淺談電氣觸頭發(fā)熱及處理方法摘 要：提出了電氣觸頭不過熱的四大原則，并以此分析了用普通螺栓在緊固電氣觸頭時存在的題目，介紹了一種可有效解決這些題目的方法，根據(jù)電氣觸頭不過熱四大原則而設計的專利緊固件。試驗測試和實際在線運行表明，該專利緊固件能有效避免普通螺栓緊固電氣觸頭出現(xiàn)的過熱題目，對進步電氣設備的安全經(jīng)濟運行有很大的作用。
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電力系統(tǒng)中電氣設備與電氣設備、母線與母線、母線與設備連接的導體形成可拆卸的電氣觸頭，這種電氣觸頭為數(shù)眾多，實際運行中經(jīng)常碰到電氣觸頭過熱，因發(fā)現(xiàn)和處理不及時而燒毀設備，引起事故，中斷供電，給電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行、可靠供電、優(yōu)質(zhì)服務造成重大損失。
電氣觸頭過熱的原因很多，大多是電氣觸頭緊固件在設計、制造、安裝連接方面存在缺陷，導致觸頭處散熱條件不好產(chǎn)生過熱題目。目前電氣觸頭都是采用普通螺栓連接，正是用普通螺栓連接存在很多習慣性錯誤，而導致電氣觸頭過熱。
對電氣觸頭的連接進行了深進分析，
提出了電氣觸頭不過熱四大原則；進而根據(jù)這四大原則，分析了普通螺栓緊固電氣觸頭時存在的題目；并且著重介紹了解決這些題目的方法和根據(jù)四大原則而設計的專利緊固件。
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電氣觸頭不過熱四大原則 電氣觸頭是通過導體連接而成并起導流作用，在電力系統(tǒng)中存在著各種各樣的電氣設備都需要電氣觸頭進行連接，但是在電氣觸頭處會存在一定的接觸電阻，電流流過觸頭時會消耗一部份電能，這部分電能轉(zhuǎn)化成熱能而引起觸頭發(fā)熱，廣州市駿凱電子科技有限公司觸頭溫度隨之升高直到發(fā)熱跟散熱達到平衡。觸頭相對環(huán)境溫度的溫升取決于發(fā)熱量的大小和散熱條件的好壞，在散熱條件基本一致的情況下，發(fā)熱量越大，溫升就越高，觸頭受到腐蝕和材質(zhì)疲憊等損害就越嚴重，當觸頭的溫度超過最高答應溫度時甚至更高時，出現(xiàn)過熱情況，觸頭會在短時間內(nèi)嚴重受損出現(xiàn)盡緣破壞、燒毀斷裂等情況引起事故而中斷供電。
觸頭的接觸電阻是由組成電氣觸頭的兩導體接觸面接觸而形成的，取決于兩導體直接接觸的載流面積、接觸面受到的壓力以及接觸面的腐蝕程度。因此，通過長期的工作實踐，對電氣觸頭過熱題目進行深進觀察和分析，提出要使電氣觸頭不過熱，設計、制造和安裝電氣觸頭時應考慮以下四大原則。
1)電氣觸頭的有效載流截面積是基礎。所謂有效載流截面積，是指有足夠壓力作用下電氣觸頭的接觸面積。導體的載流量與導體的截面積密切相關(guān)，作為導流的電氣觸頭，其不過熱的載流量也取決于其載流截面積。
2)電氣觸頭的壓力是關(guān)鍵。電氣觸頭表面并非盡對平整，從微觀角度看仍然凹凸不平，接觸面只有在足夠壓力作用下才能使凹凸面都有效接觸，否則壓力不夠，接觸面有效載流面減小而增加了接觸電阻。
3)電氣觸頭的防腐蝕很重要。接觸面若受熱氧化腐蝕，其電阻率會增大從而增加接觸電阻。
4)電氣觸頭及緊固件材質(zhì)疲憊。運行中觸頭長期受熱，電氣觸頭和緊固件的機械強度會逐漸減弱，使接觸面壓力減小，從而導致有效載流面積減小，接觸電阻增加。
為使電氣觸頭不過熱，以上四大原則需要綜合考慮，缺一不可。專利緊固件新產(chǎn)品的技術(shù)核心正是根據(jù)這四大原則而設計的。
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普通螺栓緊固電氣觸頭的題目 根據(jù)電氣觸頭不過熱的四大原則分析普通螺栓在緊固電氣觸頭時，存在以下題目：
1)普通螺栓緊固電氣觸頭時所形成的有效載流截面積不足。
電氣觸頭的有效載流面積應是在足夠的壓力直接作用下的電氣觸頭導體的面積。實際有效載流截面積就是螺帽壓緊觸頭導體處的面積及螺帽表面的截面積。普通螺栓緊固電氣觸頭時，因螺帽外徑小，所以造成電氣觸頭的有效載流截面積不足；若在螺帽下加裝彈墊（彈墊外徑小于螺帽外徑），緊固時螺帽施加的力作用在彈墊上，彈墊作用在平墊上的面積就是彈墊受力側(cè)的面積，實際直接著力于觸頭上的面積即是彈墊受力側(cè)的面積，即為有效載流面積，其有效載流截面積更小。
以M12普通螺栓為例，螺帽的受力側(cè)的面積為140mm2，彈墊受力側(cè)的面積為130mm2。這是按照觸頭螺孔徑13mm計算出來的，若現(xiàn)場加工不精確使螺孔不規(guī)則，其有效載流面積將更小。若用M12螺栓連接150mm2電纜接線端，則形成的觸頭小于電纜截面積，當大電流通過該觸頭時，由于截面積小、電流密度大而極易造成觸頭過熱而引發(fā)事故。就是小電流流過期，此類電氣觸頭發(fā)熱量大，增加線損，很不經(jīng)濟。再如，以4個M12普通螺栓緊固80×8母排，觸頭的有效載流面積為4×130mm2＝520mm2，明顯小于母排的載流面積640mm2。
2)普通螺栓在緊固電氣觸頭時，連接處實際真正有效壓力面積不夠。
普通螺栓在緊固電氣觸頭時，由于其緊固力作用面積小，其緊固力作用在觸頭導體上總的壓力不夠，電氣觸頭處輕易出現(xiàn)因緊固力不夠而變形松動，在運行過程中由于熱脹冷縮的作用這種變形會加劇，如遇短路電流的沖擊，動穩(wěn)定遭破壞，松動的結(jié)果必然是造成過熱，如用螺帽加裝彈墊防松動，若彈墊質(zhì)硬受壓后易斷，若質(zhì)軟，受壓后不能起到防止螺帽松動作用。
3)普通螺栓在緊固觸頭時，觸頭輕易疲憊和腐蝕。
由于普通螺栓緊固的觸頭存在有效載流面積不足和實際有效壓力面積不夠的題目，因此按所連設備的額定負荷運行時其溫升將明顯升高，且在流過短路電流時可能不滿足熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的要求，因此在重負荷或遭受短路電流后觸頭易氧化和引起材質(zhì)疲憊，接觸電阻增加進而不斷惡化而形成惡性循環(huán)。
因此，普通螺栓緊固的電氣觸頭易發(fā)生過熱的題目。
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可解決電氣觸頭過熱的專利緊固件 依據(jù)解決電氣觸頭不過熱的四大原則研究制造的專利緊固件（專利號ZL01214234.4），是針對普通螺栓緊固電氣觸頭時存在的題目，對緊固件進行了優(yōu)化設計、特殊加工而生產(chǎn)的，致力于全面、徹底、一次性解決電氣觸頭過熱題目。
與普通螺栓相比專利緊固件作了以下優(yōu)化技術(shù)設計，從而具有了以下明顯的優(yōu)點。
1)加大螺栓頭及螺帽受力側(cè)面積，增大了觸頭的有效載流面積。
電氣觸頭的有效載流面積應大于所連接的導體或設備的載流面積，廣州市駿凱電子科技有限公司才能使該導電回路達到設計的運行要求，否則會限制該回路設備的通流能力。專利緊固件加大了螺帽的外徑，螺栓頭及螺帽的截面積的大小設計應遵循大于緊固電氣觸頭導體的最大載流截面積。專利緊固件加大了螺栓頭及螺帽的受力側(cè)面積，當緊固觸頭時受到緊固力的電氣觸頭的有效載流面積大大增加，且在有短路電流流過期，電氣觸頭的熱穩(wěn)定性就能很好。
以M12專利緊固件為例，加大后的螺帽的受力側(cè)的面積為398mm2，是普通螺栓的2.84倍。若用M12螺栓連接150mm2電纜接線端，則形成的觸頭有效載流面積為398mm2，大大超過所連接的電纜的截面積。若以4個M12專利緊固件緊固80×8母排，觸頭的有效載流面積為4×398mm2＝1592mm2，遠遠超過母排的載流面積640mm2，可以防止觸頭有效載流面積不夠而造成的過熱題目。表1是專利緊固件與普通螺栓有效載流面積的比較，從表中可看出專利緊固件在載流面積上明顯的增大。
2)對螺栓頭及螺帽受力面作了微小的內(nèi)凹式處理，其受力面不是一個平面，而是由中心向外沿有一定傾斜度，并使用普通螺帽代替彈墊作防松動件。當用專利緊固件緊固觸頭時，螺帽外沿側(cè)先受力，中心受力相對小于外側(cè)，這種給到電氣觸頭的預壓力能有效地解決在運行過程中由于熱膨脹的因素使觸頭發(fā)生形變的題目，增加了觸頭的抗疲憊能力，特別是遇短路電流的沖擊，動穩(wěn)定不會遭到破壞，因此采用內(nèi)凹式處理過的專利緊固件可以使觸頭運行過程中保持持久壓力，有效避免了在運行過程中因觸頭松動而引起的過熱事故，也不用定期停電緊固觸頭的狀況。
3)加厚了螺帽，在緊固時要用比普通螺栓更大尺寸的扳手等緊固工具緊固，從而加大了安裝的緊固力和觸頭導體受到的壓力，減小了接觸電阻，進步了觸頭的動穩(wěn)定性，增強了電氣觸頭的抗疲憊能力。
綜上所述，專利緊固件牢牢結(jié)合電氣觸頭不過熱的四大原則，有針對性地進行優(yōu)化技術(shù)改進，增大了電氣觸頭的有效載流面積和壓力，采用內(nèi)凹式螺帽，既維持壓力，又增強了電氣觸頭的抗疲憊能力，兩方面的改進減小了接觸電阻，減小觸頭運行時的溫升而緩解了觸頭的腐蝕，解決了普通螺栓緊固的觸頭在運行時存在的所有題目。
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試驗及實際運行情況
4.1
電氣觸頭溫升試驗 對專利緊固件與普通螺栓緊固的電氣觸頭作了溫升對比試驗，如圖1所示，用相同規(guī)格的專利緊固件A與普通螺栓B連接的鋁排制作的兩個電氣觸頭串在一起，通過一定的電流以模擬實際電氣觸頭的運行情況，兩個電氣觸頭都處于同樣的環(huán)境溫度和散熱條件，丈量通流一段時間后，兩個電氣觸頭處的溫度變化情況。為防止兩個電氣觸頭發(fā)熱后熱量傳遞影響試驗結(jié)果，將被試件置于油介質(zhì)中。
將A與B交換位置分別試驗，用數(shù)字式
紅外線測溫儀丈量結(jié)果如表2所示（環(huán)境溫度為29℃）。
試驗結(jié)果：專利產(chǎn)品的溫升明顯低于普通螺栓的溫升。
4.2
實際運行情況 該專利緊固件已在成都電業(yè)局青白江供電局使用三年多，主要應用于原來用普通螺栓緊固經(jīng)常出現(xiàn)過熱題目而多次處理尚未解決的電氣觸頭，用專利緊固件替換后未出現(xiàn)一例過熱題目，得到使用單位的一致好評。
5結(jié)論
電氣觸頭過熱題目一直困擾電力運行部分，影響電力供電的可靠性和系統(tǒng)的安全運行，解決電氣觸頭過熱題目是供電部分的一大宿愿。綜上所述，專利緊固件牢牢結(jié)合電氣觸頭不過熱的四大原則，有針對性地進行優(yōu)化技術(shù)改進，增大了電氣觸頭的有效載流面積和壓力，采用內(nèi)凹式螺帽，既維持壓力，又增強了電氣觸頭的抗疲憊能力，兩方面的改進減小了接觸電阻，減小觸頭運行時的溫升而緩解了觸頭的腐蝕，解決了普通螺栓緊固的觸頭在運行時存在的所有題目。這樣就能有效避免電氣觸頭過熱及其引起的事故和供電中斷，進步了供電的可靠性和系統(tǒng)運行的安全性。廣州市駿凱電子科技有限公司固然生產(chǎn)專利緊固件所需的本錢相對普通螺栓而言增加了一些，但是其帶來的運行維護用度和事故停電造成損失大大減少。
試驗測試和實際運行表明，該專利緊固件能有效避免普通螺栓緊固電氣觸頭出現(xiàn)的過熱題目，對進步電氣設備的安全經(jīng)濟運行有很大的作用，可在電力系統(tǒng)大力推廣使用
業(yè)務：