則容易造成絕緣層增大的反效果。

2.3.3 導(dǎo)電膏的涂抹工藝。在進(jìn)行導(dǎo)電膏的涂抹工作時(shí)，應(yīng)確保工作現(xiàn)場(chǎng)無(wú)揚(yáng)塵、干燥以保證涂抹質(zhì)量。

對(duì)電氣接頭的前期處理，通過(guò)鋼絲刷打磨以及洗劑清理去除大部分氧化膜后，淺淺地抹上少量導(dǎo)電膏，利用其擦膜保護(hù)作用，使用銅絲刷輕輕地進(jìn)行打磨，將剩余的氧化膜清除干凈，最后再均勻地抹上一層導(dǎo)電膏（約0.15mm厚度），即可進(jìn)行接頭的連接。

2.4 電氣接頭螺栓的緊固壓力

接頭壓力過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際接觸面積較少，從而增大接觸電阻；而當(dāng)接觸壓力過(guò)大時(shí)，在熱脹冷縮的作用下進(jìn)一步發(fā)生蠕變，也會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大。因此，在緊固電氣接頭時(shí)，應(yīng)使用合格的力矩扳手進(jìn)行合適壓力的打壓。

3 電氣設(shè)備接頭發(fā)熱的處理情況

當(dāng)前檢修人員在進(jìn)行實(shí)際處理的過(guò)程中，多數(shù)案例均為涂抹凡士林或涂抹導(dǎo)電膏過(guò)厚和壓力過(guò)大或過(guò)少的情況，經(jīng)正確處理后大都很少再次發(fā)生接頭發(fā)熱缺陷。

4 結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)備接頭發(fā)熱缺陷主要由于接觸面表面處理工藝未完全，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行累積接觸電阻形成電氣設(shè)備發(fā)熱，甚至造成電氣設(shè)備損壞。因此，根據(jù)對(duì)相應(yīng)的的接觸電阻生成規(guī)律進(jìn)行研究，形成相應(yīng)的對(duì)策，當(dāng)可大大緩解電氣設(shè)備發(fā)熱缺陷的發(fā)生，同時(shí)也能有效地提高設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為企業(yè)帶來(lái)廣泛的效益。

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