РАЗБОРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электротехническом оборудовании, применяемом на всех действующих объектах промышленности.
Одним из основных элементов электротехнического оборудования являются разборные электрические контактные соединения (РЭКС).
Существующие разработки в данной области направлены на увеличение надежности разборных электрических контактных соединений, что, в свою очередь, повышает надежность всей электроустановки в целом. При этом повышается качество потребления и передачи электроэнергии. Указанные задачи решаются путем снижения и стабилизации переходного электрического сопротивления, а также путем увеличения эффективной площади контактирования существующего РЭКС.
В практике применяются различные способы снижения переходного электрического сопротивления разборных электрических контактных соединений, одним из которых является применение специальных покрытий на токопередающие поверхности контакт-деталей.
Известны разборные электрические контактные соединения, у которых токопередающие поверхности контакт-деталей покрыты сплавом на основе олова или серебра или никеля и т.д., но технология нанесения является дорогостоящей и применима только в условиях стационарного производства.
Известны разборные электрические контактные соединения [RU №2301847, оп. 27.06.2007], контактные поверхности которых выполнены из галлия с толщиной покрытия не более 0,1 мм.
Нанесение сплава на контактную поверхность толщиной 0,1 мм не позволяет сформировать слой, способный улучшить и увеличить эффективную площадь контактирования, так как практически слой
толщиной в 0,1 мм полностью диффундирует в контактную поверхность на глубину 15 мк и не позволяет сформировать на контактной поверхности насыщенный слой сплава, что не позволяет получить увеличения эффективной площади контактирования при сборке контактного соединения.
Жесткая механическая обработка контактных поверхностей с образованием стружки нарушает контактную поверхность (появление глубоких царапин и неровностей), что уменьшает точность соединения контактных поверхностей, и, следовательно, эффективную площадь контактирования.
Согласно ГОСТ 1431-79, при соединении двух контакт-деталей образуется условная площадь контактирования, которая определяется частью рабочей поверхности, по которой происходит соприкосновение контакт-деталей с образованием эффективной площади контактирования, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую. При этом эффективная площадь контактирования является лишь частью условной площади контактирования.
Несоответствие между эффективной площадью контактирования и условной площадью контактирования в РЭКС является результатом неполного соприкосновение контактных поверхностей контакт-деталей.
Эффективная площадь контактирования работает в режиме повышенной нагрузки при токопередаче, т.к. она меньше условной площади контактирования. Нарастание переходного электрического сопротивления в результате окислительных процессов на контактной поверхности и повышенная нагрузка при токопередаче приводят к нестабильности режимов электропотребителей, превышению температурных режимов электроустановки в целом и потерям электроэнергии.
Кроме того, сплав с указанным составом компонентов ограничивает возможность регулирования свойств сплава, таких как механическая твердость, коррозионная стойкость, удельная электропроводность.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является разборное контактное соединительное устройство, в котором снижение переходного электрического сопротивления достигается путем нанесения покрытия на токопередающие поверхности контакт-деталей, а именно нанесение сплава галлия с толщиной покрытия не менее 15 мк, которое препятствует образованию на поверхности контакт-деталей оксидных и сульфидных пленок, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление (патент RU на полезную модель №8530, oп. 16.11.1998 г.).
Данное техническое решение направлено на снижение и стабилизацию переходного электрического сопротивления, но не решает вопрос увеличения эффективной площади контактирования.
Кроме того, малое процентное содержание галлия в сплаве дает увеличение удельного электрического сопротивления слоя, сформированного этим сплавом, что увеличивает переходное электрическое сопротивление соединения в целом и снижает надежность контактного соединения и ухудшает его эксплуатационные параметры.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание надежного, эффективного в эксплуатации разборного электрического соединения.
Поставленная задача решается тем, что в разборном электрическом контактном соединении, включающем контакт-детали, токопередающие поверхности которых содержат покрытие, выполненное из сплава на основе галлия, согласно полезной модели, покрытие выполнено из сплава следующего состава:
Галлий - 64÷99,9999
Индий - 0,001÷35
Олово - 0,001÷28
Серебро - 0,001÷7,5
Кадмий - 0,001÷5
Цинк - 0,001÷5
Медь - 0,0001÷10
Алюминий - 0,0001÷12.
При этом покрытие выполнено толщиной 0,1-0,5 мм.
Контакт-детали могут быть выполнены из меди и ее сплавов, стали и ее сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца, алюминия марок А0÷АД31Т и его сплавов.
На чертеже представлено разборное контактное электрическое соединение, содержащее контакт-детали 1, 2, токопередающие поверхности которых содержат покрытие, содержащее насыщенный слой 3 сплава и слои 4, 5, диффундированные, соответственно, в контакт-детали 1 и 2. Покрытие выполнено из сплава на основе галлия следующего состава:
галлий - 64÷99,9999, индий - 0,001÷35, олово - 0,001÷28, серебро - 0,001÷7,5, кадмий - 0,001÷5, цинк - 0,001÷25, медь - 0,0001÷10, алюминий - 0,0001÷12.
Покрытие выполнено толщиной 0,1-0,5 мм. Благодаря нанесению слоя толщиной свыше 0,1 мм в заявляемом техническом решении получают слой диффундированный в контактную поверхность до 20 мк и насыщенный слой сплава на самой контактной поверхности, с помощью которого при сборке контактного соединения можно увеличить эффективную площадь контактирования.
Контакт-детали могут быть выполнены из меди и ее сплавов, стали и ее сплавов, кобальта, серебра, олова, свинца, алюминия, предпочтительно, марок А0÷АД31Т и его сплавов и могут быть соединены между собой крепежным элементом 6, например, болтовым соединением.
В качестве контактных пар возможно использовать следующие типы контактных поверхностей: медь-медь, медь-алюминий, алюминий-алюминий.
Покрытие представляет новый интерметаллический слой, сформированный галлиевым сплавом и материалом контактной поверхности. Краевой угол смачивания жидкого галлиевого сплава
составляет 65-91,0° при прочности сцепления с контактной поверхностью 27-29 МПа при толщине слоя жидкого галлиевого сплава 0,1-0,5 мм. Данная толщина насыщенного жидкого слоя галлиевого сплава обеспечивает выравнивание контактной поверхности и увеличивает эффективную площадь контактирования РЭКС, а учитывая свойства галлиевых сплавов, минимизирует и стабилизирует электрическое переходное сопротивление в контакте.
Широкий диапазон жидкого состояния галлиевого сплава позволяет создать стабильность контактной площади при внешних механических и тепловых воздействиях на конструкцию РЭКС при эксплуатации.
Применение толщины покрытия контактной поверхности менее 0,1 мм снижает качество покрытия и соответственно надежность соединения, за счет повышения переходного удельного электрического сопротивления.
Применение толщины покрытия контактной поверхности более 0,5 мм технически и экономически нецелесообразно, так как это приводит к удорожанию конструкции и не улучшает технические характеристики.
В качестве примера изготовления электрического контактного соединения выбраны контактные поверхности деталей алюминий-алюминий.
Хлопчатобумажным тампоном, смоченным в первый раствор флюса (15% раствор щелочи), протирают контактную поверхность для удаления загрязнения и окисной пленки. После полной очистки поверхности ее протирают тампоном, смоченным в раствор для нейтрализации (8% раствор уксусной кислоты), и вытирают насухо. Мягкой щеткой из нержавеющей стали для шлифования металлической поверхности шлифовальной машинкой зачищают контактную поверхность, после зачистки удаляют остатки металлической пыли - результат шлифования. Феном или инфракрасным источником тепла нагревают контактную поверхность до температуры 25°С (контроль температуры осуществляют любым прибором с точностью измерения ±0,5°С). Тампоном, смоченным во втором растворе
флюса (6% раствор щелочи), смачивают КП и сразу наносят слой галлиевого сплава толщиной 0,3 мм. Слой сплава на КП должен иметь насыщенный (увлажненный) вид блестящего (зеркального) цвета. Контактные поверхности соединяют, болты затягивают с усилием согласно техническим условиям. Остатки галлиевого сплава, выдавленные с контактной поверхности, удаляют тампоном. Собранное контактное соединение обрабатывают тампоном, смоченным в растворе для нейтрализации флюса (8% раствор уксусной кислоты), и протирают насухо.
Состав сплава для указанных температурных режимов:
галлий - 80%, индий - 10%, олово - 5%, серебро - 0,5%, кадмий - 1,5%, цинк - 3%, медь - 0, 0001%, алюминий - 0,0001%.
Температура плавления сплава- 17,5 °С.
Толщина слоя полученного покрытия - 0.3 мм.
Преимущества заявленного разборного электрического контактного соединения по сравнению с известным заключаются в следующем:
- уменьшение электрического переходного сопротивления нанесенного слоя сплава, за счет увеличения процентного содержания галлия в сплаве,
- увеличение эффективной площади контактирования, за счет формирования на поверхности контакт-детали насыщенного слоя сплава, который увеличивает нагрузочную способность РЭКС при передаче электрической энергии на 5-15% без изменения конструкции контактного соединения,
- качество и параметры не меняются в течение срока эксплуатации.