содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРОТКИХ СЕТЕЙ

 Контактные соединения коротких сетей

Контактные соединения представляют собой разъемные стыки отдельных участков короткой сети. От качества и надежности работы контактов силового токопровода в значительной мере зависит бесперебойная работа дуговой печи. Конструкция контактных соединений должна обеспечивать необходимое усилие сжатия при различных режимах токовой нагрузки и отвод выделяющегося в зоне контакта тепла без перегрева контактного узла.

Переходное сопротивление контактного соединения зависит в основном от материала, формы и состояния поверхностей контактирующих деталей, а также от усилия сжатия.

Данные для расчета переходного сопротивления контактов приведены в [6].

Величина переходного сопротивления контакта в значительной мере влияет на температуру контактного соединения. Ниже на конкретном примере рассмотрено влияние токовой нагрузки и конструктивных факторов на тепловой режим контактного узла.
 

Предельно допустимая температура контактного соединения должна приниматься заведомо ниже температуры рекристаллизации контактирующих материалов и температуры интенсивного их окисления.

Наиболее сложны условия работы контактных соединений в области высоких температур окружающей среды в местах значительных тепловыделений печи. Так, например, в дуговых сталеплавильных печах в наиболее напряженных тепловых условиях находятся контактные соединения медных труб с корпусом или щеками электрододержателя. В руднотермических печах, особенно при работе с открытым колошником, в наиболее тяжелых условиях находятся контактные соединения токоведущих труб со щеками электрододержателей, а также соединения кабельных наконечников гибкого участка токопровода с подвижными башмаками электрододержателей.

Для надежной работы контактных соединений, расположенных в зонах значительного внешнего тепловыделения, как правило, требуется принудительный отвод тепла при помощи водяного охлаждения одной или обеих контактирующих деталей. Не менее важно при этом обеспечить необходимое усилие сжатия токоведущих деталей в рабочих условиях нагретого контактного соединения за счет правильного выбора материала стяжных болтов или шпилек.

Расчет переходного электрического сопротивления контакта может быть сделан лишь весьма приближенно. Величины этих сопротивлений в правильно выполненных контактных соединениях незначительны и не имеют сушественного значения с точки зрения падения напряжения и потери мощности. Поэтому в практике конструирования коротких сетей, как правило, нет необходимости рассчитывать переходные сопротивления контактов при условии соблюдения следующих обязательных требований:

1) усилие сжатия при всех режимах работы должно быть не менее 2,5 кН на 1 кА номинального тока (2,5 Н/А);

2) рабочие поверхности контактов должны быть зачищены до металлического блеска и защищены от окисления смазкой или специальными покрытиями (это требование не относится к деталям контактов из неметаллических материалов, например, из угля или графита, а также к деталям из неокисляющихся металлов);

3) за счет естественного или принудительного охлаждения температура соединения не должна превышать максимально допустимую величину.

Необходимо обратить особое внимание на первое требование. В практике эксплуатации коротких сетей большинство неполадок в контактных соединениях вызывается недопустимым уменьшением сжимающих усилий в контактах. Существенную роль в этом может играть различие термического удлииения стяжных болтов или шпилек в сравнении с увеличением суммарной толщины стягиваемого пакета при его нагреве за счет протекания тока. «Пакет» или «Контактный пакет» — совокупность стягиваемых деталей (токоведущпе шины, прокладки, накладки, шайбы и другие детали, например, тарельчатые пружины).

Не представляет сложности обеспечить весьма значительное усилие сжатия контактных соединений в холодном состоянии. Однако достичь стабильного поддержания даже минимально необходимого усилия сжатия нагретых контактов короткой сети оказывается сложной задачей. .

Для обеспечения стабильности сжимающего усилия в контактном соединении необхбдимо, чтобы линейное расширение болта или шпильки при нагреве от холодного состояния до рабочей температуры, соответствующей установившемуся режиму протекания тока, не отличалось существенно от увеличения толщины стягиваемого пакета в том же режиме.

В процессе монтажа токоведущие детали стягиваются в холодном состоянии некоторым усилием F0, соответствующпм растягивающему напряжению сто и относительному удлинению ео стяжного болта или шпильки.

При разогреве контактного соединения до установившегося теплового состояния в режиме рабочего тока контактный пакет достигает рабочей температуры fb а стяжной болт или шпилька — температуры t2.

Применение маломагнитной стали для изготовления стяжных болтов и шпилек несколько улучшает условия работы контактного соединения. Если вместо болтов из обычной малоуглеродистой стали применить болты из маломагнитной стали, например, типа 1Х18Н9, то следует ожидать, что в режиме номинальной нагрузки короткой сети их температура будет лишь незначительно превышать температуру контактного пакета.

Применением стяжных болтов или шпилек из сплавов на медной основе, имеющих близкие к меди величины коэффициентов линейного расширения (например, лату-яи), можно обеспечить относительную стабильность усилия сжатия контактного соединения медных токоведущих деталей.

Крепежные детали из сплавов цветных металлов не подвергаются дополнительному нагреву в магнитном поле и их температура лишь незначительно отличается от температуры контактного пакета. Заменителем сплавов .из цветных металлов для изготовления стяжных болтов или шпилек может быть маломагнитная сталь с заметно меньшим коэффициентом линейного расширения в сравнении с медными токоведущими деталями.

Однако маломагнитные стали имеют высокие коэффициенты линейного расширения, ввиду чего применение таких маломагннтных сталей для изготовления стяжных болтов и шпилек контактных соединений является малоэффективным.
Принципиально возможно применение стяжных болтов и шпилек из пластмасс с повышенной механической прочностью. Однако и в этом случае необходимо обращать внимание на соотношение коэффициентов линейного расширения пластмассы и материала токоведущих деталей, поскольку при относительно малых значениях линейного расширения пластмассы может случиться нарушение прочности болта или шпильки. Условия работы контактного соединения особенно усложняются в тех случаях, когда контактный пакет имеет принудительное охлаждение одной или более токоведущих деталей, а стяжной болт или шпилька имеет в рабочем режиме температуру, значительно превышающую температуру контактного пакета. Примером такого соединения является стык водоохлаждаемой токоведущей трубы с водо-охлаждасмым корпусом электрододержателя дуговой сталеплавильной печи, обычно являющийся слабым местом короткой сети и причиной частых простоев агрегата. Поскольку принудительное охлаждение стяжного болта или шпильки связано со значительными конструктивными и эксплуатационными сложностями, надежный электрический контакт в таких условиях может быть достигнут только специальными мерами, позволяющими обеспечить необходимое усилие сжатия после нагрева за счет искусственного выравнивания термических расширений стяжного болта или шпильки и контактного пакета с деталями прижима.

В качестве примера приводим расчет усилия сжатия контактного соединения водоохлаждаемой токоведущей трубы диаметром 60/30 мм с бронзовым корпусом электрододержателя (рис. II.1).

Удлинение стяжного болта в результате нагрева превышает упругую деформацию болта в холодном состоянии, то есть в результате нагрева до рабочей температуры контактное соединение полностью теряет усилие сжатия.

В данном случае выполнение стяжного болта из латуни не дает уменьшения термического расширения болта,
поскольку некоторое снижение температуры болта за счет немагнитности латуни компенсируется повышенным коэффициентом линейного расширения латуни в сравнении с маломагнитной сталью. Кроме того, первоначальное удлинение стяжного болта в результате затяжки в холодном состоянии не может заметно измениться, так как снижение приблизительно в 2 раза допускаемого напряжения для латунного болта компенсируется вдвое меньшим значением модуля упругости латуни.

Удлинение стяжного болта в результате затяжки в холодном состоянии примем, как и для стали Х14Г14НЗТ, т. е. 26,5-10^-3 мм (при повышенном на 10 % модуле уп­ругости сплав ХН60Ю допускает на столько же более высокое напряжение на растяжение). Поскольку допол­нительное удлинение стяжного болта в сравнении с кон­тактным пакетом составляет лишь 10 % удлинения от предварительной затяжки, усилие стяжки пакета в горя­чем состоянии снизится лишь на 10 %, т. е. рабочее уси­лие стяжки будет вполне достаточным для обеспечения работоспособности контактного соединения.

При отсутствии возможности выполнения стяжных болтов или шпилек из дорогого и дефицитного сплава типа ХН60Ю выравнивание линейных расширений болта и контактного пакета может быть достигнуто введением дополнительной промежуточной колодки (между токо­ведущей медной трубой и нажимной крышкой) из ме­талла с высоким коэффициентом линейного расширения, например, из маломагнитной стали Х14Г1НЗТ или из алюминия.

Для выбора действенного способа выравнивания тер­мических расширений контактного пакета и стяжного болта необходимо экспериментально определить факти­ческие температуры нагрева отдельных деталей контактного узла в конкретных условиях его рабочего режима. В качестве справочного материала для ориентировки в табл. 2.2 приведены основные физические и механические свойства некоторых металлов, применяемых в конструкциях контактных соединений, а в табл. 2.3 допускаемые по условиям механической прочности нагрузки для болтов и шпилек из латуни и некоторых марок стали.

Качество электрического контакта зависит не только от фактической величины суммарного усилия затяжки болтов, но и от степени жесткости концов шин, образующих контакт — чем жестче концы шин, тем хуже контакт, поскольку значительная часть усилия затяжки гасится во внутреннем механическом напряжении шин. С этой точки зрения для улучшения контакта широких шин значительной жесткости полезно выполнять продольные прорези на концах шин [7]. В этом же источнике приводится ряд других полезных рекомендаций по выполнению и обслуживанию контактных соединений. В частности, указывается, что достаточная длина нахлеста в контактах плоских шин составляет 5—7 толщин одной шины.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..