一種降低輸電設(shè)備接觸金具觸頭發(fā)熱的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低電氣接觸金具觸頭發(fā)熱的連接緊固方法，屬于輸電技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中電氣接觸金具用于硬母線、軟母線與電氣設(shè)備的出線端子相連接，導(dǎo) 線的T接及不承力的并線連接等。電氣接觸金具由銅或鋁制成，接觸金具觸頭是指兩個(gè)導(dǎo) 體或幾個(gè)導(dǎo)體之間相互接觸的部分，如母線或?qū)Ь€的接觸連接處，電氣接觸金具觸頭板通 常為平板，觸頭板上加工有螺栓孔，接觸金具觸頭一般包括進(jìn)流接觸金具和出流接觸金具， 進(jìn)流接觸金具觸頭板和出流接觸金具觸頭板用緊固螺栓連接。典型結(jié)構(gòu)如圖1。
[0003] 電氣接觸金具觸頭在正常工作時(shí)的發(fā)熱都與接觸電阻值有關(guān)，所以觸頭的質(zhì)量在 很大程度上取決于觸頭的接觸電阻值。正常情況下，觸頭間的接觸壓力、表面加工狀況、表 面氧化程度及接觸情況等都會(huì)影響接觸電阻值。
[0004] 1電氣接觸金具觸頭的接觸電阻 電接觸是研宄固態(tài)導(dǎo)體與固態(tài)導(dǎo)體接觸過(guò)渡區(qū)中的機(jī)械現(xiàn)象。電接觸形式有三種：點(diǎn) 接觸、線接觸和面接觸，接觸形式對(duì)接觸電阻的影響主要表現(xiàn)在接觸點(diǎn)的數(shù)目上。一般而言 面接觸的接觸點(diǎn)數(shù)n越多，接觸電阻越小。點(diǎn)接觸的接觸點(diǎn)數(shù)n越少，接觸電阻越大，線 接觸介于二者之間。
[0005] 在顯微鏡下觀察接觸金具觸頭的表面，盡管表面十分光滑，則仍能觀察到5-10微 米的凸起部分。會(huì)看到插合的一對(duì)接觸件的接觸，并不是整個(gè)接觸面的接觸，而是散布在接 觸面上一些點(diǎn)的接觸。實(shí)際接觸面必然小于理論接觸面。根據(jù)表面光滑程度及接觸壓力大 小，兩者的差距可達(dá)幾千倍。實(shí)際接觸面可分為兩部分；一是真正金屬與金屬直接接觸部 分。即金屬間無(wú)過(guò)渡電阻的接觸微點(diǎn)，亦稱(chēng)接觸斑點(diǎn)，它是由接觸壓力或熱作用破壞界面膜 后形成的。部分約占實(shí)際接觸面積的5-10%。二是通過(guò)接觸界面污染薄膜后相互接觸的部 分。因?yàn)槿魏谓饘俣加蟹祷匮趸餇顟B(tài)的傾向。實(shí)際上，在大氣中不存在真正潔凈的金屬 表面，即使很潔凈的金屬表面，一旦暴露在大氣中，便會(huì)很快生成幾微米的初期氧化膜層。 例如銅只要2-3分鐘，鎳約30分鐘，鋁僅需2-3秒鐘，其表面便可形成厚度約2微米的氧化 膜層。即使特別穩(wěn)定的貴金屬金，由于它的表面能較高，其表面也會(huì)形成一層有機(jī)氣體吸附 膜。此外，大氣中的塵埃等也會(huì)在接觸件表面形成沉積膜。因而，從微觀分析任何接觸面都 是一個(gè)污染面。
[0006] 對(duì)于接觸金具觸頭而言，其導(dǎo)體電阻相對(duì)接觸電阻較小，而接觸電阻隨接觸表面 的材質(zhì)、接觸壓力、接觸面積等影響較大。根據(jù)電流線收縮與接觸斑點(diǎn)情況，其中接觸面絕 大部分是空隙，沒(méi)有參與到實(shí)際接觸，只有部分的輪廓峰點(diǎn)真正發(fā)生了接觸形成導(dǎo)電斑點(diǎn)。 當(dāng)電流線通過(guò)導(dǎo)電斑點(diǎn)附近時(shí)產(chǎn)生熱能發(fā)生收縮，使電流流過(guò)的路徑增長(zhǎng)，有效導(dǎo)電面積 減少，從而產(chǎn)生收縮電阻。元件在外加接觸力的作用下，開(kāi)始實(shí)際接觸的面積非常小，起始 接觸點(diǎn)首先產(chǎn)生彈性變形，進(jìn)而向塑性變形過(guò)渡。當(dāng)總的實(shí)際接觸面積擴(kuò)大到支持力與外 力相平衡時(shí)，接觸過(guò)程結(jié)束。
[0007] 綜上所述，真正接觸電阻應(yīng)由以下幾部分組成： (1)集中電阻 電流通過(guò)實(shí)際接觸面時(shí)，由于電流線收縮(或稱(chēng)集中）顯示出來(lái)的電阻。將其稱(chēng)為集中 電阻或收縮電阻。
[0008] (2)膜層電阻 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 膜可分為較堅(jiān)實(shí)的薄膜層和較松散的雜質(zhì)污染層。故確切地說(shuō)，也可把膜層電阻稱(chēng)為界面 電阻。
[0009] (3)導(dǎo)體電阻 實(shí)際測(cè)量接觸金具觸頭的接觸電阻時(shí)，都是在接點(diǎn)引出端進(jìn)行的，故實(shí)際測(cè)得的接觸 電阻還包含接觸表面以外接觸件和引出導(dǎo)線本身的導(dǎo)體電阻。導(dǎo)體電阻主要取決于金屬材 料本身的導(dǎo)電性能，它與周?chē)h(huán)境溫度的關(guān)系可用溫度系數(shù)來(lái)表征。
[0010] 為便于區(qū)分，將集中電阻加上膜層電阻稱(chēng)為真實(shí)接觸電阻。而將實(shí)際測(cè)得包含有 導(dǎo)體電阻的稱(chēng)為總接觸電阻。
[0011] 2影響電氣接觸金具觸頭接觸電阻的因素 電氣接觸金具觸頭的接觸電阻是由組成電氣觸頭的兩導(dǎo)體接觸面接觸而形成的，取決 于兩導(dǎo)體直接接觸的載流面積、接觸面受到的壓力以及接觸面的腐蝕程度。
[0012] 通過(guò)分析，電氣接觸金具觸頭在設(shè)計(jì)、制造和安裝時(shí)應(yīng)考慮以下影響接觸電阻的 四大因素。
[0013] (1)電氣接觸金具觸頭的有效載流截面積。
[0014] 所謂有效載流截面積，是指有足夠壓力作用下接觸金具觸頭的接觸面積。導(dǎo)體的 載流量與導(dǎo)體的截面積密切相關(guān)，作為導(dǎo)流的電氣觸頭，其不過(guò)熱的載流量也取決于其載 流截面積。
[0015] (2)電氣接觸金具觸頭的壓力。
[0016] 接觸金具觸頭表面并非絕對(duì)平整，從微觀角度看仍然凹凸不平，接觸面只有在足 夠壓力作用下才能使凹凸面都有效接觸，否則壓力不夠，接觸面有效載流面減小而增加了 接觸電阻。
[0017] (3)電氣接觸金具觸頭的防腐蝕。
[0018] 接觸面若受熱氧化腐蝕，其電阻率會(huì)增大從而增加接觸電阻。
[0019] (4)電氣接觸金具觸頭及緊固件材質(zhì)疲勞。
[0020] 運(yùn)行中觸頭長(zhǎng)期受熱，電氣觸頭和緊固件的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，使接觸面壓力 減小，從而導(dǎo)致有效載流面積減小，接觸電阻增加。
[0021] 接觸金具觸頭是通過(guò)導(dǎo)體連接而成并起導(dǎo)流作用，在電力系統(tǒng)中各種各樣的電氣 設(shè)備都需要接觸金具觸頭進(jìn)行連接，但是在接觸金具觸頭處會(huì)存在一定的接觸電阻，電流 流過(guò)觸頭時(shí)會(huì)消耗一部份電能，這部分電能轉(zhuǎn)化成熱能而引起觸頭發(fā)熱，觸頭溫度隨之升 高直到發(fā)熱跟散熱達(dá)到平衡。觸頭相對(duì)環(huán)境溫度的溫升取決于發(fā)熱量的大小和散熱條件的 好壞，在散熱條件基本一致的情況下，發(fā)熱量越大，溫升就越高，觸頭受到腐蝕和材質(zhì)疲勞 等損害就越嚴(yán)重，當(dāng)觸頭的溫度超過(guò)最高允許溫度時(shí)甚至更高時(shí)，出現(xiàn)過(guò)熱情況，觸頭會(huì)在 短時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重受損出現(xiàn)絕緣破壞、燒毀斷裂等情況引起事故而中斷供電。
[0022] 根據(jù)貴州電網(wǎng)公司缺陷統(tǒng)計(jì)，2014年度貴州電網(wǎng)電氣接觸金具觸頭嚴(yán)重發(fā)熱缺陷 3200件，嚴(yán)重影響配網(wǎng)的安全。因此，研宄降低電網(wǎng)接觸金具觸頭發(fā)熱措施已迫在眉睫，具 有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明的目的在于：提供一種降低輸電設(shè)備接觸金具觸頭發(fā)熱的方法，以解決現(xiàn) 現(xiàn)階段接觸金具觸頭在使用時(shí)，觸頭間接觸電阻較大，容易出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成觸 頭在短時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重受損出現(xiàn)絕緣破壞、燒毀斷裂等情況引起事故而中斷供電，嚴(yán)重影響配 網(wǎng)安全的問(wèn)題。
[0024] 本發(fā)明的方案如下：一種降低輸電設(shè)備接觸金具觸頭發(fā)熱的方法，其具體步驟如 下： 制作接觸金具觸頭力學(xué)性能試塊，測(cè)試試塊的屈服強(qiáng)度； 計(jì)算緊固螺栓預(yù)緊力：


再由緊固螺栓預(yù)緊力計(jì)算出緊固螺栓預(yù)緊固扭矩，該過(guò)程采用本領(lǐng)域的慣用計(jì)算手段 即可實(shí)現(xiàn)； 之后，調(diào)整好用扭矩扳手的扭矩值至緊固螺栓預(yù)緊固扭矩，再用扭矩扳手緊固緊固件 螺母、當(dāng)扭矩扳手發(fā)出報(bào)警聲時(shí)停止緊固，電氣接觸金具觸頭連接緊固完成。
[0025] 優(yōu)選地，根據(jù)觸頭的材質(zhì)，由于該行業(yè)觸頭材料的熱處理工藝已經(jīng)非常成熟，每種 觸頭材料一般都是采用相應(yīng)的一種或幾種特定熱處理工藝進(jìn)行處理，每種牌號(hào)的該觸頭材 料使用該材料相應(yīng)的熱處理工藝熱處理后制作觸頭材料力學(xué)性能試塊，測(cè)試試塊的里氏硬 度、屈服強(qiáng)度，從而制作出觸頭材料的里氏硬度_屈服強(qiáng)度關(guān)系曲線，將關(guān)系曲線數(shù)字化， 建立觸頭材料的里氏硬度-屈服強(qiáng)度關(guān)系曲線數(shù)據(jù)庫(kù)； 優(yōu)選地，觸頭材料為電工鋁或電工銅； 優(yōu)選地，開(kāi)發(fā)運(yùn)行于智能終端的電氣接觸