Способ повышения надежности и экономичности работы разборных контактных соединений электротехнического оборудования

Опубликовано: 22 августа 2008 г. в 05:00, 271 просмотрКомментировать

Работа электрических сетей и электротехнического оборудования во многом зависит от надежности и экономичности многочисленных разборных контактных устройств, соединяющих отдельные участки электрической цепи. Переходное электрическое сопротивление в этих устройствах является причиной значительных потерь электроэнергии, недопустимого перегрева контакт-деталей, а его тенденция к росту в процессе эксплуатации приводит к нестабильности электрических параметров и необходимости частых отключений для ремонта и ревизии контактных соединений, то есть к увеличению трудоемкости и стоимости эксплуатационных расходов.

Наибольшее влияние на величину переходного сопротивления оказывает высокое удельное электросопротивление оксидных пленок на токопередающих поверхностях контакт-деталей разборных контактных устройств. Поэтому в практике все способы, уменьшающие это сопротивление, направлены на разрушене целостности этих пленок и нанесение на контактирующие поверхности специальных защитных покрытий, имеющих более высокую электропроводность. Широко применяются в настоящее время лужение и серебрение токопередающих поверхностей контактных устройств, а также использование в них различных токопроводящих смазок. Однако способы нанесения оловянистых и серебряных покрытий (гальваника, лужение, электроискровое или плазменное напыление) связаны либо с применением специального оборудования, либо со значительным нагревом контакт-деталей, что во многих случаях, особенно, в условиях эксплуатации на действующем электрооборудовании, затрудняет или исключает возможность их использования. Поэтому десятки тысяч разборных контактных устройств на ЛЭП, контактной сети электрофицированного железнодорожного и городского транспорта, подстанций и распределительных устройств эксплуатируются без всяких покрытий или, в лучшем случае, с применением токопроводящих смазок, которые, несмотря на простоту и доступность их применения, могут лишь улучшить стабильность переходного электрического сопротивления, не снижая его величину. Кроме того, смазки, имея в своем составе жидкую фракцию, которая может высыхать или вымораживаться, являются покрытием недолговечным. Следует также отметить, что использование токопроводящих смазок не решает такого актуального вопроса, как непосредственное соединение алюминиевых контакт-деталей с медными, которое недопустимо по ГОСТ из-за электрохимической коррозии, возникающей между ними при протекании тока. В этой ситуации разработка новых защитных покрытий, простого способа их нанесения на токопроводящие поверхности контактных

устройств, который позволит выполнять эту работу, практически, в любых условиях эксплуатации и производства электротехнического оборудования, является весьма актуальной задачей. В рамках программы энергосбережения — это один из эффективных путей снижения потерь электроэнергии, а также трудоемкости и стоимости эксплуатационных расходов.

В Институте теплофизики УрО РАН разработан способ, позволяющий в 10-15 раз уменьшить и стабилизировать на уровне первоначальной сборки величину переходного электрического сопротивления в разборных контактных соединениях, снизить потери электроэнергии и нагрев в этих устройствах, обеспечить возможность непосредственного соединения медных и алюминиевых контакт-деталей без каких-либо наплавок и вкладышей. Эффект достигается за счет нового типа специальных защитных металлопокрытий, которые образуются после нанесения на токопередающие поверхности контактов поверхностно активных легкоплавких сплавов, заданного состава. Получение металлопокрытий основано на использовании процесса контактного твердо-жидкого плавления, при котором взаимодействие твердого металла с жидким происходит ниже температуры автономного плавления твердого металла. Применение в этой технологии для смачивания контактной поверхности сплавов с температурой плавления 10-28°С позволяет выполнить работу при температуре нагрева поверхности и выше 40-45°С. 

Главное преимущество данного способа по сравнению с традиционными лужением и серебрением контактов состоит в том, что он может применяться не только в условиях стационарного производства, но и в реальных условиях работы действующего электротехнического оборудования на различных объектах электроэнергетики. Поэтому область наиболее эффективного применения предлагаемого способа — монтаж, ремонт, эксплуатационное обслуживание электротехнического оборудования на ЛЭП, контактных сетях электрофицированного железнодорожного и городского транспорта, электростанциях, подстанциях, всевозможных распределительных устройствах, где до сих пор работают сотни тысяч контактных соединений без защитных металлопокрытий. Кроме того, способ позволяет в этих условиях отремонтировать контактные устройства с поврежденными или изношенными оловяными и серебряными покрытиями.

Технические характеристики и особенности технологии предложенного способа

  1. Металлопокрытия могут быть получены на контактных поверхностях всех материалов, применяемых для изготовления контактов (медь, алюминий, сталь и сплавы на их основе).
  2. Металлопокрытия позволяют стабилизировать на уровне первоначальной сборки величину переходного электрического сопротивления разборных контактных устройств всех типов в течение всего срока их эксплуатации.
  3. Снижение переходного электрического сопротивления контактного соединения с металлопокрытием в зависимости от материала контакт-деталей составляет:
  • алюминий-алюминий (Al-Al) — 10-15 раз;
  • алюминий-медь (Al-Cu) — 3-7 раза;
  • медь-медь (Cu-Cu) — 1,4-2 раза.

Примечание: Во всех экспериментах медные контакты с металлопокрытиями сравнивались с луженными образцами.

  • Металлопокрытия могут работать в агрессивных средах как внутри помещений, так и на открытом воздухе при температуре от -40°С до + 500°С. 
  • Способ получения металлопокрытий не опасен для здоровья человека, а применяемые для этого легкоплавкие сплавы химически не активны, не содержат токсичных и драгоценных металлов.
  • Работа выполняется при температуре нагрева контактной поверхности не выше 40-45°С и не требует использования какого-либо специального оборудования.
  • Расход сплава для получения металлопокрытия составляет 0,1 кг на 1 м2 контактной поверхности.
  • Расчеты показывают, что расходы для получения металлопокрытия данным способом окупаются за 2-3 месяца работы контактного соединения под нагрузкой только за счет снижения потерь электроэнергии.

    Контактные устройства с нанесенными данным способом металлопокрытиями прошли испытания на соответствие требованиям ГОСТ 10434-82 в сертифицированной лаборатории завода «Альстом-СЭМЗ», входящей в Ассоциацию предприятий — испытательных центров высоковольтного электрооборудования «Энергосерт» (протокол № 17/14-02 от 27.06.2002 г.). На используемые в работе материалы получены:

    • Санитарно-эпидемиологическое заключение № 66.01.10.176.Т.000241.07.05 от 13.07.2005 г. 
    • Технические условия ТУ 1768-001-715-72579 — 2005 г. 

    Эти документы позволяют использовать предложенный способ во всех отраслях промышленной энергетики, на транспорте, в коммунальном хозяйстве и военной технике.

    Экономический эффект

    1. Годовая экономия электроэнергии на 1 тысяче среднестатистических контактных соединений составляет 20000 кВт-часов.
    2. Снижение объема и стоимости эксплуатационных расходов в электрических сетях, связанных с ремонтом и ревизиями контактных соединений.

    Обширный экспериментальный материал, полученный во время исследований, кроме практического, имеет и самостоятельное научное значение, так как реальные процессы, протекающие на поверхности твердого металла при смачивании его жидким, сложны и только приближенно описываются с помощью известных представлений об их взаимодействии. Чаще всего эти процессы для конкретных пар твердого и жидкого металлов изучаются в специально поставленных экспериментах.

    Г. Н. ПЕРЕЛЬШТЕЙН, Ф. Н. САРАПУЛОВ,
    «Уральский государственный
    технический университет — УПИ»,
    «Кафедра электротехники и 
    электротехнологических систем».

    Рекомендуем почитать

    Комментировать

      Еще никто не оставил комментариев.

    Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.