ПЗ (1194655), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рисунок 1.6 - Характеристика контакта

При небольшом значении напряжения в электрическом контакте происходит повышение температуры. Отметим, что нагрев в этом случае происходит, непосредственно в области касания выступов шероховатостей и по мере отдаления от них температура резко снижается.

1.2 Соединительная арматура и способы соединения проводов контактной сети

Большинство участков электрифицированных железных дорог Российской Федерации выполняются цепными контактными подвесками, состоящими из несущего и контактного проводов. Для усиления подвески используют экранирующие и усиливающие провода, которые сегодня выполняют: а) цанговыми, болтовыми, клиновыми или клиноболтовыми зажимами; б) сваркой (аргоновой, термитной) и в) опрессовкой; г) овальными соединителями (методом скручивания или обжатия). Важно, рассмотреть недостатки и преимущества каждого способа совмещения проводов.

Болтовые зажимы

Болтовые соединения, используемые в эксплуатации, очень удобны при монтаже и обеспечивают высокий уровень надежности работы.

Рисунок 1.7 – Примеры болтовых зажимов

Но существуют и недостатки: высокая металлоемкость, подвержены коррозии соединительные элементы, токовая нагрузочная способность в некоторых случаях ниже допустимой токовой нагрузки соединяемых проводов. Зачастую отказы происходят из-за дефектов при их производстве (некачественное литье и штамповка).

«Правилами эксплуатации контактной сети» [20] предусмотрены периодические ревизии (1 раз в 2 года), подтяжка болтов на зажимах, переборка с зачисткой контактирующих поверхностей. Не удается осуществлять в полной мере ревизии из-за высокой интенсивности движения поездов и малой продолжительности технологических окон.

В процессе создания виртуальной 3D-модели зажима были отражены его элементы : плашки, контактный и питающий провода, болтовые соединения, которые представлены на рисунок 1.8.

Прессуемые зажимы

На железных дорогах Германии используется прессуемая безболтовая арматура с S-образным соединительным зажимом и Д-образным питающим зажимом. Данные зажимы обеспечивают высокую токовую нагрузочную способность, которая составляет 700 А у S-образного [21] и 680 А у Д-образного зажима. Однако эксплуатация и монтаж зажимов имеют недостатки из-за конструктивных особенностей. Вкладыш в S-образном зажиме не имеет центровки, иногда возможно во время опрессовки смещение по поверхности провода, может попасть между сходящимися краями S-образной скобы, в этом случае потребуется дополнительное время на монтаж зажима. Нежелательно наличие двух деталей в зажиме. В конструкции Д-образного питающего безболтового зажима величина отверстия для провода мала, поэтому затрудняется монтаж, подготовка к работе по монтажу электросоединений. Увеличение же диаметра ухудшит качество опрессовки. Различия в диаметрах проводов электросоединений требует изготовление двух типов зажимов. В процессе эксплуатации выявлены недостатки в конструкциях обжимных матриц. Монтаж зажимов осуществляется гидравлическими ранцевыми прессами с ручным приводом или электрическим [22].

Для оконцевания и стыковки бронзовых и сталемедных проводов разработаны трубчатые соединители, обжимные прессуемые зажимы, устанавливаемые при помощи гидравлического пресса.

Рисунок 1.9 - Распил соединений, выполненных по технологии

холодного обжима

Во Франции на железных дорогах используются соединительные зажимы с неразъемными элементами, где вместе с болтовым креплением используют прессуемые элементы, выполненные в виде трубчатых кабельных наконечников. При электрификации новых участков, прессуемые соединения выполняются на заказ в мастерских.

В Японии большое внимание уделяется качеству электрических соединений в подвеске КС. Там, вместе с обычными, используются прессуемо-болтовые соединительные узлы, гибкий провод запрессовывается в зажим, а готовое соединение крепится болтами.

Прессуемые зажимы типа САС, САП, САУС, СВС в России применяются на КС железных дорог чаще всего при монтаже линий электропередачи. Обжим соединений в заданной последовательности производится прессами, при помощи разработанных матриц, с перекрытием участка опрессования не менее чем на 5 мм. Но, к примеру, нельзя применять прессуемые зажимы для сталеалюминевого несущего провода, потому что прочность такого соединения не превысит 40 % прочности провода.

При анализе конструкций прессуемых зажимов были выявлены некоторые конструктивные недостатки. Анкеры, корпуса и втулки зажимов традиционной конструкции имеют особый профиль и опрессовываются круглыми матрицами, происходит неравномерное обжатие по сечению повивов провода. Решение данной проблемы было предложено специальным магнитно-импульсным методом обжатия в СамГУПСе [18]. При магнитно-импульсном обжиме часть наконечника равномерно деформируется магнитным индуктором по окружности, тем самым обеспечивая максимальный электрический контакт.

Для электрифицированных железных дорог России разработана инструкция по соединению проводов прессуемыми зажимами, утвержденная ЦЭ МПС СССР [25]. Рекомендованы к применению прессуемые зажимы: питающие и средней анкеровки, из медных профилей, соединительные и переходные S-образные.

Доказано [7], что безболтовые (прессуемые) зажимы экономичней, устойчивы к воздействию коррозии, не ограничивают движение поездов на повышенных скоростях. Однако использование магнитных индукторов или прессов в эксплуатации является сложной задачей из-за отсутствия источников питания на линии и работы на высоте. Эти факторы главная проблема для массового внедрения прессуемой арматуры.

Сварка взрывом, холодная и термитная сварка

Для получения надежного электрического контакта при соединении проводов и исключения его периодического замера, разработаны сварные соединения проводов цельнометаллические с помощью холодной сварки давлением, взрывом и термитной сварки.

Способы холодной сварки контактных проводов разработаны в Советском Союзе, Германии, Чехословакии, Японии. Сущность холодной сварки состоит в том, что при высоком обжатии (до 800 кН) происходит течение металла по границе раздела соединяемых поверхностей и деформирование, в результате чего они «схватываются» при температуре окружающей среды, т. е. без нагрева. Поскольку соединяемые поверхности не нагреваются, состав металла в зоне сварки не изменяется.

С помощью метода холодной сварки можно соединять медные, низколегированные контактные провода и бронзовые, новые и после эксплуатации.

Надежность и долговечность соединения контактных проводов, полученного методом холодной сваркой, зависит от следующих факторов: качества очистки стыкуе­мых элементов, способа обрезки перед подготовкой к сварке, пластической деформации и геометрических размеров зажимного инструмента. Для того чтобы увеличить прочность сварных стыков, на головку контактного провода обжатием, устанавливают накладку жесткости с помощью гидравлического пресса.

Также применяется сварка взрывом, основанная на способности металлов образовывать сложные связи в твердом состоянии при их высокоскоростном соударении.

1. метаемая деталь, 2. сплавленная поверхность,

3. неподвижная деталь,

4-5. заряд взрывчатого вещества,

6. кумулятивная струя

Рисунок 1.10 - Угловая схема сварки взрывом на стадии взрыва

Технологические процессы сварки методом взрыва проводят на открытых площадках или в специальных камерах, так как используются мощные заряды [26]. Применяя сварку взрывом можно получать соединения проводов из различных металлов с высокими электромеханическими характеристиками на базе главного металла. Сварка взрывом проводов из меди и алюминия представляет большой интерес для электрифицированных железных дорог. Сварка взрывом обладает высоким качеством. Прочность сварного соединения проводов достигает 100 %. Электросопротивление ниже, чем целого провода[24]. Как миниатюрный заряд может быть использован основной, выпускаемый промышленностью, детонирующий шнур обладающий навеской взрывчатого вещества 12 г на погонный метр.

Технология сварки взрывом используется для соединения: медных проводов площадью сечения от 30 до 600 мм², биметаллических сталемедных и сталеалюминиевых — от 70 до 240 мм², а также медных многопроволочных проводов с алюминиевой шиной.

Метод сварки взрывом был использован для соединения троллейных проводов с применением небольших зарядов оригинальной конструкции весом до 40 г. Технология сварки взрывом данных проводов позволяет получать компактные соединения и гарантирует высокие надежность и прочность на уровне целого провода по сравнению с болтовым. Это позволяет обеспечивать более надежный токосъем при движении поездов со скоростью свыше 200 км/ч.

С 1976 года на электрифицированных железных дорогах России и стран СНГ для соединения в различных сочетаниях троллейныхи многопроволочных проводов широко применяются технологии сварки взрывом. В настоящее время менее 1% всех соединений выполнены сваркой взрывом [26]. Сварные соединения обладают высокими прочностными электромеханическими характеристиками, которые не ухудшаются в процессе эксплуатации, однако массового распространения метод не получил. Причиной этого является высокая температура сваривания, из-за которой происходит отжиг проводов, в результате чего снижаются механические свойства соединяемых проводов.

В работе для исследования выбраны болтовые зажимы, рассмотрены варианты совершенствования их контактной поверхности.

1.3 Факторы, влияющие на электрические контакты

В цепных подвесках контактных сетей электрифицированных железных дорог, эксплуатируются более 20 наименований болтовых зажимов контактной сети.

Рисунок 1.11 – Условия работы КС (влияющие факторы и виды деструкции материалов и конструкций)

Зажимы используются в атмосферных условиях, способствующих коррозии, особенно в местах с повышенной загрязненностью от выбросов промышленных предприятий, использования тепловозной тяги, содержанием морских солей.

Зажимы должны соответствовать требованиям: иметь достаточную механическую прочность, коррозионную стойкость, минимальный вес и минимальное электросопротивление.

Перечисленные требования, зачастую сложно выполнимы из-за ряда факторов. Обрывы контактных проводов, несущих тросов, питающих или усиливающих фидеров, часто происходят по причине перегрева токопроводящих зажимов установленных на них [9,27]. Нагрев зажимов может быть вызван изменением свойств контакта, а именно увеличением контактного сопротивления в связи с деформацией зажимов, окислением, коррозией; ослаблением креплений; установкой зажимов без специальной зачистки контактных поверхностей; уменьшением площади контактных поверхностей.

1.4 Методы и средства обнаружения некачественных электрических контактов

В промышленном производстве чаще всего применяют два метода контроля неразъемных соединений: разрушающий (выборочный) и неразрушающий. Разрушающий контроль качества по силе отрыва и характеру разрушения соединения. Неразрушающий визуальный контроль, то есть, отбраковка, по результатам визуального осмотра, потенциально ненадежных паяных соединений. Данный подход недостаточен для управления технологическим процессом монтажа и прогнозирования надежности соединений ввиду его низкой информативности [37].

После проведения операций над исследуемым объектом, методом разрушающего контроля, его использование становится невозможным. Обычно над контактными соединениями проводят такие испытания как: воздействие повышенным напряжением, усилием на отрыв, распил для осмотра внутренней структуры контакта, воздействие агрессивными средами. Полученные результаты сравнивают с результатами измерений эталонного контакта [2,3].

Паяные соединения чаще подвергаются неразрушающему контролю. Его принцип заключается в наблюдении, регистрации и анализе результатов взаимодействия с объектом контроля воздействующих факторов (излучений, или веществ, т.е. физических полей), причём характер этого взаимодействия зависит от химического состава (строения, состояния структуры) контролируемого объекта и т.п. Неразрушающий контроль, в зависимости от типа физического взаимодействия с контролируемым объектом, подразделяют на девять основных видов: электрический, оптический, тепловой, магнитный, акустический, радиационный, радиоволновой, вихретоковый и контроль проникающими веществами. Каждый вид контроля решает определенный, ограниченный круг задач [4]. Рассмотрим методы, которые наиболее часто применяются для контроля контактных соединений.

Самым простым способом контроля контактных соединений является визуальный осмотр. Он позволяет выявить явные дефекты контактов, вызванные нарушением технологии монтажа. Однако при выполнении контактных соединений возможны дефекты, которые невозможно определить при внешнем осмотре. Поэтому применяют подходы, с помощью которых получают изображение контакта под каким-либо воздействием, например, рентгеновским излучением. Далее на полученном изображении состояние контакта анализируется для выявления структурных дефектов. Ниже рассмотрены методы, широко применяемые на практике.

1.4.1 Визуальный осмотр

При проверке неисправных электрических цепей перед включением рекомендуется выполнить визуальный осмотр электрической системы, а так же осуществляется: проверка электрической цепи на наличие неизолированных проводов, которые могут накоротко замкнуть элемент схемы на опорный потенциал или на напряжение питания, а также могут привести к контакту с другим элементом; проверка изоляции с целью предотвращения возможности короткого замыкания; проверка наличия незакрепленных, неисправных электрических соединений и контактов; проверка контактов, предназначенных для подключения напряжения питания, проверяют на прочность соединения и коррозию; проверка функционирования сигнальных лампочек и светодиодов; кратковременное периодическое включение и отключение напряжения питания в электрической цепи или схеме. Следует обратить внимание на процессы: нагревание, искрение, дым или запах, которые могут быть признаками перегрева или короткого замыкания вследствие перегрузки.

Однако, только малую часть причин возникновения аварии можно определить с помощью органов чувств. В данном случае большую роль играет человеческий фактор. Результат проверки зависит от квалификации мастера, который производит осмотр. Поэтому необходима полная проверка функционирования устройства [5].

1.4.2 Термоиндикация

К авариям и перегрузкам электрооборудования приводит незначительный нагрев элементов. На этом основано применение специальных веществ-термоиндикаторов, которые, за счет химического взаимодействия компонентов, при достижении определенной температуры резко изменяют свой цвет.

Характеристики

Список файлов ВКР