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金属的电化腐蚀与铜铝导体的连接

Update: 2015-05-03 14:42:38  Clicks: 1497

      电力线路的功能是传输和分配电能,常用的架空线分铜导线、铝导线、钢芯铝线(电缆分铜芯、铝芯电缆)等。由于铝的资源比较丰富,价格又比较便宜,其比重小(铝为2.7t/m3,铜为8.89t/m3),在运输和敷设上比较便利,所以以往除特殊要求和超高压电缆使用铜芯电缆之外,多采用铝导线和铝芯电缆,母线也多采用铝母线。但是,由于铜导体具有导电性好,除纯银外,铜的电导率最高,铝的电导率仅为铜的62%。铜的机械强度大而且有较高的抗腐蚀性,宜于加工焊接等优点,所以随着城市电力网的迅速发展,主干线路所带负荷越来越大,铜母线和铜芯电缆便越来越受到青睐,这就不可避免地出现了铜、铝导体的频繁连接问题。

      由于铜、铝导体的连接有个电化腐蚀问题,因此必须先弄清楚什么是金属的电化腐蚀。

1.金属的电化腐蚀及其铜、铝导体的连接 

当铜、铝导体直接连接时,这两种金属的接触面在空气中水分、二氧化碳和其他杂质的作用下极易形成电解液,从而形成的以铝为负极、铜为正极的原电池,使铝产生电化腐蚀,造成铜、铝连接处的接触电阻增大。另外,由于铜、铝的弹性模量和热膨胀系数相差很大,在运行中经多次冷热循环(通电与断电)后,会使接触点处产生较大的间隙而影响接触,也增大了接触电阻。接触电阻的增大,运行中就会引起温度升高。高温下腐蚀氧化就会加剧,产生恶性循环,使连接质量进一步恶化,最后导致接触点温度过高甚至会发生冒烟、烧毁等事故。   因此,在全国进行大规模的城网建设与改造工程中,铜、铝导体的连接,确实是一个应该十分重视的问题。了解金属腐蚀的原理,掌握防护的方法,具有十分重要的现实意义。

2.铜、铝导体连接时应采取的防护措施 

《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中明确规定:母线与母线、母线与分支线、母线与电气接线端子搭接时,其搭接面的处理应符合下列要求:
(1)铜与铜:在室外,高温且潮湿或对母线有腐蚀气体的室内,必须搪锡;在干燥的室内可以直接连接。

(2)铝与铝:直接连接。
(3)铜与铝:在干燥的室内,铜导体应搪锡。室外或空气相对湿度接近100%的室内,应采用铜铝过渡板,铜端应搪锡。与此相应,铜电缆与铝电缆连接时可采用铜铝连接管,铜电缆和铝导线连接时可采用铜铝端子,铜端应搪锡等等。
      以上对母线及导体连接时,根据不同材质和使用环境对其搭接面的处理作出的规定,就是为了预防连接处金属的电化腐蚀,降低接头处的接触电阻,确保接头接触良好,减少接头发热。

      为防止金属腐蚀,可以在其表面刷漆,但作为导体的接触面是不能油漆的。实践证明在金属的接触面上除去氧化层后,镀一层锡可以使接触电阻稳定。为什么要在铜端搪锡呢?这是因为:其一,铝导体由于在极短的时间内就氧化,无法手工搪锡;其二,锡的标准电极电位为-0.14V。在铜端搪锡后,铜铝导体的搭接处主要是铝和锡接触,这两者间的电位差比铜与铝连接时的电位差小得多,有效地防止了连接处铝导体的电化腐蚀问题。
      尽管在铜导体端搪锡,能缓解电化学腐蚀的进程,但特别潮湿、高温或有腐蚀性气体存在的地方,大量的水分容易进入接触面,加速了电化腐蚀作用。因此,在特别潮湿的室内,铜铝连接时应采用铜铝过渡板或铜铝端子。

      此外,为缓解金属的腐蚀和电化腐蚀,在母线与母线、母线与分支线、母线与电气接线端子连接处的接触面和断路器的触头上,相同和不同金属材质导体连接处除去金属氧化层后,可在接触面上涂一层0.2mm厚的导电膏(电力复合脂),以降低连接处的接触电阻,减少接头发热。

      电力脂无毒、无臭、无污染、不霉变,在200℃高温下不滴漏,在-60℃下不凝固,不氧化,有较好的化学稳定性能。电力脂并不是导电率很高的涂敷膏,相反,它的电阻率很大,这是因为它是金属粉末和有机油脂搅拌而成的一种糊状膏体。涂上电力脂后就可以填补接触面处在显微镜下可观察到的大量空隙,使接触面由少量的点接触改为面接触,并在电磁场的作用下形成更多的导电隧道,即隧道效应。这样既极大地改善了接触面的导电性能,又油封了空气中的氧气、水分和杂质的浸入,从而使导体的连接点在长期的运行中能保持良好的导电性能,使接触电阻不会升高,保证了电路的长期安全运行。