淺談鋁芯電纜線鼻子燒損現象及預防

彭福偉

摘 要：通過對神華國華印尼南蘇電廠低壓鋁芯電纜使用銅鼻子壓接，在未做任何的防過熱措施及使用的個別銅鋁過渡鼻子制造工藝不當，導致終端接頭在運行過程中發熱而導致接頭燒毀。出現這種情況原因主要是鋁芯電纜直接壓接銅線鼻，導致接觸電阻增大。銅、鋁兩種金屬的接觸面與空氣中的水分、二氧化碳和其他雜質作用下產生電化腐蝕。后期更換的銅鋁過渡接線鼻子鍛壓工藝不良使接頭性能不穩定。針對以上這些原因提出了解決方案并付諸實施，為今后該廠的鋁芯電纜設備安全運行提供了依據。

關鍵詞：鋁芯電纜 銅鋁過渡 發熱 銅鋁接頭

中圖分類號：F241 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0075-02

神華國華印尼南蘇電廠自投產以來，多次發生由于電纜終端頭發熱而導致接線端子燒毀現象，發生問題的設備主要集中在冷卻塔風機電機，空壓機電機及工業廢水系統，導致燒損的原因就是因為使用的動力電纜均為鋁芯電纜，且電纜在壓接鼻子的過程中直接使用銅鼻子壓接，未做任何的防過熱措施，在對設備的定期檢查中發現，有個別的終端頭在壓接過程中使用規格小的壓線鼻子，電纜被切割到只剩下不到一半的接觸面，更加加速了電纜的發熱及老化。

1 事件經過

2012年01月17日9時00分，機械專業檢查#2機組26通風冷卻塔風機振動大后試運風機，送電啟動過程中電源開關跳閘，經檢查發現電機接線盒內電纜的線芯和線芯鼻子附近的電纜絕緣皮被燒黑6 cm長（圖1）。開工作票后，檢查發現電源電纜為鋁芯電纜，接線鼻子為銅鼻子，無銅鋁過渡；檢修人員將電纜線芯絕緣皮被燒糊段鋸掉后，然后換上鋁電纜專用的銅鋁過渡線芯鼻子，恢復接線后，設備恢復運行。

2012年01月25日11時00分，運行發現#3儀用空壓機電機運行中電源開關突然跳閘，通知維護部電氣專業去現場處理，經檢查發現3儀用空壓機就地空開的進線電纜線芯和線芯鼻子附近的電纜絕緣2 cm長過熱燒焦（圖2），進線空開因過熱而跳閘。開工作票后，檢查發現電源電纜為鋁芯電纜，接線鼻子為銅鼻子，無銅鋁過渡；檢修人員將電纜線芯絕緣皮被燒穿段鋸掉后，然后換上鋁電纜專用的銅鋁過渡線芯鼻子，去除了進線空開，恢復接線后，設備恢復運行。

2012年04月14日8時00分，電氣專業接運行通知：#2機26通風冷卻塔風機電機跳閘，專業人員立即趕往現場，經檢查發現電機接線盒內電纜鼻子銅鋁過渡段被燒斷（圖3，圖4）。開工作票后，檢查發現電纜鼻子的材質為銅鋁過渡，而燒斷的地方正好為電纜鼻子的銅鋁過渡處，分析銅鋁過渡處制造工藝不當以至燒斷電纜鼻子。檢修人員將電纜被電弧燒傷的一段鋸掉后，然后重新壓銅鋁過渡線芯鼻子，恢復接線后，試運設備運行正常（如圖1）。

2 問題分析

鋁芯電纜直接壓接銅線鼻，接觸電阻會很大，當設備長期運行、過載或短路時，連接處會迅速升溫，導致接觸電阻逐漸升高，造成引線或設備燒損。因此電力系統中一般使用經過特殊工藝處理焊接而成的銅鋁過渡接頭。盡管如此，但目前的工藝水平使得焊接處不可能完美無缺，只要有小小的縫隙，便有可能受空氣、水分等的入侵，發生氧化，使接觸電阻增加，運行過程發熱進一步加大氧化面的擴大，最終導致銅鋁過渡接頭發生強度下降而斷裂燒損。

2.1 制造工藝

銅鋁鼻子鍛壓中，鋁銅電極電位差值大和溫度過高易引起鋁的溶蝕，鍛壓時鋁銅相互擴散生成的脆性物質使接頭性能不穩定，降低了接頭強度耐腐蝕性。這些不利影響將直接導致運行中銅鋁過渡接頭的使用壽命縮短，加快了斷裂的進程。

2.2 化學反應

當銅、鋁兩種金屬的接觸面與空氣中的水分、二氧化碳和其他雜質作用下極易形成電解液，從而形成了以鋁為負極、銅為正極的電池，使鋁產生電化腐蝕，造成銅、鋁連接處的接觸電阻增大，導致發熱氧化，當達到一定程度時，焊面斷裂。

2.3 膨脹系數

銅與鋁的熱膨脹系數相差很大。鋁的熱膨脹系數比銅大36%左右，在過渡接頭發熱時會使銅材料受到擠壓，而在冷卻后不能完全復原。這樣，在長時間運行中經多次冷熱不均的長期溫差變化（例如通電與停電、大負荷與小負荷，冷熱天氣交替等）后，容易使接觸面處產生較大的間隙而影響接觸面積，造成接觸不良進而使接觸電阻增加。同時，連接處由于接觸松動而出現縫隙進入空氣，導致鋁導線氧化形成氧化鋁。盡管氧化鋁的氧化層很薄，但是它的電阻值很高，在連接處的接觸電阻大大增加，使連接部位容易發熱，加劇氧化，并使接頭的強度降低。

2.4 外力影響

銅鋁過渡接頭的外力影響主要來自兩方面，一個是施工時的受力，另一個是日常運行中導線的牽引力。目前銅鋁過渡接頭在實際施工時，是采用在鋁材料端壓接鋁線的方法進行連接，銅材料端采用螺栓直接緊固在接線柱上。如果施工時先固定銅材料端再進行鋁線壓接，壓接過程中產生的巨大外力，極易使銅鋁連接處的焊面出現空隙，盡管這個微小的空隙可能為肉眼不能觀察，但對銅鋁過渡接頭的正常運行埋下嚴重的隱患。銅和鋁之間的分子式相差太大，如果兩銅鋁兩個接觸面螺接在一起，，在潮濕的環境將在接觸面發生化學反應，使得接觸面電阻增加，從而引起接觸面發熱。所以設計導則要求，在室外的銅鋁導體不能直接連接（裸接），而是應當采用專業的銅鋁過渡接頭來分別連接銅鋁導體，以避免上述情況的出現。

3 采取措施及預防手段

3.1 嚴把設備購進及選用關

物資部門要把好進貨途徑關，采購選用國家定點、知名廠家的合格產品，避免在運行中發生因質量標準不合格而出現問題。其次維護部要把好到貨的質量驗收關，對于不符合國家標準的銅鋁過渡線鼻子要堅決進行抵制，拒絕使用，把好材料使用關。

3.2 嚴把安裝工藝關

維護部要提高維護人員的安裝操作水平。安裝過程中要嚴格按照安裝工藝進行操作。例如在安裝接線端子時重點對線鼻子的接觸面進行打磨處理，并涂上導電膏（或凡士林）使接線端子和引線夾有良好的接觸，滿足二者的連接強度和電氣性能要求，減少發熱的機會。

3.3 對距離較短條件滿足的設備，將鋁芯電纜更換為銅芯電纜

鋁芯電纜內阻大耗電，載流量小，抗拉強度差，容易起氧化層，使用周期短而且必須使用銅鋁過渡線鼻子，且不可靠，而銅芯線內阻小，載流量大，抗拉強度高，耐腐蝕，使用壽命長，而且從根本上避免了銅鋁腐蝕。

3.4 嚴格定期檢查制度

根據定期檢查制度，嚴格執行定期檢查維護，發現線鼻子有變色，氧化現象立即查明原因必要時更換合適線鼻子，并結合定期對電纜進行紅外線測溫，發現電纜有異常溫升，安排定檢進行檢查。

4 結論

經過印電公司電氣專業針對鋁芯電纜整治的一系列舉措后，印電公司鋁芯電纜治理取得了良好效果，從根本上解決了鋁芯電纜的燒損問題，為公司穩定運行打下了基礎，其他各廠可根據自身的條件和設計進行借鑒執行。

參考文獻

[1] ICEA S-81-570 Setion7.1 Flexure and Appendix E on Flexure Test Set-up.

[2] ASTM B800 Standard Specification for 8000 Series Aluminum Alloy Wire for Electrical Purposes―Annealed and Intermediate Tempers.

[3]黃崇祺.金屬導體及其應用[M].上海電纜研究所，2007.