熊金鈴

摘 要：由低壓線路的接觸不良造成電氣火災(zāi)的現(xiàn)象屢見不鮮，因此深化接觸不良研究是一項非常有意義的工作，文章通過有限元軟件對接觸不良實際情況進(jìn)行三維建模，研究結(jié)果表明：場強與磁場強度、磁通量密度隨著接觸不良的局部微間隙增大而減小，但磁場強度與磁通量密度變化幅度相對場強變化幅度較小。

關(guān)鍵詞：接觸不良；磁場；磁通量；微間隙

中圖分類號：TM726.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0195-02

引言

現(xiàn)實低壓線路中接觸不良是固然存在的， 連結(jié)不牢，施工中不按規(guī)定接線，隨意扭接，即造成電接觸先天性接觸不良。同時，金屬材料的熱膨脹系數(shù)因材質(zhì)不同而不同以及電阻率的不同，從而造成銅、鋁接頭處因熱脹冷縮程度不同而松動（鋁的膨脹系數(shù)比銅大），即使是同種材料連接，在通過大電流（超載）時也會發(fā)生這種現(xiàn)象。另外，長期的運行，對電器及線路的接點不檢修檢測，從而使觸點受震動而發(fā)生觸點松動。

1 低壓線路放電

低壓電弧故障是導(dǎo)致電氣火災(zāi)的重要原因之一。傳統(tǒng)的斷路器和保險絲在過流保護(hù)和短路保護(hù)方面可以起到非常有效的作用，但調(diào)研結(jié)果表明很多火災(zāi)事故中斷路器并沒有動作，不能有效防止低電流電弧故障導(dǎo)致的火災(zāi)。電纜損壞后產(chǎn)生間斷的飛濺電弧，其電流特性并不能導(dǎo)致通常的有效值檢測裝置斷開電路，因為這些故障的有效值遠(yuǎn)低于保護(hù)裝置的整定過載C-T曲線；當(dāng)有可燃材料存在時，電弧反復(fù)持續(xù)發(fā)生并最終導(dǎo)致火災(zāi)，目前大數(shù)實驗室使用的局部放電檢測儀，進(jìn)行檢測其放電量，進(jìn)一步來判斷其放電量大小來分析接觸不良而引起的放電火花情況。

2 局放耦合電容器與輸入單元

輸入單元是將放電試驗回路中的放電信息檢測出來的重要單元，也稱檢測阻抗。本輸入單元采用高頻變壓器的雙調(diào)諧式輸入單元，初次級均為LCR回路，其初級電感量在局放儀的放大器頻帶內(nèi)與試驗電路的等效電容相調(diào)諧。適當(dāng)?shù)倪x擇輸入單元可獲得較佳的檢測靈敏度，檢測阻抗的選擇原則是保證LCR檢測回路的諧振頻率落在所選擇的放大器頻帶內(nèi)。本課題選擇的檢測阻抗為2號單元，調(diào)諧電容范圍25～100～400Pf，靈敏度0.04Pc，允許電流有效值：不平衡電路50mA，平衡電路0.5A。

數(shù)字示波器采用TEK公司的產(chǎn)品。產(chǎn)品型號為TDS2012B；該型號產(chǎn)品具有2通道，每個通道有2500點記錄長度，帶寬為100MHZ，采樣速率為1.0GS/s，彩色顯示且有用于文件存儲的USB閃存驅(qū)動端口。

3 接觸不良放電

因?qū)嶋H接頭接觸面狀況往往不規(guī)則，其接觸面導(dǎo)體間電場分布可認(rèn)為是不均勻電場。針板電極間電場同樣是一種不均勻的電場，兩者在模型構(gòu)造和放電原理上具有很大的相似性。在導(dǎo)體正常載流量下針形電極尖端附近的電流密度較大，電力線較為集中，其電場強度也是最高，在針板電極間出現(xiàn)接觸不良放電，其針電極的尖端即開始出現(xiàn)電暈放電的亮點，極間開始出現(xiàn)空氣放電現(xiàn)象，進(jìn)而空氣間隙被全部擊穿進(jìn)入自持放電階段?；谝陨戏治霰菊撐哪M考慮采用針板電極作為接觸不良放電模型。

4 局放接觸不良物理模型仿真

有限元思想（FEM）是先將待求微分議程數(shù)學(xué)模型——邊值問題轉(zhuǎn)化為的變分問題即函數(shù)求極值問題，再用剖分插值和離散轉(zhuǎn)化為普通多遠(yuǎn)函數(shù)的極值問題，最終歸結(jié)一組多元代數(shù)方程組，電磁場（包括靜電場、恒定電場、靜磁場等）的求解都可視為從麥克斯韋方程出發(fā)，用偏微分議程和定解條件描述的邊值問題求解。其邊值問題為：

式中，V為求解域，T為求解域邊界。

5 接觸不良的場強基本探討

現(xiàn)實生活中低壓220V線路大多以銅、鋁絞線鋪設(shè)，因不牢固連結(jié)、扭接、不按規(guī)定接線、金屬材料的熱膨脹系數(shù)及各電阻率的不同等若干因素造成接觸不良后，則接觸電阻明顯的增大，進(jìn)步在接觸部位形成高溫，對于銅導(dǎo)線來說即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Cu2O（鋁導(dǎo)線則生成Al2O3），其導(dǎo)電性能很差，氧化膜的厚度隨時間成正比例增加，接觸電阻也成倍增加，如此應(yīng)激效應(yīng)導(dǎo)致銅線表面發(fā)生嚴(yán)重氧化、碳化，金屬的本質(zhì)屬性緩慢發(fā)生改變，導(dǎo)電性能逐漸變?nèi)?。其求解模型如圖1：

6 接觸不良的磁場分析

為了研究接觸不良情況下，銅導(dǎo)線周邊磁場分布情況，通過查找相關(guān)資料得到汞、銀、銅、碳、鉛等均為抗磁性物質(zhì)，其相對磁導(dǎo)率都小于1，設(shè)銅磁導(dǎo)率為0.99991，而空氣為1.00000004，碳化物、氧化物為0.999979，計算模型仍采用圖1模型，通過賦予各材料屬性后，導(dǎo)入氧、碳化前后程序進(jìn)行求解，發(fā)現(xiàn)磁場強度（H）數(shù)值基本不變，對應(yīng)極值相差僅為0.06%。

另外，分析銅導(dǎo)線與板間不同微間隙條件下對磁場強度與磁通量密度的影響，記錄不同微間隙下磁場強度（H）、磁通量密度（B）數(shù)值，見表1。

由表1知，低壓線路的接觸不良的局部微間隙對磁場強度、磁通量密度存在一定影響，微間隙較小時，對應(yīng)磁場強度與磁通量密度數(shù)值較大，微間隙1mm對應(yīng)10mm的磁場強度、磁通量密度數(shù)值分別高8.33%、10.4%。可知，磁場強度與磁通量密度的變化規(guī)律亦可以在某一角度上來反映線路接觸不良的情況。

7 接觸不良部位微間隙場強分析

低壓線路上的接觸不良大多是扭接、松動、氧碳化等造成的，有的時候兩導(dǎo)線間僅僅一根細(xì)絲銅線牽連一起實現(xiàn)電路的導(dǎo)通，有時兩接觸松動造成局部微間隙，在微間隙內(nèi)部穩(wěn)定的放電維持電路的導(dǎo)通，或兩接觸面通過導(dǎo)電污穢膜實現(xiàn)連通，這些 “假連通”現(xiàn)象人肉眼不好觀察判斷，則會火災(zāi)留下了無窮的隱患。但是這些若從微觀的角度出發(fā)，如電場的數(shù)值大小、變化率等則可以對“假連通”的判斷提供一定的參考依據(jù)。因此，對接觸不良不同的微間隙建模，導(dǎo)入10個接觸不良的APDL程序，求出各種不同微間隙條件下場強數(shù)值大小，見表2（單位：v/mm）。

表2比較得，場強隨著接觸不良處局部微間隙的增大而對應(yīng)減小，間隙為1mm時，場強數(shù)值最大，達(dá)到111.19V/mm，若此接觸不良處于重要通訊等設(shè)施柜內(nèi)，則產(chǎn)生嚴(yán)重的場強干擾，對電磁波產(chǎn)生擾動，影響通訊質(zhì)量，而隨著微間隙的增大，場強值逐漸減小。

8 結(jié)束語

當(dāng)?shù)蛪壕€路電流增大的過程中，特別是有電容性負(fù)載時，導(dǎo)體接觸面無空氣間隙接觸不會發(fā)生接觸不良放電，而只在有空氣間隙時會出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象，這也是間隙放電的根源，也是家庭或者是相關(guān)公共場所發(fā)生火災(zāi)的一大概率的因素，本文為實踐工程中作了廣泛的參考意義。

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