電力復(fù)合脂的導(dǎo)電原理及使用

呂 偉

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

2種同材質(zhì)或不同材質(zhì)的導(dǎo)體連接，會(huì)不同程度地存在接觸電阻。影響其接觸電阻值大小的因素有材料性能、材質(zhì)、導(dǎo)體截面積、接觸面的清潔程度以及壓接面所承受的壓力等。

一般情況下，可有效降低接觸電阻的辦法有以下2種：

(1)在導(dǎo)體表面搪錫或鍍銀；

(2)在導(dǎo)電接觸面涂敷工業(yè)凡士林。

搪錫或鍍銀雖然能較好地降低2導(dǎo)體接觸面間的接觸電阻，但施工工藝復(fù)雜，不適宜現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。涂敷工業(yè)凡士林只能短時(shí)間隔絕導(dǎo)體表面與空氣，減緩導(dǎo)體表面氧化膜的生成，而不能起到長(zhǎng)期保護(hù)的作用。

綜合考慮這2種常用降阻措施的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，目前在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中多采用涂敷電力復(fù)合脂來代替工業(yè)凡士林的方法，即將電力復(fù)合脂直接涂敷在導(dǎo)體的接觸面上，以填充滿2導(dǎo)體間的接觸面，起到“油封”作用，隔絕導(dǎo)體面與空氣的直接接觸。

1 接觸電阻的產(chǎn)生原因及危害

暴露在空氣中的金屬材料，如鋁、銅等，表面會(huì)生成一層氧化膜，如三氧化二鋁、氧化銅等。由于氧化物的導(dǎo)電性能極差，電阻率高(可達(dá)1×107～1×1010Ωm)，將大大增加金屬導(dǎo)體間接觸面的無機(jī)膜接觸電阻(簡(jiǎn)稱膜電阻)。導(dǎo)體及其氧化物的電阻率如表1所示。

表1 導(dǎo)體及其氧化物的電阻率 Ωm

此外，通過在顯微鏡下觀察可知，看似光滑的導(dǎo)體表面其實(shí)并不平整，2導(dǎo)體的接觸面上存在許多坑洼；其接觸也并非面接觸，而是點(diǎn)接觸。當(dāng)電流流過導(dǎo)體接觸面時(shí)，電流會(huì)向這些接觸點(diǎn)聚攏，使得導(dǎo)電通道逐漸變窄。從宏觀上看，導(dǎo)體接觸面導(dǎo)電性能被削弱，相當(dāng)于增加了2個(gè)導(dǎo)體接觸面之間的電阻，這一電阻即為束流電阻(見圖1)。

圖1 束流電阻形成原理

導(dǎo)電體接觸面的膜電阻Rm和束流電阻Rs之和構(gòu)成了接觸電阻Rj，如式(1)所示：

其中：F為接觸面間接的接觸壓力；n為與接觸形式(點(diǎn)、線、面接觸)、壓力范圍、觸面上接觸點(diǎn)數(shù)以及觸點(diǎn)分布情況有關(guān)的指數(shù)；K為與接觸的材料、表面狀況、接觸方式有關(guān)的系數(shù)。

接觸電阻過大的危害有很多。隨著接觸電阻的增大，其電能損耗也會(huì)增大。輸配電系統(tǒng)中存在大量大電流接觸性導(dǎo)電接觸面，比如斷路器斷口、隔離開關(guān)斷口、輸電線路搭接部分、母線與設(shè)備連接部位等。單只設(shè)備斷口的損耗并不多，但由于電網(wǎng)中此類設(shè)備數(shù)目龐大，設(shè)備的累計(jì)能耗巨大。

以某供電公司為例，其220 kV，110 kV，35 kV及以下斷路器分別約有200，400，3 000臺(tái)，隔離開關(guān)分別約有600，1 600，4 000臺(tái)。據(jù)粗略估算，依照母線的平均負(fù)荷水平，220 kV設(shè)備額定電流約1 600 A，110 kV設(shè)備額定電流約800 A。按照試驗(yàn)測(cè)量，導(dǎo)電面被氧化設(shè)備接觸面處壓降約為20～40 mV。按照年開機(jī)時(shí)間為8 000 h，設(shè)備投運(yùn)率λ為65 %計(jì)算，全年損耗電量約為768 kWh。

其次，接觸電阻增大，也必然造成連接處發(fā)熱，損傷導(dǎo)電接觸面。

2 電力復(fù)合脂的性能及導(dǎo)電原理

2.1 電力復(fù)合脂的性能

電力復(fù)合脂又稱導(dǎo)電膏，是以礦物油、合成脂類油、硅油作為基礎(chǔ)油，加入導(dǎo)電、抗氧、抗腐、抑弧等特殊添加劑，經(jīng)研磨、分散、改性精制而成的糊狀膏體。將其涂敷于導(dǎo)體接觸面，可減少接觸電阻，降低接頭溫升。同時(shí)，對(duì)連接點(diǎn)處也起到油封作用，從而減少空氣和腐蝕性氣體、塵埃、水分對(duì)導(dǎo)體的氧化和腐蝕，提高接觸面的導(dǎo)電可靠性。導(dǎo)電膏無毒、無味、耐高溫、滴點(diǎn)溫度高(可達(dá)105 ℃)、抗氧化、抗潮濕、抗酸堿、耐電化腐蝕和化工氣體腐蝕，具有高溫不流淌、低溫不龜裂、理化性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性。

2.2 電力復(fù)合脂的導(dǎo)電原理

由于微觀粒子具有波粒二象性，量子力學(xué)認(rèn)為：由于電子的波動(dòng)性，即使電子不具有足夠的能量從勢(shì)壘頂部翻越過勢(shì)壘，它們?nèi)匀荒軌蛟趧?shì)壘的一邊消失，而在勢(shì)壘的另一邊出現(xiàn)，因而可以在相互靠近但并不接觸的導(dǎo)電粒子之間進(jìn)行傳遞，使體系導(dǎo)電。這種現(xiàn)象在量子力學(xué)上被稱之為“隧道效應(yīng)”。

試驗(yàn)證明：在2片金屬間夾有極薄的絕緣層時(shí)（約幾納米），便形成了一個(gè)隧道節(jié)，在隧道節(jié)兩端勢(shì)能形成勢(shì)壘V時(shí)，導(dǎo)體中有動(dòng)能E的部分微粒子在E＜V的條件下，仍可以從絕緣層的一側(cè)通過勢(shì)壘而到達(dá)另一側(cè)。

電力復(fù)合脂的主要成分是不導(dǎo)電的礦物油類，本身并不能導(dǎo)電，其導(dǎo)電原理正是利用了“隧道效應(yīng)”所形成的隧穿電流來完成的。在顯微鏡下，可清楚看到：涂上導(dǎo)電膏后，接觸面間的全部空隙均被導(dǎo)電膏填滿，在“隧道效應(yīng)”的作用下原本不接觸、不導(dǎo)電的部位開始導(dǎo)電；從微觀上看，導(dǎo)電面形成了許多網(wǎng)狀通道，增加了導(dǎo)電截面間的“接觸點(diǎn)”，擴(kuò)大了實(shí)際有效導(dǎo)電面積，從而大大改善了搭接區(qū)域的導(dǎo)電狀況。

3 電力復(fù)合脂的使用

3.1 涂敷環(huán)境

應(yīng)盡量在干燥、無凝露且塵土較少的環(huán)境中涂敷電力復(fù)合脂。

3.2 接觸面處理

在涂敷電力復(fù)合脂前，必須用砂紙或鋼絲刷等對(duì)導(dǎo)電面進(jìn)行徹底打磨，去除毛刺、麻點(diǎn)、油污和氧化膜等，使接觸面保持平整。打磨時(shí)注意砂紙使用的力度，不可過于用力，由于許多導(dǎo)電面表面鍍銀，打磨力度過大會(huì)破壞鍍銀層。打磨完畢后，用蘸有無水酒精(或丙酮)的棉紗擦拭干凈，待無水酒精揮發(fā)后均勻涂敷電力復(fù)合脂。

3.3 涂層厚度

導(dǎo)電膏并非良導(dǎo)體，它在接觸面上的導(dǎo)電性是借助于“隧道效應(yīng)”來實(shí)現(xiàn)的。因此，導(dǎo)電膏不可涂得太厚，應(yīng)保持在0.15～0.2 mm，且涂敷均勻。否則，不但不能提升導(dǎo)電性能，還會(huì)造成接觸面導(dǎo)電性能下降，影響導(dǎo)電效果。

4 結(jié)束語

某供電公司自1996年采用電力復(fù)合脂替代工業(yè)凡士林進(jìn)行導(dǎo)電面處理以來，大電流設(shè)備導(dǎo)體接觸面發(fā)熱的現(xiàn)象大大減少。考慮到近些年工業(yè)化的發(fā)展，在用電負(fù)荷不斷攀升的情況下，該供電公司每年發(fā)熱缺陷發(fā)生的次數(shù)由原來的100余次，降為不多于20次。這表明采用電力復(fù)合脂抑制導(dǎo)體接觸面發(fā)熱的效果顯著。

1 陳河山．導(dǎo)電膏在電氣連接中的應(yīng)用[J]．設(shè)備管理與維修，2004(6).

2 王克權(quán)．導(dǎo)電膏的性能、使用與節(jié)電[J]．節(jié)能， 1996(8).

3 阿瑟貝塞著．何 瑁譯．現(xiàn)代物理概念[M]．上海：上海 科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

4 戚 非．隧道效應(yīng)的幾個(gè)應(yīng)用[J]．大連大學(xué)學(xué)報(bào)， 1999(4).

5 曹法明．導(dǎo)電膏的應(yīng)用[J]．農(nóng)村電工，2011(5)．