Материал, снижающий энергетические потери на контактных соединениях электрических сетей Российский патент 2018 года по МПК H01B1/22 

Изобретение относится к области материаловедения и может найти применение в энергетике, металлургических, химических и других отраслях промышленности, где применяется электричество.

Изобретение относится к такому приоритетному направлению науки, как энергосбережение. На сегодняшний день в отраслях промышленности, где применяется электричество, существует проблема потерь мощности и большого расхода энергии в контактных соединениях проводников. Уменьшение разности потенциалов, которая возникает при контактном соединении, повышает энергоэффективность систем передачи и транспортировки электрической энергии. В этой связи разработка материала, способного уменьшить контактную разность потенциалов, является актуальной.

Известна электропроводящая смазка «УВС СУПЕРКОНТ» (RU №2510089, МПК Н01В 3/20, Н01В 1/22, С10М 125/00, С10М 101/00, С10М 119/20, C10N 10/02, C10N 40/14, опубликовано 20.03.2014), содержащая минеральное масло, присадку, металлический порошок, в качестве которого используют высокодисперсный порошок меди, стабилизирующую добавку, смазка дополнительно содержит загуститель, в качестве которого используют этилцеллюлозу, при этом в качестве присадки используют органическую матрицу, представляющую собой соли высокомолекулярных органических соединений (мыло) и высших органических жирных кислот, а в качестве стабилизирующей добавки - 30%-ный раствор бензотриазола в ацетоне при следующем содержании компонентов, мас. %:

Органическая матрица 40 Высоко дисперсный порошок меди 30 Загуститель 20 Стабилизирующая добавка 5 Минеральное масло Остальное

Общими признаком заявляемого изобретения с аналогом является наличие меди в составе.

К недостаткам этого аналога следует отнести:

- низкие показатели по термоустойчивости и надежности;

- невозможность обеспечения безопасной безаварийной эксплуатации электрических сетей;

- сложность в изготовлении и хранении.

Это связано с тем, что используемая в качестве присадки матрица, содержащая соли высокомолекулярных органических соединений и высших органических жирных кислот (мыла), и мелкодисперсный медный порошок могут образовывать пространственные структуры, в результате чего на рабочей поверхности электрических контактов будут образовываться трудноудаляемые образования. Это приводит к увеличению сопротивления между электрическими контактами и вызванное этим уменьшение надежности в эксплуатации электрических цепей.

За прототип принят материал по уменьшению контактной разности потенциалов, представляющий собой мультикомпонентную металлическую пену (US №7229296 В2, МПК H01R 4/34, опубликовано 12 июня 2007) Использование этого материала в качестве прокладки между двумя металлическими контактами уменьшает разность потенциалов на 40-78%. К недостаткам этого пенного материала следует отнести следующие:

- при небольших сдвигах, поворотах, вибрациях, действующих на контактное соединение, свойства материала становятся менее эффективными. Это является большим препятствием на производствах, где невозможно обойтись без механических воздействий, вибраций и т.п.;

- отсутствует возможность повторного использования материала;

- высокая стоимость материала.

Общими признаком заявляемого изобретения с аналогом является наличие меди в составе.

Задача заявляемого изобретения заключается в создании материала, снижающего энергетические потери на контактных соединениях электрических сетей.

Технический результат заключается в снижении энергетических потерь на контактных соединениях электрических сетей за счет снижения разности потенциалов на 92-97%.

Указанный технический результат достигается тем, что материал, снижающий энергетические потери на контактных соединениях электрических сетей, содержащий медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово и вспененный никель, равномерно распределенные в объеме материала, позволяющего проводить электрический ток до 10000А, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

олово 68,32 никель 25,92 медь 4,32

Материал представляет собой смесь порошков вспененного никеля, меди и олова. Использование этой смеси в качестве прокладки между контактами уменьшает разность потенциалов на 92-97%.

Использование заявленного материала уменьшает контактную разность в диапазоне 0-10000А, снижает тепловые потери на контактах и продлевает срок службы контактного соединения.

Для получения вспененного никеля использовали никель (II) азотнокислый 6-водный марки Ч и глицерин марки Ч. Реактивы предварительно не очищали. Кристаллогидрат азотнокислого никеля помещали в сушильный электрический шкаф при температуре 130°С. Потери составляли 30% массы. Просушенный порошок измельчали до размера частиц не более 200 мкм в планетарной мельнице. Глицерин и безводный нитрат никеля (шихта) в соотношении 1:3 соответственно тщательно перемешивали в емкости до однородной массы и помещали в реактор. В газовой среде (на воздухе) проводили локальное инициирование процесса (зажигание). В точке контакта смеси с искрой возникает фронт реакции горения - самопроизвольный высокотемпературный синтез (СВС), распространяющийся по смеси со скоростью ~1 м/с с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов горения. Возникший в зоне инициирования очаг реакции по законам горения (тепловыделения и теплопереноса) в виде фронта самостоятельно распространяется по шихте, при этом достигаются высокие полнота и скорость химического взаимодействия ее компонентов. В основе режима СВС лежит экзотермическая реакция окисления углеродсодержащих компонентов шихты нитрогруппой при одновременном восстановлении химического соединения никеля до металлического никеля. В результате получаем хрупкую пористую структуру вспененного никеля (см. рисунок).

Полученный вспененный никель дробили, а пластины меди и олова измельчали до размера не более 200 мкм. При этом пористость структуры вспененного никеля сохранялась. Оптимальное соотношение между компонентами смеси установлено экспериментально и представлено в таблице ниже.

Таблица

Использование этого материала в качестве прокладки между контактами уменьшает разность потенциалов на 92-97%, в то время как прототипа на 40-78%.

Обоснование принятых пределов процентных соотношений составляющих компонентов порошкового материала.

Изобретение относится к области материаловедения и может найти применение в энергетике, металлургических, химических и других отраслях промышленности, где применяется электричество. Материал, снижающий энергетические потери на контактных соединениях электрических сетей, содержащий медь, материал дополнительно содержит олово и вспененный никель, равномерно распределенные в объеме материала, позволяющего проводить электрический ток до 10000А, при следующем соотношении компонентов, мас. %: олово 68,32; никель 25,92; медь 4,32. Технический результат: снижение энергетических потерь на контактных соединениях электрических сетей за счет снижения разности потенциалов на 92-97%. 1 ил., 2 табл.

Материал, снижающий энергетические потери на контактных соединениях электрических сетей, содержащий медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово и вспененный никель, равномерно распределенные в объеме материала, позволяющего проводить электрический ток до 10000 А, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

олово 68,32 никель 25,92 медь 4,32