鍍層在母線安裝中的問題

1、目錄摘要1關(guān)鍵字11.0 緒論（什么是電接觸）21.1 接觸電阻21.2 母線安裝過程中的電接觸問題21.3 影響搭接面質(zhì)量的因素21.4 母線接觸面的電化學反應與鍍層31.5 搭接面的鍍層在安裝工程中使用的目的31.7 鍍層的原電池反應機理41.8 結(jié)論8摘要母線的安裝工藝中，接觸面的質(zhì)量控制是重中之重。如若在安裝過程中，對母線施工工藝要領(lǐng)理解不夠深刻，安裝過程中質(zhì)量把關(guān)不嚴，極易在運行過程中出現(xiàn)母線接觸面溫升過高，進而影響到電氣設備的安全運行。不同于國內(nèi)的裝備設備制造商電氣搭接面采用鍍層的方式；在國外成套包裝備的電氣安裝中，常常會遇見電氣搭接面不采用鍍層，直接使用裸銅連接的方式。對于搭接面

2、是否要帶鍍層，主要是由裝備使用環(huán)境的因素、設計者的設計理念、裝備的制造成本等多方面要素綜合而成的。但是以業(yè)主方面從長期運行方面的考量經(jīng)常會對鍍層問題提出相應的要求。此類技術(shù)問題經(jīng)常會使施工方感到困擾，本文通過電接觸理論對接觸面的進行了理化分析，進而為以后的施工中碰到此類問題進行相應的技術(shù)積累。關(guān)鍵字母線搭接面 鍍層 搭接1.0 緒論（什么是電接觸）母線之間搭接電接觸面的主要功能為傳導電能。其接觸面在傳導電能過程中在導體間接觸過渡區(qū)域產(chǎn)生的各種物理、化學現(xiàn)象即電接觸。在工程實際中，電接觸是由導體的接觸結(jié)構(gòu)或?qū)w接觸本身性質(zhì)決定的。1.1 接觸電阻電接觸的基本任務就是傳導電流，但是任何進行過精細加

3、工的名義平面，在圍觀條件下都是粗糙不平的物體表面。因此，在兩個物體表面接觸時即使施加了很大的外部壓力使兩個接觸面相互壓緊，但在接觸表面中也只有少數(shù)的點或（小面）實際發(fā)生了真正的接觸，這些實際接觸的表面承受著全部的外加接觸力。接觸電阻就是導電表面互相接觸時，由他們之間的接觸表面粗糙度、接觸壓力、接觸形式、接觸元件材料、通電電流大小、通電時間共同作用的結(jié)果。1.2 母線安裝過程中的電接觸問題 圖例 某220KV棒狀母線搭接面因接觸質(zhì)量不好造成過高的溫升在母線安裝過程中，電接觸是不能忽視的問題。實踐表明，導電零件的連接處，長期通過額定電流，其溫度會高于非連接處。如若在安裝過程中對母線搭接面的質(zhì)量控制

4、不可靠，搭接面處產(chǎn)生過高的溫升是不可避免的。如下圖所示，由于搭接面的質(zhì)量不可靠，導致接觸電阻過高，從而造成接觸面產(chǎn)生了過高的溫升。1.3 影響搭接面質(zhì)量的因素判斷母線搭接面是否合格主要體現(xiàn)在接觸電阻是否能夠控制在可以接受的范圍。在母線安裝時，由于母線本身已經(jīng)是成品。我們在安裝過程中主要考量的是環(huán)境的清潔度、接觸面是否清潔（去除氧化膜及其它雜質(zhì)）、螺栓固定是否滿足規(guī)范要求力矩值。1.4 母線接觸面的電化學反應與鍍層母線接觸面長期運行的最大敵人就是母線接觸面在運行過程中的電化學反應。在母線長期運行時，如果搭接面密封不嚴，水汽就會與接觸表面結(jié)合發(fā)生電化學反應，形成氧化膜。氧化膜的存在使銅接頭處的接觸

5、電阻增大很多，以致該處溫升非常高，能量損耗很大。另外，由于材料在高溫下的蠕變，還可能造成螺栓連接的松動，使接觸電阻更加大。有時還可能導致局部出現(xiàn)電火花，終于形成一種惡性循環(huán)。 如果銅質(zhì)出線段是同鋁母線連接，則又因銅鋁接頭間有電化學腐蝕，它與溫升的增大兩者之間也存在一種惡性循環(huán)，情況尤為嚴重。 為了解上述問題，習慣是將接頭處鍍上一層銀或錫，或搪上一層錫，因為這是防止銅和鋁氧化以及它們之間發(fā)生電化學腐蝕，從而降低接電阻和能量損耗、并且穩(wěn)定接觸電阻的有效方法。由于鍍錫和鍍銀成本高，所以通常都是采取搪錫的辦法。1.5 搭接面的鍍層在安裝工程中使用的目的在實際工程應用中，搭接面鍍層有兩個效果：1、 提高

6、搭接面的極限溫升允許值。2、 對搭接面起到保護作用，防止電化學腐蝕。在GB14048.1中第8.4.2.2節(jié)的表2，內(nèi)容是接線端子的溫升極限：接線端子材料溫升極限1）3）   K 裸銅 裸黃銅 銅(或黃銅)鍍錫 銅(或黃銅)鍍銀或鍍鎳 其他金屬606565702)這里的接線端子包括各類電氣接插件、斷路器一次接插件和銅排搭接面等等。錫和銀都是柔軟性的金屬，銅鍍錫或銅鍍銀后能顯著地改善搭接表面的接觸狀況，因此能有效地提高搭接面允許溫升的數(shù)值。從表中我們看到，裸銅的溫升是60度，銅鍍錫的溫升是65度，而銅鍍銀是70度。1.6 鍍層在安裝過程中碰到過的問題 在一些大型項目中，有的裝

7、置主設備是國外成套進口設備，在這些設備的電氣安裝過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)國外成套進口設備的電氣連接銅排為裸銅的現(xiàn)象。因此我們在施工開始之前需要在以下問題上進行相應的技術(shù)準備：A、 裸銅連接是否可行B、 一邊有鍍層，一邊沒鍍層的電氣搭接面是否可行C、 增加鍍層的情況下需要考慮到的安裝問題D、 我方是否具備現(xiàn)場掛鍍層的條件1.7 鍍層的原電池反應機理1）關(guān)于原電池問題在空氣中可以說水份無處不在，只不過沙漠空氣中的水汽含量低而沿海空氣中的水汽含量高而已。當某種金屬軋制完畢冷卻后，氧化也隨即開始。例如鐵就會生成氧化鐵，即Fe+O2Fe2O3，而錫會生成氧化錫，即Sn+O2SnO2。對于銅，當然也會生成氧化銅

8、，即Cu+O2CuO。這些氧化物又被稱為金屬氧化物。當金屬氧化物碰到水后會分解為陽離子和氫氧根負離子，即Fe2O3+H2OFe3+(OH)-。同理，錫和銅也會生成相應的陰陽離子，如：SnO2+H2OSn4+(OH)-，CuO+H2OCu2+(OH)-在這里，請注意到金屬離子由于缺少了電子因而均帶正電荷，而OH離子則帶負電荷，由此構(gòu)成了原電池。原電池密布在金屬表面，哪里有水汽哪里就有原電池。衡量原電池電位的高低用電極電位來定義，即原電池的電壓高低。以下列出銀、錫和銅的電極電位數(shù)值： Ag+2e=Ag 0.7995V；Sn4+2e=Sn2+ 0.154V； Cu2+e=Cu- 0.519V；可見銀

9、的電極電位最高，銅次之，而錫最低。我們把常用金屬的電極電位按大小排列后得到一張表，具體如下：鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅、鐵、錫、鉛、鋅、銅、汞、銀、鉑、金。這張表又被稱為金屬活動順序表。在表中，越靠近左側(cè)電極電位越低，而越靠近右側(cè)電極電位越高。我們看到，錫在銅的左側(cè)，而銀在銅的右側(cè)。2）電子的轉(zhuǎn)移將兩個不同電壓值的電池并聯(lián)在一起，我們知道在兩個電源間一定會有電流流動。上圖中，電源1的電壓大于電源2，于是電流從1的正極流向2的正極。但是電子流e呢，卻是從2的正極流向1的正極，正好與電流的方向相反。也就是說，電子流從電壓較低的電源流向電壓較高的電源。我們來看下圖：在上圖中，我們知道錫的電極電位低于銅的

10、電極電位，電子流的轉(zhuǎn)移方向是從錫轉(zhuǎn)移到銅。于是，一方面錫不斷被轉(zhuǎn)換為錫離子因而出現(xiàn)腐蝕，而銅離子不斷被還原為銅。在這里，受到腐蝕作用的就是錫。我們再看銀和銅，因為銀的電極電位高于銅，因此銀與銅放在一起時，受到腐蝕的是銅。這種腐蝕被稱為電化學腐蝕?，F(xiàn)在的問題是，若我們將銅的表面完全鍍上錫或銀，或者完全不鍍，那么還會出現(xiàn)電化學腐蝕嗎？答案是否定的，純金屬不會出現(xiàn)電化學腐蝕?？偨Y(jié)：在純銅的表面，或完整的鍍錫表面或鍍銀表面，都不會出現(xiàn)電化學腐蝕。如果銅鍍錫表面出現(xiàn)破口，則破口處的錫會被腐蝕，錫會出現(xiàn)凸凹的表面狀況；如果銅鍍銀表面出現(xiàn)破口，則破口處的銅會受到腐蝕，銅會越腐蝕越深，出現(xiàn)腐蝕溝道。3) 鍍層

11、的孔隙率研究得出，電鍍層電接觸的腐蝕和編制是由于鍍層或多或少都存在著微孔，因此在大氣中的腐蝕性氣體、水汽便通過微孔侵蝕基底金屬，從而導致鍍層導電作用失效。鍍層單位面積內(nèi)微孔數(shù)目的多少稱為孔隙率。顯然，為了使鍍層獲得良好的導電性和穩(wěn)定性，關(guān)鍵是避免鍍層內(nèi)出現(xiàn)微孔或使空隙率降低到最低水平。同時，孔隙率還與鍍層加工時的外界環(huán)境，表面清潔度有不可分割的關(guān)系。如若，外界條件不好。即便是厚的鍍層依然可能存在較大的孔隙率。同時在觀察發(fā)現(xiàn)，大氣中的腐蝕性氣體、水汽便通過微孔侵蝕基底金屬形成的化合物會爬過空隙生長到鍍層外表面來，其危害比將裸導體放置到腐蝕性環(huán)境中的危害還大。因此，由于施工現(xiàn)場條件簡陋。不可能對導

12、體進行鍍錫處理，只能采取鏜錫的方式。若想獲得理想的加工效果，可能性微乎其微。1.8 結(jié)論母線在安裝過程中，除了要嚴格控制1.3內(nèi)容中的安裝手段外，還要考慮到鍍層的存在對母線搭接面的影響問題。A、根據(jù)GB50149-2010 以及上述分析在環(huán)境條件允許的情況下，使用裸銅連接是可行的。B、由于電化學腐蝕的存在；如若增加鍍層，不能只在搭接面增加鍍層。應該采用整根母線完整的增加鍍層的方式，否則會出現(xiàn)沿鍍層表面的腐蝕溝道。C、由于鍍層金屬與銅的化學活性不同，搭接面不能采用一面有鍍層，一面沒有鍍層的方案。應采取的方案為兩邊都采用相同鍍層金屬的搭接面進行搭接；或兩邊全部為裸銅。D、現(xiàn)場必須對鍍層表面進行細致的檢查，發(fā)現(xiàn)其是否有破口、氧化層。在運輸和安裝時不能讓母線的電鍍表面出現(xiàn)破口。E、由于合格的鍍層對加工環(huán)境、加工工藝有很高的要求。在施