ГИБКИЙ ТОКОВЕДУЩИЙ ПЕРЕХОДНИК-КОМПЕНСАТОР Российский патент 2012 года по МПК C25C3/16 

Изобретение, в общем случае, относится к широкому разделу промышленности, связанному с потреблением электрической энергии, в частности узлам токоподвода электрических установок большой мощности, и, конкретно, может быть использовано в анодной и катодной ошиновках электролизеров для производства алюминия, в коротких сетях электродуговых печей и в разнообразном электротермическом оборудовании.

Известен токоведущий компенсатор коротких сетей электропечей (см. Струнский Б.М. Короткие сети электропечей. М., 1962. - С.277-281), который состоит из пакета плоских металлических полос-шин и массивных медных контактных пластин-клемм, приваренных сваркой плавлением по концам пакета. К недостаткам известного компенсатора следует отнести низкую электропроводность и недостаточную прочность из-за дефектов в сварном шве.

Известен (см. А.с. №683115, кл. B23K 19/00, 1979) способ изготовления токоведущих компенсаторов коротких сетей электрических печей, в котором контактные пластины-клеммы получают из металлических полос-шин пакета путем сварки взрывом металлических полос-шин пакета по периферии. К недостаткам известного компенсатора следует отнести ограниченную площадь контакта пластин-клемм и металлических полос. Данное ограничение для некоторых типов компенсаторов приводит к потере электрического тока на границе контакта из-за увеличения электросопротивления.

Из патента РФ №2075551, кл. 6 C25C 3/08, 1992 известен гибкий токоподвод, используемый в катодных ошиновках алюминиевых электролизеров, состоящий из набора металлических, например алюминиевых полос, объединенных в пакет типа «гибкая шина», и контактных пластин-клемм, присоединенных по концам. К недостаткам конструкции следует отнести то, что клемма соединена со всеми концами гибкого пакета-шины только по наружной поверхности и не обеспечивает индивидуальный прямой необходимый контакт каждой металлической полосы, входящей в пакет, между собой и с контактной пластиной-клеммой. Как следствие, это приводит к перетеканию и потерям тока между металлическими полосами пакета-шины и по всей площади контакта клемма-шина из-за повышения электрического сопротивления в зоне контакта.

Известен патент РФ №2085624, кл. 6 C25C 3/16, H01R 4/62, 1993, в котором гибкий токоподвод, состоящий из токоподводящей шины, выполненной в виде пакета из гибких алюминиевых полос с приваренными по концам пакета биметаллическими медно-алюминиевыми наконечниками.

К недостаткам такого токоподвода следует отнести то, что в зоне повышенной температуры от 100°С до 500°С, что характерно для зоны контакта шина-блюмс катодной секции электролизера большой мощности, резко ухудшается биметаллическое соединение алюминия с медью в наконечнике шины. Возможно образование интерметаллидов в зоне соединения, их рост, частичное расплавление алюминия с последующим разрушением и резким возрастанием при этом электросопротивления внутри наконечника и на контакте блюмс-наконечник гибкого токоподвода.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению патент РФ №2328092, кл. H05B 7/11, C25C 3/16, 2006, в котором гибкий токоподвод содержит шины в виде пакетов из гибких полос разных металлов с контактными пластинами-наконечниками по концам пакетов для соединения пакетов между собой и с общей электрической цепью.

К недостаткам такого токоподвода следует отнести то, что соединение шин между собой по контактным пластинам-наконечникам производится болтовым или другим механическим соединением без образования металлической (гальванической) связи между металлами пластин-наконечников, необходимой для исключения потерь электроэнергии в соединениях, особенно в соединении разнородных металлов по сравнению с однородными.

Предлагаемая конструкция гибкого токоведущего переходника-компенсатора, по сравнению с приведенным прототипом, решает следующую основную задачу: устранение внутренних потерь электрического тока в токоподводах, выполняемых из двух шинопакетов, состоящих из гибких полос разных металлов и соединяемых между собой, а также задачу по использованию токоведущего переходника-компенсатора для подсоединения дополнительных электрических цепей.

Поставленная задача решается за счет того, что конструкция гибкого токоведущего переходника-компенсатора выполнена в виде двух пакетов из гибких полос разных металлов, причем полосы в пакетах выполнены разной толщины при условии и внутри снабжены последовательно несколькими биметаллическими участками площадью каждого, превышающей площадь поперечного сечения большей полосы, выполненной из металла с большим удельным электрическим сопротивлением,

где t₁ и t₂ - толщины гибких полос первого и второго пакетов соответственно;

ρ₁ и ρ₂ - удельное электрическое сопротивление материала гибких полос первого и второго пакетов соответственно.

Далее, поставленную задачу также решают за счет того, что шинопакеты, полученные из разнотолщинных полос, внутри снабжены общей монолитной композиционной пластиной на участке площадью, превышающей площадь поперечного сечения наибольшей полосы.

Поставленная задача подсоединения дополнительных электрических цепей решается за счет выполнения общей монолитной композиционной пластины в виде дополнительного контактного наконечника на участке площадью, превышающей общую суммарную площадь поперечных сечений полос пакета с большими полосами.

Предложенная конструкция гибкого токоведущего переходника-компенсатора обеспечивает условия, близкие к идеальным по электропроводности, исключает потери электроэнергии в ее внутренних соединениях, обеспечивает монтажную гибкость основных и дополнительных электрических цепей и компенсирует изменения их линейных размеров в процессе эксплуатации.

Предлагаемое изобретение поясняется графическим материалом.

На Фиг.1 и Фиг.2 изображен общий вид гибкого токоведущего переходника-компенсатора.

На Фиг.3 изображен общий вид гибкого токоведущего переходника-компенсатора с дополнительным контактным наконечником-распределителем внутри переходника-компенсатора для подсоединения дополнительных электроцепей.

Гибкий токоведущий переходник-компенсатор (см. Фиг.1 и Фиг.2) состоит из двух шинопакетов 1 и 2, которые относительно друг друга выполнены из металлических полос 3 и 4 разной толщины t₁<t₂ и с разным удельным электрическим сопротивлением ρ₁<ρ₂. Наружные края каждого шинопакета 1 и 2 представляют собой пластины - контактные наконечники 5 и 6. Внутри шинопакетов 1 и 2 полосы 3 и 4 (см. Фиг.1) снабжены биметаллическими участками 7 площадью 8, превышающей площадь 9 поперечного сечения большей полосы 4.

На Фиг.2 представлен гибкий токоведущий переходник-компенсатор, в котором все полосы 3 и 4 внутри шинопакетов 1 и 2 снабжены монолитной слоистой композиционной пластиной 10 площадью 8, превышающей площадь 9 поперечного сечения большей полосы 4 на участках 7.

На Фиг.3 полосы 3 и 4 снабжены монолитной слоистой композиционной пластиной - дополнительным контактным наконечником 11 внутри переходника-компенсатора на участках 12 площадью 13, превышающей общую суммарную площадь 9 поперечных сечений полос 4 шинопакета 2. К дополнительному контактному наконечнику 11, как пример, показано (см. Фиг.3) подсоединение дополнительной электроцепи 14.

Гибкий токоведущий переходник-компенсатор работает, позволяя соединять известными способами электрические цепи, выполненные из разных металлов, например из алюминия и меди, несоздающих дополнительных потерь электроэнергии в процессе эксплуатации, и, за счет использования гибких пластин, компенсирующих различия линейных размеров между соединяемыми участками цепей при монтаже и при их изменениях, возникающих в процессе эксплуатации.

Предлагаемый гибкий токоведущий переходник-компенсатор разработан в Конструкторско-технологическом филиале Института гидродинамики им. М.А.Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (КТФ ИГиЛ СО РАН).

Описание конкретного образца гибкого токоведущего переходника-компенсатора.

Гибкий токоведущий переходник-компенсатор (см. Фиг.4, верхний образец) изготовлен из двух шинопакетов. Первый шинопакет выполнен в виде пакета из набора четырех медных (медь марки M1 с ρ₁=0,0172·10^-6 Ом·м) полос толщиной 1 мм, шириной 60 мм, длиной 200 мм и площадью поперечного сечения каждой полосы 60 мм². Второй шинопакет содержит пакет из набора четырех алюминиевых (алюминий марки А1 с ρ₂=0,0271·10^-6 Ом·м) полос толщиной 2 мм, шириной 60 мм, длиной 200 мм и площадью поперечного сечения каждой полосы 120 мм². Каждый шинопакет имеет контактный наконечник. Первый шинопакет имеет медный контактный наконечник, второй - алюминиевый. Каждая из пары полос медного шинопакета и алюминиевого шинопакета снабжены биметаллическими участками площадью 300-400 мм², превышающей площадь поперечного сечения алюминиевой полосы, равную 120 мм².

Гибкий токоведущий переходник-компенсатор (см. Фиг.4, нижний образец) аналогичен предыдущему и отличается тем, что все медные и алюминиевые полосы снабжены общей монолитной слоистой композиционной пластиной - дополнительным контактным наконечником на участке площадью 2000-3000 мм², превышающей общую суммарную площадь (120×4=480 мм²) поперечных сечений алюминиевых полос. К дополнительному внутреннему контактному наконечнику (см. Фиг.4, нижний образец) болтовым соединением подсоединена дополнительная электрическая цепь в виде медной полосы.

Изобретение относится к узлам токоподвода в анодной и катодной ошиновках электролизеров для производства алюминия. Гибкий токоведущий переходник-компенсатор содержит два соединенные друг с другом шинопакета из гибких металлических полос разных металлов с контактными пластинами-наконечниками по краям, каждый из шинопакетов выполнен из полос одной толщины, при этом толщина полос во втором шинопакете превышает толщину полос в первом шинопакете в соотношении , где t₁ и t₂ - толщины полос первого и второго шинопакетов соответственно, ρ₁ и ρ₂ - удельное электрическое сопротивление материала полос первого и второго пакетов соответственно, и каждая полоса первого шинопакета соединена с каждой соответствующей полосой второго шинопакета с образованием в местах их соединения биметаллических участков, площадь каждого из которых превышает площадь поперечного сечения полосы большей толщины. Кроме того, все полосы каждого из шинопакетов соединены друг с другом посредством упомянутых биметаллических участков с образованием монолитной слоистой композиционной пластины, площадь поперечного сечения которой превышает площадь поперечного сечения полосы большей толщины, при этом для подсоединения дополнительных электрических цепей монолитная слоистая композиционная пластина выполнена с площадью, превышающей суммарную площадь поперечных сечений полос шинопакета с полосами большей толщины. Обеспечивается устранение внутренних потерь электрического тока в токоподводах, возникающих в процессе эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гибкий токоведущий переходник-компенсатор, содержащий два соединенные друг с другом шинопакета из гибких металлических полос разных металлов с контактными пластинами-наконечниками по краям, отличающийся тем, что каждый из шинопакетов выполнен из полос одной толщины, при этом толщина полос во втором шинопакете превышает толщину полос в первом шинопакете в соотношении
,
где t₁ и t₂ - толщины полос первого и второго шинопакетов соответственно;
ρ₁ и ρ₂ - удельное электрическое сопротивление материала полос первого и второго пакетов соответственно,
и каждая полоса первого шинопакета соединена с каждой соответствующей полосой второго шинопакета с образованием в местах их соединения биметаллических участков, площадь каждого из которых превышает площадь поперечного сечения полосы большей толщины.

2. Переходник-компенсатор по п.1, отличающийся тем, что все полосы каждого из шинопакетов соединены друг с другом посредством упомянутых биметаллических участков с образованием монолитной слоистой композиционной пластины, площадь поперечного сечения которой превышает площадь поперечного сечения полосы большей толщины.

3. Переходник-компенсатор по п.2, отличающийся тем, что для подсоединения дополнительных электрических цепей монолитная слоистая композиционная пластина выполнена с площадью, превышающей суммарную площадь поперечных сечений полос шинопакета с полосами большей толщины.