СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА Российский патент 1997 года по МПК H01B5/14 B60M1/13 

Изобретение относится к контактным проводам выполненным из материалов с высокой электропроводностью из меди, tе сплавов или алюминия, его сплавов, включая их контактные части, при этом провода из алюминия, его сплавов содержат встроенный металлический (стальной и т.п.) элемент (сердечник и т.п. ), предназначенных для электроснабжения транспортных средств (преимущественно железнодорожного электрического транспорта).

Цель изобретения: повышение износостойкости к электродуговым и механическим воздействиям в процессе эксплуатации контактного провода, экономичности.

Известен способ защиты контактного провода, выполненного из алюминия, его сплавов, включая контактную часть, путем нанесения покрытия со стороны этой части из электропроводящих материалов, при этом в провод встраивают металлический, стальной сердечник (элемент) полностью охваченный наружной оболочкой, т.е. встроенный внутри. Нижняя контактная часть провода выполненная из износостойкого алюминиевого сплава с легирующими компонентами и образующая таким образом износостойкую контактирующую поверхность встраивается, соединяется с верхней токопроводящей алюминиевой или из его сплава частью. Провод предназначен для питания электрического транспортного средства.

Из-за недостаточной механической прочности, меньшей электропроводности алюминия, его сплавов по сравнению с медью, ее сплавами необходимо выполнять, например, для железнодорожного транспорта, контактный провод из алюминия, его сплавов гораздо большего сечения, чем медный и усиливать его стальным сердечником или т.п. элементом. Контактная часть провода из износостойкого алюминиевого сплава, образующая износостойкую контактирующую поверхность перемещается вглубь этой части по мере ее износа. Электродуговая, механическая износостойкость этой части недостаточна. Сечение ее составляет в среднем до 30-40% общего сечения провода. Сплав из которого она изготовлена имеет большую стоимость, чем алюминий. Требуется высоколегируемый сплав. Он имеет большее сопротивление.

Целесообразно все сечение провода выполнить из алюминия (его сплава) за исключением стального сердечника. Дополнительно металлизируя, добавляя на контактную часть, со стороны токосъема, слой из металлов сплавов, их компонентов обладающий повышенной по сравнению с материалом контактного слоя выше указанных проводов электродугоустойчивостью, механической прочностью, корозиоустойчивостью. Алюминиевый провод намного дешевле медного. Возможно использование двойного контактного провода.

Известен способ защиты контактного провода выполненного из меди, ее сплавов включая контактную часть путем нанесения покрытия со стороны этой части.

Верхняя, медная токопроводящая часть провода, соединяется по всей длине с нижней контактной частью, выполненной из медного сплава с легирующими компонентами. Электродуговая, механическая износостойкость контактной части из медного сплава недостаточна. Поэтому ее сечение составляет 1/3 от сечения провода. Стоимость сплава больше стоимости меди. Затраты на изготовление провода значительны. Электропроводимость сплава меньше чем меди. Будут дополнительные потери электроэнергии. Электропроводимость провода с контактной частью из сплава меди выше, но лишь в сравнении с вариантом когда провод был бы выполнен целиком из такого сплава и т.п. Выполнив же контактный провод полностью из меди можно значительно повысить его электропроводимость, снизить потери электроэнергии. Дополнительно добавляя слой, металлизируя поверхность контактной части со стороны токосъема более дугостойким, механическим прочным, электропроводным материалом, сплавом (например сталь и т.п.) повышают износостойкость провода. Толщина слоя может составлять миллиметры или доли миллиметра. Дополнительное электрическое сопротивление, например, контактной сети постоянного тока железных дорог практически будет обуславливаться сопротивлением, слоем металлизации контактной части (толщиной, как правило, доли миллиметра) в месте касания токоприемника с контактным проводом. Дополнительный слой может быть выполнен и поверх контактной части из сплава меди или алюминия и т.п. что также увеличит износостойкость механическую и электродуговую. В контактной сети железнодорожного транспорта переменного тока в передачи электроэнергии по контактному проводу принимает участие (обуславливает электрическое сопротивление) в основном поверхностные слои провода. В сети постоянного тока все сечение провода. При вышеуказанном способе большая часть поверхности провода остается без изменения (до 75-80% ). Целесообразно для алюминиевых проводов стальной сердечник встроить вглубь провода. Даже увеличивать его сечение для контактного провода контактной сети переменного тока. Увеличивая тем самым внешнюю поверхность провода при тех же затратах материала (алюминия). Как вариант способа возможно встраивать (закатывают, запрессовывают, заливают, накатывают и т.п.) в провод со стороны контактной части элемента (сердечника, в виде полосы, ленты и т.п.) преимущественно металлического (из сплавов, стального, с покрытием поверхности корозиоустойчивым материалом, сплавом титана и т.п. нержавеющей стали и т. п. ). При этом величина и форма элемента обеспечивает предельный износ и взаимодействие токоприемника только с контактной частью при всех возможных погрешностях монтажа и поворотах провода вокруг своей оси в процессе эксплуатации. Это дает возможность и уменьшить сечение стального сердечника встроенного внутри, за счет механического упрочнения провода от дополнительного элемента (слоя) и т.п. Повысить электродуговую, механическую прочность провода, например, при коротких замыканиях на контактной сети. Когда внутренняя часть провода защищена дополнительным наружным слоем металлизации.

Для достижения поставленной цели поверхность контактной части токосъемника дополнительно металлизируют для чего дополнительно добавляют на контактную часть слой из металлов, сплавов, их компонентов, обладающий повышенной по сравнению с материалом контактного слоя выше указанных проводов электроустойчивостью, механической прочностью. Это позволяет экономить добавляемый материал, оставить электрическое сопротивление провода в заданных пределах, повысить, например, к истиранию, воздействию электродуги износостойкость и т.п. Способ производства и защиты контактных проводов экономически эффективен, особенно для контактной сети постоянного тока железных дорог, позволяет производить и восстановление, ремонт провода (после того как подвергнут контактную часть или дополнительный слой износу эксплуатационному и т. п. полному или частичному). Используемый материал: металлы, сплавы, их компоненты, например, титан, его сплавы, нитрид титана и т.п. сплавы, нержавеющая и т.п. сталь, порошковые материалы и т.п. Предполагается, что провод, например, медный производят методом непрерывного литья и прокатки с последующей протяжкой. Добавление слоя, металлизацию производят путем напыления или конденсации веществ ионной бомбардировкой при температуре для алюминия, его сплавов от 145 до 200^oC, для меди от 200^o до 245^oC т. е. не выше известной температуры рекристаллизации, путем плакирования, в том числе и совмещенным с горячей прокаткой при производстве провода, путем накатки в том числе вариант когда накатку совмещают с прокаткой при производстве проводов и т.п. или после операции литья и последующей прокатке выполняемых при производстве проводов, процесс прокатки сочетают с металлизацией со стороны контактной части провода, для чего его протягивают (его часть) через ванну с расплавом, или при металлизации наносят, добавляют на контактную поверхность провода грунтовый слой, с последующим нанесением, добавлением основного слоя, или путем обработки давлением, направки или прокатки, или накатывают, наплавляют для чего используют материалы и в виде порошков, в том числе и вариант, когда совмещают накатку (направку) с прокаткой при производстве проводов, а так же и обрабатывают контактную поверхность при накатке (направке) или протяжке лазерным устройством, или в момент металлизации воздействуют лазерным устройством, или в момент металлизации воздействуют лазерным устройством, токами высокой частоты, ультразвуком, или берут (вводят) металлы образующие с кислородом и азотом стойкие химические соединения с большой отрицательной величиной свободной энтальпии реакции, используют среду ионизированного материала покрытия, среду газа (инертных или восстановительных, азота или других). Применение порошков, накатки позволяет, например, наносить слой металлизации при прокатке, например, горячей (связанной с производством проводов) более тонкий и более износостойкий. Допустим комбинированный вариант обработки сочетающий, например, накатку и напыление. Обработка лазером контактной части, способствует дополнительному механическому сцеплению и. т.п. а в среде газа, например, азота образованию на основе титана, нитрида титана, механически прочного, коррозиоустойчивого. Применение металлов образующих с кислородом, азотом стойкие химические соединения с большой отрицательной величиной свободной энтальпии реакции позволяет, например, при планировании (горячей прокатке) предотвратить наличие вредных поверхностных слоев на поверхности соединяемых металлов. Способ позволяет повысить срок службы провода до двух и более раз.

Использование: в электроснабжении транспортных средств, преимущественно железнодорожного электрического транспорта. Сущность изобретения: контактный провод из материалов с высокой электропроводностью, меди или алюминия, или их сплавов, у которого упрочняют участок контактной части путем его металлизации электропроводящим материалом, что повышает его износостойкость. 3 з. п. ф-лы.

1. Способ защиты контактного провода контактной сети, выполненного из материала с высокой электропроводностью меди, ее сплавов или из алюминия, его сплавов со стальным сердечником внутри, при котором участок контактной части упрочняют электропроводящим материалом с более высокой механической прочностью по сравнению с материалом, из которого выполнена контактная часть, отличающийся тем, что упрочнение указанного участка контактной части производят путем его металлизации электропроводящим материалом, обладающим помимо механической прочности повышенной электродугоустойчивостью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлизацию осуществляют путем напыления или нанесения путем конденсации веществ ионной бомбардировкой при температуре около 200^oС, путем плакирования, или накатки, или наплавки в процессе производства проводов или путем осуществления первичной (грунтовой) металлизации с выполнением последующей основной. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае полного или частичного износа указанной металлизации производят дополнительную металлизацию. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для металлизации используют металлы, их соединения, сплавы, или их порошки, например титан, его сплавы, нитрид титана, нержавеющая сталь.