异种金属复合材料电力金具及其电气性能

发布时间：2016-10-10 01:11

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　　在架空电力线路的变电所户内外配电装置所用的电力金具中，铜铝过渡板适用于发电厂和变电所铜母线与铝母线接续。铜铝设备线夹适用于户外配电装置中母线引下线与电气设备连接，用户在安装使用线夹时，将铝母线引下线插入线夹铝管中，再用液压钳压合牢固。传统的铜铝过渡板和铜铝设备线夹结构如图1、图2所示。国标GB2342-85(铜铝过渡板)及GB2341 -85(铜铝设备线夹)规定，铜铝过渡板及铜铝设备线夹中，铜与铝的焊接采用闪光焊接工艺。

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图1　传统的铜铝过渡板

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图2　传统的铜铝设备线夹

　　这些电力金具存在如下缺点：①铜耗很大。按国标规格计算，铜铝过渡板和铜铝设备线夹中，铜的重量分别约占整体产品重量的73%和35%。②工艺复杂。采用闪光对焊工艺时，需经成型、清洗、对焊、机加工去飞边等工序，而且有一定的废品率。③性能较差。由于铜与铝的闪光处断裂的问题。针对这些缺陷，本文介绍几种新型的电力金具，如爆焊铜铝过渡板、嵌焊铜环式铜铝设备线夹等，这些产品性能优越，节省铜材，制造工艺独特、简便、成本低廉。

1　新型电力金具的结构及生产工艺

　　图3、图4分别为爆焊铝过渡板和嵌焊铜环式铜铝设备线夹的产品结构。爆焊铜铝过渡板由铝板一端单面(或双面)覆铜而成。嵌焊铜环式铜铝设备线夹由铝件1和嵌焊在铝件1-端之中的紫铜件2构成。紫铜件2是带外环沟槽和螺栓孔的铜环，铜环外沟槽的截面为梯形，铜环两端略高于铝板两表面。这种设计的特点：①节省铜材。金具实际使用时，从导电角度来讲，仅要求螺母或铜垫圈的接触面为铜与铜接触，即，只需要金具两平面为铜即可满足导电要求，而铜的厚度对接触面的接触电阻无甚影响。经计算，图3的爆焊铜铝过渡板，对MG50×5规格，覆铜厚度为1mm即可完全满足导电要求，故可省铜约80%。图4的嵌焊铜环式铜铝设备线夹，对120mm规格，用铜量节省了50%。②性能良好。新型线夹弯曲时仅是塑性较好的铝材部分受弯，不易断裂。

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图3　爆焊铜铅过渡板

　　爆焊铜铝过渡板生产工艺为：基复板清洗--安装炸药--爆炸复合--退火--轧制--矫平--铣切--钻孔--测试--成品。基复板清洗：铜板用5%H2 SO4去氧化膜。铝板用5%NaOH(60℃)加食用纯碱NaHCO3脱脂，再用酸洗去氧化膜。最后用砂布打磨。炸药采用2＃岩石硝铵炸药，用雷管加导爆索端边起爆。复板上及基板下均用缓冲层(橡胶等)。底垫以沙垫为佳。基复板间距s应与下列数值相近：①复板比重小于5时，δ/3＜s＜2δ/3；②复板比重在5～10之间时，δ／2＜s＜δ；③复板比重大于10时，2δ／3＜s＜2δ。单位面积上的炸药量为

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图4　嵌焊铜环式铜铝设备线夹

　　
式中：q--单位面积上的炸药量，g/cm2；
　　　δ--复板厚度，cm；
　　　ρ--复板密度，g/cm2；
　　C--与炸药性质及材料有关的常数，可以通过试验确定，对2号岩石硝铵炸药铜/铝组合，C取1.33。

　　嵌焊铜环式铜铝设备线夹的生产采用镶嵌和焊接相结合的方法，前者保证铜铝的连接强度，后者主要使铜与铝紧密接触从而降低铜铝接触电阻。图4中紫铜环用机加工或压力加工方法预先制成，铜环沟槽内壁涂以过渡金属(选择与铜和铝均能互溶并且不会产生脆性化合物的金属作为过渡金属)，之后置于线夹金属模中，，将铝溶液浇入模中，利用铝溶液的高温将过渡金属溶化，冷却后铝通过过渡金属与铜环焊接成一体，凝固出模即成铜铝线夹。此工艺过程较简单，生产效率高。废品率较低，且铜与铝未直接结合，接头塑性较好。

2　新型电力金具电气性能测试

　　电力金具性能必须符合国家标准，新型金具按照国家GB2137-85(电力金具验收规则、试验方法、标志与包装)和GB2314-85(电力金具通用技术条件)的有关要求，进行了全面测试。其主要测试项目是外观及铜铝结合面的剖面检查；接触电阻测试(温升试验前后)；额定电流下的温升试验。试验所用仪器有：升流器YL200型；微欧计PCIμΩ/2型回路电阻测试仪；热电偶：铜-康铜；毫伏表DZ-38型直流数字电压表。试验测温布线点见图5、图6。温升试验前后接触电阻及被试品两端同等长度导线电阻测试数据如表2所示，被试品在环境温度时，通以额定电流的温升值如表3所示。

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