工况下电气设备在硫化氢环境中的腐蚀行为研究
杨阳，陈川，王俊，揭敢新，赵钺，向利
(中国电器科学研究院股份有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州510663)
摘要：研究带电运行工况下电气设备在不同浓度硫化氢条件下的腐蚀行为，明确电流对电气设备腐蚀行为的影响。釆用GH-180腐蚀气体试验箱进行不同浓度硫化氢气体腐蚀加速试验，选用IT6513D直流电源作为施加电源装置，分别利用U2516电阻测试仪和Fluke1550C绝缘电阻测试仪对电气设备接触电阻和绝缘电阻进行测量。带电运行工况下电流在浓度为0.15ppm和15ppm条件下对绝缘电阻减少幅度影响较小。接触电阻经不同浓度硫化氢气体腐蚀试验后均出现不同程度的增大，非带电运行工况时在高浓度15ppm条件下，接触电阻增大幅度最高。带电运行工况下的外加电流在一定程度减弱了电气设备因腐蚀导致接触不良现象的发生概率，建议尽可能使电气设备处于带电运行工况状态中。 关键词：电气设备；腐蚀行为；硫化氢；电气性能
中图分类号：TM207文献标识码：A文章编号：1004-7204(2021)02-0007-07
Study on Corrosion Behavior of Electrical Equipments in Hydrogen Sulfide
Environment under Operation Conditions
YANG Yang,CHEN Chuan,WANG Jun,JIE Gan-xin,ZHAO Yue,XIANG Li
(State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products,China National Electrie Apparatus
Research Institute Co.,Ltd.,Guangzhou510663)
Abstract:The corrosion behavior of electrical equipment under the condition of differerrt concentration of hydrogen sulfide under electrified operation condition was studied to clarify the influence of current on the corrosion behavior of electrical equipment*Gh-180corrosive gas test chamber was used to carry out accelerated corrosion tests of hydrogen sulfide gas with different concentrations. IT6513D DC power supply was selected as the application power supply device.U2516resistQnce tester and Fluke1550C insulation resistance tester were used to measure the contact resistance and insulation resistance of electrical equipment.The electrie current has little influence on the insulation resistance reduetion under the condition of0.15ppm and15ppm.The contact resistance increases to varying degrees after corrosion tests with hydrogen sulfide gas at different concentrations.The contact resistance increases to the highest extent under the condition of high concentration of15ppm under the condition of uncharged operation.The applied current in the el
ectrified running condition weakens the probability of bad contact caused by corrosion of the electrical equipment to some extent. It is sugges ted to make the elec trical equipme n t in the elec trified running cond ition as far as possible.
Key words:electrical equipment;corrosion behavior;hydrogen sulfide;electrical properties
引言
电气设备是构成电力系统的基本单元，在选用电气设备时，不仅要考虑电气设备的电性能参数要求，而且要考虑其质量水平和使用可靠性等级叫电气设备及元器件在预期寿命期间的性能取决于许多因素，如设计型式、选材以及机械性能等，另一些性能则由环境因素对其影响决定，如温度、湿度以及气体成分等，尤其是环境中存在腐蚀性的污染物如H2S，即使是含量较少，也
足以导致电气设备在使用过程中出现接触不良或功能失 效等不良现象跆。室内环境加速模拟试验具有能在短时间内得出材 料、产品或设备等在使用条件下若干年后的性能变化倾 向的优势一句。绝缘电阻和接触电阻两个技术指标是电 气设备的重要性能和质量指标旷刃。在正常环境下，电 气设备的电气性能均能满足正常使用要求，但在含腐蚀 介质存在的环境中，电气设备的电气性能会受到严重干
扰，如绝缘电阻值下降或接触电阻增加，这些变化会导
致电气设备在带电运行工况下出现漏电或接触不良等失 效现象阴。
研究表明［11'12］电气设备在使用环境中还处于电场作 用下的复杂环境中，外界电场对带电离子在液膜中迁移、
运动以及沉积的影响十分显著。目前大多数研究仅限于 电气设备产品静态时的加速腐蚀行为研究，鲜少有将带 电运行工况条件对其在腐蚀环境中的影响考虑在内。因
此，本文通过在加速试验过程中施加电流模拟电气设备
带电运行工况状态，能更准确反应电气设备在带电运行 工况下的腐蚀行为及规律，同时试验前后对各样品电气
性能进行测试，能够反映样品在腐蚀环境对其绝缘电阻、 接触电阻等电气性能的影响。从电气金属材料的角度， 对电气设备和元器件材料腐蚀现象、腐蚀原理及规律进 行分析和评价，为电气设备的选材设计、维护和更换提
供科学依据。
1试验样品和方法
试验样品选用主流品牌限位开关、继电器和空气开
关如图1所示，样品数量和试验条件见表lo 采用GH- 180腐蚀气体试验箱进行不同浓度硫化氢气体腐蚀加速
试验，选IT6513D 直流电源作为施加电源装置，试验 条件为硫化氢体积分数分别设为0.15 ppm 、1.50 ppm 和15 ppm，试验箱内温度设定为(25 ±2)七；相对湿
(a)D4A-4501N 限位开关
(b)RXZE2S114M 继电器
coax « - — I
00-1• • <
(c) iC65N 空气开关
图1试验样品
度设置为(75±3)%RH，试验周期为10d，试验施加电流大小2Ao
待试验结束后，采用U2516电阻测试仪测试电气设备前后的接触电阻，测试环境温度为(25±2)°C，相对湿度为(55±10)%，测试时长为1min o采用Fluke 1550C绝缘电阻测试仪测试电气元器件的绝缘电阻，测试电压为500V，稳定时间为30s。
表1试验样品列表
样品名称规格型号样品编号硫化氢浓度/ppm
(容差±20%)
施加
电流
/A
试验
周期
/d
A-0-10.15
限位开关D4A-4501N A-0-2 1.5
A-0-315
B-0-10.15
继电器RXZE2S114M B-0-2 1.50
B-0-315
C-0-10.15
空气开关iC65N C-0-2 1.5
C-0-315
10
A-1-10.15
限位开关D4A-4501N A-1-2 1.5
A-1-315
B-1-10.15
继电器RXZE2S114M B-1-2 1.52
B-1-315
C-1-10.15
空气开关1C65N C-1-2 1.5
C-1-315
2试验结果
2.1限位开关
从表2和图2(a)中可知，限位开关在经过不同浓度硫化氢环境试验后，绝缘电阻均有所下降，其中A-0-1和A-1-1绝缘电阻值下降幅度较大，图2(c)可知限位开关在不带电状态下绝缘电阻的下降幅度值随着硫化氢浓度为0.15ppm时最大，随着浓度的增加，下降幅度值减小，而当浓度为15ppm时，绝缘电阻下降幅度值又有所增加；在带电状态下，限位开关绝缘电阻的下降幅度值随着硫化氢浓度的增加而减小，在硫化氢浓度较低时，限位开关在此状态下绝缘电阻值下降较大，在硫化氢浓度较高时，绝缘电阻值下降较小，说明限位开关在较高浓度15ppm时，绝缘电阻下降幅度较低，可更好地维持限位开关的绝缘保护性能。
图2(b)中可见限位开关试验前后接触电阻总体上普遍增大，但在0.15ppm不带电状态下接触电阻有所下降，在1.5ppm带电状态下接触电阻增大幅度值最大，说明在该条件下，限位开关可能会出现各触点接触不良的现象，通过图2(d)对比，在较高浓度15ppm时，限位开关处于通电状态可减少限位开关触点接触电阻增大的幅度。
2.2继电器
从表3和图3(a)中可知，继电器在经过不同浓度硫化氢环境试验后，绝缘电阻值均出现不同幅度的下降，其中B-0-1和B-1-1绝缘电阻值下降幅度较大，图3(c)可知，两种状态的继电器绝缘电阻下降幅度在低浓度0.15ppm时较大，尤其在带电状况下，继电器绝缘电阻下降幅度最大，说明在该状况下，继电器容易发生漏电
表2D4A-4501N限位开关不同硫化氢浓度下带电和不带电试验前后的接触电阻和绝缘电阻
样品名称样品编号试验前绝缘电阻Ri
/MQ
试验后绝缘电阻R2
/MQ
前后差值/
MQ
试验前接触电阻口
/mQ
试验后接触电阻1
/mQ
前后差值/
mQ
A-0-1 2.90E+04 1.68E+04 1.22E+0434.0020.73-13.27 A-0-2 2.41E+04 2.22E+04 1.87E+0316.9726.779.80
限位开关A-0-3 2.68E+04 1.94E+047.43E+0317.9339.5721.63 A-1-1 2.96E+04 1.80E+04 1.16E+0422.2326.80 4.57 A-1-2 2.82E+04 2.18E+04&40E+0327.8357.3329.50 A-1-3 2.63E+04 2.08E+04 5.47E+0318.0326.10&07
现象；在浓度为1.5 ppm 时绝缘电阻下降幅度较低，从 表3中可知在低浓度条件下，带电状况下绝缘电阻下降 幅度较大，说明电流在低浓度时可促进绝缘外壳性能下 降，从而导致绝缘电阻下降幅度值较大；而在高浓度条
件下，带电状况下的绝缘电阻下降幅度值最低，说明在 此条件下电流可减小绝缘外壳性能变化，继电器绝缘电
阻值下降幅度值较小。
从表3和图3(b)中可知，在不同浓度硫化氢条件
3.50E+04 下，继电器接触电阻均有不同程度的增大，仅在浓度
为1.5 ppm 不带电时，接触电阻有略微下降；对比相同 浓度硫化氢条件的两种状况的结果见图3(d)，发现在带 电状况下，接触电阻增大幅度较小，说明电流对继电器
接触电阻的增大有抑制作用，随着硫化氢浓度增加，电 流对接触电阻增大的抑制作用越强。
2.3空气开关
从表4和图4何中可知，空气开关在经过不同浓度
80
■:'t :;lL
附>?值、
M Q
1.40E+04
1.20E+04
1.00E+04
8.00E+036.OOE+O34.OOE+O32.OOE+O3
0.00E+00
3.00E+042.50E+042.00E+041.50E+04
1.00E+045.00E+03
0.00E+00
A-0-1 A-0-2 A-0-3 A-l-1 A-l-2 A-1-3(a)试验前后绝缘电阻值
■不帶电
T-带电
0.15 ppm 1.5 ppm 15 ppm
■试验前■试验后
接触电阳、
m Q
接触电wl z>
值、m o 40.00
30.00
-10.00
-20.00
A-0-1 A-0-2 A-0-3 A-l-1 A-l-2 A-1-3
(b)试验前后接触电阻值
00
O. 1.5 ppm
15 ppm
■试忙'.J
(c)试验前后绝缘电阻差值对比(d)试验前后接触电阻差值对比
图2 D4A-4501N 限位开关试验前后的绝缘电阻和接触电阻变化
表3 RXZE2S114M 继电器不同硫化氢浓度下带电和不带电试验前后的接触电阻和绝缘电阻
样品名称样品编号
试验前绝缘电阻％
/MQ 试验后绝缘电阻R2
/MQ 前后差值/MQ 试验前接触电阻珥/mQ 试验后接触电阻丸/mQ 前后差值
/mQ
B-0-1 1. 47E+047. 42E+037. 32E+0333. 5372. 8039. 27RXZE2S114M
中间继
B-0-2 1. 02E+04 6. 97E+03 3. 23E+0366.40
63. 17-3. 23B-0-3
1. 22E+04
7. 20E+03 5. 03E+0372. 6393. 63
21.00电器
B-1-1 2. 00E+04 1. 01E+049. 87E+032& 4349. 00
20. 57
B-1-2 1.18E+04& 02E+03
3. 78E+0333. 8752. 731& 87B-1-3
1. 22E+04
8. 43E+03
3.77E+03
33. 03
41.30
8. 27
硫化氢环境试验后，绝缘电阻值均出现不同幅度的增大，仅在浓度0.15ppm不带电条件下，空气开关绝缘电阻值略微增大；对于两种状况空气开关均在浓度为1.5ppm 条件下绝缘电阻增大幅度值最大，说明在该浓度下，空气开关的绝缘性能相对较好；从图4(c)中可见，带电开关在低浓度条件下，对绝缘电阻的增大有促进作用。
从表4和图4(b)中可知，空气开关在经过不同浓度硫化氢环境试验后，接触电阻值均出现不同幅度的增
大，在不带电状况下，随着硫化氢浓度的增加，空气开关接触电阻增加幅度越大，在带电状况下，随着硫化氢浓度的增加，空气开关接触电阻增加幅度越小，说明电流通过对空气开关接触电阻增大具有抑制作用，随着浓度的增加，开关带电可减小接触不良现象发生。
2.50E+04
■试脸前
2.00E+04
1.50E+04
1.00E+04
5.00E+03
0.00E+00
B-0-1B-0-2B-0-3B-l-1B-l-2B-1-3100
B-0-16-0-2B-0-3B-l-1B-l-2B-1-3
绝
缘
电
(a)试验前后绝缘电阻值(b)试验前后接触电阻值
(c)试验前后绝缘电阻差值对比(d)试验前后接触电阻差值对比
图3RXZE2S114M继电器试验前后的绝缘电阻和接触电阻变化
表4空气开关不同硫化氢浓度下带电和不带电试验前后的接触电阻和绝缘电阻
样品名称样品编号试验前绝缘电阻町
/MQ
试验后绝缘电阻R2
/MQ
前后差值/
MQ
试验前接触电阻口
/niQ
试验后接触电阻◎
/mQ
前后差值/
mQ
C-0-1 2.87E+03 2.64E+03 2.33E+02 5.3610.59 5.24 C-0-2 5.77E+037.29E+03-1.52E+03 6.9312.48 5.55
空气开关C-0-3 2.78E+03 3.81E+03-1.03E+03 5.3515.179.83 C-1-1 5.32E+03 5.72E+03-4.07E+02 5.2213.037.81 C-1-2 5.36E+037.44E+03-2.09E+03 5.95&29 2.34 C-1-3 6.41E+037.23
E+03-8.20E+02 5.937.80 1.87
