通信电源线接线端子与铜排的接触面积

赵忠强，潘 远

（中邮通建设咨询有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

在通信电源设备安装施工中，存在诸多电缆终端与设备铜排的连接固定。这些连接固定中，涉及到设备铜排、电缆终端接线铜接线端子（密封式铜接线端子DTM型或DLM型，下称铜鼻子）、固定螺栓、平垫片、弹簧垫圈。出于多种原因，上述多种元器件在型号、规格上存在一定的差异，使得连接固定点达不到标准规范要求，出现大量质量问题或留下很多质量事故隐患。有的因连接固定不紧、铜鼻子与铜排接触面有空隙、杂质，有的连接处因连接元器件规格不统一，使其实际接触面减小、接触电阻增大，在大电流通过时，因接触电阻较大而造成局部发热量不断增加。如果不及时采取措施，随着负载电流的增加就会引发接触面不断升温、打火、烧毁，更加严重的还将引发机房火灾事故。

1 接触面等效电路

铜鼻子与接线铜排连接部分主要涉及的材料有接线铜鼻子、设备铜排、螺栓、平垫片、弹簧垫圈，如图1所示。在描述接触电阻大小、电阻的温度特性时，以铜鼻子与设备铜排接触电阻为出发点，其绝缘介质是空气，将铜排与铜鼻子之间的接触部分间隙等效为一个电阻r0（接触电阻）、铜鼻子与铜排接触面用S表示[1]。铜鼻子与接线铜排接触点的等效电路如图2所示。

图1 接触面积变化对接触电阻的影响

由图2中看出：（1）Ir0=Ur0/r0，式中Ur0为等效电阻两端的电压，Ir0为等效电阻（接触电阻）上的电流也是工作电流。当等效电阻为一个固定值时，两端的电压不变、上面流过的电流随负载的大小变化，等效电阻两端的电压随电流的变化而变化。（2）假设设备负载在某个时刻是固定的，那么等效电路中的电流Ir0由r0由决定；（3）接触电阻r0=ρ(L/S)=ρ(接线长度/接触面积)，其中铜的电导率ρ固定，接线长度L为铜鼻子接线端长度（标准值），S为接触面积；（4）r0的大小由铜鼻子与铜排的接触面积S决定。在不考虑接线长度L、电导率ρ的情况下，接触面积S增加，r0减小；接触面积S减小，r0增加；（5）因负载电流等于等效电阻上的电流，接触面积S影响r0的大小，r0的大小直接影响工作电流，对设备工作的稳定性能否达到设计指标将产生很大影响。

图2 铜鼻子与接线铜排接触点的等效电路

在施工工艺、施工质量符合标准要求的情况下，接线端子（铜鼻子）与设备铜排接触面最大，该接触电阻r0的数值趋于0。当施工工艺质量存在问题，选取的材料质量、规格型号不符合要求时，将造成铜排与铜鼻子接触面积减小、接触电阻增加[2]。在电源电压不变的情况下，随着电流的增加并达到一定值时，r0开始发热，当超过r0的承载能力时，r0将烧毁。因此，控制施工工艺质量，保证设备铜排与铜鼻子接触面积符合规范要求，降低接触电阻，对设备工作稳定性、安全具有非常重要的意义。

2 施工中存在的主要问题

由于等效电阻是铜鼻子与铜排的接触电阻，因此铜鼻子与连接铜排间的安装质量，对电路能否正常工作有着紧密的联系。实践中发现，在机房电源配电柜设备安装过程中，电缆终端接线存在诸多不符合规范的问题。下面以机房电源设备安装工程中常见的问题为例，描述当接触面积减小造成的危害。

2.1 施工工艺与材料

（1）铜排或铜鼻子接触表面不清洁，有粉尘颗粒，实际接触面积S减小，具体如图3所示。

图3 接触面有灰尘

铜排或铜鼻子接触表面不清洁，有粉尘颗粒，使得铜鼻子与铜排接触面积S减小，r0增加，在电流足够大时，r0开始发热。随着电流的不断增加，接触电阻上的温度随着负载电流的增加而急剧增加。当电流增加到一定值时，接触电阻因超负荷承受功率而打火、烧毁，发生质量事故[3]。

（2）铜鼻子变形、倾斜，实际接触面积S减小，具体如图4所示。

图4 接触面倾斜

图4中，铜鼻子变形、倾斜，连接到铜排的面积减小，接触电阻r0增加，r0端电压增加。随着电路中电流的增加，电阻上的温度随着负载电流的增加而急剧上升。当电流增加到一定值时，接触电阻因超负荷承受功率而烧毁，发生质量事故。同时，有效接触面积减小，铜鼻子载流量降低，在电压不变的情况下，带负载的能力降低[4]。

（3）铜排与铜鼻子接触表面不平整，实际接触面积S减小，具体如图5所示。

图5 接触面不平整

铜排与铜鼻子接触表面不平整，有效接触面积减小，铜鼻子载流容量降低，在电压不变的情况下，带负载的能力降低。铜排接触面积S减小，接触电阻r0增加，r0两端电压增加，电阻上的温度随着负载电流的增加而急剧增加。当电流增加到一定值时，接触面积打火，电阻因超负荷承受功率而烧毁，发生质量事故。

（4）两个接地铜排之间加入钢平垫片，铜排之间接触面积减小，具体如图6所示。

图6 铜排间有钢平垫片

图6中，两个铜排之间加入钢质平垫片，由于钢质材料与铜材料的导电率不同，钢材料的导电率小于铜材料，因此相当于在铜排之间添加了一个大电阻，造成铜排之间的接触面积S大幅度减小，电阻r0增加，当遇到雷电泄流时，因电阻太大无法瞬间泄流而产生很高的反向电压脉冲，对周围用电设备带来严重威胁，反向电压将击穿地线周围的设备，造成防雷接地质量事故。

（5）固定螺栓使用的平垫片孔径与螺栓直径、铜排预留孔径不一致，具体如图7所示。

图7 平垫片太大

固定螺栓使用的平垫片孔径太大时，拧紧螺栓后，因平垫片偏离中心面，即偏向有平垫片侧，仅仅固定了铜鼻子的一个边缘，螺栓偏离中心后，螺栓固定不紧、压紧的部分导电，其他大部分接触不良，导致铜鼻子与铜排的实际接触面积减小，电流容量严重下降[5]。由于接触面积S减小，接触电阻r0增加，当电流达到一定值时，r0发热、烧毁，发生质量事故。

（6）平垫片太小、太薄，铜鼻子与铜排固定不紧，接触面积减小，r0增加，具体如图8所示。

图8 平垫片太小

图8中，平垫片太小，当螺栓拧紧时，平垫片部分下陷，螺栓倾斜，形成靠近螺栓周边或一侧较紧，另一侧较松、有空隙，距离铜鼻子较远处表现更加明显。铜鼻子与铜排之间大部分处于分离状态，造成接触面积S大幅度减小、r0增大。当电流达到一定值时，r0发热、烧毁，形成质量事故。

（7）平垫片太薄，铜鼻子与铜排固定不紧，接触面积减小，r0增加，具体如图9所示。

图9 平垫片太薄

平垫片太薄时，当螺栓拧紧时，平垫片中心下陷，四周翘起，形成碟状接触状态，使得铜鼻子与铜排的接触面积大幅度减小、r0增大、工作电流大幅度减小。当电流值达到一定值时，r0发热、烧毁，形成质量事故。

（8）螺栓太细，铜鼻子与铜排固定不紧，接触面积减小，r0增加，具体如图10所示。

图10 螺栓太细

螺栓紧固时，其紧固力集中在平垫片一侧，容易造成平垫片中心偏离、下陷，平垫片大部分失去作用，铜鼻子翘起。造成铜鼻子与铜排接触面积减小，接触电阻增加，导通电流达不到设计容量。大电流工作时，因S较小、r0较大，r0易发热、烧毁，造成质量事故。

（9）螺栓伸出长度不符合要求，具体如图11所示。

图11 螺栓短

螺栓伸出长度不符合规范要求（伸出长度5～8丝），螺栓不能拧紧，铜鼻子与铜排接触不实，S减小、r0增加。同时，螺栓紧固时易滑丝、脱落，出现质量问题，如果不能及时发现，就会留下质量隐患，甚至发生质量事故。

（10）螺母下无弹簧垫圈，具体如图12所示。

图12 无弹簧垫圈

不使用弹簧垫圈的危害：由于螺栓、平垫片都是钢材料，而铜鼻子、铜排为铜材料，在大电流工作时，其温度对两种材料的影响不同（主要是热胀冷缩效应）。在热膨胀效应下，螺栓母将有所偏移（松动），材料受热膨胀以后在没有外力的作用下很难恢复到原来位置。而使用弹簧垫圈以后，利用弹簧垫圈本身的作用将对微微变化的螺母产生外力，使其在冷时能恢复原位，将螺母紧紧压在平垫片上，也即将铜鼻子与铜排紧紧压住不松动。如果无弹簧垫圈，电流波动对接线端的影响不能跟随材料的变化，造成电流减小时，接触面积减小，r0增加，如果随着负载再次增加，因接触面积减小的缘故，r0将严重发热，电流增加到一定值时，r0烧毁，发生质量事故。

（11）铜排上的螺栓孔加工制作为圆角矩形，具体如图13所示。

图13 铜排螺栓孔为圆角矩

有的工厂生产设备铜排时，为铜排与铜排之间调整方便，预留了圆角矩形孔，没有考虑设备应用场景及后期安装质量。当铜排螺栓孔为圆角矩形孔时，螺栓上下两侧的支撑是平垫片，平垫片压到铜排部分较紧、其余侧为空，圆角矩形孔两侧占用了部分铜排面积。随着螺栓的紧固，圆角矩形孔上限边缘较紧，左右为空，铜鼻子与铜排之间的固定不平整，压接重心偏离，导致铜鼻子与铜排之间的有效接触面积S减小，接触电阻r0增大，易造成安装时的移位，铜鼻子与铜排实际接触面积跟随螺栓孔位置发生变化，面积或增加或减小。由于接触面积被圆角矩形孔占用一部分，实际接触面积更小，设计电流容量受到很大影响。

（12）铜鼻子漏接，并有多余的螺栓，具体如图14所示。

图14 漏接的螺栓

由于存在漏接的铜鼻子，铜鼻子与铜排之间仅仅为搭接状态。铜鼻子与铜排接触面积S非常小，接触电阻r0很大，开始加电时，并体现不出来，一旦加上负载，电流达到一定值时，即接触电阻r0发热、接触点打火、燃烧。另外，实践中还发现有多余松动的螺栓，由于多余的螺栓大部分没有紧固，在设备维护、改造、割接等操作时，容易碰到螺栓，引起螺栓松动或脱落，形成短路故障。

（13）铜鼻子打磨掉一部分与铜排连接，具体如图15所示。

图15 铜鼻子打磨一部分

由于空气开关接线端的宽度比铜鼻子的宽度窄，施工人员将铜鼻子两侧分别打磨掉一部分，造成铜鼻子有效面积减小，电流容量减小，严重偏离了设计指标。

以上描述施工中常见的问题，有些问题不与铜鼻子直接关联，比如施工人员将电缆芯线的铜丝被剪掉一部分插入铜鼻子管孔，一个铜鼻子接入两根电缆芯线等问题，参见《浅析通信电源线接线端子与铜排的接触面积》（实例图片），本文不再赘述。

2.2 材料生产采购上的差异

上述问题中，涉及铜排、螺栓、平垫片、弹簧垫圈等问题，主要表现电源设备生产制造中预留的铜排接线孔大部分都是Φ12的，与国标接线端子（铜鼻子）的标准孔径有较大差异，也有的是施工单位自己采购的非标准铜鼻子及其附件，采购时比较随意，没有考虑到接线端是否配套的问题。同时，按照标准GB/T 14315—2008《电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》，接线终端使用的螺栓、平垫片、铜鼻子孔经与铜排预留尺寸应统一。比如DT型240 mm2的铜鼻子规格应符合表1、图16的要求。

图16 螺栓、铜鼻子孔经与铜排预留尺寸

表1 铜接线端子（DT型）尺寸

由于设备厂家没有或者没有严格执行标准，没有根据铜鼻子的螺栓孔径设计接线铜排的接线孔径，仅将其设计为直径Φ12 mm，并配Φ12 mm的螺栓，造成施工现场大部分国标铜鼻子与设备预留孔直径、规格不一致，给施工带来不便。如果施工过程中质量把控不严，将留下大量质量隐患。

3 结 论

电源电缆终端接线存在问题，对机房电源设备、网络设备正常运行的危害非常大。施工单位应严格执行质量管控措施，提高施工工艺质量标准，严格落实工序质量自检制度。各参建单位应严格履行合同义务，保证工程质量符合标准规范和设计要求。在电源设备安装施工过程中，应及早发现、解决本文描述的问题，消除质量、安全隐患，保证电源电缆终端接线端子与设备铜排接触面积符合标准和规范要求。