Фото и видео

Новости (архив)


Контакты

contact@forca.ru

Содержание материала

Сварка шин

Быков Б. Ф. и Поволоцкий А. М., Сварка шин.  Москва, 1976.

Рассмотрена технология соединения сваркой шин и профилей из алюминия и его сплавов, меди, меди с алюминием, стали с алюминием, а также оконцевание сваркой алюминиевых шин при присоединении их к выводам электрооборудования. Приводится описание шин и профилей, приспособлений, оборудования и материалов, необходимых для сварки.


1. ВВЕДЕНИЕ

токопровод из алюминиевых шин круглого сечения

Для канализации электроэнергии в распределительных устройствах до 1000 В и выше, для передачи электроэнергии на значительные расстояния, в цехах электролиза и других энергоемких потребителей электроэнергии находят широкое применение токопроводы, выполненные из шин как прямоугольного, так и сложного профиля.
До внедрения в электроустановках алюминия повсеместно для токопроводов применялись медные шины, а соединения шин и ответвления от них выполнялись стальными болтами, обеспечивающими достаточно надежное и устойчивое контактное соединение. Для предотвращения ослабления контакта эксплуатационный персонал периодически подтягивал болтовые соединения, не разбирая их.
Замена медных шин алюминиевыми и выполнение соединений алюминиевых шин теми же методами, что и медных, привели (из-за свойств алюминия) к дополнительному росту потерь в контактах и снизили эксплуатационную надежность электроустановок.
Переход с медных шин на алюминиевые явился результатом резкого увеличения потребления шин для канализации электроэнергии, дефицитности меди, а также увеличения выплавки алюминия по сравнению с довоенным уровнем. Недостаточная надежность болтовых контактных соединений алюминиевых шин обусловлена свойствами алюминия, который имеет низкий предел текучести. Контактные соединения алюминиевых шин, стянутые стальными болтами, даже при комнатной температуре ослабевают, и контакт между шинами ухудшается.
В условиях эксплуатации, когда шины нагреваются в результате протекания тока нагрузки, а затем остывают при отключении тока, ослабление и расшатывание контактного соединения происходит значительно быстрее.

Ослабление болтового соединения приводит к образованию воздушного зазора между шинами, в котором под влиянием кислорода воздуха контактные поверхности алюминиевых шин покрываются тугоплавкой,  плохо проводящей пленкой окиси, существенно ухудшающей контактные соединения, что в свою очередь способствует нагреванию контакта и росту переходного сопротивления.
При неблагоприятных условиях в болтовых контактных соединениях алюминиевых шин переходное сопротивление может возрастать в десятки и даже сотни раз по сравнению с первоначальным. Подтягивание болтового соединения не улучшает контакта. Для удаления пленки окиси на контактных поверхностях требуются разборка болтового соединения, зачистка контактных поверхностей под смазкой и вторичная сборка.
Применение специальных шайб, тарельчатых пружин, смазок улучшает качество Контакта, однако и они не дают полной гарантии получения стабильного контактного соединения. Вот почему при выполнении соединений из алюминиевых шин и профилей их стыки следует преимущественно выполнять сваркой.
Дуговая электросварка — русское изобретение мирового значения. Явление дугового разряда было открыто в 1802 г. крупнейшим русским физиком В. В. Петровым. Опубликованная им в 1803 г. книга содержит не только описание самого явления, но также и прямые указания на возможность расплавления металлов электрической дугой.
В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бенардос изобрел способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока. В 1885—1886 гг. это изобретение было запатентовано в России, Франции, Бельгии, Великобритании, Германии, Италии, США и других странах.
В 1888—1890 гг. русский инженер Н. Г. Славянов изобрел, детально разработал и применил на практике способ дуговой электросварки металлическим электродом.
Применение сварки обеспечивает получение надежного соединения шин, равновеликого по проводимости целой шине и не требующего обслуживания эксплуатационного персонала. Применение алюминиевых шин оправдано и экономически. Экономическая проводимость алюминия (проводимость, отнесенная к массе металла) в 2 раза выше, чем у меди. Сварные соединения устойчивы к динамическим и термическим действиям токов короткого замыкания и вибрационным нагрузкам.
Кроме того, при применении сварных соединений экономятся метизы, сжимные плиты и цветной металл (вследствие устранения нахлесточных соединений), повышается производительность труда при монтаже, достигается экономия электроэнергии за счет сокращения потерь в контактных соединениях.
Пленка окиси, которая на контактных поверхностях болтовых соединений ухудшает контакт и увеличивает потери электроэнергии, в то же время предохраняет алюминий от дальнейшей коррозии.
Идеальным токопроводом, выполненным из алюминиевых шин, следует считать такой, у которого все соединения выполнены сваркой, в том числе и присоединение шин к выводам электротехнического оборудования. Болтовые соединения должны применяться только в тех случаях, когда по условиям эксплуатации соединения должны быть разъемными.
В электролизерах алюминия, смонтированных после 1950 г., в каждой серии ванн было заменено 29 тыс. сжимных контактов сваркой, что уменьшило на 2,5% расход электроэнергии и снизило эксплуатационные расходы по обслуживанию контактных соединений.
В настоящее время как за рубежом, так и в Советском Союзе для токопроводов стали применять наряду с алюминиевыми шинами шины из кремнемагниевых алюминиевых сплавов, обладающих значительно большими механической прочностью и пределом текучести, чем у алюминия. Одним из таких сплавов является сплав АД31. Шины, изготовляемые из этого сплава, поставляются в закаленном и естественно или искусственно состаренном состоянии. В первом случае добавляется к марке сплава индекс Т (АД31Т), во втором —Т1 (АД31Т1). Шины из сплава марок АД31Т и АД31Т1 обладают временным сопротивлением разрывов, в 2 и 3 раза превышающим временное сопротивление разрыву алюминиевой шины (АДО), изготовленной горячим прессованием. Сплав АД31Т имеет предел текучести не менее 130 МПа и АД31Т1—200 МПа. Недостаток сплава — повышенное (примерно на 12%) электрическое сопротивление  по сравнению с алюминием.

*1 кгс/мм2~10 МПа (мегапаскаль).

Таблица 1
Основные физико-технические свойства металлов, применяемых для шин
физико-технические свойства металлов
Основные физико-технические свойства меди, алюминия, сплава АД31Т и АД31Т1 приведены в табл. 1.
В зависимости от назначения установки, требований к механической прочности и вибрационной устойчивости или от условий агрессивной среды применяют шины из меди, алюминия или его сплавов.
Для распределительных устройств и токопроводов высокого напряжения, где предъявляются требования к динамической и термической устойчивости и проводимость не имеет решающего значения, целесообразно применять шины из сплава АД31Т или АД31Т1. В установках электролиза, где электрическое сопротивление тяжелых шин имеет решающее значение, гак как при больших токах даже незначительное увеличение сопротивления приводит к большим потерям электроэнергии, следует применять алюминий.
В тех случаях, когда необходима передача большой мощности или когда по условиям среды применение алюминия или его сплавов невозможно, применяют медные шины. К таким установкам относятся электролизеры никеля, меди, ртути, печные установки и др. При соединениях между собой медных шин в этих установках также находит широкое применение сварка.