铜连接比铝更为可靠

1. 简介

        2003年，加拿大PowerTech实验室与加拿大铜业开发协会（CCBDA）共同进行了一项试验，在同等环境条件下比较铜导体铜接头、铜导体铝接头、铝导体铝接头的连接性能（此处及以下的铝均指铝合金）。以下是试验的相关内容。

2. 目标

         这个项目的目的是在同等的实验条件下比较连接器的性能，三种配置：
         • 铜铜连接
         • 铜铝连接
         • 铝铝连接
        本实验中所使用的电源连接器、导体和氧化抑制剂均是标准型号，商用品种来自几个不同的制造商。大小是2/0 AWG铜和4/0 AWG铝。
3. 背景资料

        铝和铜的电气特性有显著的差别，而且其氧化物会影响其长期的性能。暴露在空气中的铝容易氧化，而且附在金属的外层迅速形成硬的具有电气绝缘性能的氧化物。因此铝接头通常要制造成外层镀锡以防止接头产生表面氧化。铝压接头也要预先填充抗氧化复合物以减轻在运行中铝导体及其接头之间的氧化。铝导体必须始终保证无氧化层且施加抗氧化剂（或导电膏），现有的铝合金电缆均不能省略这一工序。 铜暴露在空气中也会氧化，但形成的氧化物相对较软，而且是导电的。因此铜接头通常可不用抗氧化剂。在潮湿环境中铜和铝直接接触时，由于两种金属的不同性质，从而会产生剧烈的电解反应。  铜和铝的不同特性会导致各种型式的电气接头在长期使用中产生显著不同的性能。本试验将铜和铜、铝和铜、铝和铝连接的接头暴露在腐蚀环境，以大电流短时间试验2000小时，使其加速老化。铜和铜的接头在试验期间的电阻变化很小，在本次试验中表现最好。

4. 样品测试

    研究中使用的测试样品是铜铝连接，所有的组件都是符合标准的。

    铜线是19-strand 2/0 AWG,铝导体是加拿大铝业的NUAL 18-strand AWG 4/0紧凑型。

    导体尺寸要选择相同的载流容量。

    连接器是压缩和1-洞机械螺栓类型接头连接器的组合。

        铝压缩连接器都是镀锡且在接口处涂抹了抗氧化剂。表1中提供了所有的测试样品的规格，图1展示了所有的样品图片。
4.1 用于测试的样品

4.2 接头的安装
    采用压接及机械式螺栓单孔连接，所有的铝导体的压接都镀锡并填充抗氧化剂。接头安装在50厘米长的一段导体上，并采取下列安装程序：

       •安装连接器之前先使用铁丝网刷刷表面

       •铝导体机械连接器的安装使用的是贝茨⦁托马斯&Contax®CTB8的氧化抑制剂。

       •铜铜连接的连接器不需要任何抗氧化剂

       •压缩连接器是卷边使用的托马斯·贝茨&(布莱克本)模型TBM5卷边工具。

       •如表2所示，机械连接器安装使用扭矩水平。

       •钎焊的焊接均衡器安装在每个导体段的另一端，以提供良好的电流分布用于电流检测和电阻测量。

4.3 测试过程
    测试样品均暴露在腐蚀性的环境,过程中使用的是高电流。测试是为了显示连接处对于腐蚀环境的敏感度，通过观测在实验进程中的电阻值变化来测量。
    循环测试是按下列顺序进行的：

        •盐雾腐蚀循环进行了500小时的时间。

        •每500小时盐雾测试后进行电流脉冲测试。

        •在腐蚀测试期间，连接器的直流电阻读数是大约170小时,之前和之后的每一组都安排电流脉冲测试。

        •共有四组盐雾和电流测试,总共大约2000小时的盐雾测试。

 4.3.1 腐蚀循环

    连接器样品组安装在一个导线和连接器水平的三层PVC架上,连接器悬浮在空气中。 在测试期间连接器的位置要周期交换，以便不同样品,更加一致地暴露在腐蚀环境。
    每4小时的腐蚀测试周期包括以下步骤:
        1. 盐雾喷淋1小时45分钟,细水雾中含有3%氯化钠溶液，用硝酸调节pH值为5.5。
        2. 烘干两个小时，在两个小时内达到最高温度70℃。
        3. 用水冲洗15分钟,在腐蚀测试期间不断地循环重复。

铜铜连接

4.3.2 电流脉冲测试

    电流脉冲测试的原因是为了加速连接器接触导体的退化，此次测试， 4/0铝导体用1750Arm的电流和2/0铜导体应用1800 Arms，足以产生预期的效果。每个测试中，电流保持在这些等级足够时间以将控制线的温度提高至250℃，由控制线盘中心的电偶测量测量温度。通常若导体接近室温,这个程序大约50秒需要50秒。

    脉冲电流测试的样品如下:

        • 每组10个连接器,全部连在一起,同时接受电流脉冲测试。

        • 控制导线放在连接器组件中。在电流脉冲测试中，热电偶是附着在每个控制导线的上测量温度。

    •  五个短时间高电流脉冲连续应用。在每个电流脉冲之间，控制样品冷却到40℃或更低。

    每个样品的电阻(从每个均衡器到每个连接器) 在室温下和每组五个电流脉冲测试之后，使用微欧姆计测试。

铝铝连接

4.4  最终结果

    腐蚀和电流脉冲测试的最终结果如下,结果显示了列出的每种类型样品的在整个测试周期中电阻变化的百分比。整个样品的电阻增加超过5%(均衡器,导体段和连接器)相当于接触导线连接器处的电阻增加了超过100%。

因此，这一数值样品的电阻值增加超过5%是一个标志。

铝铝导体连接器

        •40%连接器的样品可以被认为失败了。

        •10%的样品表现电阻值明显增长。

        •20%的样本显示,电阻值适度增长。

        •30%样本显示电阻值减少。

铝铜导体连接器:

       •40%的样品表现出阻力显著增长。

       •30%的样本显示,电阻值出现适度的增幅。

       •30%样本显示电阻值有一个小的增幅。

铜铜导体连接器:

       •70%样本显示电阻值有一个小的增福

       •30%样本显示电阻值减少。

    在2000小时的腐蚀测试和电流脉冲测试中，我们可以得出所有的铜铜导体连接器整体性能最优。

铜铝连接

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