納米導(dǎo)電精在軌道交通接觸網(wǎng)的應(yīng)用

凌升旺 孫才勤

摘 要：介紹新型納米節(jié)能導(dǎo)電材料。通過在接觸網(wǎng)匯流排與接觸線凹槽連接處涂覆納米導(dǎo)電精，并進(jìn)行跟蹤測試，它能夠有效降低過渡電阻值。納米導(dǎo)電精具有穩(wěn)定的理化性能、防止電化學(xué)腐蝕、導(dǎo)電性能優(yōu)異，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)電膏。

關(guān)鍵詞：納米導(dǎo)電精；防電化學(xué)腐蝕；接觸網(wǎng)；接觸過渡電阻測試

中圖分類號：U225 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0150-02

1 納米導(dǎo)電精介紹

納米導(dǎo)電精是以全合成結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子為導(dǎo)電素的新一類用于強(qiáng)弱電電接觸導(dǎo)電與強(qiáng)弱電電接觸保護(hù)的新型納米節(jié)能導(dǎo)電材料。它的主要成分是合成導(dǎo)電高分子材料，具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，主要由防腐性能優(yōu)異的導(dǎo)電高分子聚十五烷基鄰苯二酚鈦與導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)電高分子十二烷基噻吩齊聚物復(fù)合而成。不含金屬粉末和導(dǎo)電石墨粉。

納米導(dǎo)電精具有穩(wěn)定的理化性能；對金屬材料具有優(yōu)良的防腐、抗磨作用；在金屬導(dǎo)體電接觸中，擁有優(yōu)良的助導(dǎo)作用。目前已經(jīng)在電力行業(yè)有較多應(yīng)用業(yè)績，尤其是在高壓及超高壓開關(guān)刀閘處應(yīng)用效果突出。

2 納米導(dǎo)電精與傳統(tǒng)導(dǎo)電膏的導(dǎo)電機(jī)理

傳統(tǒng)導(dǎo)電膏主要成分為礦物類油脂，是以Al、Cu、Zn、Sn、Ag、Au金屬粉末或?qū)щ奀粉為導(dǎo)電介質(zhì)，其導(dǎo)電機(jī)理是通過晶格內(nèi)自由電子的定向移動而形成電流。參考文獻(xiàn)[1]納米導(dǎo)電精的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜，通常用量子理論的載流子傳輸電荷效應(yīng)、分子軌道理論的導(dǎo)電通道、分子隧道效應(yīng)、場致發(fā)射效應(yīng)四種機(jī)理進(jìn)行解釋。簡單的說，納米導(dǎo)電精分子中不具有金屬原子類的自由電子，在沒有外加電勢作用下，是不會傳遞電荷，因而能夠阻隔金屬間的自身電化學(xué)腐蝕，該性能是普通導(dǎo)電膏不具有的。

3 納米導(dǎo)電精主要功能特點(diǎn)

3.1 防腐性能優(yōu)異

納米導(dǎo)電精成分中的大環(huán)高分子上的納米支鏈，能滲入金屬晶格，與金屬形成化學(xué)鍵結(jié)合，整個高分子牢固地附著在金屬表面，并形成緊密的分子排列，隔絕了腐蝕性物質(zhì)對金屬的侵蝕；阻隔了不同電極電位金屬間的自由電子轉(zhuǎn)移，即防止金屬導(dǎo)體間的自身電化學(xué)腐蝕。

3.2 滴點(diǎn)特高、耐高低溫、抗氧化等理化性能穩(wěn)定

聚十五烷基鄰苯二酚鈦的交聯(lián)程度越高，分子構(gòu)架剛性越強(qiáng)，產(chǎn)品可以是液態(tài)、半固態(tài)和固態(tài)。聚十五烷基鄰苯二酚鈦和十二烷基噻吩齊聚物，分子內(nèi)含有芳環(huán)、雜環(huán)、-S-、-O-鍵和較大共軛π電子體系，這種特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)，不僅使分子內(nèi)化學(xué)鍵能大，分子本身構(gòu)架剛性強(qiáng)，而且分子間作用力大，表現(xiàn)出特高熔點(diǎn)或特高滴點(diǎn)。

3.3 潤滑性能與憎水性能優(yōu)異

聚十五烷基鄰苯二酚鈦的芳環(huán)上和十二烷基噻吩齊聚物的雜環(huán)上都含有較長側(cè)鏈脂肪烷基，不僅具有優(yōu)良的潤滑性能，而且具有較強(qiáng)的憎水性能，既能阻擋水分滲入閉合的接頭內(nèi)，又能阻隔水與觸面的接觸，減弱冰在金屬觸面的附著力，使冰凍的活動觸頭能夠分合。

3.4 可用于滑動接觸和轉(zhuǎn)動接觸

膏體型納米導(dǎo)電精不含金屬粉末等固體顆粒，不會損傷動接觸面；涂敷厚度只需10～20μm，幾乎不吸塵粘灰，防止動接觸時因觸面附著物導(dǎo)致放電、拉弧而燒壞設(shè)備。因此可用于滑動接觸。液體型納米導(dǎo)電精在-40℃不凝固，可用毛刷刷涂或直接點(diǎn)涂在不便或不可拆卸的活動電接觸部位，可用于軸連接式轉(zhuǎn)動接頭的防護(hù)。

4 納米導(dǎo)電精與導(dǎo)電膏的技術(shù)比較

納米導(dǎo)電精與常規(guī)導(dǎo)電膏的相關(guān)技術(shù)比較，如表1所示。

5 納米導(dǎo)電精的試驗(yàn)測試

軌道交通牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)剛性懸掛主要采用鋁制匯流排與銅銀合金接觸線的懸掛組成方式，其中銅銀合金接觸線通過燕尾槽嵌入?yún)R流排的鉗口。匯流排與接觸線為異種金屬接觸，若不采取措施，會不可避免的存在電化學(xué)腐蝕。目前國內(nèi)外一般采用接觸線涂覆導(dǎo)電膏/導(dǎo)電油脂的處理方法，也有少部分采用接觸線表面鍍錫的情況。在長沙地鐵2號線望城坡站上下行各選取了兩個接觸網(wǎng)錨段進(jìn)行應(yīng)用對比試驗(yàn)跟蹤及測試。

5.1 接觸過渡電阻測試

使用回路電阻測試儀，采用四線法測試技術(shù)，在接觸網(wǎng)測試點(diǎn)兩端加載100A恒定直流電流，同時在接觸網(wǎng)1m測試段的兩端測出電壓值，通過已知的電壓和電流便可以計(jì)算得出1m接觸網(wǎng)的阻值。

5.2 測試數(shù)據(jù)（表2、表3）

5.3 數(shù)據(jù)分析

（1）涂覆初期，兩者測試數(shù)據(jù)接近。經(jīng)過一段時間帶電運(yùn)行后，接觸網(wǎng)狀態(tài)趨于穩(wěn)定。由于人工涂覆不均勻帶來的影響，以及振動脫落，受電后涂覆導(dǎo)電膏的錨段接觸電阻經(jīng)歷了由小變大，變化范圍較大。涂覆納米導(dǎo)電精變化較小（見表2）?？梢娂{米導(dǎo)電精的化學(xué)附著方式要比導(dǎo)電膏在金屬表面的物理附著方式更穩(wěn)定，不容易受到外力及環(huán)境影響的作用。

（2）開通運(yùn)行后，由于接觸電阻較小，在μΩ級別，不同的回路電阻測試儀，測試數(shù)據(jù)也有差別（見表3），但兩者的差值及變化趨勢基本是可預(yù)見的。隨著運(yùn)行時間的延長，涂覆納米導(dǎo)電精與涂覆導(dǎo)電膏的接觸電阻值差值在逐漸增大。

6 節(jié)能效益

計(jì)算原理公式：W損耗=Q熱量=I2電流×△R接觸電阻降低值×t時間。經(jīng)過測算，接觸線凹槽與匯流排接觸面間因過渡電阻減少而產(chǎn)生的節(jié)能效益，如表4所示。

剛性懸掛接觸網(wǎng)每公里納米導(dǎo)電精用量約為5kg，長沙地鐵2號線一期工程需投資597萬，回收年限約為6.57年。

7 應(yīng)用前景

從發(fā)電廠、發(fā)電站，輸變電主網(wǎng)、供用電配網(wǎng)，到企業(yè)生產(chǎn)、居民生活等電網(wǎng)建設(shè)與改造領(lǐng)域中，凡用于電接頭的導(dǎo)電降阻與防腐保護(hù)，都會使用到導(dǎo)電膏。納米導(dǎo)電精具備普通導(dǎo)電膏不具有或無法超越的技術(shù)優(yōu)勢，有望在將來替代傳統(tǒng)導(dǎo)電膏，應(yīng)用前景廣闊。納米導(dǎo)電精在耐鹽霧、耐工業(yè)大氣腐蝕、氧化安定性等方面均優(yōu)于常規(guī)導(dǎo)電膏，且對比常規(guī)導(dǎo)電膏隧道內(nèi)高溫下易揮發(fā)的缺點(diǎn)，納米導(dǎo)電精穩(wěn)定性更強(qiáng)，更適用于隧道內(nèi)污穢、潮濕、大電流條件下持續(xù)運(yùn)行的接觸網(wǎng)工況。