通信電源線接線端子與銅排的接觸面積

趙忠強(qiáng)，潘 遠(yuǎn)

（中郵通建設(shè)咨詢有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在通信電源設(shè)備安裝施工中，存在諸多電纜終端與設(shè)備銅排的連接固定。這些連接固定中，涉及到設(shè)備銅排、電纜終端接線銅接線端子（密封式銅接線端子DTM型或DLM型，下稱銅鼻子）、固定螺栓、平墊片、彈簧墊圈。出于多種原因，上述多種元器件在型號、規(guī)格上存在一定的差異，使得連接固定點(diǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，出現(xiàn)大量質(zhì)量問題或留下很多質(zhì)量事故隱患。有的因連接固定不緊、銅鼻子與銅排接觸面有空隙、雜質(zhì)，有的連接處因連接元器件規(guī)格不統(tǒng)一，使其實(shí)際接觸面減小、接觸電阻增大，在大電流通過時(shí)，因接觸電阻較大而造成局部發(fā)熱量不斷增加。如果不及時(shí)采取措施，隨著負(fù)載電流的增加就會(huì)引發(fā)接觸面不斷升溫、打火、燒毀，更加嚴(yán)重的還將引發(fā)機(jī)房火災(zāi)事故。

1 接觸面等效電路

銅鼻子與接線銅排連接部分主要涉及的材料有接線銅鼻子、設(shè)備銅排、螺栓、平墊片、彈簧墊圈，如圖1所示。在描述接觸電阻大小、電阻的溫度特性時(shí)，以銅鼻子與設(shè)備銅排接觸電阻為出發(fā)點(diǎn)，其絕緣介質(zhì)是空氣，將銅排與銅鼻子之間的接觸部分間隙等效為一個(gè)電阻r0（接觸電阻）、銅鼻子與銅排接觸面用S表示[1]。銅鼻子與接線銅排接觸點(diǎn)的等效電路如圖2所示。

圖1 接觸面積變化對接觸電阻的影響

由圖2中看出：（1）Ir0=Ur0/r0，式中Ur0為等效電阻兩端的電壓，Ir0為等效電阻（接觸電阻）上的電流也是工作電流。當(dāng)?shù)刃щ娮铻橐粋€(gè)固定值時(shí)，兩端的電壓不變、上面流過的電流隨負(fù)載的大小變化，等效電阻兩端的電壓隨電流的變化而變化。（2）假設(shè)設(shè)備負(fù)載在某個(gè)時(shí)刻是固定的，那么等效電路中的電流Ir0由r0由決定；（3）接觸電阻r0=ρ(L/S)=ρ(接線長度/接觸面積)，其中銅的電導(dǎo)率ρ固定，接線長度L為銅鼻子接線端長度（標(biāo)準(zhǔn)值），S為接觸面積；（4）r0的大小由銅鼻子與銅排的接觸面積S決定。在不考慮接線長度L、電導(dǎo)率ρ的情況下，接觸面積S增加，r0減??；接觸面積S減小，r0增加；（5）因負(fù)載電流等于等效電阻上的電流，接觸面積S影響r0的大小，r0的大小直接影響工作電流，對設(shè)備工作的穩(wěn)定性能否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)將產(chǎn)生很大影響。

圖2 銅鼻子與接線銅排接觸點(diǎn)的等效電路

在施工工藝、施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，接線端子（銅鼻子）與設(shè)備銅排接觸面最大，該接觸電阻r0的數(shù)值趨于0。當(dāng)施工工藝質(zhì)量存在問題，選取的材料質(zhì)量、規(guī)格型號不符合要求時(shí)，將造成銅排與銅鼻子接觸面積減小、接觸電阻增加[2]。在電源電壓不變的情況下，隨著電流的增加并達(dá)到一定值時(shí)，r0開始發(fā)熱，當(dāng)超過r0的承載能力時(shí)，r0將燒毀。因此，控制施工工藝質(zhì)量，保證設(shè)備銅排與銅鼻子接觸面積符合規(guī)范要求，降低接觸電阻，對設(shè)備工作穩(wěn)定性、安全具有非常重要的意義。

2 施工中存在的主要問題

由于等效電阻是銅鼻子與銅排的接觸電阻，因此銅鼻子與連接銅排間的安裝質(zhì)量，對電路能否正常工作有著緊密的聯(lián)系。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在機(jī)房電源配電柜設(shè)備安裝過程中，電纜終端接線存在諸多不符合規(guī)范的問題。下面以機(jī)房電源設(shè)備安裝工程中常見的問題為例，描述當(dāng)接觸面積減小造成的危害。

2.1 施工工藝與材料

（1）銅排或銅鼻子接觸表面不清潔，有粉塵顆粒，實(shí)際接觸面積S減小，具體如圖3所示。

圖3 接觸面有灰塵

銅排或銅鼻子接觸表面不清潔，有粉塵顆粒，使得銅鼻子與銅排接觸面積S減小，r0增加，在電流足夠大時(shí)，r0開始發(fā)熱。隨著電流的不斷增加，接觸電阻上的溫度隨著負(fù)載電流的增加而急劇增加。當(dāng)電流增加到一定值時(shí)，接觸電阻因超負(fù)荷承受功率而打火、燒毀，發(fā)生質(zhì)量事故[3]。

（2）銅鼻子變形、傾斜，實(shí)際接觸面積S減小，具體如圖4所示。

圖4 接觸面傾斜

圖4中，銅鼻子變形、傾斜，連接到銅排的面積減小，接觸電阻r0增加，r0端電壓增加。隨著電路中電流的增加，電阻上的溫度隨著負(fù)載電流的增加而急劇上升。當(dāng)電流增加到一定值時(shí)，接觸電阻因超負(fù)荷承受功率而燒毀，發(fā)生質(zhì)量事故。同時(shí)，有效接觸面積減小，銅鼻子載流量降低，在電壓不變的情況下，帶負(fù)載的能力降低[4]。

（3）銅排與銅鼻子接觸表面不平整，實(shí)際接觸面積S減小，具體如圖5所示。

圖5 接觸面不平整

銅排與銅鼻子接觸表面不平整，有效接觸面積減小，銅鼻子載流容量降低，在電壓不變的情況下，帶負(fù)載的能力降低。銅排接觸面積S減小，接觸電阻r0增加，r0兩端電壓增加，電阻上的溫度隨著負(fù)載電流的增加而急劇增加。當(dāng)電流增加到一定值時(shí)，接觸面積打火，電阻因超負(fù)荷承受功率而燒毀，發(fā)生質(zhì)量事故。

（4）兩個(gè)接地銅排之間加入鋼平墊片，銅排之間接觸面積減小，具體如圖6所示。

圖6 銅排間有鋼平墊片

圖6中，兩個(gè)銅排之間加入鋼質(zhì)平墊片，由于鋼質(zhì)材料與銅材料的導(dǎo)電率不同，鋼材料的導(dǎo)電率小于銅材料，因此相當(dāng)于在銅排之間添加了一個(gè)大電阻，造成銅排之間的接觸面積S大幅度減小，電阻r0增加，當(dāng)遇到雷電泄流時(shí)，因電阻太大無法瞬間泄流而產(chǎn)生很高的反向電壓脈沖，對周圍用電設(shè)備帶來嚴(yán)重威脅，反向電壓將擊穿地線周圍的設(shè)備，造成防雷接地質(zhì)量事故。

（5）固定螺栓使用的平墊片孔徑與螺栓直徑、銅排預(yù)留孔徑不一致，具體如圖7所示。

圖7 平墊片太大

固定螺栓使用的平墊片孔徑太大時(shí)，擰緊螺栓后，因平墊片偏離中心面，即偏向有平墊片側(cè)，僅僅固定了銅鼻子的一個(gè)邊緣，螺栓偏離中心后，螺栓固定不緊、壓緊的部分導(dǎo)電，其他大部分接觸不良，導(dǎo)致銅鼻子與銅排的實(shí)際接觸面積減小，電流容量嚴(yán)重下降[5]。由于接觸面積S減小，接觸電阻r0增加，當(dāng)電流達(dá)到一定值時(shí)，r0發(fā)熱、燒毀，發(fā)生質(zhì)量事故。

（6）平墊片太小、太薄，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖8所示。

圖8 平墊片太小

圖8中，平墊片太小，當(dāng)螺栓擰緊時(shí)，平墊片部分下陷，螺栓傾斜，形成靠近螺栓周邊或一側(cè)較緊，另一側(cè)較松、有空隙，距離銅鼻子較遠(yuǎn)處表現(xiàn)更加明顯。銅鼻子與銅排之間大部分處于分離狀態(tài)，造成接觸面積S大幅度減小、r0增大。當(dāng)電流達(dá)到一定值時(shí)，r0發(fā)熱、燒毀，形成質(zhì)量事故。

（7）平墊片太薄，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖9所示。

圖9 平墊片太薄

平墊片太薄時(shí)，當(dāng)螺栓擰緊時(shí)，平墊片中心下陷，四周翹起，形成碟狀接觸狀態(tài)，使得銅鼻子與銅排的接觸面積大幅度減小、r0增大、工作電流大幅度減小。當(dāng)電流值達(dá)到一定值時(shí)，r0發(fā)熱、燒毀，形成質(zhì)量事故。

（8）螺栓太細(xì)，銅鼻子與銅排固定不緊，接觸面積減小，r0增加，具體如圖10所示。

圖10 螺栓太細(xì)

螺栓緊固時(shí)，其緊固力集中在平墊片一側(cè)，容易造成平墊片中心偏離、下陷，平墊片大部分失去作用，銅鼻子翹起。造成銅鼻子與銅排接觸面積減小，接觸電阻增加，導(dǎo)通電流達(dá)不到設(shè)計(jì)容量。大電流工作時(shí)，因S較小、r0較大，r0易發(fā)熱、燒毀，造成質(zhì)量事故。

（9）螺栓伸出長度不符合要求，具體如圖11所示。

圖11 螺栓短

螺栓伸出長度不符合規(guī)范要求（伸出長度5～8絲），螺栓不能擰緊，銅鼻子與銅排接觸不實(shí)，S減小、r0增加。同時(shí)，螺栓緊固時(shí)易滑絲、脫落，出現(xiàn)質(zhì)量問題，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)留下質(zhì)量隱患，甚至發(fā)生質(zhì)量事故。

（10）螺母下無彈簧墊圈，具體如圖12所示。

圖12 無彈簧墊圈

不使用彈簧墊圈的危害：由于螺栓、平墊片都是鋼材料，而銅鼻子、銅排為銅材料，在大電流工作時(shí)，其溫度對兩種材料的影響不同（主要是熱脹冷縮效應(yīng)）。在熱膨脹效應(yīng)下，螺栓母將有所偏移（松動(dòng)），材料受熱膨脹以后在沒有外力的作用下很難恢復(fù)到原來位置。而使用彈簧墊圈以后，利用彈簧墊圈本身的作用將對微微變化的螺母產(chǎn)生外力，使其在冷時(shí)能恢復(fù)原位，將螺母緊緊壓在平墊片上，也即將銅鼻子與銅排緊緊壓住不松動(dòng)。如果無彈簧墊圈，電流波動(dòng)對接線端的影響不能跟隨材料的變化，造成電流減小時(shí)，接觸面積減小，r0增加，如果隨著負(fù)載再次增加，因接觸面積減小的緣故，r0將嚴(yán)重發(fā)熱，電流增加到一定值時(shí)，r0燒毀，發(fā)生質(zhì)量事故。

（11）銅排上的螺栓孔加工制作為圓角矩形，具體如圖13所示。

圖13 銅排螺栓孔為圓角矩

有的工廠生產(chǎn)設(shè)備銅排時(shí)，為銅排與銅排之間調(diào)整方便，預(yù)留了圓角矩形孔，沒有考慮設(shè)備應(yīng)用場景及后期安裝質(zhì)量。當(dāng)銅排螺栓孔為圓角矩形孔時(shí)，螺栓上下兩側(cè)的支撐是平墊片，平墊片壓到銅排部分較緊、其余側(cè)為空，圓角矩形孔兩側(cè)占用了部分銅排面積。隨著螺栓的緊固，圓角矩形孔上限邊緣較緊，左右為空，銅鼻子與銅排之間的固定不平整，壓接重心偏離，導(dǎo)致銅鼻子與銅排之間的有效接觸面積S減小，接觸電阻r0增大，易造成安裝時(shí)的移位，銅鼻子與銅排實(shí)際接觸面積跟隨螺栓孔位置發(fā)生變化，面積或增加或減小。由于接觸面積被圓角矩形孔占用一部分，實(shí)際接觸面積更小，設(shè)計(jì)電流容量受到很大影響。

（12）銅鼻子漏接，并有多余的螺栓，具體如圖14所示。

圖14 漏接的螺栓

由于存在漏接的銅鼻子，銅鼻子與銅排之間僅僅為搭接狀態(tài)。銅鼻子與銅排接觸面積S非常小，接觸電阻r0很大，開始加電時(shí)，并體現(xiàn)不出來，一旦加上負(fù)載，電流達(dá)到一定值時(shí)，即接觸電阻r0發(fā)熱、接觸點(diǎn)打火、燃燒。另外，實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)有多余松動(dòng)的螺栓，由于多余的螺栓大部分沒有緊固，在設(shè)備維護(hù)、改造、割接等操作時(shí)，容易碰到螺栓，引起螺栓松動(dòng)或脫落，形成短路故障。

（13）銅鼻子打磨掉一部分與銅排連接，具體如圖15所示。

圖15 銅鼻子打磨一部分

由于空氣開關(guān)接線端的寬度比銅鼻子的寬度窄，施工人員將銅鼻子兩側(cè)分別打磨掉一部分，造成銅鼻子有效面積減小，電流容量減小，嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

以上描述施工中常見的問題，有些問題不與銅鼻子直接關(guān)聯(lián)，比如施工人員將電纜芯線的銅絲被剪掉一部分插入銅鼻子管孔，一個(gè)銅鼻子接入兩根電纜芯線等問題，參見《淺析通信電源線接線端子與銅排的接觸面積》（實(shí)例圖片），本文不再贅述。

2.2 材料生產(chǎn)采購上的差異

上述問題中，涉及銅排、螺栓、平墊片、彈簧墊圈等問題，主要表現(xiàn)電源設(shè)備生產(chǎn)制造中預(yù)留的銅排接線孔大部分都是Φ12的，與國標(biāo)接線端子（銅鼻子）的標(biāo)準(zhǔn)孔徑有較大差異，也有的是施工單位自己采購的非標(biāo)準(zhǔn)銅鼻子及其附件，采購時(shí)比較隨意，沒有考慮到接線端是否配套的問題。同時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14315—2008《電力電纜導(dǎo)體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》，接線終端使用的螺栓、平墊片、銅鼻子孔經(jīng)與銅排預(yù)留尺寸應(yīng)統(tǒng)一。比如DT型240 mm2的銅鼻子規(guī)格應(yīng)符合表1、圖16的要求。

圖16 螺栓、銅鼻子孔經(jīng)與銅排預(yù)留尺寸

表1 銅接線端子（DT型）尺寸

由于設(shè)備廠家沒有或者沒有嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，沒有根據(jù)銅鼻子的螺栓孔徑設(shè)計(jì)接線銅排的接線孔徑，僅將其設(shè)計(jì)為直徑Φ12 mm，并配Φ12 mm的螺栓，造成施工現(xiàn)場大部分國標(biāo)銅鼻子與設(shè)備預(yù)留孔直徑、規(guī)格不一致，給施工帶來不便。如果施工過程中質(zhì)量把控不嚴(yán)，將留下大量質(zhì)量隱患。

3 結(jié) 論

電源電纜終端接線存在問題，對機(jī)房電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常運(yùn)行的危害非常大。施工單位應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量管控措施，提高施工工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格落實(shí)工序質(zhì)量自檢制度。各參建單位應(yīng)嚴(yán)格履行合同義務(wù)，保證工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。在電源設(shè)備安裝施工過程中，應(yīng)及早發(fā)現(xiàn)、解決本文描述的問題，消除質(zhì)量、安全隱患，保證電源電纜終端接線端子與設(shè)備銅排接觸面積符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。