低压开关柜主母线表面应镀锡或镀银吗？

论述正文：

我们先来看看标准怎么说：

标准摘录：GB 14048.1—2012《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》，等同于IEC 60947.1：2011，MOD。

这里所指的接线端子包括主母线的搭接面。由此可见，铜排镀锡、镀银其目的就是为了提高温升，它与提高铜排的导电性毫无关系。

由于铜排镀锡或者镀银需要一定的费用，于是在很多场合下为了降低费用仅将铜排的搭接面局部镀锡或者镀银，以达到提高温升的效果。这样做是否合适呢？

1.铜、锡和银的电化学腐蚀原理

我们来看铜、锡和银的化学特性：铁（Fe）、铜（Cu）和锡（Sn）在水（H₂O）的参与下发生如下反应：

Fe+O₂→Fe₂O₃+H₂O↔Fe³⁺+（OH）^-

Sn+O₂→SnO+H₂O↔Sn²⁺+（OH）^-

Cu+O₂→CuO+H₂O↔Cu²⁺+（OH）^-

在这个过程中伴随着电子的转移，所以此类反应被称为氧化还原反应。

由于铁、铜和锡都是弱碱，所以反应生成物的最终产物金属离子与该反应的中间生成物金属氧化物之间是可逆的，反应最终生成物金属离子有可能返回到金属氧化物状态。

因为氧化还原反应伴随着电子的转移，因此金属被水汽沾染后其表面所有的原子都有可能会形成原电池，原电池的正极就是该金属的离子，而负极就是金属本体，如图2-26所示。

图2-26 铜表面的原电池

从图2-26中我们看到3个原电池，其中2个是Sn²+和Sn构建的原电池，一个是Cu²⁺和Cu构建的原电池。原电池的电压被称为电极电位。我们看表2-12中银、锡和铜三种元素的电极电位数值：

表2-12 银、锡和铜三种元素的电极电位数值

从表2-12中可见银的电极电位最高，铜次之，而锡最低。

将元素按电极电位从小到大排列后所形成的表被称为金属活动顺序表，越往前的金属越活泼，越往后的金属越稳定。金属活动顺序表如下：

钾、钙、钠、镁、锂、铝、锰、锌、铁、锡、铅、铜、汞、银、铂、金

当两种金属同时存在时，不同金属产生的原电池电极电位有高有低，于是不同金属原电池之间会产生电子流的移动。电子流从电极电位较低的原电池流出注入电极电位较高的原电池中。在这个过程中，电极电位较高的金属离子被还原为金属氧化物或者金属本体。

注意原电池中电子流的方向与电流的方向是相反的。我们看图2-27。

图2-27中，若原电池φ¹的电极电位大于原电池φ²，那么电子流是从φ²的正极流向φ¹的正极，而电流却从高电位φ¹的正极流向低电位φ²的正极。我们来看看铜表面铜原电池和锡原电池中的电子转移，如图2-28所示。

图2-27 原电池中的电子流 方向和电流方向

图2-28 铜表面铜原电池和锡原 电池中的电子转移方向

图2-28中锡的电极电位小于铜的电极电位，因此电子流将从锡原电池Sn²+/Sn流出注入到铜原电池Cu²⁺/Cu中。锡因为不断地流出电子，因而锡原子被不断地离子化而出现腐蚀现象；相反，铜离子不断得到电子因而被还原为铜原子，所以铜被还原因而不被腐蚀。

当两种金属同时存在时，排在金属活动顺序表后边的金属将得到电子，而排在前边的金属将失去电子。于是排在前边的金属将被腐蚀，而排在后边的金属却能够稳定存在。这就是金属表面电化学腐蚀的原理。所以说到底，金属腐蚀属于电化学的范畴。

铜镀锡后，若表面镀锡层出现破口，因为锡比铜活泼，破口处的锡将被腐蚀；铜镀银后，若表面镀银层出现破口，因为铜比银活泼，破口处的铜将被腐蚀。

要防止某种金属被腐蚀，首先要避免该金属表面存在其他种类的金属；其次，若某金属的表面电镀覆盖了它种金属的镀层，则要特别注意避免出现破口。

现在我们可以总结出如下结论：

铜比银活泼，所以银的电极电位比铜的电极电位要高，银相对铜更具有氧化性，而铜相对于银更具有还原性，因此铜与银放在一起时，银更稳定而铜则易腐蚀。

同理，锡比铜活泼，所以铜和锡放在一起时铜更稳定，锡相对于铜更易受到腐蚀。(www.xing528.com)

对于裸铜，虽然铜的表面会形成无数的铜离子原电池，但所有原电池的电极电位数值均相等，故裸铜不会发生电子转移和电化学腐蚀，由此可知裸铜的抗腐蚀性最好。

结论：所有单质构成的纯金属，其表面电极电位一致，因此单质纯金属的抗腐蚀性一定好于含杂质的金属和多金属混合体。

2.铜镀银和铜镀锡能提高主母线铜排温升的原因

我们已经知道，银的导电率高于铜，因此铜镀银主要是提高材料的表面导电率，一般用于可能出现频繁接插的地方。

其次，由于银的柔韧性非常好，镀银的表面不容易划伤，因此镀银的铜排搭接面具有良好的紧密性和导电水平，所以铜镀银具有最高的温升水平；对于锡，我们知道锡的柔韧性不如银但优于铜，虽然锡的导电性不如银，但因为铜镀锡后母线搭接面的紧密性能得到极大的改善，因此铜镀锡后也能提高搭接面的温升。

虽然铜镀银和铜镀锡能提高主母线搭接面的温升水平，但搭接面的镀层不能出现破口。若铜镀银的表面出现破口后，铜将首先被腐蚀，使得主母线的搭接面内部会出现凹坑，由此将破坏主母线的搭接效果；若铜镀锡的表面出现破口后，锡层将被出现腐蚀麻点，这将严重影响主母线的搭接效果和载流能力。

从主母线的搭接温升来看，由于锡和银均具有柔韧性，因此铜镀银后的搭接效果最好，铜镀锡次之，裸铜最低。正是因为这个原因，我们在IEC 60947.1和GB 14048.1（8.4.2.2节）中看到裸铜母线的温升为60℃，铜镀锡的主母线其允许温升为65℃，而铜镀银的主母线其允许温升为70℃。

3.主母线采用铜镀银、铜镀锡或者裸铜的技术要求

（1）与主母线相连的各种导电附件必须采用相同的表面处理方法

为了避免产生次生的电化学腐蚀，所有与主母线相连接的母线附件，例如铜柱、分支母线、加强铜排等都必须采用同种表面处理方法。例如主母线采用裸铜，则包括铜柱、分支母线、加强排、转接母线等全母线系统均要采用裸铜。类似地，主母线采用铜镀锡和铜镀银，则全母线系统都必须采用与主母线相同的表面处理措施。

（2）主母线的搭接面必须保证足够的搭接压力

主母线搭接面必须保证搭接压力，以确保搭接面接触严密程度。

标准摘录：GB 14048.1—2012《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》。

表4 验证螺纹型接线端子机械强度的拧紧力矩（见8.3.4.2和8.3.2.1）

（续）

主母线的搭接面螺栓按照表中规定的扭矩锁紧后，就能确保主母线搭接面的载流量和温升值。

（3）严禁使用铜铝接头和搪锡工艺

在开关柜内严禁使用铜铝接头，因为此接头一定会存在腐蚀问题，不管采取何种处理措施，哪怕用油漆包裹，时间长了一定会出现电化学。

搪锡是一种最坏的铜排及线缆表面处理方法：一方面它破坏了电线电缆外敷绝缘层，另一方面在锡铜界面上会出现严重的电化学腐蚀。

（4）低压开关柜内所有的一次接插件建议都镀锡

低压开关柜内一次接线端子建议都镀锡。因为一次接插件的铜材尺寸小，发热严重，建议通过镀锡或者镀银来提高温升。

（5）在开关柜的使用中要注意到湿度和温度要求

为了确保开关柜安装后搭接面能够保持紧密接触，对开关柜所承受的振动有要求；此外，温度变化、湿度变化都会影响到各类搭接面的问题，因此在开关柜的安装和使用条件中明确指出了具体的参数。

（6）避免开关柜内水汽侵入

为了避免水汽侵入低压开关柜，建议对储存状态的低压开关柜在柜内安放电热装置，使得开关柜在停用期间能确保柜内的水汽含量和柜内温度符合技术要求。

（7）主母线包裹热缩套管

主母线在制造时应当包裹热缩套管，加强母线散热、隔绝空气和湿气，避免主母线腐蚀。

（8）建议主母线尽量采用裸铜

主母线尽量采用裸铜，不建议采用镀锡处理。但对镀银则没有要求，由用户自行决定。

（9）避免主母线仅在搭接面部分镀锡

若仅在主母线的搭接面上电镀锡，这种方法易引发较严重的锡层搭接面腐蚀现象。若一定要采用这种电镀方法，则要在裸铜部位包裹热缩套管以杜绝水汽的侵入。

对镀锡后的主母线必须小心运输和仔细检查，若发现破口则必须采取相应的措施。同时，对镀锡层的厚度也要符合技术要求。