低壓電器的端子為何要鍍銀或者鍍錫？
發(fā)布時(shí)間：2023年7月19日 |
文章來源：線束世界 |
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? ? ? ? ?我們討論低壓斷路器和接觸器的銀端子在含硫環(huán)境中（即使大氣中微量的硫，時(shí)間足夠長的情況下）會出現(xiàn)硫化變色的現(xiàn)象，但銅鍍錫和銅鍍鎳端子不會，上一篇文章結(jié)尾留了一個(gè)話題：為了避免變色帶來的麻煩，為何不直接鍍錫或鍍鎳呢？
? ? ? ? ?首先，我們要知道為什么要在導(dǎo)體表面做鍍一層其他金屬？因?yàn)橐粋€(gè)連接件的性能基本上由其表面上發(fā)生的現(xiàn)象決定，例如表面污染、氧化、二次氧化、硫化物的形成、腐蝕等。這些表面的污染增加了接觸電阻并且對連接可靠性有害。因此，保證接觸面的接觸電阻處于較低水平且長期穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)可靠連接的前提。通過在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)母淖冨儗拥暮穸群凸に嚳色@得鍍層的不同性能，例如在銅母線或者銅端子上鍍上低電阻材料（銀、錫等）來降低接觸電阻，而且相對于裸銅可以保證接觸電阻長期穩(wěn)定。其次，為什么銅會選擇鍍銀、鍍錫或者鍍鎳呢？因?yàn)?strong>裸銅在空氣中容易生成電阻率很高的氧化亞銅（氧化亞銅的電阻率為5×10^8Ω.m，而純銅的電阻率為0.0175×10^(-6)Ω.m），且生成的厚度與溫度和時(shí)間有關(guān)。大氣中的銅，在開始一段時(shí)間內(nèi)金屬-金屬接觸的電阻比較低，但是由于大氣中氧的存在，持續(xù)的氧化過程會使接觸電阻迅速增大，會導(dǎo)致搭接面過熱，容易引發(fā)火災(zāi)等安全事故，所以如果是純銅搭接，在搭接前需要提前打磨接觸面上氧化層，以保證低的接觸電阻。錫、鎳和銀（在不含硫的環(huán)境）的氧化物隨時(shí)間生長的厚度較低，且溫度影響不大，尤其是銀的氧化物對接觸無影響，所以從鍍層材料性能看，銀無疑是最優(yōu)的，見下表1。
? ? ? ? ?銅鍍銀對于保證接觸面低電阻率和穩(wěn)定性方面優(yōu)勢明顯，但是遇到含硫容易變色，給使用者一種錯(cuò)覺，容易造成誤解，那能否直接全部改為鍍錫或鍍鎳呢？我們先回顧下GB 14048.1-2012 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：總則中關(guān)于端子溫升的要求，見下表2。對于裸銅端子，其溫升極限為60K，鍍錫端子為65K，鍍銀或鍍鎳端子為70K。
? ? ? ? ?在福州大學(xué)張冠生教授的《電器學(xué)》和GB/T25840-2010 規(guī)定電氣設(shè)備部件（特別是接線端子）允許溫升的導(dǎo)則等材料中，關(guān)于導(dǎo)體載流量與溫升的關(guān)系是：溫升與電流的p次方成正比。p值取決于導(dǎo)體的表面散熱系數(shù)，通常在1.5到2之間，一般取平均值1.76。溫升允許值越高，說明導(dǎo)體允許流過的電流越大?；谏鲜隼碚?，我們將相同規(guī)格的裸銅、銅鍍錫、銅鍍銀端子的載流能力對比如下表。? ? ? ? ?通過對比會發(fā)現(xiàn)銅鍍銀后其“允許通過的電流”相對于裸銅增加了近20%，所以在不改變導(dǎo)體規(guī)格的前提下，僅僅通過改變鍍層，就可以獲得“允許載流能力”的提升。
? ? ? ? ?舉一個(gè)更實(shí)際點(diǎn)的例子，假如某特定規(guī)格的裸銅端子按照GB14048.1溫升要求，其允許通過的電流為1000A（溫升不超過60K），將銅端子鍍錫后，其允許通過的電流可以提高到1080A（溫升不超過65K），將端子鍍銀后，其允許通過的電流將變?yōu)?170A（溫升不超過70K）。反過來，假如電流保持不變，端子鍍層變化，那端子的規(guī)格會如何變化呢？請讀者自行思考。你是不是發(fā)現(xiàn)鍍銀后端子的“載流能力”提高了，其實(shí)更應(yīng)該理解：在滿足國標(biāo)溫升的前提下，鍍銀端子“允許通過的電流值”提高了，因?yàn)殄冦y端子可以在更高的溫度下運(yùn)行。盡管銅鍍銀在含硫環(huán)境甚至在大氣中含硫微量硫氣體的情況下，隨著時(shí)間變化會生成導(dǎo)電性差的硫化銀，但是只要在未發(fā)生硫化前搭接，其搭接面接觸電阻不會受到硫化銀的影響。只有儲存時(shí)間過長已經(jīng)變色的鍍銀端子，才需要在與銅排連接前對端子進(jìn)行處理。? ? ? ? ?鍍錫固然可以避免由于硫化產(chǎn)生的變色現(xiàn)象，但是其“允許載流能力”降低了。對于鍍鎳，雖然其“允許載流能力”與鍍銀相同，但一般不怎么常見，只有在鍍銀不適用的場合（含硫氣體環(huán)境）時(shí)才會采用鍍鎳，且對于搭接時(shí)螺栓的緊固力矩要求更高，因而其成本不低。文章結(jié)尾我們總結(jié)下：銅端子表面鍍錫或鍍銀是為了保持長期穩(wěn)定的、更低的接觸電阻，保證搭接處溫升穩(wěn)定。從溫升的角度看，鍍銀和鍍錫后，其“允許通過的電流值”提高了，有利于節(jié)省貴金屬。
怎么樣，這個(gè)答案和你想象的一樣嗎？
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