关键词： 智能
连接保护（精选六篇）
连接保护 篇1
1 等电位连接的要求及作用
等电位连接的基本概念是两具金属物之间用导体直接连接, 目的是使两导电物处于同一电位, 使人接触两导电物时, 不受电击的危害, 同时附带其他保护作用。
建筑物内导电金属物做等电位连接, 是降低建筑物的间接接触电压, 和不同金属物之间的电位差, 避免自建筑物外经电气线路和各种管道引入的事故电压的危害, 减少保护电器动作不可靠带来的危害, 避免外界电磁场的干扰, 改善电磁兼容环境。
这里需要说明, 建筑物内产生间接接触电压, 一般是发生接地故障时, 电气设备外壳带电, 与附近导电物之间有电位差, 人无意触之, 即发生触电危害。或自建筑物外引入危险电压, 是同一供电系统其他部分 (本建筑物外) 发生故障, 沿线路和管道引入建筑物的电压, 两者均可造成触电危险。保护电器动作不可靠是表明不按规范要求动作, 切断故障回路, 使故障电压持续存在, 其结果可能造成线路火灾, 也可能发生触电危险。避免外界电磁场的干扰, 主要是建筑物内金属物连接在一起, 形成金属笼式结构, 可以起到电磁屏蔽作用。
等电位连接分为总等电位连接、辅助等电位连接、局部等电位连接。实际工程中根据不同需要采取不同的等电位连接。
总等电位连接是将建筑物电气装置外露导电部分与装置外导致部分电位基本相等的连接, 通过进线配电箱近旁的等电位连接端子板 (接地母排) 将下列导电部分进行连通。
进线配电箱的PE (PEN) 母排;金属管道、排水、热力、煤气等干管;建筑物金属物;建筑物的接地装置。
辅助等电位连接是建筑物内导电部分之间用导体直接连通, 使其电位相等或接近。
局部等电位连接是在一局部范围内, 将多个导电部分通过局部等电位端子排连通, 形成局部等电位连接。
等电位连接示意图如图1所示。
2 接地故障特点及接地系统型式
接地故障是指相线对地或与地有联系的导体之间的短路, 它包括相线与大地、PE线、PEN线、配电和用电设备金属外壳、线路管槽、建筑物构件、上下水和采暖、通风等管道以及金属屋面、水面等之间的短路。
接地系统型式根据系统接地与设备接地的关系分类。
TN系统:电源的中性点是不经阻抗直接接地的, 电气装置的外露导电部分是通过与接地的中性点的连接而接地。
TT系统:电源的中性点是不经阻抗直接接地的, 电气装置的外露导电部分的保护接地也是直接接地的, 其系统接地与保护接地是分开设置的, 在电气上是不相关联的。
接地故障根据不同的接地型式表现不同性质, 主要表现在接地电流大小不同上, 接地故障防护需按接地电流选用不同的防护电器。
接地故障属于电气短路的一种, 其与线路相间短路与过载不同。相间短路与过载故障电流较大, 通过整定保护电器等值, 及时切断回路。而接地短路因接地点阻抗不确定性, 使短路电流大小不同。当短路电流较小时, 保护电器不能及时动作, 故障电流可产生电弧引燃附件物体, 或在线路中产生故障电压。所以, 接地故障保护设置需根据不同接地型式, 采取不同的措施和方法。
3 接地故障保护
因接地型式分为TN系统、TT系统、IT系统, 各系统接地故障情况不同, 下面将讨论工程中常用的TN系统, TT系统接地故障保护要求。
3.1 TN系统接地故障保护
TN系统某一回路发生接地故障时, 故障电流沿PE线或PEN线返回电源, 根据故障特点不同分三种情况, 最严重的情况是故障点焊死, 故障电流大, 保护电器迅速动作, 切除故障回路, 避免事故发生。但是, 有时用电设备离电源较远, 线路阻抗大, 接地电流小, 不足以使保护电器及时动作, 故障电流在PE线上形成的压降又超过限值, 就可能发生触电危险。故根据国家标准, 在这种情况下, 需采取辅助等电位连接措施, 防间接触电危险, 保护人身安全。
TN系统配电线路接地保护的动作特性如下:
式中:
Uo———相线对地标称电压;
Zs———接地回路阻抗;
Ia———保证保护电器在规定的时间内自动切断故障回路电流。
TN系统切断故障回路时间要求:
固定式设备线路不宜大于5s, 手握式和移动式电气设备线路不应大于0.4s。
当同一配电箱既供电固定式设备又供电手握式或移动式设备规范要求:
(1) 配电线路切断时间均为0.4s。
(2) 使配电箱至总等电位连接回路之间的一段PE线阻抗不大于ZoUL/Uo, UL是安全电压限值, UL=50V;或做辅助等电位连接。
正常情况下保护电器按上述要求, 满足ZsIa≤Uo特性, 可以及时切断故障回路。特殊情况下, 当电气装置或某一部分线路切断时间不能满足要求时, 应在局部范围内做辅助等电位连接。
辅助等电位连接有效性按下式检验:
式中:
R———可同时触及的外露导电部分和装置外导电部分之间, 故障电流产生电压降引起接触电压的一段线路的电阻;
Ia———切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流。
从以上所述可知, 在TN配电系统中, 保护电器不能及时切断线路, 而需防间接触电危险时, 采取的辅助措施是总等电位连接和辅助等电位连接。在实际工程中, 供电线路过长, 或用同一配电箱供电固定式设备和手握式或移动式设备, 比比皆是。而且手握式或移动式设备切断故障回路时间为0.4s, 也是考虑了总等电位连接作用的结果。所以, 总等电位连接和辅助等电位连接是供电系统接地故障保护的前提。没做好等电位连接, 则不能实现完整的接地故障保护。IEC标准规范要求, 总等电位连接是接地故障保护的基本条件。
当然, 总等电位连接固然能大大降低接触电压, 如果实际建筑物距离电源较远, 线路较长, 保护电器动作时间和接触电压值都可能超过规定值, 可以通过增加导线截面来减小阻抗, 增大接地电流, 满足切断时间要求。但是, 此种方法, 增加费用较高, 经济性不强, 若通过等电位连接实际安全要求, 费用较小, 只需要区区几段连接线就可实现, 是非常实用的办法。
下面具体分析做等电位连接后TN系统接触电压下降情况。辅助等电位连接作用分析如图2所示。
对于手握式或移动式用电设备供电线路本身发生故障时, 采用漏电断路器RCD保护。
3.2 TT系统接地故障保护
TT系统接地故障分析如图3所示。
TT系统的用电设备单独设接地装置, 与电源系统接地无关。电气系统其他部分线路故障, 危险电压不会沿PE线传导TT系统设备上, 因此在TT系统等电位连接没有TN系统重要。但根据有关资料计算表明, 当保护接地RA=4Ω, PE线阻抗ZPE=0.5Ω, 建筑物做等电位连接, 预期接触电压降低89%, 效果十分明显。所以, TT系统出于安全考虑, 也应做好等电位连接。
当TT系统发生接地故障时, 预期接触电压为接地电流Id与RA乘积。通常Uf=IdRA值较大, 超过50V, 规范要求Uf=IdRA≤50V, 要满足规范要求的动作特性, 只有减小RA值, 在实际施工中, 将电阻减的很小是很困难的。故TT系统采用漏电断路器保护, 动作取值In=30mA。Uf=InRA≤50V, RA≤50/0.03Ω=1666Ω, 电阻小于1666Ω在施工中非常容易实现, 规范要求保护接地电阻小于10Ω, 可以满足接地保护要求。
4 结束语
连接保护 篇2
问题分析：可能是安装了ORACLE的客户端软件，而你只在ORACLE安装程序下配置服务，而没有在ORACLE的客户端安装程序下配置服务。解决方案：
1、打开oracle客户端下的Net Configuration Assistant，如果没有监听要建立一个监听，如果已经有了，就不需要再建了。
2、打开oracle客户端下的Net Manager，创建服务，创建的方法和oracle软件下建的方法一样。
2、再次打开PL/SQL，你会发现数据库的下拉列表多了一个你刚才建立的数据库。
挖掘机驾驶室保护和连接装置的改进 篇3
1. 驾驶室保护装置的改进
挖掘机作业工况恶劣,尤其是在隧道、矿山、林场等场所经常发生岩石、砖块等坠落事故。坠落的岩石、砖块等容易撞击驾驶室前部及顶部的玻璃,从而造成驾驶员的人身伤害。因此,挖掘机驾驶室必须安装前部和顶部保护装置。
(1)前部保护装置
挖掘机驾驶室前部保护装置包括上防护网和下防护网,其中上防护网采用12根纵向扁钢、2根横向扁钢、3根横向圆钢组合焊接而成;下防护网采用12根纵向扁钢、2根横向扁钢、1根横向圆钢组合焊接而成,其纵向设置扁钢可增加视野空间,横向设置圆钢可增强保护结构的横向抗拉能力。上、下防护网之间通过3根螺栓连接。
第一次试验中,当前部保护装置吸收能量达到5800 (标准要求)时,该装置被击穿。断裂部位是上、下防护网之间的连接螺栓处,螺栓孔开裂,如图1a所示。
分析断裂原因是螺栓安装孔结构比较薄弱,为此我们采取了2项改进措施。一是将中间的1个连接螺栓孔改为2个,并分别向防护网两侧移动,以增强连接部位的强度;二是将上、下防护网的纵向扁钢由12根增加到13根,下防护网横向圆钢由1根增加为2根,以增强前部保护装置的整体强度。
改进后我们再次进行了试验,试验结果完全满足标准要求。改进后的结构及试验结果如图1b所示。
(2)顶部保护装置
挖掘机驾驶室顶部保护装置采用折弯型钢板,钢板前部挖空,用多根扁钢纵、横交错焊接成保护网。将折弯型钢板前部挖空,可增加驾驶室顶部视野,保护网可起到保护作用。折弯型钢板后部封闭,可增强驾驶室顶部、尤其是驾驶员头部位置的强度,避免在作业中受到落物、飞石的撞击、侵入驾驶室,威胁驾驶员的安全。
第一次试验中,当标准落锤从5.2m处落下,达到11n600J(标准要求)的冲击能量时,顶部保护装置前部保护网横向加强板与折弯型钢板搭接部位断裂,如图2a所示。
分析断裂原因是横向扁钢搭接长度和焊缝长度过短,焊接不牢固,为此我们采取了以下2项改进措施:一是将横向加强板的两边延长,搭接至折弯型钢板框架的折弯处,以增强搭接部位强度;二是将横向加强板由1根增加为3根,将纵向加强板由8根增加为11根,以增强顶保护结构的整体强度。改进后的结构如图2b所示。
改进后的驾驶室前部保护装置和顶部保护装置,能够有效抵御来自驾驶室前部和顶部外来物体的打击,提高了该挖掘机驾驶室的安全等级,使该挖掘机在矿山和森林作业时保正驾驶员的安全。
2. 驾驶室连接装置的改进
由于施工地面的不平整、如果驾驶员操作失误,将造成挖掘机倾翻事故,可对驾驶员的生命安全带来严重戚胁。
改进前的驾驶室通过6个减震器与回转平台1连接,其安装顺序如下:使用螺栓5将减振器4安装在回转平台1上,使用螺栓6将地板架3与减振器4紧固在一起,将驾驶室2吊装在地板架3上,使用螺栓7将驾驶室2和地板架3紧固在一起。改进前的驾驶室安装结构如图3所示。
驾驶室通过地板架,再通过减震器才与回转平台之间连接起来,中间设置了3层连接关系,安全系数较低。在挖掘机遇到前翻、侧翻事故时,3层连接中若有任何1层被破坏,都会造成驾驶室变形,威胁驾驶员的生命安全。若挖掘机发生倾翻,3层连接部件甚至可能全部脱离,可造成驾驶室完全脱离回转平台,可导致更大的伤害。
驾驶室连接装置依然保持其与地板架3、减振器8、回转平台1的连接结构,以保持原驾驶室良好的减振、降噪性能。改进之处是增加了3组连接螺栓4、垫套5、开槽螺母6、开口销7。改进后的驾驶室安装顺序如下:将减振器8、地板架3安装在回转平台1上;用3组连接螺栓和垫圈4将驾驶室2、地板架3、回转平台1全部连接起来,用开槽螺母6在下部锁紧,并穿上开口销7。垫套5一方面保护螺栓4避免受剪,另一方面保证回转平台与地板架之间有4mm间隙,以避免工作过程中减振器8失效。改进后的驾驶室连接装置如图4所示
连接保护 篇4
这种现接触与绝缘：你首先仔细检查网线和水晶（R45）头：水晶头与座是否插好（松动吗）？接触是否良好？接触电阻是多少？是否有积灰？是否氧化？水晶头与座机械闭锁是否已经闭锁？闭锁是否牢固？网络线与水晶头是否压紧并接触良好？网络线的线间绝缘电阻（采用100V的摇表），应大于20兆欧。
2：点击电脑，再打开设备管理器，找到网络适配器点停用，再启动，可能就好了。
3：如果再不行：看看下面方法，不妨采用你感觉可以接受的措施方法，对你的爱机进行彻底的整理一下，你就不会发生此类现象了。
A：经常上网的用户最多半年，要断电后打开设备的外壳（顺便检查设备内部连接是否良好，内存条是否松动，内存条与卡槽接触是否良好？各插件是否松动？插紧了没有？个连接点是否牢固并接触良好），清理设备里面的灰尘。
B：由于设备过电压（想给孩子喂食一样，多了能撑死）、低电压（想给孩子喂食一样，少了会营养不良）、电压波动过大（如同给孩子吃饭，饥一顿、饱一顿的不定量）、过电流、发热，导致过热保护动作切出故障并将设备退出运行（即：会产生慢、延迟、重复启动、延迟、掉线、中断、断线、自动关机、死机等显现像）等；
一：信杂比：（信号与杂音的比例）较小时，有用的信号被嘈杂的杂散信号所掩盖没（特别是码元间的码间干扰），使收信之路不能在嘈杂的信号里正确提取到有用的信号，判断电路就无法对码元进行正确的判断，就会产生丢包，严重的丢包就是延迟产生的原因，严重的延迟就会就是掉线（会产生慢、延迟、重复启动、掉线、延迟、掉线、中断、断线、自动关机、死机等显现像等），使用杂音计或电平表测量杂音电平是否在允许范围内，或者用示波器观察是否存在杂散信号？是否在码间存在码间干扰？采取措施，予以消除。
二：接地：接地是做IT的最基本的要求，模拟设备是这样，数字电路更是这样，来自各方面的干扰都可以通过接地予以消减或消除，外来干扰和本地本极的布线的綫间耦合都可以消减和消除，做好设备的接地屏蔽工作，很多干扰来自于屏蔽不好和接地不良，特别是80后的人，对接地很不重视，只在软件上做工作，很多干扰都是由接地不良或没有接地所引起的，这种故障十分容易产生，也容易被很多人忽视，很多设备损坏与接地有直接关系，也会引起计算机慢、丢包、重复启动、延迟、掉线、中断、断线、自动关机、死机等显现像等。接地必须有两个以上的接地极，每个接地极之间最少间隔10米以上，分别用截面不小于25平方毫米的软铜线引入到机房的汇流排（中间不允许有任何接头），与汇流排连接要涂覆银粉导电膏，设备进汇流排不得小于4平方米多股软线，汇流排对每个接地极的接地电阻小于5欧姆（越小越好）。每年最少检查两次以上。
三：接收电平：接收信号不能太低，太低时，达不到接收之路需要的门槛电平幅度，设备不能正常工作；电平太高会使接收之路前置电路饱和或烧坏前置电路。接收电平在接收门槛附近波动，就会使计算机频繁重复的重启现象；因此，接收电平调整十分重要。使用电平表或示波器，调整连接处的接收电平在合适的幅度范围内。
四：阻抗匹配：连接点必须做到阻抗相对的匹配，输入输出阻抗不匹配就会导致反射衰耗，信号再强也不能正常工作。
1：将设备置于对人较安全地方，首先断开电源，再打开设备的盒盖，利用空气对流加强与空气接触，进行自然散热；
2：给设备加装微型风扇，增大空气的对流，进行强制散热；
3：如果你是做IT的，我建议你：断开电源后，给设备的发热部件加装散热片。
4：设备断开电源后，用3毫米钻头在设备上下钻多多的孔，加强空气的对流量，改善散热条件；
5：将设备至于通风干燥处，最好做个（市面上也有用于笔记本的）绝缘散热支架，把设备支起来，进行自然散热；
6：计算机使用时间较长后，CPU与散热片之间的硅胶干枯时，CPU会严重的发热，会产生丢包、延迟、慢、重复启动、掉线、中断、断线、自动关机、死机等现像。重新涂覆硅胶，即可恢复正常使用。
C：及时清除上网产生的垃圾碎片和IE缓存：只要你使用计算机就会产生垃圾，不及时清理，就会越积累越多，长时间不清理就会使运行C盘空间越来越小及杂乱无章，最后就逐渐的慢下来，直至死机；因此，定期整理运行C盘，可以保持计算机运行速度。D：先让ADSL设备同步：把设备断电后重启。
E: 软件设置合理,做到3不装:非正规软件不装,P2P（占用资源）类软件不装,不常用软件不装.关掉所有不必要的网络连接，比如迅雷 BT 驴子等;
F:优化网络：人们打开计算机上网就会产生垃圾如同吃饭，不收拾餐桌、不刷洗餐具、不清理灶具一样会产生计算机垃圾，计算机就会逐渐表现为慢、卡、延迟、重复启动、掉线等故障；因此，个人推荐使用一些小工具： 比如超级兔子、优化大师、鲁大师或360等；养成下线前予以清理垃圾的好习惯。
G: 至少一款有效正版的杀毒软件：防火墙设置适当（不要过多、过高）；病毒可使计算机变慢、死机、掉线、卡、重复启动和开关机故障。
H: 网卡问题：网卡带宽适当，工作稳定且散热良好。
I:主板的纽扣电池容量不够或无电量，也会不能开机或产生其他故障。
做好接地，强弱信号分开走线，高低频信号分开走线；屏蔽接地良好；上网时，尽量避开上网高峰。
连接保护 篇5
智能变电站是智能电网的重要组成部份, 是把电送到千家万户的重要的设备之一。智能变电站采用了先进、可靠、集成和环保的智能设备, 以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求, 自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能, 同时, 具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能[1]。随着智能数字化变电站的出现保护装置已充分发挥其特征优势, 研究新型的保护可靠性措施, 以较低的成本实现110 k V及其以下电压等级保护设备的较高的可靠性具有重要意义。
1 保护装置和智能变电站的关系
2009年5月, 国家电网公司提出了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础, 利用先进的通信、信息和控制技术, 构建以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的统一坚强智能电网的战略发展目标。随着智能数字化变电站的出现, 充分发挥其特征优势, 研究新型的保护可靠性措施, 以较低的成本实现110 kV及其以下电压等级保护设备的较高的可靠性具有重要意义[2]。
变电站综合自动化系统以及电网安全自动装置继承了传统模拟式保护原理、技术和长期积累的运行经验, 在装置本体和运行现场加强了抗干扰措施, CPU由起初的1个发展到多个, 位数由8位升到32位, 并继而采用2个高速数字信号处理芯片CSP组成的电路, 使其运行能力及速度满足计算的要求, 并大大提高了抗干扰能力。继电保护装置站控层、过程层及间隔层网络多采用以太网通信, 接口类型有:光纤以太网和电以太网。目前使用的均为十/百兆以太网, 但随着智能变电站的发展, 网络流量越来越大, 尤其对于继电保护中的主变和母差保护而言, 其需要获取的数据相对于现状况更多。目前合并器采样输出为每周波80点, 考虑计量需求和技术发展, 采样速率会越来越高, 这些需求将推动千兆以太网技术在智能电网保护技术和控制系统中得到广泛的应用。因此智能变电站中的光纤接口数量会较传统变电站相比明显增加。为适应数字化变电站的高速率需求, 智能电网新型保护控制系统装置上需要安装一系列高速通信接口以及高速的外设及存储等。如DDR2/3内存芯片、千兆以太网等。
2 工艺的改进
高速信号的传输需要使用高速电连接端子, 通常高速电连接端子的管脚是有鱼眼孔洞的针腿, 安装到PCB板所使用的连接方式一般为压接。这项技术目前在通信领域已经广泛使用, 但在电力保护方面还属于新鲜事物, 压接工艺即无焊点连接, 与传统装联方式——焊接相比环保经济, 同时PCB板面因没有使用助焊剂, 所以无残留物, 省去了繁杂的清洗工序, 同时减轻了焊接时高温对电连接器的冲击, 降低了清洗时化学溶剂对PCB板、电连接器在绝缘保护方面的损伤, 相对提高了产品的可靠性, 降低了产品成本, 减少了生产工序, 提高了生产效率, 减轻了劳动强度, 增加了修复次数。
压接工艺是将多个过盈尺寸的有特殊外型的插针通过一定的方式压入PCB板上的钻孔中以达到接触导通的效果的过程。插针的接合区直径必须大于电镀孔的孔径, 从而在压入时使插针和通孔的结合面产生变形, 其插针或者通孔的变形同时也会使两者之间的紧密配合保持下去。不同的连接端子厂商可能会开发他们自己的压合区, 在目前的市场上占有份额较大的有四种弹性压合区:针眼、V形 (V区域) 、动态插针、Tcom。目前主要采用“针眼”式压合区。采用该类型的压合区具有以下优点: (1) 可能允许印制板的镀通孔具有较大的公差; (2) 压入力较小 (相对硬性插针) ; (3) 允许在同一孔上进行多次插接操作。
压接式电连接端子进行压入操作时, 所施加的压入力分为三个阶段, 分别是进入段、接触段和脱离段。在进入段时, 外部施加的力持续线性增加地施加于连接器上, 保证连接端子稳定垂直地进入印刷电路板通孔中, 为接下来的工作做好准备;其PCB板孔径剖视图见图1, 在接触段, 外部施加的力应稳定保持在一个比较小的范围内不变, 保证接触区的良好接触, 同时避免插针接触区的镀层磨损过大或者印刷电路板通孔内部敷铜层发生断裂;进入脱离段后, 压力应该在比较短的时间内脱离, 防止过压, 即压接行程过大, 致使连接端子在压接到位后仍然受力下压, 从而使连接端子或PCB板受到损伤的情况出现。轻微的过压会使连接端子的塑胶超额壳体变形, 严重的会导致连接端子报废、PCB板变形或破裂等。
压接所适合的PCB板通常选用FR-4基材, 翘曲度小于0.75%, 板厚的公差控制在±10%以内, 一般选用热风整平工艺制作PCB板, 但在实际生产中因热风整平的表面处理方式会使孔径大小的误差范围增加, 导致相同的压力有时会有力量不足压不进的现象, 需重新调整压力, 造成效率下降, 所以压接的PCB板工艺在成本和质量的综合考虑下可以选择全板沉金。
电连接压接端子在压接时需要与专用模具的配合, 以帮助其良好的受力, 见图2。模具的制作需要和待压接板匹配, 将已有的器件包纳在内, 保证压入的力量不会对已安装的器件产生损害。当某个压接产品首次制作时, 技术人员在接到计划后应进行模具的设计与制作, 底模采用铝板, 相近的产品可以优化开孔以达到通用性。上模根据器件的尺寸设计, 相同的器件或相同外型尺寸的器件可以共用模具。
3 工艺试验
因智能新型保护装置属于使用压接连接端子的初级阶段, 为确保其可靠性, 相应地做了导通电阻测试及装置功能性测试, 导通电阻测试结果见图3。
具体试验方式为:
(1) 常温试验:常温22 ℃, 测试连接端子的导通电阻。 (2) 高温试验:高温55 ℃, 持续2 h, 测试连接端子的导通电阻;读取数据在常温下进行, 读取整组数据的时间为10~15 min。 (3) 低温试验:低温-20 ℃, 持续2 h, 测试连接端子的导通电阻。读取数据在常温下进行, 读取整组数据的时间为10~15 min。 (4) 振动耐久试验:试验等级Ⅰ级, 频率范围10~150 Hz, 重力加速度9.8 m/s2, 上下方向扫频循环数20次, 每次扫频循环时间8 min;测试连接端子的导通电阻。 (5) 冲击耐久试验:试验等级Ⅰ级, 重力加速度147 m/s2, 脉冲持续时间11 ms, 每个方向上脉冲数3次, 每根轴线上的脉冲数6次;测试连接端子的导通电阻。 (6) 碰撞试验:试验等级Ⅰ级, 重力加速度98 m/s2, 脉冲持续时间16 ms, 每个方向上的脉冲数1 000次。
目前的导通电阻检测结果为:5种状态下的导通电阻与正常情况下比差值可以忽略不计, 同时产品的功能性测试结果也是合格的。
4 结语
优秀的设计和精良的加工工具可以确保压接式电连接端子与印刷电路板配合的安全性和成功性, 但应在压接过程中注意组成电连接端子的元件的微小尺寸以及多层电路板的灵敏度等对产品质量的影响。
无论从IC行业的发展还是电力行业的数字化智能化, 以及增强保护装置自身的竞争力来看, 都应不断跟进新技术, 有计划地不断推进保护智能化的升级以适应市场应用需求的变化。
参考文献
[1]静恩波.智能电网发展技术综述[J].低压电器, 2010 (6) :14-18.
连接保护 篇6
本文根据SOFC运行环境,对连接体在电池堆中所起作用、性能要求和材料种类进行了综述;针对近年来中温型SOFC发展,重点论述了SOFC铁素体不锈钢连接体导电/保护涂层材料的种类、制备技术及研究进展。
1 SOFC的连接体材料
SOFC的主要部件包括阴阳电极、固体氧化物电解质、连接体及密封材料。图1为平板式SOFC的结构及工作原理示意图[1]。SOFC长期工作在高温环境下,使用寿命要求在40000h以上,因而对各组件材料的要求很苛刻。作为SOFC关键部件之一的连接体,在电池堆中起到3方面的作用:(1)将相邻单电池的阴阳电极连接起来,起到导电和导热作用;(2)将相邻单电池的阴阳电极隔离,与密封材料共同起到密封作用,阻止燃料气体进入阴极,同时也阻止空气或氧气进入阳极,因此又称为双极板(Bipolar plate);(3)从力学性能考虑,连接体在燃料电池堆中起支撑体的作用。
高温型SOFC的工作温度为1000℃左右,连接体材料一般选用陶瓷材料。有研究表明钙钛矿结构的铬酸镧(LaCrO3)是最佳侯选材料。LaCrO3在氧化和还原气氛中都具有较优的导电性,其导电机制及性能受到掺杂、氧分压、工作温度等因素的影响,一般温度在800℃以上其导电性才满足工作要求;所以LaCrO3不适用于中低温型SOFC(600~800℃)。另外,LaCrO3存在不易烧结、加工难度大、CrO3易挥发等缺点。近年来,随着阳极支撑平板式SOFC研制成功,新型电解质膜从原来的200μm下降到20μm,解决了电解质欧姆极化过高的问题,使SOFC工作温度从1000℃下降至800℃以下。这使选用金属材料作为SOFC连接体成为可能,Ni基合金、Cr基合金、奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢等都被考虑用作连接体材料[2]。Ni基和Cr基合金都具有很好的耐热性和抗氧化性,但Ni基合金的热膨胀系数远大于SOFC的其它组元;Cr基合金满足热膨胀匹配与导电性的要求,但价格高、不易制成复杂的形状,大量的Cr容易引起阴极Cr中毒。奥氏体不锈钢热膨胀系数也远大于SOFC的其它组元,不适合作连接体材料。铁素体不锈钢是含Cr的铁基合金,在800℃左右时,热膨胀系数为10×10-6~13×10-6/℃,与钇稳定氧化锆(YSZ)电解质的热膨胀系数相近,具有材料成本低、气密性好、易于加工等优点,因此金属连接体更倾向于采用铁素体不锈钢。
2 SOFC连接体用铁素体不锈钢的元素组成
对SOFC连接体材料的要求较多,但对铁素体不锈钢连接体主要有4方面的要求:(1)耐高温氧化;(2)阻止Cr向外扩散,防止阴极Cr中毒;(3)具有良好的尺寸与微结构稳定性;(4)热膨胀系数与其它部件匹配。
市售铁素体不锈钢,如AISI-SAE 400系列,Cr含量在7%~28%范围内,抗高温氧化性较差。在700~1000℃范围内,铁素体不锈钢表面氧化层主要是Fe的氧化物,也含有少量Cr2O3和FeCr2O4尖晶石;随Cr含量的增加,Cr2O3和FeCr2O4尖晶石含量也增大。Cr是其中最重要的元素,它可以形成Cr2O3作为保护层、导电层。为生成起保护作用的单相Cr2O3层,根据温度、表面处理和添加微量元素的不同,一般要求Cr含量控制在17%~20%范围内。其它元素可以抑制Cr2O3的生长速率和降低热膨胀系数,减少Cr在1000℃以上或较低温度时于水汽环境中氧化成CrO3或CrO2(OH)2,从而避免电极中毒。Mn主要改善其抗氧化性,在650~850℃范围内存在少量Mn时,表面会生成双层氧化膜,内层为富Cr2O3的保护层,表层为(Mn,Cr)3O4尖晶石,可减少Cr挥发。Mo、W可调整热膨胀系数与其它组件相匹配。活性元素(如La、Y、Ce、Hf、Zr、Ti等)添加至合金中可以阻止杂质在界面处偏析,增强氧化层与金属基体的粘附力。S是一种有害元素,它会在金属与氧化物界面处聚集,极大地破坏金属与氧化层的粘附力,Cr2O3层裂纹的产生就是由于少量的S在金属与氧化物界面偏析所致。Si和Al的氧化物比氧化铬更具热力学稳定性,因此Si和Al只在基体内部生成氧化物而不迁移到氧化层表面,但SiO2和Al2O3会降低导电性。近年来,一些用于连接体的特种铁素体不锈钢被开发出来,如E-brite、Crofer 22 APU、SS441、ZMG232和ZMG232L等,它们含更少的C、S、P、Mn、Si和较高的Cr[3]。
3 SOFC铁素体不锈钢连接体的保护涂层
3.1 涂层材料的性能要求
铁素体不锈钢连接体在典型的SOFC运行环境下不可避免会在表面形成一层氧化膜,化学组成主要是Cr2O3,它在SOFC工作环境下具有良好的导电性,但如果这种氧化膜太厚会增大电池堆的接触电阻;氧化膜与基体金属的热膨胀系数不匹配会引起氧化膜开裂;Cr易挥发而使阴极中毒[4]。最好的方法是事先在铁素体不锈钢连接体表面形成一层满足性能要求的导电/保护涂层。一般来说,涂层材料应满足4方面的要求:(1)良好的导电性;(2)能降低金属基体的氧化速率;(3)能阻止Cr向外扩散,防止阴极Cr中毒;(4)涂层与金属基体结合力强,热膨胀系数匹配。
3.2 涂层材料的种类及制备技术
用作SOFC铁素体不锈钢连接体的涂层材料大致可分为活性元素氧化物型、稀土钙钛矿型、尖晶石型、MAlCrYO型4种类型,制备技术主要有溶胶-凝胶(Sol-gel)法、浆料涂层法、等离子喷涂法、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法、脉冲激光沉积(PLD)法、过滤电弧沉积法、丝网印刷法、磁控溅射法、电沉积法等。
3.2.1 活性元素氧化物涂层
研究表明,添加少量的活性元素(如Y、La、Ce、Hf等)或其氧化物能有效减小铁素体不锈钢的高温氧化速率,改善氧化层对金属基体的附着力。对于活性元素改善高温合金抗氧化性的机理存在不同的解释。一种观点认为合金中的流动性元素(特别是S)容易在氧化层和金属的界面处偏析,影响氧化层对金属的附着力,活性元素与S形成稳定的化合物,阻止S的迁移和在界面处偏析,从而增强附着力。活性元素与氧具有较强的亲和力,它会向氧活性最高的表面层迁移,但由于活性元素离子半径相对较大,在迁移过程中会在氧化层的晶界处偏析,从而阻止其它氧化物形成元素(如Cr)在短程范围内的迁移通道;阻止离子向外迁移,同时也阻止空位注入界面处。因此,含活性元素氧化物的涂层能有效提高氧化层与金属的附着力,减小氧化层厚度,从而降低铁素体不锈钢连接体的表面比电阻。
镀活性元素氧化物涂层的最常用方法包括Sol-gel法和MOCVD法。Qu等[5]采用Sol-gel法在AISI-SAE 430不锈钢表面制备Y/Co和Ce/Co保护涂层,发现Y比Ce具有更好的减小氧化速率的作用,Y聚集在富Cr2O3的晶界处阻止Cr离子向外扩散,从而减慢氧化速率;Ce优先氧化为CeO2颗粒,存在于富Cr2O3/(Mn,Cr)3O4尖晶石的界面处,也阻止Cr离子扩散,Co则分布在尖晶石相中。Cabouro等[6]采用MOCVD法在Fe-30Cr合金表面沉积Y2O3涂层,有效地提高了合金的抗氧化性,细化Cr2O3晶粒,降低了表面比电阻,消除了裂纹和孔洞。活性氧化物涂层也可以形成导电的钙钛矿结构层,Fontana等[7]采用MOCVD法在Crofer 22 APU、AL453、Haynes 230基体上镀La2O3、Y2O3、Nd2O3涂层,使这些二元氧化物与Cr形成导电的钙钛矿结构材料,发现能有效地降低氧化速率、减小接触电阻、消除氧化物开裂,而且La2O3涂层具有最低的表面比电阻。但因活性元素氧化物涂层比较薄(<200nm)、呈多孔结构,不能很好地阻止Cr的迁移。
3.2.2 稀土钙钛矿涂层
稀土钙钛矿材料的通式为ABO3,其中A为大离子半径的三价稀土阳离子(如La或Y),B为三价过渡金属阳离子(如Cr、Ni、Fe、Co、Cu或Mn)。稀土钙钛矿材料在氧化气氛中表现为p型导电性,在低氧分压下稳定。低氧分压会引起氧空位,产生2个电子,使电子空位减少。大离子半径的碱土金属离子(如Sr和Ca)能够替代A位置上的稀土阳离子;同样,电子受体(如Ni、Fe和Cu)能够掺杂在B位置上。掺杂可以使导电率增加约2个数量级,通过适当掺杂还能调整热膨胀系数,而且稀土钙钛矿材料能为下面的氧化层提供活性元素(如La),改善氧化行为。稀土钙钛矿涂层能降低氧化速率,改善氧化层的附着力,从而进一步减小表面比电阻。稀土钙钛矿材料属于离子导电,因此它不能有效地阻止Cr迁移或吸收Cr而避免阴极Cr中毒,也不能阻止氧扩散,但它与活性元素氧化物涂层一样,能为下层氧化膜提供活性离子。
最常用的导电钙钛矿涂层有铬酸镧(LaCrO3)[8]、铬酸锶镧(La1-xSrxCrO3)、锰酸锶镧(La1-xSrxMnO3)[9]、钴酸锶镧(La1-xSrxCoO3)[10]、铁酸锶镧(La1-xSrxFeO3)等。可以采用射频磁控溅射法、Sol-gel法、PLD法、丝网印刷法等在不锈钢表面沉积。如Tsai等[11]采用丝网印刷法在Crofer 22 APU连接体表面制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O 3保护涂层。
3.2.3 尖晶石涂层
立方尖晶石的通式为AB2O4,其中A和B为在四面体和八面体位置的二价、三价和四价阳离子,氧离子处于面心立方晶格位置。选择不同的A和B阳离子种类及配比,尖晶石能够具有良好的导电性以及与电池其它部件匹配的热膨胀系数。尖晶石涂层具有优良的吸收Cr的能力,可以作为不锈钢连接体的导电保护涂层。Qu等[12]研究了含Cr尖晶石的导电性和热膨胀系数(包括NiCr2O4、CoCr2O4和MnCr2O4尖晶石),采用固相反应法和球磨法制备金属氧化物粉末,再经压制成形和高温烧结制得试样,发现热膨胀系数与Cr2O3接近,MnCr2O4和NiCr2O4电阻率小于Cr2O3。Petric等[13]研究了不同二元尖晶石涂层的热学和电学性能,发现含Fe尖晶石具有与不锈钢最接近的热膨胀系数,Cu-Mn和Co-Mn体系具有相似的热膨胀系数,MnCo2O4和Cu1.3Mn1.7O4的导电性最好。MnxCo3-xO4、CuxMn3-xO4、Co3O4和CuFe2O4都适合于作连接体涂层,如(Mn,Co,Cr)3O4[14]、 (Mn,Co)3O4[15]、CuMn1.8O4[16]、Mn-Co[17]等尖晶石涂层。
制备尖晶石涂层的最常用方法是浆料涂层法(包括热喷涂法、丝网印刷法和等离子喷涂法)。通常采用高温固相反应法或甘氨酸-硝酸盐(GNP)法制备尖晶石粉末,而浆料采用尖晶石粉末与有机粘结剂混合制得。Yang等[18]采用丝网印刷法在Crofer 22 APU基体上制备Mn1.5Co1.5O4涂层,粉末通过Co3O4和MnCO3固相反应制得,并比较2种方法制得的粉末,发现GNP法制得的粉末具有更细、更均匀的颗粒尺寸,从而改善涂层致密性。Montero等[19]研究了Crofer 22 APU、F18TNb、IT-11和E-Brite不锈钢基体上的MnCo1.9-Fe0.1O4尖晶石涂层,采用丝网印刷法镀膜,涂层厚度约为60μm,反应烧结过程包括还原步骤和氧化阶段;发现Mn在合金中起到至关重要的作用,Crofer 22 APU和F18TNb中含有一定数量的Mn,使表面比电阻明显下降,而IT-11和E-brite含很少的Mn,表面比电阻没有明显的改善。等离子喷涂法可以在不同基底上镀0.05~0.5mm厚的陶瓷涂层。Garcia-Vargas等[20]采用空气等离子喷涂法制备相对致密的MnCo2O4涂层,再用湿粉喷涂法制备一层多孔的MnCo2O4涂层,前者能有效减少Cr向外迁移,后者可以增加与阴极的接触和容纳内应力。电沉积法是先在不锈钢基体上沉积金属或合金,再进行热处理或氧化,形成尖晶石涂层;也可直接阳极电沉积金属氧化物,再进行热处理,获得尖晶石涂层。Wei等[21]采用电沉积法在AISI-SAE 430不锈钢基体上依次镀Mn和Co或Cu和Mn,分别制得了(Co,Mn)3O4和(Cu,Mn)3O4尖晶石涂层。Shaigan等[22]采用电沉积法在AISI-SAE 430不锈钢上制备了Ni/LaCrO3 和Co/LaCrO3复合涂层。Liu等[23]采用电沉积和丝网印刷法在连接体表面制备了NiFe2O4尖晶石涂层,其具有优良的导电性,显著地提高了金属基体抗氧化性,减少了Cr2O3的挥发。Sol-gel法是制备铁素体不锈钢的尖晶石保护涂层的另一种有效方法,Pu等采用Sol-gel法在SUS 430连接体表面制备了较低成本、不含Cr的NiMn2O4 和MnCo2O4尖晶石涂层[24,25]。
3.2.4 MAlCrYO涂层
MAlCrY(M代表Fe、Co或Ni)是耐高温(>1000℃)氧化的合金涂层,最先应用于汽轮机或喷气发动机叶片的保护涂层,这种涂层材料是Al2O3的形成物,因此通常不考虑用作连接体涂层。但近年来有文献报道采用MAlCrY氧化物(MAlCrYO)作为连接体涂层,如果涂层厚度很薄(<5μm),Mn或Co也作为涂层组成物之一,能够获得较低的表面比电阻。这主要是由于Mn(来源于涂层或基体)进入到氧化层中,Al、Cr、Co和Mn会形成尖晶石相,这种涂层能有效地减少Cr从基体表面迁移出来。Gannon等[26,27]采用大面积过滤电弧物理气相沉积法(Large area filtered arc physical vapor deposition)制备MAlCrYO涂层。Chen等[28]采用过滤电弧沉积法在SS430合金表面制备了致密的TiAlCrYO涂层。
4 结束语
SOFC是一种很有前景的燃料电池,连接体是SOFC的关键部件之一,对于提高SOFC的稳定性/可靠性起着至关重要的作用。中温型SOFC的研制成功使金属作为连接体材料成为可能。从表面比电阻、热膨胀系数匹配和抗氧化性方面考虑,铁素体不锈钢被认为是最佳材料。但铁素体不锈钢在SOFC运行环境下,在表面会形成一层氧化膜,膜层太厚会导致电池堆的接触电阻增大;氧化膜与基体金属的热膨胀系数不匹配会引起氧化膜开裂;Cr易挥发而使阴极中毒。因此,需要在铁素体不锈钢表面镀覆导电/保护涂层,它们大致可分为活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层、尖晶石涂层和MAlCrYO涂层4种类型,在SOFC工作温度下起到良好的导电和保护作用。采用Sol-gel法、浆料涂层法、等离子喷涂法、MOCVD法、过滤电弧沉积法、丝网印刷法、PLD法、磁控溅射法、电沉积法等表面涂层技术可获得这类导电/保护涂层,应综合考虑涂层质量和制造成本进行选择。
摘要：铁素体不锈钢因具有诸多优点而成为中温固体氧化物燃料电池(SOFC)连接体部件的标准材料。根据SOFC的运行环境,综述了连接体在电池堆中所起的作用、性能要求和材料种类。针对用作SOFC铁素体不锈钢连接体的活性元素氧化物型、稀土钙钛矿型、尖晶石型和MAlCrYO型4类导电/保护涂层材料,重点论述了其作用机理、主要制备技术及研究进展。
