低压线路接触不良放电的试验研究

低压线路接触不良放电的试验研究

曾力

广东电网有限责任公司惠州供电局516001

摘要：为了研究220V低压线路接触不良放电的一般规律，系统的开展了低压线路接触不良放电的模拟试验。在大量试验的基础上，总结了低压线路接触不良放电的一般规律：相线和中性线接触不良放电时相线电压波形存在相同的放电多发区域，该区域的放电次数均达到最大放电次数的70%，相位区间分别为0°～20°、40°～80°、100°～140°、160°～200°、220°～260°、280°～320°、340°～360°。该相位分布规律不随接触类型、间隙大小、负荷类型和负荷大小的改变而出现偏移或缺失；在电流增大到一定值，接触不良放电的平均放电量随不良接触面积和间隙的增大而线性增大且值均大于25pC；最后由ANSYS仿真结果分析了低压接触不良放电影响因素的放电机理。

关键词：低压线路；接触不良；模拟试验；放电

低压线路接触不良对变电站低压设备安全存在巨大的威胁。为此有学者进行了相关的理论和试验研究，目前较为系统的研究有接触不良时电接头过热的红外测温、电化学性质和接触电阻的增大，这些研究虽然较为详细的阐述了接触不良接头劣变时的变化机理，但对接触不良电参量的研究仍未见报道。本文针对变电站低压设备用电发生线路接触不良放电的情况开展了一系列的模拟试验研究，旨在探究接触不良放电的电参量变化规律，为开发相关低压保护产品提供可靠的试验理论依据。

1.接触不良及放电现象

1.1接触不良分析

导线与导线，导线与配电、用电设备之间连接时，因接触连接处松动、积灰、污秽导致接触电阻过大，发热增加而破坏绝缘，威胁安全供电的现象称为接触不良。若接触处的局部高温、电弧引燃电气线路的绝缘层和附近的可燃物质，即可导致接触不良火灾。接触不良产生的主要原因有：线路安装、施工质量差，造成导线与导线、导线与电气设备的连接点不牢；连接点因热作用或长期的振动导致接头松动；线路连接处有杂质，如氧化层、积灰等；铜、铝连接的不当处理，铜、铝膨胀系数不同，热胀冷缩产生空隙；电解腐蚀作用同样造成接触电阻过大。

1.2接触不良放电现象

线路因接头接触不良发生放电时，接触点出现银白色辉光，且伴有嘶嘶放电声。辉光放电持续一段时间观察导体接触点外形，发现导体接触部分氧化严重且由于放电产生的高温导致导体接触部位出现变形。接头接触不良处持续通电流时，接触间隙开始有火花产生，伴随有激烈的火花碰撞声，导体绝缘层严重灼蚀，接触处产生的高温开始融化绝缘层。导体接触部位经长时间的火花放电若此时的接触间隙不足以引起间隙放电则线路为开路状态，供电中断，若此时仍可维持间隙放电则放电产生的高温将融化绝缘层，引燃周围可燃物，导致电气火灾。

1.3接触不良的变化过程

低压线路中导线连接处在上述若干种因素的作用下，接触电阻增大。根据电阻热效应，连接处会出现发热现象，发热进一步加剧了导体接触面的氧化，接触电阻也将进一步增大，如此反复，形成恶性循环。长期恶劣的环境致使接头原本紧密的接触变成接触面粗糙度增加且氧化严重的接触，此时的接触面已然出现微小的间隙。接触表面因氧化所产生的接触微凸体积累一定的电荷后在电场力的作用下发生微弱的放电。在连接处发热和间隙放电的作用下，导体绝缘材料加剧老化，最终会因接头长期过热出现破损甚至燃烧，最终造成电气火灾。

2.接触不良放电模型和试验

2.1接触不良放电模型

本课题自制了模拟实际线路接触不良的针板模型。该模型有3部分组成：圆锥型尖头微分头（10mm量程、精确度0.01mm）、聚氨酯塑料底座和铝薄板（2mm×30mm×30mm），其中圆锥尖头的微分头可取下替换为柱型头和线型尖头的微分头。

2.2试验介绍

本试验针对220V低压线路的相线和中性线出现接触不良放电的情况，将放电模型分别置于相线和中性线处分开进行试验，原理图如图1所示。线路负荷为36Ω的可调电阻串联23.7mH的电感线圈，耦合电容器（120pF）接头始终处于高压端，耦合电容器、检波阻抗和局部放电检测仪均安全接地。

针板模型在相线时，刀形开关入口侧接单相电相线进线，另一侧接变压器一次侧电压端口。针板模型中的微分头一侧接变压器二次侧电压端口。对于模型中铝薄板一侧，取带夹子的导线，用夹子夹紧模型的铝板，导线另一头接滑线式变阻器，保持针板无压力接触；将变压器接地端、滑线式变阻器出线端和数字示波器接地端一起接在电源末端接线端。数字示波器通道1测调压变压器出线端，通道2测滑线式变阻器末端；导线连接完毕后，取一钳形电流表卡在线路导线上，断开刀形开关，旋动变压器调压旋钮，借助万用表将电压调为220V试验电压；将示波器调为通道2边沿触发，等待放电现象发生。试验过程中，时刻观察流过钳形电流表的电流，防止试验电流超过滑线式变阻器的额定电流。触发完成则保存波形数据文件，等待下一次触发信号。针板模型在中性线时，将针板模型按照电流针进板出的原则接在滑线式变阻器后，其他接线和针板模型在相线上相一致，试验方法相同。

3.接触不良放电的影响因素分析

不同类型的接触其表现在宏观上为接触面积的相应变化，而对于微观表面而言，接触面积上的接触微凸体———接触面微观凸起部位也相应的变化。金属带电体表面曲率越大电荷密度也越大，表面附近电场强度越强。不同接触类型（如点面、线面、面面接触）其接触面越大，接触面上微凸体也越多。接触表面经氧化后，场强增强，接触微凸体亦越多，则接触面上放电的几率和放电量也较以前增大。试验中线面、面面比点面接触有更多不良接触面积，即更多的接触微凸体，则更容易发生放电，实际中各平均放电量趋势图亦证实这一点。

两导体接触面在外观无间隙接触时，其微观接触表面存在一定的间隙。当接触压力减小，间隙也随之增大，原本作为电流路径的接触微凸体也分离开来。随着间隙的越大，阳极表面和阴极表面的接触微凸体增加的数量也越多，在不断开导体接触的过程中，两接触表面微凸体充当了放电尖端。根据尖端放电原理，即放电极数越多，加之氧化后接触间隙处场强明显增大，最终导致间隙增大放电次数和放电量也相应的增大。

接触不良放电所产生的放电脉冲信号为放电瞬间电流突变的低频脉冲信号，该信号能够顺利的通过电阻和阻感性负荷而被检波阻抗采集到，因此负荷性质不会对放电所产生的规律造成影响。这同时也解释了相线和中性线上发生接触不良放电时，放电规律不随放电位置的变化而改变的原因。在无接触间隙时，电流大小对于接头处产生的热量有直接的作用，但对接触面电场强度、接触微凸体数量没有直接的影响，在这二者没有增加的情况下，放电量不会随电流的增大而改变，同时也不会对放电区域相位产生影响。

4.局放检测的干扰及解决措施

局放检测的干扰分为两类：开关放电干扰和低压电力线噪声干扰。针对这两种干扰在硬件上使耦合电容器、检波阻抗和局放检测仪可靠接地，并在开关闭合后推迟数据采集时间以躲避开关放电信号，在软件上设置局放检测仪滤波带宽为40kHz～200kHz，以躲开其他谐波频率范围减小干扰程度。

结论

线路上因接触不良发生放电，接触不良发生在火线和零线上分别对应的零线电压波形差异性明显。在零线上出现接触不良放电时，零线电压波形中出现的放电脉冲具有一定的规律性。

参考文献：

[1]司戈.我国建筑电气火灾的现状、问题和防控对策[J].建筑电气，2008，27（10）：28-31.

[2]马吉安.电气线路接触不良的判断及预防措施[J].中国设备工程，2008（12）：48.