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电力技术

减小电气设备接触电阻的意义和方法

供稿:办公室(网络中心) 编辑部  发布时间:2003-04-02  阅读:
1、概述
   电力网是由若干个电气设备组合构成的,这就产生了电气设备之间的相互连接问题。受诸多因素的影响,在电气设备相互接触处的表面覆盖着一层由气体薄膜、氧化物、硫化物或触头材料与周围介质反应后的生成物等构成的薄膜状物质,这些物质本身亦属于导体,但其导电性能较差。如果不有效地去除这些物质的影响,势必在设备连接处存在接触电阻,如果此接触电阻超出一定的数值,就会严重降低设备的载流能力,同时还会在电气设备连接处产生不允许的热效应,直至产生障碍及事故。有效地降低电力设备连接处的接触电阻,使之在可控、在控状态下运行,是电力生产部门的常设性工作之一。现将电气设备接触电阻的存在机制及降低接触电阻的方法简介如下,请同行斧正。
2、电气设备接触电阻的存在机制
   由于运行条件的限制,电气设备经常暴露于空气中,氧化及大气污染所产生的电化效应是使设备接触电阻增大的关键因素。电气设备的连接一般采用铜、铝等金属材料,其氧化物比它本身的电阻大几百倍,实验表明,在40*40mm的纯铝接触面上,如果存在50埃厚的氧化铝薄膜,在保持足够大的接触压力,其薄膜已处于临界变形状态,其接触电阻达到数千个微欧级; 在绝缘油中运行的电气设备触头,受绝缘油老化及其他形式的影响,在触头表面会出现由物理、化学等诸多因素产生的污染薄膜,这种薄膜一旦形成,就会不断地使别的接触点丧失载流能力,接触电阻开始缓慢地增加,一旦接触点减少到某一临界值,其温升就会超过设备的允许值,进一步引起接触面的氧化,从而使接触电阻急剧上升,造成恶性循环; 受大气污染的影响,我国不同程度地受到酸雨的危害,研究及资料显示,酸雨与铜接触后,会生成氧化铜、氧化亚铜、硫化铜、硫化亚铜、硫酸铜等化学物质,它不但使接触处的接触电阻增大,同时还会进一步腐蚀接触面,产生连锁反应。现分别对接触面通过长期工作的负荷电流及短路电流时,接触电阻对接触面的影响情况简介如下:
   2.1 通过长期工作负荷电流的情况
   由于存在媒质的散热因素,在一面散热一面吸热的情况下,其温度上升曲线如图1所示: 起初因温差小,散热少,从而造成温度上升较快; 随着温差的进一步增大,散热增多,吸热相对减少,因而温度上升较缓,当温差增大到单位时间内的发热等于单位时间的散热,达到热平衡状态时,温度达到一稳定值QF。
   2.2 通过短路电流时的情况
   由于短路电流的时间很短(其时间为继电保护动作时间加上断路器动作时间,一般为0.7秒左右),导体所发热量来不及向周围介质散发,其热量全部集中于接触点上,造成接触点的温度呈几何级数急剧上升,如图2所示,如果此值大于设备接触处材料的短时发热温度,接触点将发生不可逆的损坏过程。以铝——铝对接为例,当设备连接处产生200℃以上的高温时,将发生溶焊等事故。
3、解决措施
   3.1 防止氧化膜的产生,采用在铜触头镀银或锡等抗氧化性较强的金属,以降低接触电阻。铝导线的连接,优先采用爆炸压接等先进手段,杜绝氧化层的再产生。
   3.2 及时清除接触处的氧化层,避免氧化层的再产生。由于铝在常温下的氧化时间极短,所以在进行铝制导线的连接时,在清除其氧化层后,迅速在表面涂抹中性凡士林,以隔绝氧气,防止氧化层的再产生。
   3.3 在选择开关类等设备时,尽量采用使动静触头的接触面产生相对运动的设备,以便于在触头运动时,产生剪切或滑动运行,使氧化膜破裂。
   3.4 采用足够大的接触压力,使氧化膜处于临界变形状态,在氧化膜上产生裂缝和隧道效应,但必须适度,否则容易产生永久变形。
   3.5 尽量创造条件,使酸雨等物质不能直接接触接触面,如采用在设备接触表面覆盖热缩材料,涂抹中性凡士林等憎水性能较强的物质,使之不能直接接触,从而避免酸雨的侵蚀。
   3.6 采用物理监控手段,及时对接触处的温升作出判断。如采用热标志元件、示温涂料等,来判断接触处的温升情况。但存在着譬如不了解与周围温度的差别,不能与所通电流相比较,长期使用会变色脱落,不易发现初期小的过热,较小的温差,受环境温度影响较大等缺点,为弥补热标志元件的不足,在有条件的地方发展带电测温、远红外成像测温等在线监控手段,以及时发现设备接触处温升的微小变化。
4、 结束语
   及时了解电气设备接触处的接触电阻,因地制宜地采取有效措施,使之在可控、在控、可允许范围内运行,是确保电气设备安全经济运行的重要内容之一,是电气工作者所应具备的常设工作。
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办公室(新闻中心) 发展部
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