高压隔离开关电触头性能改善分析与探讨

摘 要 高压隔离开关在电力系统中的应用最频繁、使用范围最广泛。本文分析了我国高压隔离开关电触头在运行上存在的问题，总结了国内外改善隔离开关电触头的技术。并提出改善高压隔离开关的新思路，即用碳离子注入隔离开关，来改善开关银基电触头的抗氧化性、耐磨性、导电性等性能。同时也指出了电离子注入技术的应用领域。

关键词 高压隔离开关；碳离子；电触头；离子注入

中图分类号TM73 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）95-0040-02

1高压隔离开关电触头在运行上存在的问题

1.1电触头运行问题分析

电触头在运行上存在的问题，表现在触面磨损严重、电触头过热、表面氧化程度严重以致于变黑，最严重时甚至触头被烧焦。究其原因表现在以下几点：

1）触头因接触时间过长，在触头的接触面上产生一层厚厚的污垢。这样使得接触面发生变化，由面变成点，严重时会接触不良，增大接触电阻；

2）高压隔离开关属于户外式结构，因此隔离开关的很多零部件在外面，使得与其接触的地方发生大规模氧化，从而加大了其的电阻，导致高压隔离开关接触不良，从而热量上升，虽高压隔离开关的触头的电阻增加了，但是高压隔离开关触头的旁边确因触头里面的弹簧从而承受了一部分运行电流而导致电阻有所不同，而弹簧也因此弹性变弱，进而触指接触压力变小，触头的接触情况进一步变糟；

3）高压隔离开关因为经常操作，从而使得表层的镀银层受到磨损，使得高压隔离开关的触头有些接触不良，从而发生触指的银镀层脱落、裂缝等等，然而这些因素会导致开关触头温度上升甚至会产生一些电弧，这些现象最终会因电流突变导致装置的二次伤害。

4）高压隔离开关因长时间闭合，触头弹簧会一直处于压缩的状态。根据元素的相似相容原理，会导致电触头镀银层的撕裂、脱落。

1.2户外条件影响隔离开关电触头的运行

因为隔离开关的结构一般都是属于户外式，然而户外的各种条件，会使得隔离开关电触头的性能发生改变，从而产生一些故障。如2004- 2005年一年中，就云南一个省，因电触头缘故造成的导电回路腐蚀、过热而引起的故障就有7例。然而在同样的外界条件下，欧美很多的隔离开关就没有这些问题，可见我们的产品和国外的产品存在明显差距，变现在免维修、耐电性以及金属零部件的抗腐蚀性。

2 改善电触头性能的方法之离子注入法

2.1离子注入的工作原理和优点

离子注入的实施对象是表层，具体方法是将其加速，打进表层这种方法叫做物理冶金。通过改变材料表层的组成成分以及结构，来使得材料表层的性能得到改善。离子注入技术把欲注入的元素通过离子源通入到气压大概为1Pa电离室内，将其电离使之成为正离子。然后将电磁圈套在电离室上，通过电磁圈把磁场导入放电室，以增加电离的放电程度。放电室顶添加一个正极，底端从一个直径Φ1-2mm中引出负电极。把离子从引出孔引出，通过离子会聚透镜进行加速、聚集。正负极的电压可以根据需要来调节，待加速的离子束可通过磁铁将其净化，净化后的离子经过加速，最终射向靶面，并穿透靶面同内部原子产生碰撞，使其材料表层呈现高斯曲线分布，形成的表层合金呈现高度饱和的固液体。要想精确控制离子的注入量，可以设置注入时间和束流强度。注入离子的选择可以从分析磁铁通过不同电流来实现。

将离子注入的流程通过图来展示，如图1所示。离子注入是一种表面合金化的方法，它具有以下优点。

1）离子束的运动方向是直线的，所以对表面的处理的选择具有任意性；

2）离子注入产生的注入层同基体材料并没有明显的界限，因为离子注入属于原子间的混合，不会产生与基体层组成成分不通的表面层，因此不用担心会出现界面的腐蚀、表层剥裂、脱落、疏松等问题；

3）在金属表层进行离子注入，可以注入互不相溶的元素，达到一般冶金技术以及热处理方法所不能达到的合金相。形成表面合金不受传统合金规则的束缚，可以随意的选择要注入的元素；

4）离子注入能够强化金属表层的性能，原因在于离子注入会改变金属表面的晶格，形成高密度的位错网格；

5）被处理的部件是在真空中进行的，处理温度有室温、高温、低温之分。如果离子注入是在室温与低温下进行的，注入部件受到处理环境污染程度很小，能够保证注入元素的纯度，且尺寸不会产生改变。注入的过程，基体的温度变化很小，不存在退火后受注部件的软化或变形的问题，这样能够确保受注零件表面的光滑以及尺寸不会发生较大改变，为最后表面处理尊定了基础；

6）离子注入法的优点还变现在对能量消耗较少上。相比于合金扩散所需的能量，离子注入消耗的能量仅占其1%。

3 离子注入技术的应用领域

离子注入技术的应用领域有改善电触头导电率、抗氧化、耐磨；提高金属表面在空气中的防腐性以及抗腐蚀能力；注入离子在受注表面形成错位晶格网，增强了受注材料的耐磨性；改善材料的导电效率；离子注入不仅可以在单一材料上进行，还可在合金上进行，实验证明在弱电压下，注入材料是合金的，在电阻稳定性上、触头耐磨性以及使用寿命上都有所提升。

4 结论

离子注入技术随着设备和技术的完善，在改善高压隔离开关电触头上的作用也越加明显。把离子注入技术同目前常用的电触头改性制作工艺相结合，能够使隔离开关电触头表面的抗氧化性、耐磨性以及导电性得到明显的改善。尽管离子注入技术广泛应用于生产隔离开关上还需要很长的路要走，但离子注入技术在改善隔离开关电触头上发挥的重要作用是不容忽视的。

参考文献

[1]区伟斌，陈润华，陈曦.高压隔离开关的常见故障及处理[J].价值工程，2012（36）.

[2]凌颖，赵莉华，唐婷婷等.高压隔离开关电触头性能改善探讨[J].高乐电器，2010（8）.

[3]刘帆.和谐1型机车高压隔离开关的故障原因分析及改进措施[J].研究与探讨，2009（1）.