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分析铜—铝连接的危害及防范

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-03  来源:中国建筑电气网

中盐江西兰太化工有限公司 龚炳林

前言

目前,工业和民用建筑的供电系统普遍采用中性点接地的380V/220V低压三相四线系统,而根据用电负载的性质,分别采用220V单相或380V单相及三相电压供电。由于建设单位从不同的角度考虑,在敷设导线时,不可避免地采用不同材料的导线。通常情况下,为节约成本,在户外的架空线路采用铝导线(裸导线或绝缘线),而在进户线及户内线多采用铜导线,这就存在铜与铝的连接问题,即铜铝连接。这个铜铝连接的效果如何,直接影响电气线路及用电设备的安全运行。如果未把好铜铝连接这道关,将给电力系统及广大用户带来极大的危害。长期以来,铜铝连接一直是人们面临的一个不容忽视的问题。

1铝导体及其连接存在的缺陷

以往,由于一些建设单位不重视铜铝连接这个问题,做导线连接时,在户外直接将两种不同材料的进户线与架空线用全铝或全铜的并钩线夹来压接,或直接将导线拆股缠绕。这样,只是图一时省事,简单地作铜铝连接,却存在着严重的事故隐患:

11铝线表面在空气中容易氧化。众所周知,导体的表面都或多或少地存在着膜电阻。若这种膜电阻引起连接处过热,又将使膜电阻增大,导电情况就越恶化,而铝线连接中这类过热的情况尤为严重。因为铝线表面即使刮擦得很光洁,它在空气中只需数秒钟就会被氧化而立即形成一层铝薄膜,虽然其厚度只有几微米,但却具有很高的电阻率,从而呈现较大的膜电阻。

12铝线具有高膨胀系数。铝的膨胀系数高达23×10-6/C,比铜大39%,比铁大97%。当铝线与这两种金属导体连接并通过电流时,连接点因存在接触电阻而发热。这三种导体都膨胀,但铝比铜、铁膨胀得更多,从而使铝受挤压。在线路断电冷却后稍许压扁而不能完全恢复原状,这样将在连接处出现空隙而产松动,并且进入空气后形成氧化铝薄膜,这样就使得接触电阻逐渐增大。下次通电并且负载增加时,发热将加剧,使情况更为恶劣,严重时可能因产生异常高温或迸发电火花引燃起火。为此铝导体与铜、铁导体连接时应配置过渡接头,并且应尽量避免铝导体与这两种导体的连接。

13铜与铝连接会出现电解腐蚀现象。若不同电价两种金属间存在带酸性或碱性的液体,则两种金属将形成局部电池(原电池效应)。我们知道,铝的电价为3,而铜的电价为2。当铝导体与铜导体间存在含盐份的水份(大气受到污染时最容易使空气含盐份及其它有害成份)时就形成此种局部电池。电离作用将使电价高的铝导体受到腐蚀而增大接触电阻。在潮湿环境中,铜盐落在铝导体上也能腐蚀铝导体。这种情况在制盐及化工企业发生较多,必须引起高度重视。

14铝导体易被氯化氢腐蚀。对于PVC绝缘的铝芯电线、电缆,还可能出现另一个问题。为阻止PVC绝缘分解出氯化氢气体,PVC绝缘内添加有阻止分解氯化氢的稳定剂。但当线路温度超过75C时,比如线路发生过载或连接处温度过高时,稳定剂就不能阻止氯化氢的形成,而氯化氢是要腐蚀铝导体的,这增大接触电阻,引起恶性循环,甚至发生电气火灾。

2铜铝连接的危害

综上所述,首先铜和铝这两种导体相连接时,将产生松动,从而增大接触电阻;其次更重要的是铜和铝这两种化学性质不同的金属材料,表面接触在自然界,尤其是化工和制盐企业等较为恶劣的环境下,在含各种有害成份的空气(尤其是雨水)中的氧气的作用下,电流的长期流通,将在接触面产生原电池效应,形成一种电势,该电势可以使铜铝两种材料产生电解反应,使整个接触面逐渐形成氧化膜,它又被进一步的电解,加热和氧化,形成恶性循环,在该接触面形成越来越大的电阻。最终导致两种材料不能接通,使线路断开,或处于若接若离的状态,用电设备不能正常工作。另一方面,由于接触电阻的进一步增大,大电流通过时,会导致接头严重发热烧红及产生电弧,极可能引起电气火灾,酿成重大事故。这种情况若是出现在相线,则用电负载电压完全消失或时有时无,妨碍设备工作,严重时造成设备损坏;若是三相四线制系统的中性线出现这种情况,即中性线断开,或处于若接若离状态,则由于三相四线制线路实际上存在的不平衡,使中性点产生漂移,造成三相的相电压产生严重的不平衡,使负载重的相电压偏低,不能正常工作,严重时使负载电器过电流损坏;而负载轻的相则电压偏高,甚至严重超过额定值,使负载承受过电压而烧毁;另外,由于中性点漂移,此时的中性线已经不再是真正的中性线了,它对地呈现出较高的电压,将威胁人身安全。这样,由于中性线的断开,很容易酿成设备损坏和人身伤亡事故。例如,去年江西省某县的一住宅区就发生了一起因铜铝接头断开而造成三相电压严重不平衡,过高的相电压损坏冰箱、洗衣机、空调器、彩电和电脑等家电共35台之多,必须吸取这一惨重的教训。

由于历史的原因,多年来,我国倡导以铝代铜的技术经济方案,使铝线的应用在我国极为广泛。但是,在铝线敷设的实际施工中,尤其是小截面的铝线敷设时,往往不重视铝线的连接方法及质量与否。在连接施工时只是简单地将铝线压接在设备端子螺栓上,或是将两根不同金属导线线芯绞合接在一起,用电气胶布或胶带包扎就完事了。如此简单、不规范的连接施工自然使导线形成较大的接触电阻,而产生接触不良,从而很容易形成各种用电事故及火灾事故。

3防范措施

为避免以上事故的发生,必须采取切实可行的措施:首先应改变传统的用铝材代替铜材可节约成本的旧观念,本着安全、实用的原则,除户外架空线路外,尽可能不用或少用铝导线,而基本上采用铜导线。有资料显示,在发达国家即使完全按规范施工铝线的连接,随着使用时间的延长及缺乏专业电工的有效维护管理,铝线发生火灾的机率也远远多于铜线。对住宅之类基本无固定电气专业人员管理的场所以及某些重要场所,要严格规定禁止采用铝线,而全部以铜线来施工。这样,虽然一次性投资较大,但安全可靠,效益长久;其次,由于历史原因,对于以往实际存在着的铝导线,应重新检查所有的电气连接状况,不符合要求的一律彻底更正。在做铜铝连接时必须采用铜铝过渡的接线端子或铜铝过渡并钩线夹(设备线夹)来实现规范连接,并严禁在户外连接。必须进户内连接,以克服雨水及污染等自然环境因素严重影响接头连接性能;另外,在选用有关电器开关时,应尽量选用接头部位采用了表面镀铬或烫锡处理的,且由定点厂家生产的正规产品,严格杜绝假冒、伪劣产品。这样就能较好地避免铜铝连接发生事故的现象,使建筑电气安全、可靠、稳定地运行。

龚炳林(1963— )男,江西省新干县人,大学文化,工程师;现为中盐江西兰太化工有限公司主任工程师;主要从事为电气及自动化设备技术工作。   

 

 
 
 
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