Электрический контактный узел Советский патент 1982 года по МПК H01R4/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к разъемным тркопроводящим соединениям между двумя проводникёили, например между шинами из меди, алюминия и его сплавов.

Известно, что мета.плический 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-тпятна. Вследствие малого размера контактных площадок линии тока, подходя к контактной поверхности, значительно искривляются, поэтому в сечениях контакта, расположённых вблизи, и параллельно контактной поверхности, плотность тока распределяется неравг номерно. Те области контактов, где имеет место искривление линий тока, называются еще областями стягивания, внутри области стягивания градиент потенциала относительно невелик,, а за ее пределг и относительно Мал. Это обстоятельство как раз и определяет природу сопротивления стягнвания.

В реальных условиях даже зачищенные контактные поверхности покрываются тонкими оксидными пленками, вследствие чего переходное сопротивление состоит из суммы сопротивлений : сопротивления стягивания и со10противления пленки. Уменьшение кон- , тактного нажатия приводит к уменьшению количества а-пятен, а следовательно, к росту переходного сопротивления. Поэтому в контактных соединениях 5 предусматриваются средства стабилизации давления, например в виде тарельчатых пружин, компенсирующих температурные расширения и удерживающих no3TC iy силу нажатия на постоян20ном уровне. Таким образом тарельчатые пружины являются недостаточно эффективными, так как компенсируют только тe шepaтypнoe расширение. Однако в ряде случаев при высоких на25пряжениях и низких токах нагрев от тока может быть незначительным даже при большой величине пере:содно го сопротивления. Именно в этом случае , элементы стабилизации давления по

30 ii гост 10343-76 в виде болтов и шайб. IB том числе и тарельчатых, не являют ся достаточно эффективными. Однако в процессе эксплуатации на контактных поверхностях даже при постоянном давлении вследствие окисления происходит рост оксидных пле.нок. Как уже отмечалось на поверхности соприкасающихся контактов расположено ограниченное число контактных площадок. Пленка, проникая в промежутки между ними, постепенно уменьшает их сечение, в результате чего растет сопротивление контактно го соединения, но существующие сред ства стабилизации не учитывают этого изменения. Тарельчатые пружины компенсируют только расширение проводников при нагревании. Наиболее близким к предлагаемому является контактное соединение, содержащее контактные элементы, один из которых выполнен в виде пластины с отверстием, соединенную в ней с помощью болта и гайки шайбу и элемент стабилизации переходного сопро тивления. В данном устройстве узлом стабилизации является один из зажим ных элементов, выполненный в виде iXpanoBoro механизма с не менее чем :одной собачкой. Такой конструкцией обеспечивается стабилизация контакт ного нажатия при нагревании соеди; няемых проводников под воздействием прохождения по ним рабочего тока f1 Однако и в даном контактном соед нении также не учитывается изменение переходного сопротивления, конструкц я его очень сложна и, следовательно, оно обладает недостаточной надежностью. Цель изобретения - упрощение кон струкции и повышение надежности кон тактного соединения. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве второй контактный элемент выполнен в виде пластины с отверстием, стабилизации шлюлнен в виде изоляцион ной втулки, второй контактный элемент расположен между контактным эл злентом и головкой болта, стержень болта .установлен с зазором в отверстиях контактных эл 4ентов и шайГйл, изоляционная втулка расположена в упомянутом зазоре и взаимодействует торцами с головкой болта и с гайкой причем материалы и размера болта и шайбы выбраны в соответствии с неравенством..BliZ2 &J 5JL. Rm где С1ш температурный коэффициент линейного расширения шайбы толщина шайбы; RцJ- сопротивление шайбы; oLfi температурный /коэффигчент линейного расширения болта;Lg - длина болта на участке между головкой и гайкой; сопротивление болта; температурный коэффициент линейного расшнрения контактных элементов; толщина контактного элемента;сопротивление контактного соединения. Boздs lный зазор между отверстиями в проводниках и шайбах и телом болта нельзя считать эквивалентным втулке из изолирующего материала, так как он имеет другие механические характеристики. 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, общий 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 ма1териала позволяет потенциал элемента 1 через болт 4 и гайку 5 приложить к внешней стороне шайбы 3. Потенциал элемента 2 приложен непосредственно к внутг ренней стороне шайбы 3. Таким образом шайба 3 находится под разностью потенциалов, которая пропорциональна изменению переходного сопротивления. Под действием приложенного напряжения kUu на шайбе 3 выделяется тепло AUj, /Rjyr что вызывает ее дополнительное-расширениеЛЬшЛ«э шАи /Нц, Под действием выделяемого дополнительного тепла в контактном соединении, равном ли /R,j происходит расширение соединяемых контактных элементов Для того, чтобы обеспечить стабилизацию переходного сопдютивления. необходимо создать усилие нажатия, которое препятствовало бы проникнов нию оксидной пленки в зону металлического контакта, т.е. требуется создать дополнительное поджатие шайбой соединяемых элементов. Для получения такого усилия необходимо, чтобы при нагревании выполнялось сл дующее неравенство ЛЬц,7лЬб- АЬк(1) jKOTOpoe может быть обеспечено при соблюдении условия .ft.Liif k LK Ш в : к(2) или после несложных преобразований jJ LgR - jcLK-R ,,j Ш k бг В случае применения .одинакового материала у болта и проводников фор мула (3) упрощается Ыш JLjr Ljs к , д V RU, И окончательно имеем m. -. RIU Rk Напряжение на шайбе можно опреде лить по второму закону Киргофа для схемы замещения контактного соединения (фиг.2). &% дик - AUg - лиг (6) Как видно из формулы, если сопро тивление гайки и болта малы по отно шению к ыайбе, то имеет место равен ство . лиц, лиц (7) Отсюда следует требование о выборе материала болта и гайки с низким уделЬным электрическим сопротив лением. Выполнение же шай( из мате риала, отношение коэффициента линей ного расширения которого к ее сопро тивлению больше аналогичного отноше ния для материала проводников приво дит к тому,что . 5Ш т.е. А duj Aot-KТаким образом в предлагаемом изоб ретении стабилизируется переходное сопротивление, что повышает надежность соединения и одновременно уппрощается конструкция. Учитывая, что длина болта и шайбы различна, удельное электрическое сопротивление материала болта может dtfTb найдено из следующего соотношениягде pi - удельное электрическое сопротивление шайбы; Рр - Удельное электрическое сопротивление болта. Приведенные формулы (4), (5), (9) позволяют рассчитать основные характеристики материалов для контактных соединений. Формула изобретения Электрический контактный узел, содержащий контактные элементы, v один из.которых выполнен в виде пластины с отверстием, соединенную с ней с помощью болта и гайки шайбу и элемент стабилизации переходного сопротивления, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, второй контактный элемент выполнен в виде пластины с отверстием, элемент стабилизации выполнен в виде изоляционной втулки, второй контактный элемент расположен между первым контактным элементом и головкой болта, стержень болта установлен с зазором в отверстиях контактных элементов и шайбы, изоляционная втулка расположена в указанном зазоре и взаимодействует торцами с головкой болта и с гайкой, причем материалы и размеры контактныхэлементов болта и шайбы выбраны в соответствии с неравенством . r AjjLi Lju -..lblsS§ R ш где o(iu- температурный коэффициент линейного расширения шайбы; Ьщ- толщина шайбы; Ryj- сопротивление шайбы; Ы0- температурный коэффициент линейного расширения болта; Lp- длина болта на участке между головкой и гайкой; Rg- сопротивление болта; температурный коэффициент линейного расширения контактных элементов; Lj,- толщина контактных элементов ; R.- сопротивление контактного соединения. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР , 573874, кл. И 01 R 7/08, 1975.