低壓電器的端子為何要鍍銀或者鍍錫？
發布時間：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境中（即使大氣中微量的硫，時間足夠長的情況下）會出現硫化變色的現象，但銅鍍錫和銅鍍鎳端子不會，上一篇文章結尾留了一個話題：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體表面做鍍一層其他金屬？因為一個連接件的性能基本上由其表面上發生的現象決定，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定是實現可靠連接的前提。通過在一定范圍內適當的改變鍍層的厚度和工藝可獲得鍍層的不同性能，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定。其次，為什么銅會選擇鍍銀、鍍錫或者鍍鎳呢？因為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間有關。大氣中的銅，在開始一段時間內金屬-金屬接觸的電阻比較低，但是由于大氣中氧的存在，持續的氧化過程會使接觸電阻迅速增大，會導致搭接面過熱，容易引發火災等安全事故，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（在不含硫的環境）的氧化物隨時間生長的厚度較低，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，銀無疑是最優的，見下表1。
? ? ? ? ?銅鍍銀對于保證接觸面低電阻率和穩定性方面優勢明顯，但是遇到含硫容易變色，給使用者一種錯覺，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 低壓開關設備和控制設備第1部分：總則中關于端子溫升的要求，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。
? ? ? ? ?在福州大學張冠生教授的《電器學》和GB/T25840-2010 規定電氣設備部件（特別是接線端子）允許溫升的導則等材料中，關于導體載流量與溫升的關系是：溫升與電流的p次方成正比。p值取決于導體的表面散熱系數，通常在1.5到2之間，一般取平均值1.76。溫升允許值越高，說明導體允許流過的電流越大。基于上述理論，我們將相同規格的裸銅、銅鍍錫、銅鍍銀端子的載流能力對比如下表。? ? ? ? ?通過對比會發現銅鍍銀后其“允許通過的電流”相對于裸銅增加了近20%，所以在不改變導體規格的前提下，僅僅通過改變鍍層，就可以獲得“允許載流能力”的提升。
? ? ? ? ?舉一個更實際點的例子，假如某特定規格的裸銅端子按照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為1170A（溫升不超過70K）。反過來，假如電流保持不變，端子鍍層變化，那端子的規格會如何變化呢？請讀者自行思考。你是不是發現鍍銀后端子的“載流能力”提高了，其實更應該理解：在滿足國標溫升的前提下，鍍銀端子“允許通過的電流值”提高了，因為鍍銀端子可以在更高的溫度下運行。盡管銅鍍銀在含硫環境甚至在大氣中含硫微量硫氣體的情況下，隨著時間變化會生成導電性差的硫化銀，但是只要在未發生硫化前搭接，其搭接面接觸電阻不會受到硫化銀的影響。只有儲存時間過長已經變色的鍍銀端子，才需要在與銅排連接前對端子進行處理。? ? ? ? ?鍍錫固然可以避免由于硫化產生的變色現象，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（含硫氣體環境）時才會采用鍍鎳，且對于搭接時螺栓的緊固力矩要求更高，因而其成本不低。文章結尾我們總結下：銅端子表面鍍錫或鍍銀是為了保持長期穩定的、更低的接觸電阻，保證搭接處溫升穩定。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，有利于節省貴金屬。
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