高压隔离开关电触头性能改善探讨

高压隔离开关电触头性能改善探讨

李芬

江苏省如高高压电器有限公司， 江苏 南通 226500

摘 要：高压隔离开关是电力系统中的关键设备，主要用于隔离高压棒、断路器等电气设备。从高压带电线路，并根据电网运行要求在空载情况下切换高压线路，切换低压电流。它是电力系统中最常用的高压开关之一。由于大部分高压隔离开关位于室外，工作条件艰苦，大部分元件暴露在室外，长期受到室外环境和气候的影响，因此隔离开关的电触点具有不同程度的氧化，接触表面呈黑色隔离开关操作频繁，电气接触严重损坏，导致电气接触电阻过大，温度升高过高，影响隔离开关的运行性能，从而影响整个线路的可靠电源和平稳工作。

关键词：高压隔离开关；碳离子；电触头；离子注入；探讨分析；

前 言：高压分离器在电力系统中应用最为频繁和广泛。摘要:分析我国高压隔离开关电触头工作问题，总结国内外提高隔离开关电触头的技术。提出了一种改进高压分离器的新方法，即向分离器注入碳离子，以提高银基电触头的抗氧化能力、耐磨性和电导率。他还强调了离子注入技术的应用领域。

1 分析高压隔离开关电触头故障及原因

1.1 故障类型分析

绝缘开关大部分时间暴露在户外，在操作过程中容易受到外界环境的影响。使用一段时间后，会发现电触头性能明显下降，容易发生故障。高压隔离开关故障主要是热故障，触头故障主要是触头过热或手指银层脱落造成的。接触银色层的耐磨性差异表现为接触在使用一段时间后严重磨损，导致接触电阻增大。使用频率越高，与热量的接触越大，导致电路过热。在线的公差范围之外，它可能会导致线在重力情况下发生故障，甚至完全瘫痪。由于国家对高压分离器的研究起步较晚，同类产品在与国外产品相同的环境中有明显的缺点，某些金属部件的防腐性能不能满足实际需求。

1.2 故障原因分析

过热、磨损等是触头的主要故障，甚至在触头出现严重故障时也会发生触头的油炸现象。造成这些缺陷的主要原因是:首先，由于隔离开关本身功能的特殊性，隔离开关本身工作频繁，触点闭合时经常撞击，触点涂层在用力作用下使用严重，导致裂纹甚至l其次，由于绝缘开关的大部分组件暴露在外部环境中，空气氧化接触表面后电阻会显着增加，导致接触不良和接触发热。当接触电阻增大时，两侧的接触电阻存在显着差异，部分工作电流被接触弹簧分离，从而降低了弹簧性能，降低了接触手指的接触压力，进一步加剧了接触不良问题，形成了恶性循环。第三，由于接触弹簧的工作强度高和金属之间的吸引力，银质电镀层被撕裂；第四，由于长期接触，表面形成污物层，原表面接触缓慢转变为点接触，导致接触不良、阻力增大、恶性循环。

2 离子注入法改善电触头性能方法探讨

2.1 离子注入原理及特点

离子注入是一种曲面编辑技术，可加速离子进入加工材料的表面，改变材料表面的化学成分和结构，并提高材料表面的性能。离子注入技术引入了注入元素(金属蒸气、非金属蒸气等)进入离子室，内压约1Pa，离子注入正离子。电离室外罩装有电磁线圈，电磁场通过电磁线圈引入放电室，以改善离子放电。在排气口顶部加入正极，负极从另一端引出直径φ 1 ~ 2mm。离子通过出口孔引入离子收敛透镜以加快聚合速度。正负电极可根据需要调节电压值(10mV~10kV)。加速离子束经过磁分析后得到净化，最后高速射向目标表面，穿过目标表面，与内部原子碰撞，在材料表面呈高斯分布，形成的表面合金具有高度饱和的溶质。通过设置不同的束流强度和注射时间，可以精确控制离子注入量，并且可以分别调节两者。离子注入的选择是通过改变分析磁铁的电流来进行的。离子注入是一种表面合金化工艺，具有以下特点:当离子注入掺杂金属表面时，可注入不溶性元素形成合金化阶段，这在许多一般金属工艺和热处理方法中并不存在。形成的曲面组合不受传统的组合规则约束，并且注射元素和基本材料的组合是可选的。离子注入使金属表面晶格变形，形成密度差的网格，提高金属表面的性能。离子注入是原子的直接混合物，不会在金属基底表面形成不同的复合表面。注射层和基本材料之间没有明显的界面，没有表面齐平、变形、界面腐蚀等问题本装置的加工环境真空高，加工温度可在低温、室温和高温下进行控制。在低温和环境温度下进行注射时，注射组合不会变更大小。经过处理的零件不受加工环境的污染，注射的元素非常纯净。在注射过程中，模具温度很少升高，并且退火不会发生翘曲和变形问题，从而保证了加工零件的尺寸和表面光洁度，适合产品表面的最终加工。离子注入的能量更少。注入离子所需的总能量相当于合金分散所需能量的1%。离子束沿直线移动或沿直线扫描，从而可以选择用于局部曲面处理的注射位置。

2.2 离子注入技术工艺实现

离子注入机的类型。通常有许多种类的离子束操作符和不同的分类方法。根据注入的能量，可以区分低能量注入、中能量注入和高能量注入，根据光束的强度，可以分为弱光束和强光束。高强度注射机最适合金属离子注入。自1990年代以来，各国开发和生产了不同类型的商业性MEVVA喷油器，以改进离子注入技术在工业生产中的应用。离子注入表面改性技术在欧洲和美国得到很好的应用。离子注入技术产生了巨大的经济和社会效益，金属离子注入的成本最低已降至每平方厘米0.05美元，这已被许多行业接受和采用。MEVVA离子源喷油器目前拥有世界上最大的光束通量，其真空室中有四个AVIS80-75MEV，总表面积为12000平方厘米。

2.3 离子注入技术应用研究

改进材料耐磨性的应用。通过输送注入的离子，产生了大量的晶格缺陷和损伤。注入的离子与位置误差相互作用，放置错误位置周围的沉积原子，将注入错误位置的离子键连接在一起，防止位置运动不正确和裂纹扩展，提高材料的耐磨性。材料表面耐磨性注入离子强化材料可以减少磨损并提高耐磨性。加强耐腐蚀和耐氧材料的应用。为了提高金属表面对大气腐蚀的抵抗力，可以注入氧气，形成比普通金属更自由的元素，并在表面形成致密的氧化膜。C+、Ti+、B+、Na+、可以在不同程度上提高铜的抗氧化能力。通过向表面注入C离子提高纯铁的电化学强度，注入的碳离子越多，耐蚀性就越强。目前，国内外都有氮和氧离子驱动的保存和氧化产品。提高材料导电性的应用。也可以通过选择合适的离子注入来提高材料的电导率。N+低能量多酚注入提高电导率和电导率稳定性。当氮离子注入磺化聚醚膜时，磺化聚醚膜表面电导率提高了几个水平。实验结果表明，注入碳离子可增加金属电弧光电压，降低接触之间的融合概率。这种出色的电弧磨损特性非常有利于提高其材料的电弧耐磨性，因为添加碳可以有效抑制触头分离涡磨损。同时，离子注入还可以增加金属和气体的电弧电压，缩短电弧寿命。当隔离开关的电触头由于操作错误而断开并变得无法使用时，会在降低触头焊接率、增加隔离开关的安全稳定运行时间方面发挥重要作用。

结束语：

综上，随着设备和技术的进步，离子注入技术在改善高压分离器电气接入方面的作用越来越明显。将离子注入技术与常用的电触头更换制造技术相结合，可显着提高绝缘开关电触头表面的抗氧化能力、耐磨性和电导率。

参考文献：

[1]王富勇. 方瑞明. 户外高压隔离开关电触头发热及其在线监测[J].宁夏工程技术,2011,12（14）：135-139.

[2]王富勇. 陈华桂. 基于电热场影响的户外隔离开关触头发热分析[J].高压电器,2011,13（15）：81-86.

[3]王 磊. 严浩军. 户外高压隔离开关电触头温升机理研究[J].广东电力,2014,14（16）：92-95,117.

[4]王俊勃. 李英民．纳米复合银基电触头材料的研究[J].稀有金属材料与工程．2004，33(11)：1213—1217．

[5]王 茜. 蒙大桥. 刘柯钊. 等．多能碳离子注入纯铁研究[J].材料保护，2007，40(05)：13—16．

[6]TOWNSEND P D．Ion Implantation-an Introduction[J]．ContempPhys，1986.27(3)：241-256．

[7]熊党生． 离子注入尼龙的摩擦磨损性能[J].功能材料，2002，33(4)：444-446．