Page 43 - 理化检验-物理分册2021年第八期
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王晶晶: 过负荷电流对铜导线断后伸长率和断面收缩率的影响
小; 过负荷电流为 3 倍额定电流时, 断后伸长率迅速
1 试验材料与方法
下降, 下降幅度较大; 过负荷电流为 4 倍额定电流
1.1 仪器和材料 时, 断后伸长率持续下降, 但下降幅度有所减小。同
试验设备为北京中科科仪公司的 KYKY2800B 一规格铜导线, 在不同通电时间内, 随着过负荷电流
型扫描电镜( SEM ), 分辨率是 6nm ( 钨丝), 放大倍 的增大, 断后伸长率的变化趋势略有不同, 通电时间
数为 15~250000 倍, 加速电压为 0~30kV ; 火灾 越长, 断后伸长率随过负荷电流增大而下降的幅度
痕迹物证综合试验台, 频率50Hz , 输出电压380V ; 越 大, 下 降 幅 度 按 通 电 时 间 从 大 到 小 依 次 为
XWW-10 型 万 能 试 验 机,试 验 速 度 为 0.1 ~ 20min 、 15min 、 10min 、 5min 。
-1
500mm · min , 最大试验载荷为 10kN 。 表 1 铜导线在不同额定电流时的温度
试验材料为 2.5mm 单股铜导线。 Tab 1 Tem p eraturesofco pp erconductoratdifferent
ϕ
1.2 试验方法 ratedcurrents ℃
将长为50cm 的单股铜导线接入火灾痕迹物证 截面面积 / mm 2 Ie 1.5Ie 2Ie 2.5Ie 3Ie
综合试验台, 在 20~25 ℃ 室温下, 分别通以 1 、 2 、 3 、 2.5 78 139 331 795 845
4 倍的额定电流( Ie ), 并分别持续 5 、 10 、 15 、 20 min
后断电, 采用在空气中自然冷却 的方式进行冷却。
利用万能试验机进行拉伸试验, 并利用扫描电镜对
断口进行观察, 对断口面积进行测量, 运用 SPSS 软
件实现回归分析 [ 3 ] 。
2 试验结果与分析
2.1 断后伸长率测定与分析
将断开的试样两端断口紧密地对接在一起, 用
直尺测量试样标记部分的断后长度, 并计算试样的 图1 不同大小的过负荷电流及通电时间对铜导线断后伸长率的影响
Fi g 1 Influenceofdifferentoverloadcurrentsandp owerontimeon
断后伸长率。
elon g ationafterfractureforco pp erconductor
当电流的热作用较弱时, 通过铜线芯的温度小
将铜导线的断后伸长率与过负荷电流进行拟
于铜的再结晶温度( 200 ℃ ), 晶粒大小不会发生改
合, 以通电 15min 为例, 发现二者的关系接近线性
变。当铜线芯的温度等于或大于其再结晶温度时,
模型, 拟合曲线如图 2 所示。断后伸长率对额定电
其微观结构才会发生改变, 因而在过负荷电流的高
流的回归方程式为
温作用下, 导线发生再结晶, 并且晶粒逐渐长大。铜
2
y= 34.105-2.845x ( R = 0.909 ) ( 1 )
导线在不同额定电流下的温度如表 1 所示 [ 4 ] 。铜导
线在 1 倍额定电流下, 组织无变化; 在 2 倍额定电流
下, 部分再结晶, 但晶粒细小; 在 3 倍额定电流下, 晶
粒变得粗大 [ 5-6 ] 。晶粒粗化, 材料的塑性和韧性也会
减弱。这是因为在相同的外力作用下, 粗大晶粒的
内部和晶界附近的应变度相差较大, 变形不均匀, 相
对来说, 因应力集中引起开裂的机会也较大, 断后伸
长率较小。由于晶粒越大, 金属中的裂纹容易产生
并且容易传播, 因而在断裂过程中吸收了较少的能
量, 即表现出较低的韧性。 图 2 铜导线断后伸长率与电流的拟合曲线
不同大小的过负荷电流及通电时间对铜导线断 Fi g 2 Thefittin g curveofelon g ationafterfractureofco pp er
后伸长率的影响如图 1 所示, 可见在相同过负荷时 conductorandcurrent
间内, 断后伸长率随着过负荷电流的增大而下降, 与 2.2 断面收缩率测定与分析
正常通电时的断后伸长率相比, 过负荷电流为 2 倍 将断口在 扫 描 电 镜 下 放 大 100× 的 图 片 导 入
额定电流时, 断后伸长率明显下降, 但下降的幅度较 SemIma g e3.0 软件。利用该软件中的划线工具圈定
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