时晓蕾
阳光电源股份有限公司 安徽 合肥 230088
摘要：为了能在短期内研究不同紧固扭矩，是否涂覆复合脂对铜铝排搭接电阻的影响规律，本文设计盐雾试验、高温高湿试验、高温试验以模拟铜铝搭接长期使用的电阻状况，测试数据显示了不同扭矩以及是否涂覆电力复合脂对于接触电阻的影响，并给出了相关的建议。
随着国家经济的日益增长，居民生活用电需求和工业工厂用电能力也随之上涨，用电需求高速增长，也要求电力系统拥有更大的输电能力。［1］输电能力很大程度取决于电连接。电连接的目的是让电流无干扰地通过接触面，这一目的只有在金属与金属很好的接触时才能实现［3］。电力连接器主要有铜材和铝材，在大气中，铝和铜表面很快会生成Al2O3和CuO等氧化膜［2］。这些氧化物很大程度影响了导电的性能，导致接触电阻增加。为了改善电连接面导电的效果，目前较为常用的方式是涂覆电力复合脂以及加装过渡片，为了研究铜和铝搭接接触电阻的相关性，设计了以下一系列实验进行研究。
1.试验方案设计
1.1试验样品设计
铜排材料: T2钝化，尺寸：110mm*60mm*8mm；
铝排材料：Al.6101-T6，尺寸：110mm*60 mm *10mm；
铜铝过渡片材料：T2/ Al.6101-T6（0.3/0.7），尺寸：65 mm *60 mm *1 mm；
紧固螺栓材料：碳钢镀蓝白锌，规格：M8X35；
铜排、铝排接触电阻测试示意图：
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图1.1 接触电阻测试示意图
电力复合脂的选型及性能参数：本试验使用的电力复合脂为国网互联SGIET系列复合脂， 具有良好密封阻隔、防腐防氧化作用，提高电连接的可靠性和稳定性，所用型号为SG-1和SG-1，具体性能参数如表1所示。
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1.2详细试验方案设计
由于电气连接件属于长寿命产品，如果在自然环境下进行试验则必须经过相当长时间才能获取足够的研究数据，为了能在短期内研究不同紧固扭矩，是否涂覆复合脂对铜铝排搭接电阻的影响规律，故设计盐雾试验、高温高湿试验、高温试验以模拟产品长期使用状况。具体实验方案如下：
模拟产品中铜铝排搭接结构，在铜铝搭接面中间增加铜铝过渡片进行测试，对于试验方案中要求涂脂的测试样品，铜排-铜铝过渡片搭接面为铜铜接头，涂覆SG-2型复合脂；铝排- 铜铝过渡片搭接面为铝铝接头，涂覆SG-1型复合脂。
（1）室温环境，无复合脂，不同扭矩下（10/15/20/24/28N.M）的试样接触电阻；
（2）室温环境，涂覆复合脂，不同扭矩下（10/15/20/24/28N.M）的试样接触电阻；
（3）连续中性盐雾480h试验，无复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），测试试样搭接接触电阻；
（4）连续中性盐雾480h试验，涂覆复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），测试试样接触电阻；
（5）高温85℃高湿85%RH环境,无复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），每隔24h测试试样接触电阻，总测试时间480h；
（6）高温85℃高湿85%RH环境,涂覆复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），每隔24h测试铜排搭接接触电阻，总测试时间480h；
（7）高温220℃环境504h，无复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），每隔24h测试试样接触电阻；
（8）高温220℃环境504h, 涂覆复合脂，不同扭矩（10/20/28 N.M），每隔24h测试试样接触电阻；
以上所有试验，为尽可能减少试验误差，同样测试环境同样预处理条件下的每种样品制作3pcs，每pcs样品每次测试测量3次数据，取平均值保留一位小数进行统计分析。
2. 测试数据总结分析
2.1室温环境下不同扭矩及复合脂对接触电阻的影响
经测试，室温环境，不同紧固扭矩下涂脂前后的铜铝搭接接触电阻变化趋势如下图2.1所示。
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图2.1不同扭矩下铜铝搭接接触电阻变化曲线
从图中可以看出铜铝搭接接触电阻随着紧固力矩增大呈下降趋势，但当扭矩超过20N.M后接触电阻逐渐稳定，这也符合我司企标对于母线搭接的扭矩要求；同时，不难发现搭接面涂覆复合脂可以显著降低接触电阻，对于铜铝搭接接触性能更是有质的改善，涂覆复合脂后接触电阻对于紧固扭矩的变化不敏感，说明复合脂能够良好的填充到接触缝隙中，起到降低接触电阻的作用。
2.2高温高湿双85环境下不同扭矩及复合脂对接触电阻的影响
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图2.2 不同扭矩下铜铝搭接接触电阻变化曲线
上图表明对于未涂覆复合脂的试样，随着测试时间增加，0-120h时间段内接触电阻不断上升，在120h后逐渐趋于稳定，同时在整个测试过程中，铜铝搭接接触电阻与螺栓紧固力矩负相关，增大紧固力矩对于铜铝搭接性能具有较好的改善作用；对于涂覆复合脂的试样，随着测试时间增加，接触电阻相较于初始状态变化不大，受螺栓紧固力矩的影响也比较小。
2.3高温220℃环境下不同扭矩及复合脂对接触电阻的影响
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由上图可以看出铜铝搭接在较低紧固扭矩10N.M下，无论涂脂与否，随着测试时间的增加接触电阻均呈逐渐上升的趋势，且在312h后性能急剧恶化，测试结束时达到了1000μΩ以上； 在20N.M紧固扭矩下，试验表明不涂复合脂的试样接触电阻较为稳定，性能表现良好，涂覆复合脂后的试样，随着测试进行接触电阻在不断增大，在312h左右急剧恶化，测试结束时达到了200μΩ~600μΩ，接触性能不理想，分析应为复合脂在高温下蒸发干结粉化及其内部导电粒子高温氧化，导致接触性能下降，接触电阻急剧上升；在28N.M紧固扭矩下，未涂复合脂的试样接触电阻较为稳定，涂覆复合脂后的试样同样在312h后性能急剧恶化。
2.4连续中性盐雾环境下不同扭矩及复合脂对接触电阻的影响
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从上图可以看出在不涂脂条件下，试样的接触电阻随着测试时间增加而不断增大，同时在整个测试过程中，铜铝搭接接触电阻与螺栓紧固力矩负相关，增大紧固力矩对于铜铝搭接性能具有较好的改善作用；对于涂覆复合脂的试样，随着测试时间增加，接触电阻相较于初始状态变化不大，受螺栓紧固力矩的影响也比较小。
3.总结
（1）铜铝搭接连接件在恶劣的温度、湿度、盐雾环境下长期工作时，其接触电阻均会有一定程度的上升，试验数据表明220℃高温环境比双85以及中性盐雾环境对于接触电阻的影响更大，虽然实际工作温度不会达到如此高的温度，但在设计时仍需重点考虑长期高温环境对于电气连接件接触电阻的影响。
（2）电力复合脂对于降低铜铝搭接接触电阻有明显的改善作用，在双85及中性盐雾环境下，电力复合脂很好的填充到金属搭接面的微坑中并对金属排搭接面起到良好的保护作用，但需注意高温环境对于电力复合脂本身性能的影响，在220℃高温环境测试后复合脂出现了干结粉化并出现接触电阻急剧上升的情况，所以在后期选用电力复合脂时通过实际测试确定其使用温度较为可靠。
（3）铜铝搭接时螺栓的紧固扭矩对于接触电阻有较大影响，且扭矩与接触电阻呈负相关性（螺栓允许承受扭力值以内），建议金属排连接件的安装参照企标要求扭矩进行紧固操作。
［1］李星伟，王国刚，强春媚．电力复合脂对金属导体连接耐腐蚀性能的试验研究。
［2］曹法明．导电音的应用［Ｊ］．农村电工，2011,19(05)35-35。
［3］许良军．电接触理论、应用与技术［Ｍ］．机械工业出版社，2010．