接触电阻基本知识问答

接触电阻基本知识问答（共3篇）

篇1：接触电阻基本知识问答

减小电气设备接触电阻的意义和方法论文

1、概述

电力网是由若干个电气设备组合构成的，这就产生了电气设备之间的相互连接问题。受诸多因素的影响，在电气设备相互接触处的表面覆盖着一层由气体薄膜、氧化物、硫化物或触头材料与周围介质反应后的生成物等构成的薄膜状物质，这些物质本身亦属于导体，但其导电性能较差。如果不有效地去除这些物质的影响，势必在设备连接处存在接触电阻，如果此接触电阻超出一定的数值，就会严重降低设备的载流能力，同时还会在电气设备连接处产生不允许的热效应，直至产生障碍及事故。有效地降低电力设备连接处的接触电阻，使之在可控、在控状态下运行，是电力生产部门的常设性工作之一。现将电气设备接触电阻的`存在机制及降低接触电阻的方法简介如下，请同行斧正。

2、电气设备接触电阻的存在机制

由于运行条件的限制，电气设备经常暴露于空气中，氧化及大气污染所产生的电化效应是使设备接触电阻增大的关键因素。电气设备的连接一般采用铜、铝等金属材料，其氧化物比它本身的电阻大几百倍，实验表明，在40*40mm的纯铝接触面上，如果存在50埃厚的氧化铝薄膜，在保持足够大的接触压力，其薄膜已处于临界变形状态，其接触电阻达到数千个微欧级; 在绝缘油中运行的电气设备触头，受绝缘油老化及其他形式的影响，在触头表面会出现由物理、化学等诸多因素产生的污染薄膜，这种薄膜一旦形成，就会不断地使别的接触点丧失载流能力，接触电阻开始缓慢地增加，一旦接触点减少到某一临界值，其温升就会超过设备的允许值，进一步引起接触面的氧化，从而使接触电阻急剧上升，造成恶性循环; 受大气污染的影响，我国不同程度地受到酸雨的危害，研究及资料显示，酸雨与铜接触后，会生成氧化铜、氧化亚铜、硫化铜、硫化亚铜、硫酸铜等化学物质，它不但使接触处的接触电阻增大，同时还会进一步腐蚀接触面，产生连锁反应。现分别对接触面通过长期工作的负荷电流及短路电流时，接触电阻对接触面的影响情况简介如下:

2.1 通过长期工作负荷电流的情况

由于存在媒质的散热因素，在一面散热一面吸热的情况下，其温度上升曲线如图1所示: 起初因温差小，散热少，从而造成温度上升较快; 随着温差的进一步增大，散热增多，吸热相对减少，因而温度上升较缓，当温差增大到单位时间内的发热等于单位时间的散热，达到热平衡状态时，温度达到一稳定值QF。经验及资料显示，接触点的温升可以近似用下式估算:

2.2 通过短路电流时的情况

由于短路电流的时间很短（其时间为继电保护动作时间加上断路器动作时间，一般为0.7秒左右），导体所发热量来不及向周围介质散发，其热量全部集中于接触点上，造成接触点的温度呈几何级数急剧上升，如图2所示，如果此值大于设备接触处材料的短时发热温度，接触点将发生不可逆的损坏过程。以铝――铝对接为例，当设备连接处产生200℃以上的高温时，将发生溶焊等事故。

3、解决措施

3.1 防止氧化膜的产生，采用在铜触头镀银或锡等抗氧化性较强的金属，以降低接触电阻。铝导线的连接，优先采用爆炸压接等先进手段，杜绝氧化层的再产生。

3.2 及时清除接触处的氧化层，避免氧化层的再产生。由于铝在常温下的氧化时间极短，所以在进行铝制导线的连接时，在清除其氧化层后，迅速在表面涂抹中性凡士林，以隔绝氧气，防止氧化层的再产生。

3.3 在选择开关类等设备时，尽量采用使动静触头的接触面产生相对运动的设备，以便于在触头运动时，产生剪切或滑动运行，使氧化膜破裂。

3.4 采用足够大的接触压力，使氧化膜处于临界变形状态，在氧化膜上产生裂缝和隧道效应，但必须适度，否则容易产生永久变形。

3.5 尽量创造条件，使酸雨等物质不能直接接触接触面，如采用在设备接触表面覆盖热缩材料，涂抹中性凡士林等憎水性能较强的物质，使之不能直接接触，从而避免酸雨的侵蚀。

3.6 采用物理监控手段，及时对接触处的温升作出判断。如采用热标志元件、示温涂料等，来判断接触处的温升情况。但存在着譬如不了解与周围温度的差别，不能与所通电流相比较，长期使用会变色脱落，不易发现初期小的过热，较小的温差，受环境温度影响较大等缺点，为弥补热标志元件的不足，在有条件的地方发展带电测温、远红外成像测温等在线监控手段，以及时发现设备接触处温升的微小变化。

4、 结束语

及时了解电气设备接触处的接触电阻，因地制宜地采取有效措施，使之在可控、在控、可允许范围内运行，是确保电气设备安全经济运行的重要内容之一，是电气工作者所应具备的常设工作。

篇2：接触电阻基本知识问答

1 触头系统结构设计

触头系统的结构如图1所示, 采用双断点的桥式结构, 由于在回路中增加了一个断点, 可以提高切换负载的功率, 这是双断点接触的优点, 但同时为了保证双断点触头系统接触压力的平衡, 对零部件的制造精度提出了更高的要求。

1—推杆2-动触头3-静触头4-接线端

其基本的工作过程是线圈加电时, 来自电磁系统产生的电磁力通过推杆, 带动动触头与静触头闭合, 去电时靠复位弹簧使动静触头分开。

设计的目标值是接触电阻小于或等于0.3 mΩ, 接线端稳定温升小于或等于70 K。在工程上常用以下经验公式计算接触电阻:

式中, k为与触点材料的物理化学性质以及接触表面状况有关的系数, 铜-铜点和面接触范围 (0.08~0.14) ×10-3;m为与接触形式、压力范围和实际接触面的数目等因数有关的指数。实验表明, 在压力不是太大的范围内, 对于面接触m=1;p为触点终压力 (千克力) 。

电磁系统提供的推力为11.5 N, 对双断点模型, 压力分解到每一个触点后串联, 将数据代入式 (1) , k取0.08×10-3, 可得接触电阻理论计算值为0.278 mΩ。

影响接触电阻的因素: (1) 接触压力。接触压力是影响接触电阻值的主要因素之一, 显然增加接触压力就会减少接触电阻, 从而减少接触电阻的发热, 提高触点的抗熔焊能力, 但增加接触压力会使电磁系统的尺寸增加, 所以要综合考虑设计参数。 (2) 触头材料。动静触头均采用铜材料, 铜的导电性能和传热性能均较好, 且价格便宜。缺点是在空气中易氧化, 生成导电性差的氧化物。本产品设计的是接触系统密封, 解决了易氧化的问题, 是可以选择的。 (3) 触点结构。采用双断点的结构, 接触形式是面-面接触, 可减少接触电阻。 (4) 周围环境、密封结构及工艺。将接触系统密封是通过将其抽真空或填充气体, 这样可以防止周围大气条件对触头的污染, 从而大大降低了接触电阻和稳定了触头的温升, 同时提高产品耐各种恶劣环境的能力。

2 仿真分析过程

主要是验证目标值和实测值时, 接触部件温度的分布运用ansys workbench 12.0软件进行瞬态热分析, 稳态时间是1 h, 分别分析接触电阻0.3 mΩ和1 mΩ时的接触部件的温度分布。

产品的温度范围:-55~85℃, 对于温度分布, 设计的主要目的是控制温升, 如高温极限值时满足要求, 可认为在温度范围内满足要求。故初始温度和环境温度设置为85℃

2.1 模型的建立

首先从workbench的工具栏的分析系统中选择瞬态热分析模块, 建立分析任务, 然后将在pro/e中建立好模型, 通过几何体导入。接下来进行材料的定义, 模型涉及的材料有触点用铜、陶瓷、可伐合金, 需要分别设置材料的密度、热导率、比热容三个参数, 将这三种材料的三个物理常数分别定义到零件。下一步进行接触设置, 采用默认设置, 再下来是网格划分, ansys 12.0在求解开始时会自动生成默认的网格。可以通过预览网格, 检查有限元模型是否满足要求, 细密的网格可以使结果更精确, 但是会增加CPU计算时间和需要更大的存储空间, 因此需要权衡计算成本和网格划分份数之间的矛盾。本划分采用默认设置可以满足要求, 完成上述步骤就建立了完整的模型。

2.2 热载荷

热载荷主要来源于导体和接触电阻的电阻发热, 将额定状态的电阻发热作为热源, 用内部热生成进行设置。过程是要选择等效发热体, 设置生热速率。

2.3 热边界条件

根据传热机理的不同, 传热的基本方式有热传导、对流和辐射三种。

热传导是当物体的内部或两个直接接触的物体之间存在着温度差异时, 物体各部分之间不发生相对位移时, 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而发生的热量传递。设置了热导率后, 系统会自行运算。

对流是指由于流体的宏观运动, 从而使流体之间发生相对位移, 冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。在实际操作中, 需要选择对流面和设置对流系数。

热辐射是热源发出辐射能的现象, 热辐射不需要介质, 但需要设置物体的吸收率, 理想物体的吸收率为1, 工程中通常用玻尔兹曼定律计算。

2.4 分析的过程和结果

在完成上述基本设置后, 就可以进行下一步, 求解设置中将瞬态稳定时间设置为3 600 s。再在求解中依次选择选项插入及热、温度求解结果, 得到的不同接触电阻的温度分布云图如图2所示。

从图2中可以看出, 两种接触电阻的最高温度都分布在动静触头的接触部位。在接触电阻为0.3 mΩ时, 不同部位的最大温度差为134.03-116.26=17.77℃, 此时的最大温升用最高温度减去环境温度 (85℃) , 134.03-85=49.03 K, 小于70 K, 在合格范围内。同样的, 在接触电阻为1 mΩ时, 不同部位的最大温度差为244.78-186.78=58℃, 此时的最大温升244.78-85=159.78 K, 大于70 K, 是不合格的, 过高的温升会使接触器在短时间内迅速的失效, 通过不同接触电阻时的温度分布仿真, 可以得到不同部位温升的量化值。

实际测量值比仿真结果略低, 误差来源一是材质的均匀性, 二是热对流边界面默认设定为绝热, 工程材料非绝热材料, 存在误差, 获取误差的经验数据有助于准确解读仿真结果, 并优化设计。

3 结语

篇3：GIS组合电器设备接触电阻测量

1.引言

目前，随着全球电力系统自身的发展以及对系统运行可靠性要求的日益提高，GIS技术必将成为高压电器的发展主流。但GIS设备在运输过程中，有可能出现机械损伤、腐蚀等现象;在现场安装过程中可能出现接触不好、遗失部件、刮伤金属表面等情况，因此GIS设备安装完毕后，在元件调试之前应测量主回路电阻，以检查主回路中的联结和触头接触情况，及时发现和处理GIS设备存在的缺陷和隐患，以确保运行安全。

2.现状调查

现场试验是检查GIS装置在运输、储存和安装过程中是否出现异常现象行之有效的检测方法，是出厂试验无法替代的。GIS的出厂试验是在每一间隔上进行的，以检验加工过程中是否存在缺陷;但现场试验不具备出厂时的条件，GIS设备的生产厂家不同，出厂标准也不相同，而国家标准中只规定了与出厂试验值相比较，测量结果不应超过产品技术条件规定值的1.2倍为合格。又由于不同厂家的设备结构不同，试验方法也需要改变，为了保证设备试验项目完整，试验质量可靠，必须首先了解设备结构特点，有针对性地制定试验对策。

3.GIS设备回路电阻测量

3.1.对GIS接地开关导电杆与外壳绝缘的并且由很多单元组成的成组型GIS设备。下面以典型的66kV ZF6-72.5型GIS装置为例，整组接线示意图如图1所示：

这是某个变电站的66kVGIS设备连接简图，现场设备已全部安装完毕，已无法测得与出厂数据部位一致的直流接触电阻。只能依靠打开与外引接地点a1、b1、c1......a20、b20、c20间的接地连接板后，通过外引接地点来测量每个单元主要元件间隔内的电阻。如断路器间隔的电阻需要通过Ra1-Rb1外引接地点来测量，这些值可以根据主要元器件的直流电阻值和三相之间互相横向比较，没有太大差别即认为合格。除了测量每个单元主要元件间隔内的电阻外，还要检查66kV主母线内的每一点的接触电阻情况，这要通过测量相邻间隔内的接触电阻（如Ra1-Ra2间隔）来判断接触是否良好;为了以后检修试验方便，还需要测量每个单元（如Ra-Rc1）及Ⅰ母、Ⅱ母的全回路电阻，一般微欧仪引线不能满足长母线的长度要求，这时我们采取如下措施：将母线分成几段来测量（测量Ⅰ母时，要把与Ⅱ母线相连的刀闸全部断开，同样测量Ⅱ母时，要把与Ⅰ母线相连的刀闸全部断开），只要测得的总和不超过出厂值的1.2倍即可，测量部位及数据如表1所示。

表1

被测间隔名称 实测数据报告

断路器间隔内的回路电阻值（μΩ） Ra1-Rb1

≤290 Ra2-

Rb2≤290 —— Ra20-

Rb20≤290

每个单元间隔的全回路电阻值（μΩ） Ra1-Rc1

≤350 Ra2-

Rc2≤350 —— Ra20-

Rc20≤350

Ⅱ母相邻间隔内的回路电阻值（μΩ） Ra1-Ra2

≤180 Ra2-

Ra3≤180 Ra19-

Ra20≤180 ——

Ⅰ母相邻间隔内的回路电阻值（μΩ） Ra1-Ra2

≤240 Ra3-Ra3≤240 Ra19-

Ra20≤240 ——

Ⅱ母線的全回路电阻值（μΩ） Ra1-

Ra20≤970

（出厂值） Ra1-Ra10≤485  （实测值） Ra10-Ra20≤485 （实测值）

Ⅰ母线的全回路电阻值（μΩ） Ra1-

Ra20≤1020

（出厂值） Ra1-Ra10≤510  （实测值） Ra10-Ra20≤510 （实测值）

因此，针对由很多单元组成的成组型且接地点结构与外壳绝缘的GIS设备，需要采用辅助测量法，可打开接地点与外壳之间的连接引线，利用回路上的两组接地开关的导电杆关合到被测量回路，依靠外引接地点来辅助测得内部回路接触电阻。不仅要测量本单元间隔内的接触电阻，主要部件如开关、刀闸的接触电阻，还要通过外引接地点来测量相邻间隔内及母线的全回路的接触电阻值，以保证金属筒内所有部件连接良好，可以根据出厂值和三相之间互相横向比较，没有太大差别或不超过出厂值20%的情况下即认为合格。仪器测试引线长度不够时，可分段测量，以保证金属筒内所有部件连接良好，为今后的检修工作提供可靠数据来源。

3.2对接地点结构是直接接地的GIS设备。对接地开关导电杆无法与外壳绝缘的GIS设备，可采用从进线套管处测得全回路的接触电阻;对于断路器等主要部件的接触电阻，可采用间接法并通过计算的方法得到接触电阻值。可先测量断路器电阻R与外壳R1的并联电阻R0值和外壳直流电阻R1值，依据公式求得断路器回路电阻R= R0 R1/（R1-R0）。

3.3回路电阻阻值超标时的处理方法。一般回路电阻大主要是各接头处接触不良造成的。为便于确定具体故障，分段、分区间测量，然后打开相关开关、刀闸的手孔盖，分别抽取两点电压来测量电阻，当被测回路各相长度相同时，测量的各项数据应接近。同时将现场实测数据与厂家技术标准及出厂数据进行比较并分析判断。

4.结语