11. КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДОВ, КАБЕЛЕЙ И ШИН
Общие сведения о контактных соединениях
Надежность электроустановки в значительной степени зависит от качества выполнения контактных соединений. В месте соединения двух проводников возникает переходное сопротивление, значение которого определяется физическими свойствами соприкасающихся поверхностей, их состоянием (загрязненность, окисление), силой сжатия в месте контакта. Контактные поверхности после обработки не бывают идеально гладкими и содержат микровыступы А, Б, В (рис. 71), образующие контакт в начальный момент соприкосновения. По мере увеличения силы сжатия происходит пластическая деформация микровыступов и площадь соприкосновения возрастает.
Рис. 71. Соприкосновение контактных поверхностей:
а — микровыступы; б — при отсутствии нажатия; в — при нажатии
Не бывает также идеально чистых поверхностей. Под воздействием окружающей среды поверхности металлов покрываются тонкими окисными пленками. Поэтому медные контакты предварительно покрывают оловом (лужение). У алюминия предварительно очищенная поверхность уже через несколько секунд пребывания на воздухе покрывается тонкой, но твердой и тугоплавкой пленкой. Если температура плавления алюминия составляет 565—578 °С, то у его оксидной пленки—около 2000 °С. Другой особенностью алюминия является его низкий предел текучести — сильно затянутая болтами поверхность алюминия с течением времени ослабевает; под воздействием давления алюминий вытесняется из зоны контакта. Кроме того, при соприкосновении алюминия с медью образуется гальваническая пара, в которой алюминий является отрицательным электродом (катодом), и в месте контакта возникает электрохимический процесс, в результате которого алюминий разрушается. Перечисленные свойства алюминия осложняют достижение высокой надежности электрического контакта. Однако разработанная научно-исследовательскими организациями и монтажной практикой современная технология монтажа контактных соединений алюминиевых поверхностей при ее соблюдении обеспечивает требуемый уровень надежности.
Следует отметить, что чрезмерная шлифовка контактной поверхности также нежелательна; сглаживаются микровыступы, и при нажатии на них не происходит расширения площади контакта.
Для предохранения контактных поверхностей от окисления применяют защитную смазку. Алюминиевую поверхность контакта зачищают наждачной шкуркой или металлической щеткой и тотчас же наносят тонкий слой кварцево-вазелиновой или цинковазелиновой пасты. Кварц и цинк разрушают оксидную пленку, а вазелин предохраняет от повторного окисления. Защитная смазка несколько увеличивает переходное сопротивление контакта, но при тонком слое значительная часть смазки вытесняется из зоны контакта от силы сжатия и существенного ухудшения контакта не происходит.
В процессе эксплуатации контактные соединения подвергаются также воздействию температуры от нагрева током и вибрациям, обусловленным электродинамическим воздействием токов, протекающих через контакт. Особенно значительны электродинамические воздействия на контакты при КЗ в сети, которые одновременно вызывают кратковременные перегревы контактов и изоляции токопроводящих жил проводов и кабелей. Поэтому технология монтажа контактных соединений предусматривает надежную механическую устойчивость контактного соединения. Действующими нормативами изоляция проводов и кабелей должна выдерживать нагрев: для резиновой и поливинилхлоридной изоляции до 150, а для бумажной — до 200 С.
Способы выполнения контактных соединений и оконцеваний проводов и кабелей
Контактные соединения и оконцевания проводов и кабелей могут быть выполнены: опрессовкой, сваркой, пайкой и болтовыми соединениями.
Опрессовка.
В сетях промпредприятий соединения и оконцевания проводов и кабелей опрессовкой допускают для всех сечений при рабочем напряжении до 10 кВ. Опрессовку соединения токопроводящих жил выполняют с помощью ручных или приводных прессов с применением соединительных гильз методами местного вдавливания или сплошного обжатия (рис. 72). При местном вдавливании опрессовку производят двумя или четырьмя вдавливаниями.
Рис. 72. Способы опрессовки: а — местное вдавливание; б — сплошное обжатие
Технология опрессовки алюминиевых жил показана на рис. 73. Медные жилы опрессовывают аналогично. При опрессовке соединения алюминиевых жил местное вдавливание выполняется в четырех точках; для опрессовки соединения медных жил достаточно два вдавливания.
Многопроволочные медные жилы сечением до 2,5 мм2 соединяют обжатием тонкой медной или латунной ленты (фольги) с помощью специальных ручных клещей. Алюминиевые жилы сечением до 10 мм2 соединяют опрессовкой алюминиевых гильз также с помощью ручных клещей. Однопроволочные жилы кабелей сечением 25— 120 мм2, имеющие секторную форму, для соединения опрессовкой предварительно скругляют с помощью специального пресса. Технология опрессовки наконечников на жилы показана на рис. 74.
Рис. 73. Соединение алюминиевых жил опрессовкой:
а — зачистка внутренней поверхности гильзы; б —смазка внутренней поверхности гильзы кварцево-вазелиновой пастой; в —концы жил со снятой изоляцией; г —зачистка жил; д — смазка жил кварцево-вазелиновой пастой; с — соединение, подготовленное к опрессовке; ж — опрессовка гильзы; з — опрессованиое соединение; и — готовое соединение
Рис. 74. Оконцевание алюминиевых жил опрессовкой:
а — конец жилы снятой изоляцией: б — зачистка жилы: в — надевание наконечника; г — опрессовка: д — опрессованный наконечник; в — готовое
Сварка.
Наибольшее применение имеют два способа сварки токопроводящих жил: электросварка методом контактного разогрева с помощью угольного электрода и термитная сварка.
Для крупных сечений с многопроволочными жилами и для соединения шин применяют газовую сварку: пропановую, пропанокислородную, ацетиленокислородную и бензокислородную. Не допускают соединение и оконцевание жил обычной дуговой электросваркой во избежание их пережигания. На рис. 75 приведена схема электросварки угольным электродом, применяемая для жил сечением 2,5—10 мм2.
Рис. 75. Электросварка жил угольным электродом: а — процесс сварки; б — алюминиевые жилы, подготовленные к соединению; в. г — алюминиевая (1) и медная (2) жилы, подготовленные к соединению; д — сварное соединение алюминиевых жил; е. ж — сварное соединение алюминиевой и медной жил
Понижающий трансформатор имеет напряжение сварочной цепи 9—12 В при мощности не менее 0,5 кВ-А. Токопроводящие жилы зачищают до блеска и скручивают. После сварки соединение зачищают напильником, покрывают лаком и изолируют.
Сварку многопроволочных алюминиевых жил сечением 16—240 мм2 выполняют в два приема: сначала сваривают концы отдельных проволок каждой жилы в монолитный стержень, затем стержни между собой. Торцы жил смазывают тонким слоем флюса, изоляцию жил защищают от перегрева асбестовой подмоткой. После сварки соединение обрабатывают напильником и изолируют. Во всех случаях сварки алюминиевых шин необходим флюс для зашиты алюминия от окисления в процессе сварки. Флюсы изготовляют в виде порошков в герметично закрытых банках. Наибольшее применение имеет флюс марки ВАМИ (Всесоюзный институт алюминия и магния), в состав которого входят: хлористый калий 50%. хлористый натрий 30%, креолит К-120 %. Перед употреблением флюс приготовляют в виде сметанообразной пасты путем перемешивания 100 массовых частей порошка флюса с 30 массовыми частями воды. Флюс наносят тонким слоем на свариваемые жилы и присадочные прутки.
Термитно-муфельную сварку выполняют специальными термитными патронами, которые поджигают термитными спичками. Соединение алюминиевых жил кабелей и проводов сечением 16—240 мм2 термитной сваркой производят термитными патронами марки ПА (рис. 76).
Рис. 76. Термитный патрон ПА для сварки жил кабелей и проводов:
1 — термитный муфель; 2 — стальной кокиль; 3 — алюминиевые колпачки; 4 — алюминиевые втулки с секторными отверстиями
Термитный муфель, поджигаемый термитной спичкой, у которой температура пламени около 1000°С, горит при температуре около 2800 °С. Сварку производят с помощью приспособления (рис. 77), состоящего из подставки-штатива 5 с охладителями 3. Одновременно с началом горения муфеля в его литниковое отверстие вводят присадочный пруток из обрезков алюминиевых жил кабелей или проводов
Алюминиевые жилы проводов сечением 2,5—10 мм2 соединяют термитной сваркой в распаечных коробках с помощью термитных патронов марки АТО. Соединяемые жилы, предварительно зачищенные, скручивают, затем на скрутку надевают термитный патрон и поджигают термитной спичкой. После затвердевания места
Рис. 77. Приспособление для сварки кабельных жил: 1 — скоба для закрепления асбеста; 2 — защита асбестом жилы от пламени (защита остальных жил не показана); 3 — охладитель; 4 — термитный патрон; 5 — штатив
сварки образовавшийся шлак раскалывают плоскогубцами, металлическую формочку патрона снимают и место сварки зачищают и изолируют. Алюминиевые жилы проводов суммарным сечением 50—240 мм2 в коробках и нишах сваривают с помощью термитных патронов марки ПАТ. Различные виды термитно-муфельной сварки соединений и оконцеваний кабелей и проводов показаны на рис. 78.
Пайку токопроводящих жил осуществляют расплавленным припоем, температура плавления которого ниже, чем у меди и алюминия. Для пайки медных жил применяют преимущественно оловянисто-свинцовый припой марки ПОССу-30 (30% олова); для проводников небольших сечений применяют более мягкие припои: ПОС-40, ПОС-50 и ПОС-61. В качестве флюса при пайке медных жил применяют канифоль или раствор мелкотолченой канифоли в спирте.
Для пайки алюминиевых жил применяется цинко-оловянистый припой марки А (40 % олова) и припои марки ЦО-12 (12% олова) и марки ЦА-15 (15% алюминия и 85% цинка).
Рис. 78. Виды соединений и оконцеваний кабелей и проводов с алюминиевыми жилами, выполняемых термитно-муфельиой сваркой:
а — соединение встык; б, в — соединение двух а трех миогопроволочных жил сваркой по торцам; г —соединение двух однопроволочных проводов сечением до 10 мм2: д — оконцевапне жилы наконечником ЛA: е — оконцевание наконечником ТА (трубчатым); ж — оконцевание стержневым наконечником; 1 — место сварки; 2 — часть наконечника для сопряжения с жилой
Рис. 79. Соединение и ответвление однопроволочных проводов пайкой:
а — соединение; б — ответвление; в — соединение в коробке
Соединение и ответвление однопроволочных алюминиевых жил показано на рис. 79. Концы жил соединяют двойной скруткой так, чтобы в месте касания образовался желобок. Место соединения предварительно прогревают пламенем паяльной лампы или пропан-бутановой горелки. Таким образом, желобок соединения заполняется припоем. Эту же операцию повторяют на другой стороне желобка и в местах скрутки жил.
Пайку соединений и оконцеваний многопроволочных алюминиевых жил выполняют после предварительного облуживания концов всех проволок. Для пайки оконцевания многопроволочной жилы применяют наконечники типа П.
Соединения проводов с помощью механических сжимов позволяют осуществить ответвление от провода без его разрезания. Для этой цели применяют ответвительные зажимы в пластмассовых корпусах (рис. 80). Внутри корпуса имеется зажим из штампованных пластин (рис. 80,г), затягиваемых по углам четырьмя винтами. Очищенные от изоляции участки соединяемых проводов после протирки бензином покрывают тонким слоем кварцево-вазелиновой пасты, закладывают между пластинами и затягивают винтами.
Рис. 80. Ответвительные сжимы в пластмассовом корпусе: а — крестообразные; б, в—тройниковые; г, д — контактные пластины
Для присоединения токопроводящих жил к аппаратам и приборам применяют болтовые контактные соединения.
Медные жилы малых сечений подключают к винтовым зажимам без наконечников—изгибом в колечко.
Для повышения надежности контакта колечко предварительно облуживают припоем. При многопроволочных жилах применяют опрессовку жил кольцевым наконечником с помощью специальных клещей. Присоединение алюминиевых однопроволочных жил к винтовым зажимам выполняют «в колечко» (рис. 81) с применением шайб-звездочек 3 и пружинных шайб 5.
Рис.81. Присоединение алюминиевых однопроволочных жил к винтовым зажимам:
а — при наличии резьбы в зажиме; б — при креплении винтом с гайкой; в — при оконцевании кольцевым наконечником; I — винт М4: 2 — пружинная шайба; 3 — шайба-звездочка; 4 — кольцевой наконечник; 5 —стандартная пружина и шайба
Более подробно о контактных соединениях проводов и кабелей приведено в [7].
