淺析電氣設備接頭發熱現象和處理方法

陳鴻昆

摘 要：電氣設備接頭發熱主要由幾種接觸電阻生成而導致，通過合理地提出針對措施，可妥善解決這些接觸電阻生成的問題。

關鍵詞：接頭發熱；接觸電阻；抗氧化；處理措施；導電膏

前言

隨著紅外成像診斷技術在電氣設備發熱缺陷檢測上的普遍應用，電氣設備接頭發熱不再存在檢測上的困難，基本可以做到及時的發現和跟蹤。然而，廣州地區空氣中含有大量的水分和鹽分，對電氣設備接頭表面的氧化尤其嚴重，接頭表面會產生較大的接觸電阻，從而造成接頭發熱。文章將從變電站常見接頭發熱缺陷的誘因進行分析，并比較目前處理發熱缺陷的幾種方案，著重研討在接頭處理中對導電膏的應用，以期減少接頭發熱缺陷的發生，提高變電站的供電可靠性。

1 電氣設備接頭發熱的原因分析

根據焦耳-楞次定律：

Q=I2Rt

接頭發熱主要由電流I、電阻R以及時間t三個因素影響。

其中，電流I取決于系統負荷，可通過系統進行調配；時間t不受系統影響；電阻R受到環境溫度、接觸壓力以及接觸面材質等因素影響。一般而言，檢修工作人員能夠通過工藝處理將電阻R降低來減少發熱，因此，文章主要分析影響電阻R的幾個因素，從而為形成檢修策略提出依據。

1.1 電氣接頭接觸電阻的形成

1.1.1 氧化膜電阻

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

1.1.2 束流電阻

電氣設備的接頭部分除了會生成膜電阻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，電流流通的時候只經過較高的接觸部分，相當于電流的流通距離增加、流通面積減少，導致回路電阻增大，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。經過測算，束流電阻R1與接觸壓力成反比，也就是說壓力越大，束流電阻R1越小。

電氣接頭的金屬材質在接頭壓力F較大時會發生蠕變。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間下降，直至某個平衡的值。因此，在處理接頭發熱缺陷時常常發現，某些接頭在檢修后很快發生劣化，很可能就是接頭壓力下降，接觸電阻R'超標導致接頭發熱升溫。

1.2.2 熱脹冷縮因素。熱脹冷縮過程也是導致接頭接觸電阻變化的重要因素。當接頭由于溫度下降而收縮時，接頭間隙增大，容易產生新的氧化膜，導致膜電阻R0增大；當接頭在受熱膨脹時，受到的接頭壓力增加，發生蠕變，進而在接頭重新收縮時，接頭間隙增大，導致束流電阻R1增大。因此，每次溫度循環，接觸性能都會惡化，最終導致發熱缺陷發生。

1.2.3 微電池效應。不同材質的接頭直接接觸在運行中會發生微電池效應。空氣中的水和雜質會形成電解液，使接頭之間形成電池循環，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，應正確地安裝銅鋁過渡片。

1.2.4 接觸面因素。在進行接觸面加工時，如果加工過于粗糙，將會使實際接觸面積大幅減少，導致束流電阻R1增大。另外，在打磨鋁質表面時，若使用砂紙進行打磨，會使砂紙中的二氧化硅等雜質進入接觸面，導致束流電阻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，并且在運行過程中受到接觸壓力、運行溫度、表面雜質以及接觸面加工工藝的影響。因此，要減少接觸電阻R，就應該從這四個方面入手處理。

2 電氣設備接頭發熱的處理辦法

2.1 電氣接頭更換

電氣設備的接頭發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、銅鋁過渡工藝、載流量指標以及動熱穩定性等。對一些不符合使用要求的的接頭進行更換，能夠更加有效地提高接頭的導電性能。

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。平整的時候應注意將突出的毛刺和明顯凸出得地方銼平，保證整個接觸面最少90%能夠接觸即可。

2.3 電氣接頭接觸面抗氧化處理

電氣接頭在平整過后并不是馬上就能夠連接，其表面還殘留著大量雜質和氧化膜。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度時會熔為液狀，而電氣設備運行時超過40-50度的情況并不罕見，中性凡士林在運行中很快干涸流失，失去防氧化的作用。

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

導電膏的成分含有金屬微粒，當導電膏涂抹在接頭接觸面上時，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。這種效果稱為導電膏的擦膜保護作用。

導電膏本身并不導電，它是通過一種稱為“隧道效應”的量子物理學的原理提高接頭導電性能。“隧道效應”的原理簡單來說，就是一層極薄的絕緣層（導電膏厚度）能夠被一部分電子進行量子通過。因此，在涂抹導電膏時，應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 導電膏的涂抹工藝。在進行導電膏的涂抹工作時，應確保工作現場無揚塵、干燥以保證涂抹質量。

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

2.4 電氣接頭螺栓的緊固壓力

接頭壓力過小，會導致實際接觸面積較少，從而增大接觸電阻；而當接觸壓力過大時，在熱脹冷縮的作用下進一步發生蠕變，也會導致接觸電阻增大。因此，在緊固電氣接頭時，應使用合格的力矩扳手進行合適壓力的打壓。

3 電氣設備接頭發熱的處理情況

當前檢修人員在進行實際處理的過程中，多數案例均為涂抹凡士林或涂抹導電膏過厚和壓力過大或過少的情況，經正確處理后大都很少再次發生接頭發熱缺陷。

4 結束語

電氣設備接頭發熱缺陷主要由于接觸面表面處理工藝未完全，經過長時間運行累積接觸電阻形成電氣設備發熱，甚至造成電氣設備損壞。因此，根據對相應的的接觸電阻生成規律進行研究，形成相應的對策，當可大大緩解電氣設備發熱缺陷的發生，同時也能有效地提高設備的安全性和經濟性，為企業帶來廣泛的效益。

參考文獻

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