配电系统架空开关裸铜触点的老化问题：铜氧化物的阻抗、厚度及成分分析

《IEEE Transactions on Power Delivery》：Distribution System Overhead Switch Bare Copper Contact Degradation: Copper Oxide Impedance, Thickness, and Composition

沿海地区架空断路器裸铜触点腐蚀机理研究，通过SEM、EDS、XRD和EIS分析发现，Atacalmit和Cuprite两种铜氧化物形成厚达微米的氧化层，其阻抗较裸铜高3-5倍，导致接触电阻增大、局部过热和故障率上升。

　　

摘要：

在圣地亚哥天然气与电力公司（SDG&E）的服务区域内，距离太平洋海岸六英里范围内的中压空气断路器配电开关（其接触部分为裸铜）出现了腐蚀现象，这些开关的更换频率高于同龄但位于内陆的类似开关。这类腐蚀问题导致了较长时间的停电，从而增加了系统平均中断持续时间指数（SAIDI）和系统平均中断频率指数（SAIFI）。本研究探讨了铜的腐蚀特性，这些特性可能导致高阻抗氧化物的形成，进而引发沿海地区裸铜接触开关的故障。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）和电化学阻抗谱（EIS）技术，研究人员量化了氧化物的厚度、阻抗和成分。研究结果表明，铜表面主要形成了赤铜矿（cuprite）和阿塔卡米特（atacamite）两种氧化物，其中阿塔卡米特层的厚度最大。这两种氧化物的阻抗明显高于裸铜本身，这会限制电流流动，从而导致接触部位过热。因此，不建议在沿海地区安装裸铜接触开关。