触头发热及理方法

浅谈电气触头发热及处理方法

电力系统中电气设备与电气设备、母线与母线、母线与设备连接的导体形成可拆卸的电气触头，这种电气触头为数众多，实际运行中经常遇到电气触头过热，因发现和处理不及时而烧毁设备，引起事故，中断供电，给电力系统安全生产、经济运行、可靠供电、优质服务造成重大损失。

电气触头过热的原因很多，大多是电气触头紧固件在设计、制造、安装连接方面存在缺陷，导致触头处散热条件不好产生过热问题。目前电气触头都是采用普通螺栓连接，正是用普通螺栓连接存在许多习惯性错误，而导致电气触头过热。

对电气触头的连接进行了深入分析，提出了电气触头不过热四大原则；进而根据这四大原则，分析了普通螺栓紧固电气触头时存在的问题；并且着重介绍了解决这些问题的方法和根据四大原则而设计的专利紧固件。

1电气触头不过热四大原则

电气触头是通过导体连接而成并起导流作用，在电力系统中存在着各种各样的电气设备都需要电气触头进行连接，但是在电气触头处会存在一定的接触电阻，电流流过触头时会消耗一部份电能，这部分电能转化成热能而引起触头发热，触头温度随之升高直到发热跟散热达到平衡。触头相对环境温度的温升取决于发热量的大小和散热条件的好坏，在散热条件基本一致的情况下，发热量越大，温升就越高，触头受到腐蚀和材质疲劳等损害就越严重，当触头的温度超过最高允许温度时甚至更高时，出现过热情况，触头会在短时间内严重受损出现绝缘破坏、烧毁断裂等情况引起事故而中断供电。

触头的接触电阻是由组成电气触头的两导体接触面接触而形成的，取决于两导体直接接触的载流面积、接触面受到的压力以及接触面的腐蚀程度。因此，通过长期的工作实践，对电气触头过热问题进行深入观察和分析，提出要使电气触头不过热，设计、制造和安装电气触头时应考虑以下四大原则。

1) 电气触头的有效载流截面积是基础。所谓有效载流截面积，是指有足够压力作用下电气触头的接触面积。导体的载流量与导体的截面积密切相关，作为导流的电气触头，其不过热的载流量也取决于其载流截面积。

2) 电气触头的压力是关键。电气触头表面并非绝对平整，从微观角度看仍然凹凸不平，接触面只有在足够压力作用下才能使凹凸面都有效接触，否则压力不够，接触面有效载流面减小而增加了接触电阻。

3) 电气触头的防腐蚀很重要。接触面若受热氧化腐蚀，其电阻率会增大从而增加接触电阻。

4) 电气触头及紧固件材质疲劳。运行中触头长期受热，电气触头和紧固件的机械强度会逐渐减弱，使接触面压力减小，从而导致有效载流面积减小，接触电阻增加。

为使电气触头不过热，以上四大原则需要综合考虑，缺一不可。专利紧固件新产品的技术核心正是根据这四大原则而设计的。

电气触头过热问题一直困扰电力运行部门，影响电力供电的可靠性和系统的安全运行，解决电气触头过热问题是供电部门的一大宿愿。综上所述，专利紧固件紧紧结合电气触头不过热的四大原则，有针对性地进行优化技术改进，增大了电气触头的有效载流面积和压力，

采用内凹式螺帽，既维持压力，又增强了电气触头的抗疲劳能力，两方面的改进减小了接触电阻，减小触头运行时的温升而缓解了触头的腐蚀，解决了普通螺栓紧固的触头在运行时存在的所有问题。这样就能有效避免电气触头过热及其引起的事故和供电中断，提高了供电的可靠性和系统运行的安全性。虽然生产专利紧固件所需的成本相对普通螺栓而言增加了一些，但是其带来的运行维护费用和事故停电造成损失大大减少。

试验测试和实际运行表明，该专利紧固件能有效避免普通螺栓紧固电气触头出现的过热问题，对提高电气设备的安全经济运行有很大的作用，可在电力系统大力推

一、电弧放电的特征和危害

二、电弧的形成

■弧柱中自由电子的主要来源

■电弧形成的过程

三、电弧的熄灭

■电弧的去游离形式

■影响去游离的因素

1. 电弧的概念

当开关电器开断电路时，电压和电流达到一定值时，触头

刚刚分离后，触头之间就会产生强烈的白光，称为电弧。

2.电弧的本质

电弧的实质是一种气体放电现象。

3. 电弧放电的特征

（1）电弧由三部分组成。包括阴极区、阳极区和弧柱区。

（2）电弧温度很高。

（3）电弧是一种自持放电现象。

（4）电弧是一束游离的的气体。

4. 电弧的危害

（1）电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。

（2）电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。

（3）由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。

电弧的形成—弧柱中自由电子的主要来源（1）

（1）热电子发射

当断路器的动、静触头分离时，触头间的接触压力及接触面积逐渐缩小，接触电阻增大，使接触部位剧烈发热，导致阴极表面温度急剧升高而发射电子，形成热电子发射。

（2）强电场发射

开关电器分闸的瞬间，由于动、静触头的距离很小，触头间的电场强度就非常大，

使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来，就形成强电场发射。

（3）碰撞游离

从阴极表面发射出的电子在电场力的作用下高速向阳极运动，在运动过程中不断地与中性质点（原子或分子）发生碰撞。当高速运动的电子积聚足够大的动能时，就会从中性质点中打出一个或多个电子，使中性质点游离，这一过程称为碰撞游离。

（4）热游离

弧柱中气体分子在高温作用下产生剧烈热运动，动能很大的中性质点互相碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。弧柱导电就是靠热游离来维持的。

断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。

电弧的去游离过程包括复合和扩散两种形式。

1. 复合

复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。由于弧柱中电子的运动速度很快，约为正离子的1000倍，所以电子直接与正离子复合的几率很小。一般情况下，先是电子碰撞中性质点时，被中性质点捕获变成负离子，然后再与质量和运动速度相当的正离子互相吸引而接近，交换电荷后成为中性质点。还有一种情况就是电子先被固体介质表面吸附后，再被正离子捕获成为中性质点。

2. 扩散

扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外，进入周围介质的现象。扩散有三种形式：

（1）温度扩散，由于电弧和周围介质间存在很大温差，使得电弧中的高温带电质点向温度低的周围介质中扩散，减少了电弧中的带电质点；

（2）浓度扩散，这是因为电弧和周围介质存在浓度差，带电质点就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，使电弧中的带电质点减少；

（3）利用吹弧扩散，在断路器中采用高速气体吹弧，带走电弧中的大量带电质点，以加强扩散作用。

电弧的熄灭—影响去游离的因素 (1)

1. 电弧温度

电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，

减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动

速度，加强了复合作用。通过快速拉长电弧，用气体或油吹动

电弧，或使电弧与固体介质表面接触等，都可以降低电弧的温

度。