电力复合脂的导电原理及使用

2014-07-05吕伟

电力安全技术 2014年8期

关键词：涂敷势垒导电性

吕伟

（国网山东省电力公司济南供电公司，山东济南 250012）

0 引言

2种同材质或不同材质的导体连接，会不同程度地存在接触电阻。影响其接触电阻值大小的因素有材料性能、材质、导体截面积、接触面的清洁程度以及压接面所承受的压力等。

一般情况下，可有效降低接触电阻的办法有以下2种：

(1)在导体表面搪锡或镀银；

(2)在导电接触面涂敷工业凡士林。

搪锡或镀银虽然能较好地降低2导体接触面间的接触电阻，但施工工艺复杂，不适宜现场作业。涂敷工业凡士林只能短时间隔绝导体表面与空气，减缓导体表面氧化膜的生成，而不能起到长期保护的作用。

综合考虑这2种常用降阻措施的优点与缺点，目前在现场作业中多采用涂敷电力复合脂来代替工业凡士林的方法，即将电力复合脂直接涂敷在导体的接触面上，以填充满2导体间的接触面，起到“油封”作用，隔绝导体面与空气的直接接触。

1 接触电阻的产生原因及危害

暴露在空气中的金属材料，如铝、铜等，表面会生成一层氧化膜，如三氧化二铝、氧化铜等。由于氧化物的导电性能极差，电阻率高(可达1×107～1×1010Ωm)，将大大增加金属导体间接触面的无机膜接触电阻(简称膜电阻)。导体及其氧化物的电阻率如表1所示。

表1 导体及其氧化物的电阻率 Ωm

此外，通过在显微镜下观察可知，看似光滑的导体表面其实并不平整，2导体的接触面上存在许多坑洼；其接触也并非面接触，而是点接触。当电流流过导体接触面时，电流会向这些接触点聚拢，使得导电通道逐渐变窄。从宏观上看，导体接触面导电性能被削弱，相当于增加了2个导体接触面之间的电阻，这一电阻即为束流电阻(见图1)。

图1 束流电阻形成原理

导电体接触面的膜电阻Rm和束流电阻Rs之和构成了接触电阻Rj，如式(1)所示：

其中：F为接触面间接的接触压力；n为与接触形式(点、线、面接触)、压力范围、触面上接触点数以及触点分布情况有关的指数；K为与接触的材料、表面状况、接触方式有关的系数。

接触电阻过大的危害有很多。随着接触电阻的增大，其电能损耗也会增大。输配电系统中存在大量大电流接触性导电接触面，比如断路器断口、隔离开关断口、输电线路搭接部分、母线与设备连接部位等。单只设备断口的损耗并不多，但由于电网中此类设备数目庞大，设备的累计能耗巨大。

以某供电公司为例，其220 kV，110 kV，35 kV及以下断路器分别约有200，400，3 000台，隔离开关分别约有600，1 600，4 000台。据粗略估算，依照母线的平均负荷水平，220 kV设备额定电流约1 600 A，110 kV设备额定电流约800 A。按照试验测量，导电面被氧化设备接触面处压降约为20～40 mV。按照年开机时间为8 000 h，设备投运率λ为65 %计算，全年损耗电量约为768 kWh。

其次，接触电阻增大，也必然造成连接处发热，损伤导电接触面。

2 电力复合脂的性能及导电原理

2.1 电力复合脂的性能

电力复合脂又称导电膏，是以矿物油、合成脂类油、硅油作为基础油，加入导电、抗氧、抗腐、抑弧等特殊添加剂，经研磨、分散、改性精制而成的糊状膏体。将其涂敷于导体接触面，可减少接触电阻，降低接头温升。同时，对连接点处也起到油封作用，从而减少空气和腐蚀性气体、尘埃、水分对导体的氧化和腐蚀，提高接触面的导电可靠性。导电膏无毒、无味、耐高温、滴点温度高(可达105 ℃)、抗氧化、抗潮湿、抗酸碱、耐电化腐蚀和化工气体腐蚀，具有高温不流淌、低温不龟裂、理化性能稳定等优良特性。

2.2 电力复合脂的导电原理

由于微观粒子具有波粒二象性，量子力学认为：由于电子的波动性，即使电子不具有足够的能量从势垒顶部翻越过势垒，它们仍然能够在势垒的一边消失，而在势垒的另一边出现，因而可以在相互靠近但并不接触的导电粒子之间进行传递，使体系导电。这种现象在量子力学上被称之为“隧道效应”。

试验证明：在2片金属间夹有极薄的绝缘层时（约几纳米），便形成了一个隧道节，在隧道节两端势能形成势垒V时，导体中有动能E的部分微粒子在E＜V的条件下，仍可以从绝缘层的一侧通过势垒而到达另一侧。

电力复合脂的主要成分是不导电的矿物油类，本身并不能导电，其导电原理正是利用了“隧道效应”所形成的隧穿电流来完成的。在显微镜下，可清楚看到：涂上导电膏后，接触面间的全部空隙均被导电膏填满，在“隧道效应”的作用下原本不接触、不导电的部位开始导电；从微观上看，导电面形成了许多网状通道，增加了导电截面间的“接触点”，扩大了实际有效导电面积，从而大大改善了搭接区域的导电状况。