浅析电气设备接头发热现象和处理方法

浅析电气设备接头发热现象和处理方法

电气设备接头发热主要由几种接触电阻生成而导致，通过合理地提出针对措施，可妥善解决这些接触电阻生成的问题。

标签：接头发热；接触电阻；抗氧化；处理措施；导电膏

前言

随着红外成像诊断技术在电气设备发热缺陷检测上的普遍应用，电气设备接头发热不再存在检测上的困难，基本可以做到及时的发现和跟踪。然而，广州地区空气中含有大量的水分和盐分，对电气设备接头表面的氧化尤其严重，接头表面会产生较大的接触电阻，从而造成接头发热。文章将从变电站常见接头发热缺陷的诱因进行分析，并比较目前处理发热缺陷的几种方案，着重研讨在接头处理中对导电膏的应用，以期减少接头发热缺陷的发生，提高变电站的供电可靠性。

1 电气设备接头发热的原因分析

根据焦耳-楞次定律：

Q=I2Rt

接头发热主要由电流I、电阻R以及时间t三个因素影响。

其中，电流I取决于系统负荷，可通过系统进行调配；时间t不受系统影响；电阻R受到环境温度、接触压力以及接触面材质等因素影响。一般而言，检修工作人员能够通过工艺处理将电阻R降低来减少发热，因此，文章主要分析影响电阻R的几个因素，从而为形成检修策略提出依据。

1.1 电气接头接触电阻的形成

1.1.1 氧化膜电阻

铝材、铜材等材质的电气设备接头暴露在空气中时，表面会被水分、盐分腐蚀氧化，形成一层导电能力很差的氧化薄膜。这些氧化膜一旦生成，就会给接触面增加一个很大的氧化膜电阻（以下简称膜电阻R0）。

1.1.2 束流电阻

电气设备的接头部分除了会生成膜电阻R0之外，还存在另外一种天然存在的收缩电阻，简称束流电阻R1。束流电阻R1的形成是由于接头表面和连接处无论打磨到多么平整，其微观观察面依然是有高低不平，电流流通的时候只经过较高的接触部分，相当于电流的流通距离增加、流通面积减少，导致回路电阻增大，

增大的回路电阻就是束流电阻R1。

因此，接触电阻R主要由膜电阻R0和束流电阻R1构成。

1.2 电气接头接触电阻的变化

1.2.1 接头压力因素。接触电阻R中的束流电阻R1的大小受到接头压力的影响。经过测算，束流电阻R1与接触压力成反比，也就是说压力越大，束流电阻R1越小。

电气接头的金属材质在接头压力F较大时会发生蠕变。蠕变总是向减少接头压力的方向变化，因此，电气接头压力随着时间下降，直至某个平衡的值。因此，在处理接头发热缺陷时常常发现，某些接头在检修后很快发生劣化，很可能就是接头压力下降，接触电阻R’超标导致接头发热升温。

1.2.2 热胀冷缩因素。热胀冷缩过程也是导致接头接触电阻变化的重要因素。当接头由于温度下降而收缩时，接头间隙增大，容易产生新的氧化膜，导致膜电阻R0增大；当接头在受热膨胀时，受到的接头压力增加，发生蠕变，进而在接头重新收缩时，接头间隙增大，导致束流电阻R1增大。因此，每次温度循环，接触性能都会恶化，最终导致发热缺陷发生。

1.2.3 微电池效应。不同材质的接头直接接触在运行中会发生微电池效应。空气中的水和杂质会形成电解液，使接头之间形成电池循环，造成接触面腐蚀氧化，增大膜电阻R0。因此，在安装或修整铜铝接头时，应正确地安装铜铝过渡片。

1.2.4 接触面因素。在进行接触面加工时，如果加工过于粗糙，将会使实际接触面积大幅减少，导致束流电阻R1增大。另外，在打磨铝质表面时，若使用砂纸进行打磨，会使砂纸中的二氧化硅等杂质进入接触面，导致束流电阻R1增大。

1.3 接触电阻分析

接头的接触电阻R主要由膜电阻R0和束流电阻R1组成，并且在运行过程中受到接触压力、运行温度、表面杂质以及接触面加工工艺的影响。因此，要减少接触电阻R，就应该从这四个方面入手处理。

2 电气设备接头发热的处理办法

2.1 电气接头更换

电气设备的接头发热缺陷在先天上就有很多因素影响，如线夹的形状、接触面积、铜铝过渡工艺、载流量指标以及动热稳定性等。对一些不符合使用要求的的接头进行更换，能够更加有效地提高接头的导电性能。

2.2 电气接头接触面平整

要减少电气接头的接触电阻，效果最直接的办法就是用锉刀平整接头接触面，增大有效接触面积，从而减少束流电阻R1。平整的时候应注意将突出的毛刺和明显凸出得地方锉平，保证整个接触面最少90%能够接触即可。

2.3 电气接头接触面抗氧化处理

电气接头在平整过后并不是马上就能够连接，其表面还残留着大量杂质和氧化膜。因此，一般处理方法是先用钢丝刷刷去表层的氧化膜，再涂上一层抗氧化剂，即可进行接头的连接。

2.3.1 采用凡士林作为抗氧化剂。采用凡士林涂抹在接头接触面上，固然能够阻挡水汽和盐分的入侵造成接触面氧化。然而，凡士林在温度高于37-54度时会熔为液状，而电气设备运行时超过40-50度的情况并不罕见，中性凡士林在运行中很快干涸流失，失去防氧化的作用。

2.3.2 采用导电膏作为抗氧化剂。采用导电膏涂抹在接头接触面上时，由于导电膏最低滴点为150度，因此电气设备在正常运行时，可以保证导电膏能够有效地保护接触面不被水分和盐分腐蚀产生氧化膜。这种效果称为导电膏的油封作用。

导电膏的成分含有金属微粒，当导电膏涂抹在接头接触面上时，金属颗粒在接触压力的作用下，能够破碎接触面上金属氧化膜，从而使膜电阻R0下降，接头的温升得到有效降低，使接头的寿命延长。这种效果称为导电膏的擦膜保护作用。

导电膏本身并不导电，它是通过一种称为“隧道效应”的量子物理学的原理提高接头导电性能。“隧道效应”的原理简单来说，就是一层极薄的绝缘层（导电膏厚度）能够被一部分电子进行量子通过。因此，在涂抹导电膏时，应注意涂抹厚度不能太厚，否则容易造成绝缘层增大的反效果。

2.3.3 导电膏的涂抹工艺。在进行导电膏的涂抹工作时，应确保工作现场无扬尘、干燥以保证涂抹质量。

对电气接头的前期处理，通过钢丝刷打磨以及洗剂清理去除大部分氧化膜后，浅浅地抹上少量导电膏，利用其擦膜保护作用，使用铜丝刷轻轻地进行打磨，将剩余的氧化膜清除干净，最后再均匀地抹上一层导电膏（约0.15mm厚度），即可进行接头的连接。

2.4 电气接头螺栓的紧固压力

接头压力过小，会导致实际接触面积较少，从而增大接触电阻；而当接触压