納米導電精在軌道交通接觸網的應用

凌升旺 孫才勤

摘 要：介紹新型納米節能導電材料。通過在接觸網匯流排與接觸線凹槽連接處涂覆納米導電精，并進行跟蹤測試，它能夠有效降低過渡電阻值。納米導電精具有穩定的理化性能、防止電化學腐蝕、導電性能優異，有望代替傳統導電膏。

關鍵詞：納米導電精；防電化學腐蝕；接觸網；接觸過渡電阻測試

中圖分類號：U225 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0150-02

1 納米導電精介紹

納米導電精是以全合成結構型導電高分子為導電素的新一類用于強弱電電接觸導電與強弱電電接觸保護的新型納米節能導電材料。它的主要成分是合成導電高分子材料，具有特殊的化學結構，主要由防腐性能優異的導電高分子聚十五烷基鄰苯二酚鈦與導電性能優良的導電高分子十二烷基噻吩齊聚物復合而成。不含金屬粉末和導電石墨粉。

納米導電精具有穩定的理化性能；對金屬材料具有優良的防腐、抗磨作用；在金屬導體電接觸中，擁有優良的助導作用。目前已經在電力行業有較多應用業績，尤其是在高壓及超高壓開關刀閘處應用效果突出。

2 納米導電精與傳統導電膏的導電機理

傳統導電膏主要成分為礦物類油脂，是以Al、Cu、Zn、Sn、Ag、Au金屬粉末或導電C粉為導電介質，其導電機理是通過晶格內自由電子的定向移動而形成電流。參考文獻[1]納米導電精的導電機理比較復雜，通常用量子理論的載流子傳輸電荷效應、分子軌道理論的導電通道、分子隧道效應、場致發射效應四種機理進行解釋。簡單的說，納米導電精分子中不具有金屬原子類的自由電子，在沒有外加電勢作用下，是不會傳遞電荷，因而能夠阻隔金屬間的自身電化學腐蝕，該性能是普通導電膏不具有的。

3 納米導電精主要功能特點

3.1 防腐性能優異

納米導電精成分中的大環高分子上的納米支鏈，能滲入金屬晶格，與金屬形成化學鍵結合，整個高分子牢固地附著在金屬表面，并形成緊密的分子排列，隔絕了腐蝕性物質對金屬的侵蝕；阻隔了不同電極電位金屬間的自由電子轉移，即防止金屬導體間的自身電化學腐蝕。

3.2 滴點特高、耐高低溫、抗氧化等理化性能穩定

聚十五烷基鄰苯二酚鈦的交聯程度越高，分子構架剛性越強，產品可以是液態、半固態和固態。聚十五烷基鄰苯二酚鈦和十二烷基噻吩齊聚物，分子內含有芳環、雜環、-S-、-O-鍵和較大共軛π電子體系，這種特殊化學結構，不僅使分子內化學鍵能大，分子本身構架剛性強，而且分子間作用力大，表現出特高熔點或特高滴點。

3.3 潤滑性能與憎水性能優異

聚十五烷基鄰苯二酚鈦的芳環上和十二烷基噻吩齊聚物的雜環上都含有較長側鏈脂肪烷基，不僅具有優良的潤滑性能，而且具有較強的憎水性能，既能阻擋水分滲入閉合的接頭內，又能阻隔水與觸面的接觸，減弱冰在金屬觸面的附著力，使冰凍的活動觸頭能夠分合。

3.4 可用于滑動接觸和轉動接觸

膏體型納米導電精不含金屬粉末等固體顆粒，不會損傷動接觸面；涂敷厚度只需10～20μm，幾乎不吸塵粘灰，防止動接觸時因觸面附著物導致放電、拉弧而燒壞設備。因此可用于滑動接觸。液體型納米導電精在-40℃不凝固，可用毛刷刷涂或直接點涂在不便或不可拆卸的活動電接觸部位，可用于軸連接式轉動接頭的防護。

4 納米導電精與導電膏的技術比較

納米導電精與常規導電膏的相關技術比較，如表1所示。

5 納米導電精的試驗測試

軌道交通牽引供電系統接觸網剛性懸掛主要采用鋁制匯流排與銅銀合金接觸線的懸掛組成方式，其中銅銀合金接觸線通過燕尾槽嵌入匯流排的鉗口。匯流排與接觸線為異種金屬接觸，若不采取措施，會不可避免的存在電化學腐蝕。目前國內外一般采用接觸線涂覆導電膏/導電油脂的處理方法，也有少部分采用接觸線表面鍍錫的情況。在長沙地鐵2號線望城坡站上下行各選取了兩個接觸網錨段進行應用對比試驗跟蹤及測試。

5.1 接觸過渡電阻測試

使用回路電阻測試儀，采用四線法測試技術，在接觸網測試點兩端加載100A恒定直流電流，同時在接觸網1m測試段的兩端測出電壓值，通過已知的電壓和電流便可以計算得出1m接觸網的阻值。

5.2 測試數據（表2、表3）

5.3 數據分析

（1）涂覆初期，兩者測試數據接近。經過一段時間帶電運行后，接觸網狀態趨于穩定。由于人工涂覆不均勻帶來的影響，以及振動脫落，受電后涂覆導電膏的錨段接觸電阻經歷了由小變大，變化范圍較大。涂覆納米導電精變化較小（見表2）?？梢娂{米導電精的化學附著方式要比導電膏在金屬表面的物理附著方式更穩定，不容易受到外力及環境影響的作用。

（2）開通運行后，由于接觸電阻較小，在μΩ級別，不同的回路電阻測試儀，測試數據也有差別（見表3），但兩者的差值及變化趨勢基本是可預見的。隨著運行時間的延長，涂覆納米導電精與涂覆導電膏的接觸電阻值差值在逐漸增大。

6 節能效益

計算原理公式：W損耗=Q熱量=I2電流×△R接觸電阻降低值×t時間。經過測算，接觸線凹槽與匯流排接觸面間因過渡電阻減少而產生的節能效益，如表4所示。

剛性懸掛接觸網每公里納米導電精用量約為5kg，長沙地鐵2號線一期工程需投資597萬，回收年限約為6.57年。

7 應用前景

從發電廠、發電站，輸變電主網、供用電配網，到企業生產、居民生活等電網建設與改造領域中，凡用于電接頭的導電降阻與防腐保護，都會使用到導電膏。納米導電精具備普通導電膏不具有或無法超越的技術優勢，有望在將來替代傳統導電膏，應用前景廣闊。納米導電精在耐鹽霧、耐工業大氣腐蝕、氧化安定性等方面均優于常規導電膏，且對比常規導電膏隧道內高溫下易揮發的缺點，納米導電精穩定性更強，更適用于隧道內污穢、潮濕、大電流條件下持續運行的接觸網工況。