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【IBE】为什么断路器和接触器的端子会变色?

来源:米乐体育赛事    发布时间:2023-10-17 19:44:41

  的端子,在现场使用或储存一段时间后会出现变黄变暗的现象,如图1所示 ,左边为全新光亮的端子,右边为变黄发暗的端子。客户想知道产品运行时会不会有隐患,该如何解释这种现象。

  为了解答这些疑问,我们第一步得从低压电器端子的镀层说起,在GB 14048.1-2012低压开关设备和控制设备 第1部分:总则的表2 端子的温升极限中,能够正常的看到对于断路器、隔离开关、接触器等低压电器端子的表面解决方法,可以再一次进行选择镀银、镀锡、镀镍或裸铜,而且不同镀层对应的温升极限允许值也不一样。例如镀银端子的温升极限允许值是70K,镀锡端子65K,裸铜端子60K。关于温升极限值的解释和实际意义可以借鉴之前的文章:从温升的角度谈低压柜降容(一):温升的基本概念。

  金属材料在空气中由于电化学腐蚀作用,在表面会形成各种金属氧化膜(如氧化膜、硫化膜)。如果是在潮湿的空气中,在电解质的作用下,不同金属间发生的电化学腐蚀也会在接触面形成锈蚀物,这些氧化膜和锈蚀物都是造成搭接面接触电阻增大的原因。

  对于断路器、接触器等低压电器产品来说,金属的氧化物是主要成分,金属氧化物多半是半导体,其电阻率很高,导致接触电阻增加、搭接面温升上升。常见的几种金属氧化物的电阻率见下表4.3。

  从上表中我们大家可以看到,氧化银的电阻率相对其他金属氧化层低很多,所以在不含硫的环境中铜端子镀银能够保证很低的接触电阻。铜在温度400℃以内会生成氧化亚铜,其电阻率很高,如果是纯铜,在环温20℃的时候其电阻率只有0.0175*10^(-6) Ω.m。所以对于裸铜端子或裸铜排,在与铜母排搭接前最好擦拭光亮,以清除表面的氧化层。

  由于裸铜容易随时间和温度的增加发生显著的劣变,所以对低压断路器、接触器等产品的接线端子,为了能够更好的保证更低的接触电阻和保证接触电阻的稳定性,一般都会采用铜端子镀银、镀锡或镀镍的方式。

  在GB/T 25840-2010规定电气设备部件(特别是接线端子)允许温升的导则中,举例说明了裸铜、镀镍铜、镀锡铜和镀银铜连接在接触压力10N和暴露在周围空气中1000h后的接触电阻值,结果如下表3:

  从表3中可看出,铜镀锡或铜镀银优点明显,铜镀镍更适用于铜镀银无法适用的环境(比如含硫气体多的场合)。

  铜镀镍适合于腐蚀气体或高温中的连接,经常用于发电站或铁路运输设施。对于铜镀镍,如果温升保持在规定极限内,其接触电阻和触头寿命与银触头相当,但是由于镍的氧化层很硬,所以铜镀镍的螺钉紧固力矩值要提高。

  铜镀锡和铝镀锡是优先用于低压的材料。锡的硬度低,具有低的接触电阻,但它不能用于经常断开和接通的触头,这样会损害锡镀层。当锡的温度超过105℃应格外的注意,特别是当镀锡触头与镀银触头配对时,因为在此温度之上会出现蠕变现象。

  银是优良的镀层材料,除了在含硫环境不推荐使用外,在其他场合使用时其老化速度缓慢,接触电阻稳定性高。银在空气中也不易氧化,但当大气中有臭氧存在时,银的表面会生成氧化银,但其电阻率很低,氧化银易于清除,并且在200℃时会分解,对接触导电没什么影响。

  但如果镀银端子暴露在含有硫化氢H2S的环境中,或即使H2S和SO2的含量极低的大气中,其表面容易生成硫化银Ag2S绝缘暗膜(见下表4),硫化银电阻率很大,室温下为10^5~10^10Ω.m,几乎相当于绝缘体,导电性能很差,会造成导通不可靠和连接处过热故障,所以在含硫环境中一般不使用镀银的端子,而是采用镀锡或镀镍端子。

  硫化银Ag2S的的生成速度取决于环境的温度、涅度、含硫气体的浓度等因素。试验数据表明温度越高、湿度越大、含硫气体浓度越高,生成的硫化银厚度越厚,颜色也越深。

  污水处理厂、火电厂等含硫气体多的场合,如果端子或铜排采用镀银工艺,长时间后端子或铜排表面会看到明显的变色。

  镀银端子表面的颜色深浅其实与硫化银Ag2S厚度有关,通过表5可以大致看出二者之间的关系,所以文章开头端子颜色发黄的真实原因是:端子的表面镀银,银层与空气的含硫气体(即使是微量)长时间作用形成暗黄色的硫化银。

  镀银端子硫化变色之后会影响产品正常使用么?其实分两种情况,第一种情况,如果因为长期储存导致端子表明产生了硫化层,那么在端子与铜排搭接之前,需要用擦银布擦拭端子表面的氧化层和硫化层,再与铜排搭接,以保证低的接触电阻,避免温升过高。

  第二种情况,全新的镀银端子与母排搭接完,在现场运行一段时间后,出现发黄变暗的现象,此时不需要过多的担心搭接面存在硫化氧化,因为一旦螺栓紧固到位,实际上铜排与端子的搭接面上无硫化氧化痕迹,所以不需要过多的担心接触电阻上升导致端子过热。虽然端子与铜排搭接的外侧已经变色,但是搭接面仍就保持原有的光亮,且无过热的迹象。

  如果在现场看到断路器、接触器的端子运行很长一段时间后颜色就没有改变,需要首先确认下端子是不是镀锡或镀镍,因为后两者的颜色几乎不会改变。

  可能有人会问,镀银端子在不含硫的环境中虽能保持更低的接触电阻,但在含硫环境或日常大气中的外观表现不如镀镍和镀锡,况且镀银的成本还高,为何端子不直接采用镀锡和镀镍呢?这样既省成本又避免变色带来的麻烦,但事实真的是你想象的那样吗?我们留到下一个话题……

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