一种降低输电设备接触金具触头发热的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种降低电气接触金具触头发热的连接紧固方法，属于输电技术领 域。
【背景技术】
[0002] 电力系统中电气接触金具用于硬母线、软母线与电气设备的出线端子相连接，导 线的T接及不承力的并线连接等。电气接触金具由铜或铝制成，接触金具触头是指两个导 体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处，电气接触金具触头板通 常为平板，触头板上加工有螺栓孔，接触金具触头一般包括进流接触金具和出流接触金具， 进流接触金具触头板和出流接触金具触头板用紧固螺栓连接。典型结构如图1。
[0003] 电气接触金具触头在正常工作时的发热都与接触电阻值有关，所以触头的质量在 很大程度上取决于触头的接触电阻值。正常情况下，触头间的接触压力、表面加工状况、表 面氧化程度及接触情况等都会影响接触电阻值。
[0004] 1电气接触金具触头的接触电阻 电接触是研宄固态导体与固态导体接触过渡区中的机械现象。电接触形式有三种：点 接触、线接触和面接触，接触形式对接触电阻的影响主要表现在接触点的数目上。一般而言 面接触的接触点数n越多，接触电阻越小。点接触的接触点数n越少，接触电阻越大，线 接触介于二者之间。
[0005] 在显微镜下观察接触金具触头的表面，尽管表面十分光滑，则仍能观察到5-10微 米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的接触，并不是整个接触面的接触，而是散布在接 触面上一些点的接触。实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触压力大 小，两者的差距可达几千倍。实际接触面可分为两部分；一是真正金属与金属直接接触部 分。即金属间无过渡电阻的接触微点，亦称接触斑点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜 后形成的。部分约占实际接触面积的5-10%。二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部 分。因为任何金属都有返回氧化物状态的倾向。实际上，在大气中不存在真正洁净的金属 表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。 例如铜只要2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2微米的氧化 膜层。即使特别稳定的贵金属金，由于它的表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附 膜。此外，大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜。因而，从微观分析任何接触面都 是一个污染面。
[0006] 对于接触金具触头而言，其导体电阻相对接触电阻较小，而接触电阻随接触表面 的材质、接触压力、接触面积等影响较大。根据电流线收缩与接触斑点情况，其中接触面绝 大部分是空隙，没有参与到实际接触，只有部分的轮廓峰点真正发生了接触形成导电斑点。 当电流线通过导电斑点附近时产生热能发生收缩，使电流流过的路径增长，有效导电面积 减少，从而产生收缩电阻。元件在外加接触力的作用下，开始实际接触的面积非常小，起始 接触点首先产生弹性变形，进而向塑性变形过渡。当总的实际接触面积扩大到支持力与外 力相平衡时，接触过程结束。
[0007] 综上所述，真正接触电阻应由以下几部分组成： (1)集中电阻 电流通过实际接触面时，由于电流线收缩(或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中 电阻或收缩电阻。
[0008] (2)膜层电阻 由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析，表面污染 膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面 电阻。
[0009] (3)导体电阻 实际测量接触金具触头的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触 电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材 料本身的导电性能，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。
[0010] 为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻。而将实际测得包含有 导体电阻的称为总接触电阻。
[0011] 2影响电气接触金具触头接触电阻的因素 电气接触金具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。
[0012] 通过分析，电气接触金具触头在设计、制造和安装时应考虑以下影响接触电阻的 四大因素。
[0013] (1)电气接触金具触头的有效载流截面积。
[0014] 所谓有效载流截面积，是指有足够压力作用下接触金具触头的接触面积。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。
[0015] (2)电气接触金具触头的压力。
[0016] 接触金具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。
[0017] (3)电气接触金具触头的防腐蚀。
[0018] 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。
[0019] (4)电气接触金具触头及紧固件材质疲劳。
[0020] 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。
[0021] 接触金具触头是通过导体连接而成并起导流作用，在电力系统中各种各样的电气 设备都需要接触金具触头进行连接，但是在接触金具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。
[0022] 根据贵州电网公司缺陷统计，2014年度贵州电网电气接触金具触头严重发热缺陷 3200件，严重影响配网的安全。因此，研宄降低电网接触金具触头发热措施已迫在眉睫，具 有十分重要的意义。
【发明内容】
[0023] 本发明的目的在于：提供一种降低输电设备接触金具触头发热的方法，以解决现 现阶段接触金具触头在使用时，触头间接触电阻较大，容易出现过热现象，严重时会造成触 头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，严重影响配 网安全的问题。
[0024] 本发明的方案如下：一种降低输电设备接触金具触头发热的方法，其具体步骤如 下： 制作接触金具触头力学性能试块，测试试块的屈服强度； 计算紧固螺栓预紧力：
再由紧固螺栓预紧力计算出紧固螺栓预紧固扭矩，该过程采用本领域的惯用计算手段 即可实现； 之后，调整好用扭矩扳手的扭矩值至紧固螺栓预紧固扭矩，再用扭矩扳手紧固紧固件 螺母、当扭矩扳手发出报警声时停止紧固，电气接触金具触头连接紧固完成。
[0025] 优选地，根据触头的材质，由于该行业触头材料的热处理工艺已经非常成熟，每种 触头材料一般都是采用相应的一种或几种特定热处理工艺进行处理，每种牌号的该触头材 料使用该材料相应的热处理工艺热处理后制作触头材料力学性能试块，测试试块的里氏硬 度、屈服强度，从而制作出触头材料的里氏硬度_屈服强度关系曲线，将关系曲线数字化， 建立触头材料的里氏硬度-屈服强度关系曲线数据库； 优选地，触头材料为电工铝或电工铜； 优选地，开发运行于智能终端的电气接触