低壓空氣斷路器在造紙廠發(fā)生過(guò)熱的淺析

趙勇，范志銘，劉陽(yáng)

(1.ABB(中國(guó))有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110025；2.新東北電氣集團(tuán)電器設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110025)

低壓空氣斷路器在造紙廠發(fā)生過(guò)熱的淺析

趙勇，范志銘，劉陽(yáng)

(1.ABB(中國(guó))有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110025；2.新東北電氣集團(tuán)電器設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110025)

分析了斷路器在惡劣環(huán)境中發(fā)生過(guò)熱的原因，并提出了定期保養(yǎng)，維護(hù)的概念。

低壓斷路器；端子過(guò)熱；斷路器的保養(yǎng)、維護(hù)；惡劣環(huán)境對(duì)斷路器的影響

1 引言

電力設(shè)備工作的穩(wěn)定性對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)有相當(dāng)重要的作用。

造紙行業(yè)對(duì)框架斷路器來(lái)說(shuō)就是一個(gè)怪圈：用在造紙行業(yè)的框架斷路器，不論是國(guó)際品牌還是國(guó)產(chǎn)的都不同程度地、莫名其妙地出現(xiàn)發(fā)熱燒壞問(wèn)題。

經(jīng)深入玖龍紙業(yè)、福建南平紙業(yè)、理文紙業(yè)、景興紙業(yè)、晨鳴紙業(yè)、廣紙等等紙廠調(diào)查，使用的3200A、4000A、6300A空氣斷路器，雖使用負(fù)荷類(lèi)似，但有的公司有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，有的公司卻沒(méi)有。

針對(duì)斷路器發(fā)熱現(xiàn)象的調(diào)查、比較、分析，并采取改善措施和提供專(zhuān)業(yè)的建議，對(duì)解決客戶(hù)發(fā)熱問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，具有重要意義。

下面以某國(guó)際知名品牌的低壓空氣斷路器為例，對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行淺析。

2 斷路器發(fā)熱的調(diào)查

有些客戶(hù)母排沒(méi)有按技術(shù)樣本要求，底板未開(kāi)通風(fēng)孔，造成開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)溫度較高。現(xiàn)場(chǎng)其他品牌開(kāi)關(guān)也現(xiàn)大量發(fā)熱燒壞現(xiàn)象；該品牌上一代的空氣斷路器燒壞，而其他工業(yè)客戶(hù)運(yùn)行十幾年斷路器，端子和觸頭還非常良好(如圖1和圖2對(duì)比)。

圖1

其他產(chǎn)品(如：軟起動(dòng)器和隔離開(kāi)關(guān))使用一段時(shí)間，出現(xiàn)軟起動(dòng)器控制屏按鍵不良，隔離開(kāi)關(guān)與熔絲的接觸位置出現(xiàn)溫度過(guò)高。

圖2

如表1，額定電流為6300A的斷路器水平后接線(xiàn)端子附件紅外測(cè)試數(shù)據(jù)(連接母排6*(100*10)和通風(fēng)正常，電流3800A左右)。

表1

圖3

過(guò)熱致使電流傳感器(CS)因過(guò)熱而破裂，開(kāi)關(guān)誤動(dòng)；開(kāi)關(guān)主觸點(diǎn)燒損。發(fā)熱致使開(kāi)關(guān)主接線(xiàn)端子、移動(dòng)部分夾頭燒壞(如圖4所示)。

圖4

在造紙行業(yè)，斷路器周?chē)鷱浡罅康幕瘜W(xué)物質(zhì)，對(duì)斷路器造成了一定程度的污染和腐蝕。圖5中柜門(mén)鉸鏈、斷路器的接地夾、固定部分和抽出部分之間夾頭、外置N線(xiàn)上的母排、抽出部分端子、觸點(diǎn)都明顯變黑。

圖5

3 接觸電阻及其影響因素

在電流的傳輸過(guò)程中，兩個(gè)表面上看接觸面應(yīng)該等于導(dǎo)線(xiàn)的截面面積。而實(shí)際上接觸面積要比宏觀上看到的接觸表面要小得多兩個(gè)導(dǎo)體真正相接觸的部分只是一定數(shù)量的點(diǎn)。由于材料表面的不平整，微觀的。

圖6

表面電阻：由于接觸表面膜層及其他污染物所構(gòu)成的膜層電阻。

從接觸表面狀態(tài)分析：表面污染膜可為較堅(jiān)實(shí)的薄膜層和較松散的雜質(zhì)污染層。造紙行業(yè)的斷路器端子、夾頭和主觸頭的接觸表面膜層主要物質(zhì)Ag2S、Ag2SO4。

由表2可以看出Ag2S的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ag、Ag2O的電阻率，它是導(dǎo)致斷路器接觸電阻增大的重要原因之一。

表2

由以上圖表說(shuō)明，當(dāng)斷路器相關(guān)的各個(gè)電氣連接部分的壓力、表面處理、接觸形式基本相同的情況下，發(fā)熱的原因就會(huì)集中到接觸表面的膜層上，尤其是高溫腐蝕氣體彌漫的環(huán)境中。

4 改善斷路器發(fā)熱措施

4.1 框架斷路器中的電接觸

根據(jù)在操作過(guò)程中接觸處是否存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可分為：

(1)固定接觸。

(2)可動(dòng)電接觸：可分接觸；滑動(dòng)及滾動(dòng)接觸。

對(duì)于斷路器來(lái)說(shuō)，電接觸主要有底座進(jìn)出線(xiàn)端子與母排之間固定接觸、本體與底座之間的滑動(dòng)接觸、本體內(nèi)動(dòng)靜主觸點(diǎn)的拍合接觸。

GB7251.1中8.2.1.3.4的溫升試驗(yàn)規(guī)定，要求用戶(hù)應(yīng)按斷路器廠家技術(shù)資料設(shè)計(jì)母排。因連接母排不僅導(dǎo)電作用，還有導(dǎo)熱作用(請(qǐng)參考下表格的母排尺寸和數(shù)量)同時(shí)，也關(guān)注銅排材質(zhì)，常用的銅母線(xiàn)均是紫銅(電解銅)，如果純度不高，會(huì)降低導(dǎo)電性能及抗腐蝕性能。

圖7

連接母排和端子使用高強(qiáng)度M12螺栓固定，必須使用一個(gè)合適的平墊(用來(lái)最大面積地分散扭緊時(shí)的壓力)和一個(gè)彈簧墊圈，扭緊力矩：70NM。

連接母排的接觸面：表面必須潔凈，不能有毛刺、凹點(diǎn)、氧化層和硫化層。如果發(fā)現(xiàn)上述情形，請(qǐng)用細(xì)銼刀或砂紙消除，以免它帶來(lái)溫升。完成后，用蘸有溶劑的布抹凈表面的油跡和塵埃。建議在母排接觸面上鍍錫。

4.2 改善主觸點(diǎn)的接觸電阻—表面電阻

可用工業(yè)用清潔布清除動(dòng)靜主觸頭上的硫化銀，

以降低接觸電阻，主觸點(diǎn)處理前后接觸電阻變化情況；(圖8)。

圖8

用塞規(guī)檢測(cè)滅弧觸頭間距，符合斷路器手冊(cè)要求(0.8～1.5mm)，且檢查每個(gè)觸點(diǎn)上的彈簧沒(méi)變顏色，彈性正常，保證動(dòng)靜觸頭接觸的壓緊力。

如表3，記錄某紙廠一臺(tái)額定5000A的斷路器在1800A時(shí)，溫度異常，經(jīng)更換夾頭和清潔處理主觸頭后參數(shù)變化情況，溫度明顯下降。

表3

目前增加母排、改善通風(fēng)、清潔主觸頭硫化銀、更換夾頭和增加端子擰緊力都具有改善作用，并得到實(shí)踐證明。

但實(shí)踐中，也存在以下現(xiàn)象：

(1)更改母排和通風(fēng)后，有明顯改善，但運(yùn)行1年左右，又出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象；

(2)更換夾頭后，斷路器運(yùn)行溫度有所改善，但運(yùn)行半年后，又出現(xiàn)高溫現(xiàn)象；

(3)母排沒(méi)按生產(chǎn)廠家樣本要求，雖清潔主觸頭后，溫度也沒(méi)有明顯下降。

說(shuō)明通風(fēng)條件、銅排尺寸和數(shù)量、回路阻抗(主觸頭、夾頭、端子接觸電阻和導(dǎo)體電阻)共同決定斷路器溫升的，其中任何一項(xiàng)問(wèn)題，都會(huì)影響斷路器發(fā)熱。

5 日常維護(hù)和產(chǎn)品改進(jìn)建議

5.1 日常維護(hù)和巡查

(1)按產(chǎn)品技術(shù)樣本要求，需要定期對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在使用過(guò)程中盡量保持主觸點(diǎn)清潔，條件許可時(shí)，應(yīng)定期清潔掃觸點(diǎn)表面(如表4所示)。

表4

(2)定期巡檢及注意事項(xiàng)，可用測(cè)溫槍檢查斷路器3相端子連接處溫度，橫向縱向?qū)Ρ?一臺(tái)斷路器的三相、相同負(fù)荷不同斷路器和不同日期數(shù)據(jù)比較)，如出現(xiàn)異常溫升，雖然溫度<120℃，但說(shuō)明了該接觸情況發(fā)生了劣化，需要降低負(fù)荷，等待可停電時(shí)檢修(主觸點(diǎn)和夾頭作必要清潔，嚴(yán)重時(shí)需要更換損壞件)。

斷路器端子最高能耐受120℃，但由于接觸電阻阻值越高，則接觸電阻上的壓降越大，因而接觸點(diǎn)釋放的熱量將越多。如果溫度上升到一定的極限，接觸點(diǎn)就會(huì)損壞。溫度越高，損壞就越快，這種現(xiàn)象會(huì)快速蔓延。

5.2 日常維護(hù)-抗硫化

(1)改善低壓配電柜環(huán)境，減少硫化物氣體入侵配電房；

(2)具有防腐蝕的耐高溫導(dǎo)電膏來(lái)實(shí)現(xiàn)。

建議使用EccoGrease ECF300氟素觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑：是由聚四氟乙烯(PTFE)稠化高度化學(xué)穩(wěn)定性的全氟聚醚油(PFPE)，并添加特種抗腐蝕添加劑精制而成的觸點(diǎn)保護(hù)潤(rùn)滑脂。此全氟化聚醚觸點(diǎn)潤(rùn)滑脂設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)期處于高溫、高負(fù)載、強(qiáng)化學(xué)腐蝕環(huán)境中的觸點(diǎn)以及貴重金屬滑動(dòng)開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑，可在極端惡劣的條件下表現(xiàn)出卓越的性能。使用溫度范圍在-30℃～300℃。

涂敷工藝：用金相砂布輕輕打磨，再用干凈的棉紗上無(wú)水酒精或丙酮擦拭干凈。膏體應(yīng)均勻涂在導(dǎo)電排有效搭接接觸面內(nèi)，涂層厚度應(yīng)保持在0.15～0.2mm左右(注意：導(dǎo)電膏并非良導(dǎo)體，它在接觸面上的導(dǎo)電性是借“隧道效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)的，所以導(dǎo)電膏在接觸面不可涂得太厚，否則會(huì)大大影響效果)。

6 結(jié)語(yǔ)

電力行業(yè)有一句話(huà)，事故的發(fā)生是必然的，不發(fā)生事故才是偶然的。說(shuō)明了安全與故障的辯證關(guān)系。設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，必然要出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，延長(zhǎng)故障的發(fā)生周期才是我們?cè)O(shè)備管理的任務(wù)。

Simple Analysis of Low Voltage Air Breaker Overheat in the Paper Mill

ZHAOYong,FANZhi-ming,LIUYang

(1.ABB Limited Company of China,Shenyang 110025,China;2.New Northern Electrical Applicance Group Equipment Co.Ltd.,Shenyang 110225,China)

The paper analyzes the reasons of circuit breaker overheat in adverse circumstances and proposes concept of periodic maintenance.

low voltage breaker;terminal overheat;effect of adverse circumstance on breaker

1004-289X(2014)02-0093-05

TM56

B

2013-10-28