通信電源線接線端子與銅排的接觸面積

趙忠強，潘 遠

（中郵通建設咨詢有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在通信電源設備安裝施工中，存在諸多電纜終端與設備銅排的連接固定。這些連接固定中，涉及到設備銅排、電纜終端接線銅接線端子（密封式銅接線端子DTM型或DLM型，下稱銅鼻子）、固定螺栓、平墊片、彈簧墊圈。出于多種原因，上述多種元器件在型號、規格上存在一定的差異，使得連接固定點達不到標準規范要求，出現大量質量問題或留下很多質量事故隱患。有的因連接固定不緊、銅鼻子與銅排接觸面有空隙、雜質，有的連接處因連接元器件規格不統一，使其實際接觸面減小、接觸電阻增大，在大電流通過時，因接觸電阻較大而造成局部發熱量不斷增加。如果不及時采取措施，隨著負載電流的增加就會引發接觸面不斷升溫、打火、燒毀，更加嚴重的還將引發機房火災事故。

1 接觸面等效電路

銅鼻子與接線銅排連接部分主要涉及的材料有接線銅鼻子、設備銅排、螺栓、平墊片、彈簧墊圈，如圖1所示。在描述接觸電阻大小、電阻的溫度特性時，以銅鼻子與設備銅排接觸電阻為出發點，其絕緣介質是空氣，將銅排與銅鼻子之間的接觸部分間隙等效為一個電阻r0（接觸電阻）、銅鼻子與銅排接觸面用S表示[1]。銅鼻子與接線銅排接觸點的等效電路如圖2所示。

圖1 接觸面積變化對接觸電阻的影響

由圖2中看出：（1）Ir0=Ur0/r0，式中Ur0為等效電阻兩端的電壓，Ir0為等效電阻（接觸電阻）上的電流也是工作電流。當等效電阻為一個固定值時，兩端的電壓不變、上面流過的電流隨負載的大小變化，等效電阻兩端的電壓隨電流的變化而變化。（2）假設設備負載在某個時刻是固定的，那么等效電路中的電流Ir0由r0由決定；（3）接觸電阻r0=ρ(L/S)=ρ(接線長度/接觸面積)，其中銅的電導率ρ固定，接線長度L為銅鼻子接線端長度（標準值），S為接觸面積；（4）r0的大小由銅鼻子與銅排的接觸面積S決定。在不考慮接線長度L、電導率ρ的情況下，接觸面積S增加，r0減小；接觸面積S減小，r0增加；（5）因負載電流等于等效電阻上的電流，接觸面積S影響r0的大小，r0的大小直接影響工作電流，對設備工作的穩定性能否達到設計指標將產生很大影響。

圖2 銅鼻子與接線銅排接觸點的等效電路

在施工工藝、施工質量符合標準要求的情況下，接線端子（銅鼻子）與設備銅排接觸面最大，該接觸電阻r0的數值趨于0。當施工工藝質量存在問題，選取的材料質量、規格型號不符合要求時，將造成銅排與銅鼻子接觸面積減小、接觸電阻增加[2]。在電源電壓不變的情況下，隨著電流的增加并達到一定值時，r0開始發熱，當超過r0的承載能力時，r0將燒毀。因此，控制施工工藝質量，保證設備銅排與銅鼻子接觸面積符合規范要求，降低接觸電阻，對設備工作穩定性、安全具有非常重要的意義。

2 施工中存在的主要問題

由于等效電阻是銅鼻子與銅排的接觸電阻，因此銅鼻子與連接銅排間的安裝質量，對電路能否正常工作有著緊密的聯系。實踐中發現，在機房電源配電柜設備安裝過程中，電纜終端接線存在諸多不符合規范的問題。下面以機房電源設備安裝工程中常見的問題為例，描述當接觸面積減小造成的危害。

2.1 施工工藝與材料

（1）銅排或銅鼻子接觸表面不清潔，有粉塵顆粒，實際接觸面積S減小，具體如圖3所示。

圖3 接觸面有灰塵

銅排或銅鼻子接觸表面不清潔，有粉塵顆粒，使得銅鼻子與銅排接觸面積S減小，r0增加，在電流足夠大時，r0開始發熱。隨著電流的不斷增加，接觸電阻上的溫度隨著負載電流的增加而急劇增加。當電流增加到一定值時，接觸電阻因超負荷承受功率而打火、燒毀，發生質量事故[3]。

（2）銅鼻子變形、傾斜，實際接觸面積S減小，具體如圖4所示。

圖4 接觸面傾斜

圖4中，銅鼻子變形、傾斜，連接到銅排的面積減小，接觸電阻r0增加，r0端電壓增加。隨著電路中電流的增加，電阻上的溫度隨著負載電流的增加而急劇上升。當電流增加到一定值時，接觸電阻因超負荷承受功率而燒毀，發生質量事故。同時，有效接觸面積減小，銅鼻子載流量降低，在電壓不變的情況下，帶負載的能力降低[4]。

（3）銅排與銅鼻子接觸表面不平整，實際接觸面積S減小，具體如圖5所示。

圖5 接觸面不平整

銅排與銅鼻子接觸表面不平整，有效接觸面積減小，銅鼻子載流容量降低，在電壓不變的情況下，帶負載的能力降低。銅排接觸面積S減小，接觸電阻r0增加，r0兩端電壓增加，電阻上的溫度隨著負載電流的增加而急劇增加。當電流增加到一定值時，接觸面積打火，電阻因超負荷承受功率而燒毀，發生質量事故。

（4）兩個接地銅排之間加入鋼平墊片，銅排之間接觸面積減小，具體如圖6所示。

圖6 銅排間有鋼平墊片

圖6中，兩個銅排之間加入鋼質平墊片，由于鋼質材料與銅材料的導電率不同，鋼材料的導電率小于銅材料，因此相當于在銅排之間添加了一個大電阻，造成銅排之間的接觸面積S大幅度減小，電阻r0增加，當遇到雷電泄流時，因電阻太大無法瞬間泄流而產生很高的反向電壓脈沖，對周圍用電設備帶來嚴重威脅，反向電壓將擊穿地線周圍的設備，造成防雷接地質量事故。

（5）固定螺栓使用的平墊片孔徑與螺栓直徑、銅排預留孔徑不一致，具體如圖7所示。

圖7 平墊片太大

固定螺栓使用的平墊片孔徑太大時，擰緊螺栓后，因平墊片偏離中心面，即偏向有平墊片側，僅僅固定了銅鼻子的一個邊緣，螺栓偏離中心后，螺栓固定不緊、壓緊的部分導電，其他大部分接觸不良，導致銅鼻子與銅排的實際接觸面積減小，電流容量嚴重下降[5]。由于接觸面積S減小，接觸電阻r0增加，當電流達到一定值時，r0發熱、燒毀，發生質量事故。

（6）平墊片太小、太薄，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖8所示。

圖8 平墊片太小

圖8中，平墊片太小，當螺栓擰緊時，平墊片部分下陷，螺栓傾斜，形成靠近螺栓周邊或一側較緊，另一側較松、有空隙，距離銅鼻子較遠處表現更加明顯。銅鼻子與銅排之間大部分處于分離狀態，造成接觸面積S大幅度減小、r0增大。當電流達到一定值時，r0發熱、燒毀，形成質量事故。

（7）平墊片太薄，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖9所示。

圖9 平墊片太薄

平墊片太薄時，當螺栓擰緊時，平墊片中心下陷，四周翹起，形成碟狀接觸狀態，使得銅鼻子與銅排的接觸面積大幅度減小、r0增大、工作電流大幅度減小。當電流值達到一定值時，r0發熱、燒毀，形成質量事故。

（8）螺栓太細，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖10所示。

圖10 螺栓太細

螺栓緊固時，其緊固力集中在平墊片一側，容易造成平墊片中心偏離、下陷，平墊片大部分失去作用，銅鼻子翹起。造成銅鼻子與銅排接觸面積減小，接觸電阻增加，導通電流達不到設計容量。大電流工作時，因S較小、r0較大，r0易發熱、燒毀，造成質量事故。

（9）螺栓伸出長度不符合要求，具體如圖11所示。

圖11 螺栓短

螺栓伸出長度不符合規范要求（伸出長度5～8絲），螺栓不能擰緊，銅鼻子與銅排接觸不實，S減小、r0增加。同時，螺栓緊固時易滑絲、脫落，出現質量問題，如果不能及時發現，就會留下質量隱患，甚至發生質量事故。

（10）螺母下無彈簧墊圈，具體如圖12所示。

圖12 無彈簧墊圈

不使用彈簧墊圈的危害：由于螺栓、平墊片都是鋼材料，而銅鼻子、銅排為銅材料，在大電流工作時，其溫度對兩種材料的影響不同（主要是熱脹冷縮效應）。在熱膨脹效應下，螺栓母將有所偏移（松動），材料受熱膨脹以后在沒有外力的作用下很難恢復到原來位置。而使用彈簧墊圈以后，利用彈簧墊圈本身的作用將對微微變化的螺母產生外力，使其在冷時能恢復原位，將螺母緊緊壓在平墊片上，也即將銅鼻子與銅排緊緊壓住不松動。如果無彈簧墊圈，電流波動對接線端的影響不能跟隨材料的變化，造成電流減小時，接觸面積減小，r0增加，如果隨著負載再次增加，因接觸面積減小的緣故，r0將嚴重發熱，電流增加到一定值時，r0燒毀，發生質量事故。

（11）銅排上的螺栓孔加工制作為圓角矩形，具體如圖13所示。

圖13 銅排螺栓孔為圓角矩

有的工廠生產設備銅排時，為銅排與銅排之間調整方便，預留了圓角矩形孔，沒有考慮設備應用場景及后期安裝質量。當銅排螺栓孔為圓角矩形孔時，螺栓上下兩側的支撐是平墊片，平墊片壓到銅排部分較緊、其余側為空，圓角矩形孔兩側占用了部分銅排面積。隨著螺栓的緊固，圓角矩形孔上限邊緣較緊，左右為空，銅鼻子與銅排之間的固定不平整，壓接重心偏離，導致銅鼻子與銅排之間的有效接觸面積S減小，接觸電阻r0增大，易造成安裝時的移位，銅鼻子與銅排實際接觸面積跟隨螺栓孔位置發生變化，面積或增加或減小。由于接觸面積被圓角矩形孔占用一部分，實際接觸面積更小，設計電流容量受到很大影響。

（12）銅鼻子漏接，并有多余的螺栓，具體如圖14所示。

圖14 漏接的螺栓

由于存在漏接的銅鼻子，銅鼻子與銅排之間僅僅為搭接狀態。銅鼻子與銅排接觸面積S非常小，接觸電阻r0很大，開始加電時，并體現不出來，一旦加上負載，電流達到一定值時，即接觸電阻r0發熱、接觸點打火、燃燒。另外，實踐中還發現有多余松動的螺栓，由于多余的螺栓大部分沒有緊固，在設備維護、改造、割接等操作時，容易碰到螺栓，引起螺栓松動或脫落，形成短路故障。

（13）銅鼻子打磨掉一部分與銅排連接，具體如圖15所示。

圖15 銅鼻子打磨一部分

由于空氣開關接線端的寬度比銅鼻子的寬度窄，施工人員將銅鼻子兩側分別打磨掉一部分，造成銅鼻子有效面積減小，電流容量減小，嚴重偏離了設計指標。

以上描述施工中常見的問題，有些問題不與銅鼻子直接關聯，比如施工人員將電纜芯線的銅絲被剪掉一部分插入銅鼻子管孔，一個銅鼻子接入兩根電纜芯線等問題，參見《淺析通信電源線接線端子與銅排的接觸面積》（實例圖片），本文不再贅述。

2.2 材料生產采購上的差異

上述問題中，涉及銅排、螺栓、平墊片、彈簧墊圈等問題，主要表現電源設備生產制造中預留的銅排接線孔大部分都是Φ12的，與國標接線端子（銅鼻子）的標準孔徑有較大差異，也有的是施工單位自己采購的非標準銅鼻子及其附件，采購時比較隨意，沒有考慮到接線端是否配套的問題。同時，按照標準GB/T 14315—2008《電力電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》，接線終端使用的螺栓、平墊片、銅鼻子孔經與銅排預留尺寸應統一。比如DT型240 mm2的銅鼻子規格應符合表1、圖16的要求。

圖16 螺栓、銅鼻子孔經與銅排預留尺寸

表1 銅接線端子（DT型）尺寸

由于設備廠家沒有或者沒有嚴格執行標準，沒有根據銅鼻子的螺栓孔徑設計接線銅排的接線孔徑，僅將其設計為直徑Φ12 mm，并配Φ12 mm的螺栓，造成施工現場大部分國標銅鼻子與設備預留孔直徑、規格不一致，給施工帶來不便。如果施工過程中質量把控不嚴，將留下大量質量隱患。

3 結 論

電源電纜終端接線存在問題，對機房電源設備、網絡設備正常運行的危害非常大。施工單位應嚴格執行質量管控措施，提高施工工藝質量標準，嚴格落實工序質量自檢制度。各參建單位應嚴格履行合同義務，保證工程質量符合標準規范和設計要求。在電源設備安裝施工過程中，應及早發現、解決本文描述的問題，消除質量、安全隱患，保證電源電纜終端接線端子與設備銅排接觸面積符合標準和規范要求。