Электрический контактный узел

Электрический контактный узел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Рвслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211179 (21) 2841037/24-07 ($1)M.Кй.з .

Н 01 R 4/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.03.82, Бюллетень ¹ 9

1И}УДК 821.3Л (088. 8) Дата опубликования описания 070382 водного транспорта (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТАКТНЫЙ УЭЕЛ

Изобретение относится к электро технике, в частности к разъемным токопроводящим соединениям между двумя проводниками, например между шина; ми из меди, алюминия и его сплавов.

Известно, что металлический контакт имеет дискретный характер и образуется только на отдельных участках, так называемых а-пятнах. Это связано с тем, что как бы тщательно не были обработаны контактные поверхности, они всегда обладают шероховатостью и волнистостью, и микровыступы под воздействием контактного нажатия подвергаются упругой или пластической деформации, образуя а-.пятна. Вследствие малого размера контактных площадок линии тока, подходя к контактной поверхности, значительно искривляются, поэтому в сечениях контакта, расположенных вблизи . н параллельно контактной поверхности, плотность тока распределяется нерав-, номерно . Те области контактов, где имеет место искривление линий тока, называются еще областями стягивания.

Внутри облаСти стягивания градиент потенциала относительно невелик,, а эа ее пределами относительно мал.

Это обстоятельство как раз и опреде1 ляет природу сопротивления стягивания.

5 В реальных условиях даже зачн щенные контактные поверхности покрываются тонкими оксиднымн пленками, вследствие чего переходное сопротивление cDGTQBT иэ суммы сопротивлений: сопротивления стягивания и сопротивления пленки. Уменьшение контактного нажатия приводит к уменьшенню количества а-пятен, а следовательно, к росту переходного сопротивления. поэтому в контактных соединениях

15 .предусматриваются средства стабилизации давления, например, в виде тарельчатых пружин, компенсирующих температурные расширения и удерживающих поэтому силу нажатия на постоянном уровне. Таким образом тарельчачме пружины являются недостаточно эффективными, так как компенсируют только температурное расширение. Однако..в ряде случаев при высоких иапряжениях и низких токах нагрев от тока может быть незначительным даже при большой величине пере::одного сопротивления. -Именно в этом случае

:элементы стабилизации давления по

ГОСТ 10343-76 в виде болтов и шайб, 911662

65 в том числе и тарельчатых, не являются достаточно эффективными.

Однако в процессе эксплуатации на контактных поверхностях даже при постоянном давлении вследствие окисления происходит рост оксидных пленок. Как уже отмечалось на поверхности соприкасающихся контактов расположено ограниченное число контакт" ных площадок. Пленка, проникая в промежутки между ннмй, постепенно уменьшает их сечение, в результате чего растет сопротивление контактного соединения, но суцествуюцие средства стабилизации не учитывают этого изменения. Тарельчатые пружины компенсируют только расширение проводников при нагревании.

Наиболее близким к предЛагаемому является контактное соединение, содержацее контактные элементы, один из которых выполнен в виде пластины с отверстием, соединенную в ней с помощью болта и гайки шайбу и элемент стабилизации переходного сопротивления. В данном устройстве узлом стабилизации является один из зажимных элементов, выполненный в виде храпового механизма с не менее чем

:одной собачкой. Такой конструкцией обеспечивается стабилизация контактного нажатия при нагревании соеди- няемых проводников под воздействием прохождения по ним рабочего тока 11) .

Однако и в даном контактном соединении также не учитывается изменение переходчого сопротивления, кон- 35 струкция его очень сложна и, следовательно, оно обладает недостаточной надежностью.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение надежности кон- 40 тактного соединения.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве второй контактный элемент выполнен в виде пластины с отверстием, элемент стабилизации выполнен в виде изоляционной втулки, второй контактный элемент расположен между контактным элементом и головкой болта, стержень болта установлен с зазором в отвер50 стиях контактных элементов и шайбы, изоляционная втулка расположена в упомянутом зазоре и взаимодействует. торцами с головкой болта и с гайкой, причем материалы и размеры болта и шайбы выбраны в соответствии с неравенством

Ао L в. 4.5 Laйм-dvLкВ Б

«ю «зЬаэ

Ш где с щ- температурный коэффициент линейного расширения шайбыу 60

?, — толцина шайбы;

R - сопротивление шайбы; с(.Б — температурный коэффигиент линейного расширения бол« та;

Ь вЂ” длина болта на участке между головкой и гайкой;

ВБ - сопротивление болта температурный коэффициент линейного расширения контактных элементов;

Ьк — толщина контактного элемента; сопротивление контактного соединения.

Воздушный зазор между отверстиями в проводниках и шайбах и телом болта нельзя считать эквивалентным втулке из нзолируюцего материала, так как он. имеет другие механические характеристчки. Это имеет большое значение для контактных. Узлов с осевыми усилиями, например, соединений воздушных линий электропередачи. Указанные усилия приводят к смещению тела болта и его контакту со стенками проводников. Кроме того, недоступность контроля указанного зазора в собранном контактном узле не позволяет гарантировать его наличие при сборке. Втулка же гарантирует изоляцию болта от стенок проводников и повышает его механическую прочность

На чертеже изображен предлагаемый контактный узел, обцнй вид.

Узел состоит из контактных элементов 1 и 2 с отверстиями, шайбы 3, болта 4 с гайкой 5 и элемента 6 стабилизации переходного сопротивления.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении через него рабочего тока. происходит нагрев контактных элементов и шайбы. Наличие, переходного сопротивления в контактном соединении приводит к неравенству электрических потенциалов контактных элементов 1 и 2. Установка втулки из изолирующего материала позволяет потенциал элемента 1 через болт 4 и гайку 5 приложить к внешней стороне шайбы 3. Потенциал элемента

2 приложен непосредственно к внут.ренней стороне шайбы 3. Таким образом шайба 3 находится под разностью потенциалов, которая пропорциональна изменению переходного сопротивления.

Под действием приложенного напряжения А0ш на шайбе 3 выделяется тепло ЬБ„ /Вш„ что вызывает ее дополниO. тельное расширение

h L ggh U /Ц

Под действием выделяемого дополнительного тепла в контактном соединении, равном hU /КК происходит расширение соедийяеьйх контактных элементов

61к""4 „м/R к

Для того, чтобы обеспечить стабилизацию переходного сопуотивления, 911662 необходимо создать усилие нажатия, которое препятствовало бы проникновению оксидной пленки в зону металлического контакта, т.е. требуется создать дополнительное поджатие шайбой соединяемых элементов. Для получения такого усилия необходимо, чтобы при нагревании выполнялось следуюцее неравенство ьь )аЬЗ- hLk (1)

;которое может быть обеспечено при соблюдении условия

Ю4Ьц,) (-в(. . к Ьк

Вю Вв Вк или после несложных преобразований

+y L ) 46 Ь В -dgL)cRg

Вв Вк ВБ.

В случае применения, одинакового материала у болта и проводников формула (3) упроцается

dm Ly (La Ls) (к»В к» ь > м с

Rв ВкВк и окончательно имеем с1 а 4к ») а (5)

Rgj!

15 (4) 20

Напряжение на шайбе можно опрвде- 25 лить по второму закону КиргоФа для схемы замещения контактного соединения (фиг.2) . а(1ш= hUk - hUg — <<>t (6)

Как видно иэ формулы, если сопро- 3Q тивление гайки и болта малы по отно= шению к шайбе, то имеет место равенство а = hU k (7)

Отсюда следует требование о выборе материала болта и гайки с низким уделЬным электрическим сопротивлением. Выполнение же шайбы из материала, отношение коэффициента линейного расширения которого к ее сопротивлению больше аналогичного отноше- 40 ния для материала проводников приво- . дит к тому,.что 6о h (1щ Ык h U»

« -- )»-- » (8)

Вщ Вк т.е. а с(ш ) а.ак. 45

Таким образом в предлагаемом изобретении стабилизируется переходное сопротивление, что повышает надежность соединения и одновременно уппроцается конструкция. 50Учитывая, что длина болта и шайбы различна, удельное электрическое сопротивление материала болта может быть найдено иэ следующего соотношения 55

Ра ®

Lв где „, - удельное электрическое сог.ро=ивление шайбы; — удельное электрическое со- противление болта.

Приведенные формулы (4), (5), (9) позволяют рассчитать основные характеристики материалов для контактных соединений.

Формула изобретения

Электрический контактный узел, содержащий контактные элементы, один из которых выполнен в виде пластины с отверстием, соединенную с ней с помощью болта и гайки шайбу и элемент стабилизации переходного сопротивления, о т л и ч а ю ц и й— с я тем, что, с целью упроцения конструкции и повышения надежности, второй контактный элемент выполнен в виде пластины с отверстием, элемент стабилизации выполнен в виде изоляционной втулки, второй кон,тактный элемент расположен между первым контактным элементом и головкой болта, стержень болта установлен с зазором в отверстиях контактных элементов и шайбы, изоляционная втулка расположена в укаэанном зазоре и взаимодействует торцами с головкой болта и с .гайкой, причем материалы и размеры контактных элементов болта и шайбы выбраны в соответствии с неравенством

d щ L ) dg 1зВк — dv. ЬкВз

R ш ВкRs

I где gfù- температурный коэффициент линейного расширения шайбыу

L„- толщина шайбы;

 — сопротивление шайбы1 с(- температурный коэффициент линейного расширения болта;

L " "длина болта на участке между головкой и гайкой;

R - сопротивление болта;

d - температурный коэффициент линейного расширения койтактных элементов1

L - толцина контактных элеменK тов1

 — сопротивление контактного

К соединения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. йвторское свидетельство СССР

9 573874. кл. Н О1 R 7/08, 1975.

911662

Составитель T.Hàçàðîâà

Редактор Н.Безродная Техред A. Ач Корректор М. Демчик .Заказ .1142/47 Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113р35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4