低壓空氣斷路器在造紙廠發(fā)生過熱的淺析

趙勇，范志銘，劉陽

(1.ABB(中國)有限公司，遼寧 沈陽 110025；2.新東北電氣集團電器設備有限公司，遼寧 沈陽 110025)

低壓空氣斷路器在造紙廠發(fā)生過熱的淺析

趙勇，范志銘，劉陽

(1.ABB(中國)有限公司，遼寧 沈陽 110025；2.新東北電氣集團電器設備有限公司，遼寧 沈陽 110025)

分析了斷路器在惡劣環(huán)境中發(fā)生過熱的原因，并提出了定期保養(yǎng)，維護的概念。

低壓斷路器；端子過熱；斷路器的保養(yǎng)、維護；惡劣環(huán)境對斷路器的影響

1 引言

電力設備工作的穩(wěn)定性對企業(yè)的生產(chǎn)有相當重要的作用。

造紙行業(yè)對框架斷路器來說就是一個怪圈：用在造紙行業(yè)的框架斷路器，不論是國際品牌還是國產(chǎn)的都不同程度地、莫名其妙地出現(xiàn)發(fā)熱燒壞問題。

經(jīng)深入玖龍紙業(yè)、福建南平紙業(yè)、理文紙業(yè)、景興紙業(yè)、晨鳴紙業(yè)、廣紙等等紙廠調(diào)查，使用的3200A、4000A、6300A空氣斷路器，雖使用負荷類似，但有的公司有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，有的公司卻沒有。

針對斷路器發(fā)熱現(xiàn)象的調(diào)查、比較、分析，并采取改善措施和提供專業(yè)的建議，對解決客戶發(fā)熱問題，實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、可靠運行，具有重要意義。

下面以某國際知名品牌的低壓空氣斷路器為例，對此問題進行淺析。

2 斷路器發(fā)熱的調(diào)查

有些客戶母排沒有按技術樣本要求，底板未開通風孔，造成開關運行時溫度較高。現(xiàn)場其他品牌開關也現(xiàn)大量發(fā)熱燒壞現(xiàn)象；該品牌上一代的空氣斷路器燒壞，而其他工業(yè)客戶運行十幾年斷路器，端子和觸頭還非常良好(如圖1和圖2對比)。

圖1

其他產(chǎn)品(如：軟起動器和隔離開關)使用一段時間，出現(xiàn)軟起動器控制屏按鍵不良，隔離開關與熔絲的接觸位置出現(xiàn)溫度過高。

圖2

如表1，額定電流為6300A的斷路器水平后接線端子附件紅外測試數(shù)據(jù)(連接母排6*(100*10)和通風正常，電流3800A左右)。

表1

圖3

過熱致使電流傳感器(CS)因過熱而破裂，開關誤動；開關主觸點燒損。發(fā)熱致使開關主接線端子、移動部分夾頭燒壞(如圖4所示)。

圖4

在造紙行業(yè)，斷路器周圍彌漫著大量的化學物質(zhì)，對斷路器造成了一定程度的污染和腐蝕。圖5中柜門鉸鏈、斷路器的接地夾、固定部分和抽出部分之間夾頭、外置N線上的母排、抽出部分端子、觸點都明顯變黑。

圖5

3 接觸電阻及其影響因素

在電流的傳輸過程中，兩個表面上看接觸面應該等于導線的截面面積。而實際上接觸面積要比宏觀上看到的接觸表面要小得多兩個導體真正相接觸的部分只是一定數(shù)量的點。由于材料表面的不平整，微觀的。

圖6

表面電阻：由于接觸表面膜層及其他污染物所構(gòu)成的膜層電阻。

從接觸表面狀態(tài)分析：表面污染膜可為較堅實的薄膜層和較松散的雜質(zhì)污染層。造紙行業(yè)的斷路器端子、夾頭和主觸頭的接觸表面膜層主要物質(zhì)Ag2S、Ag2SO4。

由表2可以看出Ag2S的電阻率遠遠大于Ag、Ag2O的電阻率，它是導致斷路器接觸電阻增大的重要原因之一。

表2

由以上圖表說明，當斷路器相關的各個電氣連接部分的壓力、表面處理、接觸形式基本相同的情況下，發(fā)熱的原因就會集中到接觸表面的膜層上，尤其是高溫腐蝕氣體彌漫的環(huán)境中。

4 改善斷路器發(fā)熱措施

4.1 框架斷路器中的電接觸

根據(jù)在操作過程中接觸處是否存在相對運動，可分為：

(1)固定接觸。

(2)可動電接觸：可分接觸；滑動及滾動接觸。

對于斷路器來說，電接觸主要有底座進出線端子與母排之間固定接觸、本體與底座之間的滑動接觸、本體內(nèi)動靜主觸點的拍合接觸。

GB7251.1中8.2.1.3.4的溫升試驗規(guī)定，要求用戶應按斷路器廠家技術資料設計母排。因連接母排不僅導電作用，還有導熱作用(請參考下表格的母排尺寸和數(shù)量)同時，也關注銅排材質(zhì)，常用的銅母線均是紫銅(電解銅)，如果純度不高，會降低導電性能及抗腐蝕性能。

圖7

連接母排和端子使用高強度M12螺栓固定，必須使用一個合適的平墊(用來最大面積地分散扭緊時的壓力)和一個彈簧墊圈，扭緊力矩：70NM。

連接母排的接觸面：表面必須潔凈，不能有毛刺、凹點、氧化層和硫化層。如果發(fā)現(xiàn)上述情形，請用細銼刀或砂紙消除，以免它帶來溫升。完成后，用蘸有溶劑的布抹凈表面的油跡和塵埃。建議在母排接觸面上鍍錫。

4.2 改善主觸點的接觸電阻—表面電阻

可用工業(yè)用清潔布清除動靜主觸頭上的硫化銀，

以降低接觸電阻，主觸點處理前后接觸電阻變化情況；(圖8)。

圖8

用塞規(guī)檢測滅弧觸頭間距，符合斷路器手冊要求(0.8～1.5mm)，且檢查每個觸點上的彈簧沒變顏色，彈性正常，保證動靜觸頭接觸的壓緊力。

如表3，記錄某紙廠一臺額定5000A的斷路器在1800A時，溫度異常，經(jīng)更換夾頭和清潔處理主觸頭后參數(shù)變化情況，溫度明顯下降。

表3

目前增加母排、改善通風、清潔主觸頭硫化銀、更換夾頭和增加端子擰緊力都具有改善作用，并得到實踐證明。

但實踐中，也存在以下現(xiàn)象：

(1)更改母排和通風后，有明顯改善，但運行1年左右，又出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象；

(2)更換夾頭后，斷路器運行溫度有所改善，但運行半年后，又出現(xiàn)高溫現(xiàn)象；

(3)母排沒按生產(chǎn)廠家樣本要求，雖清潔主觸頭后，溫度也沒有明顯下降。

說明通風條件、銅排尺寸和數(shù)量、回路阻抗(主觸頭、夾頭、端子接觸電阻和導體電阻)共同決定斷路器溫升的，其中任何一項問題，都會影響斷路器發(fā)熱。

5 日常維護和產(chǎn)品改進建議

5.1 日常維護和巡查

(1)按產(chǎn)品技術樣本要求，需要定期對開關進行維護保養(yǎng)，在使用過程中盡量保持主觸點清潔，條件許可時，應定期清潔掃觸點表面(如表4所示)。

表4

(2)定期巡檢及注意事項，可用測溫槍檢查斷路器3相端子連接處溫度，橫向縱向?qū)Ρ?一臺斷路器的三相、相同負荷不同斷路器和不同日期數(shù)據(jù)比較)，如出現(xiàn)異常溫升，雖然溫度<120℃，但說明了該接觸情況發(fā)生了劣化，需要降低負荷，等待可停電時檢修(主觸點和夾頭作必要清潔，嚴重時需要更換損壞件)。

斷路器端子最高能耐受120℃，但由于接觸電阻阻值越高，則接觸電阻上的壓降越大，因而接觸點釋放的熱量將越多。如果溫度上升到一定的極限，接觸點就會損壞。溫度越高，損壞就越快，這種現(xiàn)象會快速蔓延。

5.2 日常維護-抗硫化

(1)改善低壓配電柜環(huán)境，減少硫化物氣體入侵配電房；

(2)具有防腐蝕的耐高溫導電膏來實現(xiàn)。

建議使用EccoGrease ECF300氟素觸點潤滑劑：是由聚四氟乙烯(PTFE)稠化高度化學穩(wěn)定性的全氟聚醚油(PFPE)，并添加特種抗腐蝕添加劑精制而成的觸點保護潤滑脂。此全氟化聚醚觸點潤滑脂設計用于長期處于高溫、高負載、強化學腐蝕環(huán)境中的觸點以及貴重金屬滑動開關的長壽命潤滑，可在極端惡劣的條件下表現(xiàn)出卓越的性能。使用溫度范圍在-30℃～300℃。

涂敷工藝：用金相砂布輕輕打磨，再用干凈的棉紗上無水酒精或丙酮擦拭干凈。膏體應均勻涂在導電排有效搭接接觸面內(nèi)，涂層厚度應保持在0.15～0.2mm左右(注意：導電膏并非良導體，它在接觸面上的導電性是借“隧道效應”實現(xiàn)的，所以導電膏在接觸面不可涂得太厚，否則會大大影響效果)。

6 結(jié)語

電力行業(yè)有一句話，事故的發(fā)生是必然的，不發(fā)生事故才是偶然的。說明了安全與故障的辯證關系。設備長期運行，必然要出現(xiàn)這樣或那樣的問題，及時發(fā)現(xiàn)和解決，延長故障的發(fā)生周期才是我們設備管理的任務。

Simple Analysis of Low Voltage Air Breaker Overheat in the Paper Mill

ZHAOYong,FANZhi-ming,LIUYang

(1.ABB Limited Company of China,Shenyang 110025,China;2.New Northern Electrical Applicance Group Equipment Co.Ltd.,Shenyang 110225,China)

The paper analyzes the reasons of circuit breaker overheat in adverse circumstances and proposes concept of periodic maintenance.

low voltage breaker;terminal overheat;effect of adverse circumstance on breaker

1004-289X(2014)02-0093-05

TM56

B

2013-10-28