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    斷路器、接觸器端子變色后會不會有運行隱患

    2023/7/3 0:50:04 人評論 次瀏覽 分類:電工基礎  文章地址:http://www.xzycr.cn/tech/5016.html

    日常工作中,經常遇到客戶反饋斷路器、大電流接觸器的端子,在現場使用或儲存一段時間后會出現變黃變暗的現象,如圖1所示 ,左邊為全新光亮的端子,右邊為變黃發暗的端子??蛻粝胫罃嗦菲?、接觸器端子變色后會不會有運行隱患,該如何解釋這種現象。


    圖1 全新光亮端子(左)和發黃變暗端子(右)


    為了解答這些疑問,我們首先得從低壓電器端子的鍍層說起,在GB14048.1-2012低壓開關設備和控制設備 第1部分:總則的表2 端子的溫升極限中,可以看到對于斷路器、隔離開關、接觸器等低壓電器端子的表面處理方式,可以選擇鍍銀、鍍錫、鍍鎳或裸銅,而且不同鍍層對應的溫升極限允許值也不一樣。例如鍍銀端子的溫升極限允許值是70K,鍍錫端子65K,裸銅端子60K。


    金屬材料在空氣中由于電化學腐蝕作用,在表面會形成各種金屬氧化膜(如氧化膜、硫化膜)。如果是在潮濕的空氣中,在電解質的作用下,不同金屬間發生的電化學腐蝕也會在接觸面形成銹蝕物,這些氧化膜和銹蝕物都是造成搭接面接觸電阻增大的原因。


    對于斷路器、接觸器等低壓電器產品來說,金屬的氧化物是主要成分,金屬氧化物多半是半導體,其電阻率很高,導致接觸電阻增加、搭接面溫升上升。
     



    從上表中我們可以看到,氧化銀的電阻率相對于其他金屬氧化層低很多,所以在不含硫的環境中銅端子鍍銀可以保證很低的接觸電阻。銅在溫度400℃以內會生成氧化亞銅,其電阻率很高,如果是純銅,在環溫20℃的時候其電阻率只有0.0175*10^(-6)Ω.m。所以對于裸銅端子或裸銅排,在與銅母排搭接前最好擦拭光亮,以清除表面的氧化層。

    清除銅母排表面的氧化層

    由于裸銅容易隨時間和溫度的增加發生顯著的劣變,所以對于低壓斷路器、接觸器等產品的接線端子,為了保證更低的接觸電阻和保證接觸電阻的穩定性,一般采用銅端子鍍銀、鍍錫或鍍鎳的方式。


    在GB/T25840-2010規定電氣設備部件(特別是接線端子)允許溫升的導則中,舉例說明了裸銅、鍍鎳銅、鍍錫銅和鍍銀銅連接在接觸壓力10N和暴露在周圍空氣中1000h后的接觸電阻值,結果如下表:

    裸銅、鍍鎳銅、鍍錫銅和鍍銀銅連接在接觸壓力10N和暴露在周圍空氣中1000h后的接觸電阻值

    從表3中可看出,銅鍍錫或銅鍍銀優點明顯,銅鍍鎳更適用于銅鍍銀無法適用的環境(比如含硫氣體多的場合)。


    銅鍍鎳適合于腐蝕氣體或高溫中的連接,經常用于發電站或鐵路運輸設施。對于銅鍍鎳,如果溫升保持在規定極限內,其接觸電阻和觸頭壽命與銀觸頭相當,但是由于鎳的氧化層很硬,所以銅鍍鎳的螺釘緊固力矩值要提高。


    銅鍍錫和鋁鍍錫是優先用于低壓的材料。錫的硬度低,具有低的接觸電阻,但它不能用于經常斷開和接通的觸頭,這樣會損害錫鍍層。當錫的溫度超過105℃應特別注意,特別是當鍍錫觸頭與鍍銀觸頭配對時,因為在此溫度之上會出現蠕變現象。


    銀是優良的鍍層材料,除了在含硫環境不推薦使用外,在其他場合使用時其老化速度緩慢,接觸電阻穩定性高。銀在空氣中也不易氧化,但當大氣中有臭氧存在時,銀的表面會生成氧化銀,但其電阻率很低,氧化銀易于清除,并且在200℃時會分解,對接觸導電沒有什么影響。


    但如果鍍銀端子暴露在含有硫化氫H2S的環境中,或即使H2S和SO2的含量極低的大氣中,其表面容易生成硫化銀Ag2S絕緣暗膜,硫化銀電阻率很大,室溫下為10^5~10^10Ω.m,幾乎相當于絕緣體,導電性能很差,容易引起導通不可靠和連接處過熱故障,所以在含硫環境中一般不使用鍍銀的端子,而是采用鍍錫或鍍鎳端子。

     
    硫化銀Ag2S的的生成速度取決于環境的溫度、涅度、含硫氣體的濃度等因素。試驗數據表明溫度越高、濕度越大、含硫氣體濃度越高,生成的硫化銀厚度越厚,顏色也越深。

    污水處理廠、火電廠等含硫氣體多的場合,如果端子或銅排采用鍍銀工藝,長時間后端子或銅排表面會看到明顯的變色。


    鍍銀端子表面的顏色深淺其實與硫化銀Ag2S厚度有關,通過表5可以大致看出二者之間的關系,所以文章開頭端子顏色發黃的真實原因是:端子的表面鍍銀,銀層與空氣的含硫氣體(即使是微量)長時間作用形成暗黃色的硫化銀。


    鍍銀端子硫化變色之后會影響產品正常使用么?其實分兩種情況,第一種情況,如果因為長期儲存導致端子表面形成了硫化層,那么在端子與銅排搭接之前,需要用擦銀布擦拭端子表面的氧化層和硫化層,再與銅排搭接,以保證低的接觸電阻,避免溫升過高。


    第二種情況,全新的鍍銀端子與母排搭接完,在現場運行一段時間后,出現發黃變暗的現象,此時不用擔心搭接面存在硫化氧化,因為一旦螺栓緊固到位,實際上銅排與端子的搭接面上無硫化氧化痕跡,所以不用擔心接觸電阻上升導致端子過熱。雖然端子與銅排搭接的外側已經變色,但是搭接面仍然保持原有的光亮,且無過熱的跡象。

    因為一旦螺栓緊固到位,實際上銅排與端子的搭接面上無硫化氧化痕跡

    如果在現場看到斷路器、接觸器的端子運行很長一段時間后顏色幾乎沒有改變,需要首先確認下端子是不是鍍錫或鍍鎳,因為后兩者的顏色幾乎不會改變。


    可能有人會問,低壓電氣的端子鍍銀或鍍錫在不含硫的環境中雖然可以保持更低的接觸電阻,但在含硫環境或日常大氣中的外觀表現不如鍍鎳和鍍錫,況且鍍銀的成本還高,為何端子不直接采用鍍錫和鍍鎳呢?這樣既省成本又避免變色帶來的麻煩,但事實真的是你想象的那樣嗎?

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