游城 賈慶

摘要：地鐵跳接電纜電連接器電纜端接前期廣泛運(yùn)用“旋轉(zhuǎn)頂針”方式，隨著地鐵上用電負(fù)荷的不斷增加，該方式弊端越來(lái)越明顯。本文從安裝工藝，接觸電阻、可靠性等方面進(jìn)行問(wèn)題分析，并提出了改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：接觸電阻;城市軌道交通;電連接器;電纜端接

一、問(wèn)題背景

西南某市軌道交通電科列車(chē)出現(xiàn)四起跳接電纜電連接器接地短路現(xiàn)象。該線路使用受流器供電，若電連接出現(xiàn)金屬性永久短路現(xiàn)象，會(huì)直接導(dǎo)致地鐵線路變電站跳閘，從而整條線路停運(yùn)，影響重大。

二、問(wèn)題分析

經(jīng)過(guò)對(duì)出現(xiàn)接地短路的電連接器仔細(xì)分析，其均出現(xiàn)多芯線纜變色，固定接觸件的絕緣組件因短路產(chǎn)生的巨大能量燒損、碳化，而插針、插孔接觸件對(duì)接處完好。這顯然在電纜端接處發(fā)生較大溫升，時(shí)間一長(zhǎng)，導(dǎo)致絕緣組件老化，絕緣和機(jī)械性能急劇下降。加之，跳接插頭的拆動(dòng)或列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)等，導(dǎo)致接觸件與金屬外殼的爬電距離不足，發(fā)生擊穿短路現(xiàn)象。其根本原因就是電連接器電纜端接處接觸電阻較大，根據(jù)焦耳定律，這導(dǎo)致發(fā)熱量隨之增大。我們知道，接觸電阻（Rc）由收縮電阻（Rs）和層膜電阻（Rf）構(gòu)成：

Rc=Rs+ Rf

收縮電阻是指兩個(gè)導(dǎo)體接觸時(shí)，實(shí)際接觸面積比名義接觸面積要小得多，導(dǎo)致電流經(jīng)過(guò)接觸面時(shí)，路徑受到壓縮而產(chǎn)生的電阻。層膜電阻是指兩個(gè)金屬接觸面上存在的薄氧化膜、硫化膜及其他無(wú)機(jī)膜對(duì)電流的阻礙。他們受兩個(gè)導(dǎo)體的接觸壓力、導(dǎo)體材質(zhì)、電流性質(zhì)、微動(dòng)、環(huán)境和溫度等影響。

對(duì)于電連接器電纜端接的接觸電阻來(lái)說(shuō)，電纜線芯和接觸件的接觸壓力影響最顯著。我們知道，接觸壓力小于其拐點(diǎn)壓力時(shí)，接觸電阻隨壓力增加而下降;當(dāng)接觸壓力大于拐點(diǎn)時(shí)，接觸電阻隨壓力變化而逐漸趨于穩(wěn)定。此次接地短路的電纜端接方式，采用了“旋轉(zhuǎn)頂針”式如圖1。該方式，安裝時(shí)需將線纜送入插孔及頂針的間隙中。首先將軸向頂針?biāo)芍磷畹?，使線纜能夠完全插入插孔腔內(nèi)，然后使用專(zhuān)用工具旋轉(zhuǎn)頂針，通過(guò)頂針擠壓線芯，使線芯張開(kāi)并與插孔腔接觸。

從安裝工藝上分析，“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接主要有如下問(wèn)題：1、插孔腔未設(shè)置觀察孔，電纜是否插到位無(wú)法確認(rèn)。2、頂針緊固牢靠性無(wú)法保證。機(jī)械緊固牢靠，使用定扭矩是較好的判斷方式。頂針壓接在蓬松的線芯上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定扭矩判斷緊固牢靠。過(guò)緊易壓斷線芯，過(guò)松在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，電纜的擺動(dòng)、振動(dòng)都會(huì)使線芯無(wú)法可靠與插孔腔緊密接觸。3、頂針擠壓線芯過(guò)程中，需要線芯均勻分布在頂針頭四周。而受電纜切斷、剝線等影響，無(wú)法保證線芯均勻分布在頂針頭四周，同樣使得線芯無(wú)法可靠與插孔腔緊密接觸。綜上，“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接不能可靠保證線芯與插孔腔的接觸壓力。

為了驗(yàn)證上述分析，我們使用Vanguard公司Auto-Ohm-200 S3型號(hào)的直流微歐表來(lái)測(cè)量“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接的接觸電阻來(lái)驗(yàn)證線芯與插孔腔的接觸緊密性。該微歐表能夠精確測(cè)量從1μΩ到5Ω的電阻值。測(cè)量電流大于5安培時(shí)，分辨率為0.1μΩ。根據(jù)GB/T 34119-2017 《軌道交通 機(jī)車(chē)車(chē)輛用電連接器》要求，電纜截面積70mm2的線纜端接使用測(cè)試電流為23A，最大接觸電阻為0.015mΩ。我們分別選擇了：6根新“旋轉(zhuǎn)頂針”電纜端接接觸電阻最小的、發(fā)生接地短路的列車(chē)（已運(yùn)行5年）上同型號(hào)的及其標(biāo)準(zhǔn)扭力值緊固、旋轉(zhuǎn)頂針?biāo)梢蝗?，旋轉(zhuǎn)頂針半緊固，旋轉(zhuǎn)頂針全松四種狀態(tài)的等五個(gè)接觸電阻進(jìn)行比較。受儀器輸出電流選擇限制，測(cè)試電流選擇25A，具體見(jiàn)表1。需要說(shuō)明的是：GB/T 34119-2017規(guī)定電纜端接的壓接接觸電阻測(cè)量方法是按照GB/T 5095.2-1997中試驗(yàn)2a進(jìn)行的，與本次測(cè)量方式有少許差別，但測(cè)量原理相同，結(jié)果精度更高。另外，“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接生產(chǎn)于2018-02-01之前，測(cè)試結(jié)果不能作為合規(guī)性審查依據(jù)。

顯然“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接，無(wú)論是新做還是運(yùn)行使用5年的接觸電阻都未能達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求。而且頂針?biāo)梢蝗?，接觸電阻增加近一倍。

三、改進(jìn)措施

將“旋轉(zhuǎn)頂針”式（圖2上部）改為壓接式（圖2下部）電纜端接。壓接式設(shè)有觀察孔，有效避免了因線芯為插接到位而導(dǎo)致端接不牢靠的問(wèn)題。通過(guò)壓接工具的定壓力，壓接工具的抗拉強(qiáng)度檢定等手段，有效保證了電纜端接的牢靠性。同時(shí)，我們隨機(jī)選取了5個(gè)壓接式新電纜端接進(jìn)行接觸電阻測(cè)量，其中最大接觸電阻為0.013mΩ（見(jiàn)表2）。

四、結(jié)語(yǔ)

“旋轉(zhuǎn)頂針”式電纜端接裝配工藝?yán)щy，壓接接觸電阻也較大，特別是在頂針不能有效擠壓線芯時(shí)，接觸電阻急劇增加。這些都將導(dǎo)致電連接器溫度升高，使得絕緣組件性能下降，存在接地短路的風(fēng)險(xiǎn)。壓接式電纜端接，受壓接工具技術(shù)的發(fā)展，將廣泛應(yīng)用于電纜端接。它有效的避免了旋轉(zhuǎn)頂針式的弊端，增加了電連接的可靠性。

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