CN107782660B - 一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法 - Google Patents
一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于电工材料相关技术领域，尤其涉及一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法。一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，包括：将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验，得到所述试样对的接触电阻Rs；根据预置公式计算在预置最高温度条件下的接触电阻限值Rl；对等接触面积换算后的与所述接触电阻限值Rl和所述接触电阻Rs对应的接触电阻限值rl和接触电阻rs进行比较，若rs<rl，则所述测试材料合格；其中，所述试样对为上下重叠固定的两个相同材料或不同材料的试样块，所述电流为通过两个所述试样块的相互接触面的电流。
Description
技术领域
本发明属于电工材料相关技术领域，尤其涉及一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法。
背景技术
刀闸是发电厂和变电站电气系统中重要的开关电器，是电力系统中使用量最大、应用范围最广的电气设备之一。从2008至2012年，国内共发现刀闸触头发热缺陷2131组次，占刀闸全部缺陷的32.1％，刀闸触头失效将威胁电网公司工作人员及设备的安全。目前行业内刀闸触头质量层次不齐，由此引发的安全事故影响巨大且深远。因此，对刀闸优劣的评价显得尤为重要。但是国内外对于刀闸触头材料腐蚀行为的研究尚采用传统的大气腐蚀研究方法，未考虑流通电流对刀闸触头腐蚀的影响。实际上，电流使刀闸触头产生焦耳热，主要影响刀闸触头的温度，对刀闸触头材料腐蚀的影响则远远复杂得多。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，用于解决现有技术评价刀闸触头材料环境耐久性未考虑流通电流因素对刀闸触头材料的影响的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，包括：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验，得到所述试样对的接触电阻Rs；
根据预置公式计算在预置最高温度条件下的接触电阻限值Rl；
对等接触面积换算后的与所述接触电阻限值Rl和所述接触电阻Rs对应的接触电阻限值rl和接触电阻rs进行比较，
若rs<rl，则所述测试材料合格；
其中，所述试样对为上下重叠固定的两个相同材料或不同材料的试样块，所述电流为通过两个所述试样块的相互接触面的电流。
优选的，所述预置公式为
式中，kM为触头金属材料在预置最高温度下的导热系数，单位为W/(m·K)；kA为空气在预置最高温度下的导热系数,单位为W/(m·K)；λM为触头闭合处接触面的温度梯度，单位为K/m；λA为触头与空气接触面的温度梯度，单位为K/m；A1为触头闭合处接触面的面积，单位为m2；A2为触头与空气接触面的面积，单位为m2；α为触头闭合接触位置的数量；Ie为触头的额定电流，单位为A；Rl为触头在预置最高温度下工作的接触电阻限值，单位为Ω。
优选的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之后还包括：
将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置湿度下进行二氧化硫腐蚀试验。
优选的，将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验之后还包括：
重复执行所述中性盐雾试验和所述二氧化硫腐蚀试验1次或3次。
优选的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验。
优选的，将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验具体为：
将所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验。
优选的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验之后，将所述试样对在500～2000A电流、第一预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验之前还包括：
将所述试样对在0A电流、预置温度为25±2℃和第二预置相对湿度为75％±5％下放置1～2h。
优选的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验更具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的NaCl浓度为5％，盐雾沉降量为1.0～2.0ml/80cm2*h的中性盐雾试验。
优选的，所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验更具体为：
将所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫体积比为0.67％的二氧化硫腐蚀试验。
优选的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之前还包括：
将所述试样块进行表面处理。
本发明提供了一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，包括：将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验，得到所述试样对的接触电阻Rs；根据预置公式计算在预置最高温度条件下的接触电阻限值Rl；对等接触面积换算后的与所述接触电阻限值Rl和所述接触电阻Rs对应的接触电阻限值rl和接触电阻rs进行比较，若rs<rl，则所述测试材料合格；其中，所述试样对为上下重叠固定的两个相同材料或不同材料的试样块，所述电流为通过两个所述试样块的相互接触面的电流。本发明考虑了流通电流对刀闸触头腐蚀的影响，在采用中性盐雾试验的基础上，增加了电流试验因素，能更好地对刀闸触头材料的环境耐久性进行评价。
具体实施方式
本发明提供了一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，用于解决现有技术评价刀闸触头材料环境耐久性未考虑流通电流因素对刀闸触头材料的影响的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，包括：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验，得到试样对的接触电阻Rs；
根据预置公式计算在预置最高温度条件下的接触电阻限值Rl；
对等接触面积换算后的与接触电阻限值Rl和接触电阻Rs对应的接触电阻限值rl和接触电阻rs进行比较，
若rs<rl，则测试材料合格；
其中，试样对为上下重叠固定的两个相同材料或不同材料的试样块，电流为通过两个试样块的相互接触面的电流。
本发明实施例中，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之后，得到试样对的接触电阻Rs之前，将试样对在0A电流、温度为25±2℃和相对湿度为70％±5％下放置1～2h并确保试样对的接触点不被干扰。试样对的接触电阻Rs的测试装置为电阻测试仪。
本发明实施例中，预置公式为
式中，kM为触头金属材料在预置最高温度下的导热系数，单位为W/(m·K)；kA为空气在预置最高温度下的导热系数,单位为W/(m·K)；λM为触头闭合处接触面的温度梯度，单位为K/m；λA为触头与空气接触面的温度梯度，单位为K/m；A1为触头闭合处接触面的面积，单位为m2；A2为触头与空气接触面的面积，单位为m2；α为触头闭合接触位置的数量；Ie为触头的额定电流，单位为A；Rl为触头在预置最高温度下工作的接触电阻限值，单位为Ω。
进一步的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之后还包括：
将试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置湿度下进行二氧化硫腐蚀试验。
进一步的，将试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验之后还包括：
重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验1次或3次。
需要说明的是，重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验的次数可根据刀闸触头的实际工况环境的严酷程度适当调整。其中严酷等级为一级时，重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验1次，适用于湿热地区工业环境下使用的刀闸触头材料环境耐久性的模拟评价；严酷等级为二级时，重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验3次，适用于近海地区工业环境下使用的刀闸触头材料环境耐久性的模拟评价。
本发明实施例中，严酷等级为一级，适用于湿热地区工业环境下使用的刀闸触头材料环境耐久性的模拟评价，重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验1次，试验时间为336h(14天)。
本发明实施例中，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验。
本发明实施例中，将试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验具体为：
将试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验。
进一步的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验之后，将试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验之前还包括：
将试样对在0A电流、预置温度为25±2℃和第二预置相对湿度为70％±5％下放置1～2h。
本发明实施例中，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验更具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的NaCl浓度为5％，盐雾沉降量为1.0～2.0ml/80cm2*h的中性盐雾试验。
本发明实施例中，进行中性盐雾试验时的气体压力值的变化范围不超过70kPa～170kPa。
本发明实施例中，试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验更具体为：
将试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫体积比为0.67％的二氧化硫腐蚀试验。
本发明实施例中，二氧化硫的气体发生装置产生二氧化硫，二氧化硫气体每天更换一次，除二氧化硫以外，其他少量的硫的氧化物的含量不应超过硫的氧化物总量的1％。
进一步的，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之前还包括：
将试样块进行表面处理。
本发明实施例中，将试样块进行表面处理具体为用棉花蘸试剂级丙酮对试样块进行擦洗；将试样块浸入无水乙醇中，在室温下进行超声清洗10分钟后用冷风吹干试样块，然后将试样块置于温度为23±2℃，相对湿度为50％±5％的恒温恒湿箱内预处理至少24h。试样块进行表面处理后，试样块表面不存在肉眼可见的缺陷如破损等，不存在油渍、灰尘等污染物。
本发明实施例中，对两对试样对进行了刀闸触头材料环境耐久性的评价，第一试样对的两个试样块的材料为纯铜，第二试样对的两个试样快的材料为铜镀银。第一试样对的接触电阻Rs1的三次测试结果为1.21Ω、1.98Ω、2.2Ω，平均值为1.797Ω。第二试样对的接触电阻Rs2的三次测试结果为0.11mΩ、0.12mΩ、0.14mΩ，平均值为0.123mΩ。
本发明实施例中，刀闸触头动连接最高温度不应超过70℃，预置最高温度为65℃，触头闭合处接触面的面积为0.0008m2，触头与空气接触面的面积为0.0018m2，触头的额定电流为600A。
Rl＝0.85mΩ
根据下式将Rs1、Rs2和Rl换算为接触面积1cm2的接触电阻：
rl＝Rl×A1
rsn＝Rsn×An
式中，rl为Rl对应的接触面积1cm2的接触电阻，单位为Ω；rsn为Rsn对应的接触面积1cm2的接触电阻，单位为Ω；An为试样对的接触面积，单位为m2。
rl＝0.85×8＝6.8mΩ
rs1＝1.797×1＝1.797Ω
rs2＝0.123×1＝0.123mΩ
结果表明，第一试样对未通过严酷等级为一级的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试，纯铜材料不合格；而第二试样对通过严酷等级为一级的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试，铜镀银材料合格。并且检测第一试样对和第二试样对，第一试样对存在腐蚀，第二试样对不存在腐蚀。纯铜材质的刀闸触头材料环境耐久性较差，易发生腐蚀失效，铜镀银材质的刀闸触头材料环境耐久性相对较好，在铜表面上电镀银能够较为有效的提高刀闸触头材料的环境耐久性。
本发明实施例中，将试样块进行表面处理之后，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之前，对试样对的初始接触电阻R0进行了检测，测试装置为电阻测量仪。第一试样对的初始接触电阻R01的三次测试结果为0.095mΩ、0.072mΩ和0.086mΩ，平均值为0.084mΩ。第二试样对的初始接触电阻R02的三次测试结果为0.08mΩ、0.07mΩ和0.08mΩ，平均值为0.073mΩ。第一试样对的初始接触电阻r01和第二试样对的初始接触电阻r02分别为0.084mΩ和0.073mΩ，第一试样对和第二试样对的初始接触电阻均小于接触电阻限值rl。重复执行中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验之前第一试样对的接触电阻Rs01的三次测试结果分别为0.43Ω、0.52Ω、0.65Ω，平均值为0.53Ω。第二试样对的接触电阻Rs02的三次测试结果为分别为0.095mΩ、0.10mΩ、0.12mΩ，平均值为0.105mΩ。第一试样对的接触电阻rs01和第二试样对的接触电阻rs02分别为0.53Ω和0.105mΩ。第一试样对在进行一次中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验之后，接触电阻rs01大于接触电阻限值rl。第二试样对在进行一次中性盐雾试验和二氧化硫腐蚀试验之后，接触电阻rs01小于接触电阻限值rl。纯铜材质在刀闸触头材料环境耐久性的测试过程中的接触电阻变化比铜镀银材料的接触电阻变化得更快。
本发明实施例中评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法结合了空气湿度、SO2、氯化物等腐蚀环境因素系统性地研究电流对刀闸触头材料腐蚀行为的影响，揭示电流强度与腐蚀环境因素对触头材料腐蚀行为影响的交互作用，进而真实反映出工业应用中刀闸触头的腐蚀特征及失效机制，正确评估刀闸触头材料的腐蚀状态，对刀闸触头材料环境耐久性在带电工况下进行较好的模拟评价。
本发明实施例能够同时模拟大电流、盐雾、二氧化硫腐蚀气体等刀闸实际工况下最极限的工作环境，进而更加快速有效的评价刀闸触头材料的环境耐久性，从而更好地对刀闸触头材料进行筛选和评价，有利于电力行业刀闸触头新材料的开发，能够有效指导刀闸触头材料的设计、维护和更换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，包括：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验，再将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置湿度下进行二氧化硫腐蚀试验，得到所述试样对的接触电阻Rs；
根据预置公式计算在预置最高温度条件下的接触电阻限值Rl；
对等接触面积换算后的与所述接触电阻限值Rl和所述接触电阻Rs对应的接触电阻限值rl和接触电阻rs进行比较，
若rs<rl，则所述测试材料合格；
其中，所述试样对为上下重叠固定的两个相同材料或不同材料的试样块，所述电流为通过两个所述试样块的相互接触面的电流；
所述预置公式为
式中，kM为触头金属材料在预置最高温度下的导热系数，单位为W/(m·K)；kA为空气在预置最高温度下的导热系数,单位为W/(m·K)；λM为触头闭合处接触面的温度梯度，单位为K/m；λA为触头与空气接触面的温度梯度，单位为K/m；A1为触头闭合处接触面的面积，单位为m2；A2为触头与空气接触面的面积，单位为m2；α为触头闭合接触位置的数量；Ie为触头的额定电流，单位为A；Rl为触头在预置最高温度下工作的接触电阻限值，单位为Ω。
2.根据权利要求1所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验之后还包括：
重复执行所述中性盐雾试验和所述二氧化硫腐蚀试验1次或3次。
3.根据权利要求2所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验。
4.根据权利要求3所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将所述试样对在500～2000A电流、预置温度和第一预置相对湿度下进行二氧化硫腐蚀试验具体为：
将所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验。
5.根据权利要求4所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验之后，将所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验之前还包括：
将所述试样对在0A电流、预置温度为25±2℃和第二预置相对湿度为75％±5％下放置1～2h。
6.根据权利要求5所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的中性盐雾试验更具体为：
将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下，进行时长为96h的NaCl浓度为5％，盐雾沉降量为1.0～2.0ml/80cm2*h的中性盐雾试验。
7.根据权利要求6所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫腐蚀试验更具体为：
将所述试样对在500～2000A电流、预置温度为25±2℃和第一预置相对湿度为75％±5％下，进行时长为72h的二氧化硫体积比为0.67％的二氧化硫腐蚀试验。
8.根据权利要求7所述的评价刀闸触头材料环境耐久性的测试方法，其特征在于，将测试材料制备成的试样对在500～2000A电流下进行中性盐雾试验之前还包括：
将所述试样块进行表面处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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