Возросшая сложность электроустановок, многообразие условий их работы и требований, предъявляемых к ним, привели к появлению ряда разновидностей контактных соединений.
Электрический контакт между проводниками осуществляется присоединением одного токоведущего элемента к другому при помощи болтов, винтов, сжимов, специальных пружин, заклепок, совместной деформации (опрессовки, скрутки), а также сваркой, пайкой или адгезионным сцеплением – склеиванием.
По конструктивно-технологическому признаку контактные соединения подразделяются на три группы: неразборные, разборные и разъемные. Неразборные контактные соединения – те, которые не могут быть разобраны без разрушения хотя бы одной из соединяемых деталей или соединяемого материала; к ним относятся сварные, паяные, склепанные, спрессованные, клеевые. Разборные контактные соединения – те, которые могут быть разобраны без разрушения соединяемых деталей; к ним относятся болтовые, винтовые, клиновые. Разъемные контактные соединения – устройства, состоящие из вилки и розетки.
По роду связи токоведущих частей соединения можно разделить на цельнометаллические – с физическим сварным контактом и сжимные – с механическим (сжимным) контактом. В свою очередь, сжимные соединения могут быть простыми и сложными: первые образуются между двумя сплошными по структуре проводниками; вторые – между многопроволочным проводом и наконечником (гильзой) или между двумя многопроволочными проводами.
По монтажно-эксплуатационному назначению контактные соединения делятся на соединения, подсоединения и ответвления, работающие в открытых и закрытых распределительных устройствах.
Контактные соединения токоведущих частей электроустановок служат для длительного пропускания токов нормального режима и кратковременных токов аварийных режимов.
Характеристики и параметры контактных соединений должны соответствовать стандартам, техническим условиям, нормам и требованиям надежности и выполняться в строгом соответствии с технологическими инструкциями. Наряду с этим необходимо, чтобы конструкция и технология выполнения соединений исключали возможные ошибки электромонтажного и ремонтного персонала.
Сопротивление контактного соединения после изготовления не должно быть больше сопротивления эквивалентного участка целого проводника. В тех случаях, когда контактное соединение образовано проводниками из разных материалов, его сопротивление должно сравниваться с сопротивлением эквивалентного участка проводника, имеющего меньшую проводимость.
В процессе эксплуатации сопротивление контактного соединения не должно быть выше 1,8 значения сопротивления целой жилы.
При коротких замыканиях температура соединений должна быть не более 200 °C для алюминиевых проводников и 300 °C для медных.
Механическая прочность контактных соединений, работающих на растяжение, должна составлять не менее 90 % прочности целого проводника; сварных и паяных соединений шин, жил проводов и кабелей, спрессованных соединений жил проводов и кабелей, не работающих на растяжение, – не менее 70 %; соединений зажимов с жилами проводов и кабелей без наконечников – не менее 30 %.
Выполнение и области применения контактных соединений
Для выполнения контактных соединений токоведущих частей электроустановок применяют различные технологические способы: электросварку контактным разогревом и угольным электродом, газоэлектрическую, газовую, термитную, контактную стыковую сварку, холодную сварку давлением, пайку, опрессовку, скрутку, стягивание (болтами, винтами) и т. п.
Электросварку проводников контактным разогревом применяют для оконцевания, соединения и ответвления алюминиевых проводов сечением до 1000 мм2, а также для соединения алюминиевых жил с медными. Сварку контактным разогревом с использованием присадочных материалов применяют для соединения и оконцевания алюминиевых многопроволочных жил проводов и кабелей сечением до 2000 мм2, электросварку угольным электродом – для соединения алюминиевых шин различных сечений и конфигураций, газоэлектрическую сварку – в основном, для соединения алюминиевых и медных жил. Достоинство последней состоит в том, что ее выполняют без флюсов, однако требуется применение относительно громоздкого оборудования и использование дорогого газа. Поэтому газоэлектрическую сварку применяют для контактного соединения шин из алюминиевых сплавов типа АД31 и медных шин. Газовая сварка предназначается для соединения медных и алюминиевых проводов различных сечений и конфигураций. Для ее выполнения необходимо громоздкое оборудование и соблюдение особых правил техники безопасности при работе с газами.
Термитной сваркой можно соединять стальные, медные и алюминиевые провода и шины практически всех сечений; однако наиболее целесообразно ее применение для контактных соединений неизолированных проводов линий электропередач в полевых условиях. Для термитной сварки используют простое оборудование; для ее выполнения не требуется расхода электроэнергии; технологически она несложна, но отличается повышенной пожароопасностью; необходимо также создание специальных условий для хранения термитных патронов и спичек. Термитно-тигельную сварку используют при соединении стальных полос контуров заземления и грозозащитных тросов.
Контактная стыковая сварка применяется при соединении алюминиевых шин с медными (медно-алюминиевые переходные пластины и медно-алюминиевые наконечники).
Холодная сварка давлением служит при соединении алюминиевых и медных шин средних сечений и однопроволочных проводов сечением до 10 мм2; для ее выполнения не требуется дополнительных материалов и контактной арматуры.
Пайкой выполняют соединения как алюминиевых, так и медных проводов любого сечения; этот способ не нуждается в сложном оборудовании, но трудоемок.
Опрессовка предназначена для контактных соединений алюминиевых, сталеалюминиевых и медных изолированных и неизолированных проводов сечением до 1000 мм2. Соединения опрессовкой не создают тепловых воздействий на изоляцию, но при оконцевании и соединении проводников особенно тщательно необходимо подбирать наконечники, гильзы, а также инструменты (пуансоны и матрицы). Этот способ применяется как в кабельных, так и на воздушных линиях.
Скручивание проводов используется на линиях связи, а с помощью соединителей соединяют провода воздушных линий электропередачи.
Применение того или иного способа контактного соединения зависит от материалов соединяемых проводников, их сечения и формы, напряжения электроустановки, условий монтажа (наличие механизмов, приспособлений, материалов, электроэнергии и т. п.), а также требований эксплуатации. Провода воздушных линий до 1 кВ соединяют в пролетах скручиванием в овальных трубках; однопроволочные провода допускается соединять скручиванием с последующей пайкой или сваркой внахлест (соединение однопроволочных проводов сваркой встык не допускается). Провода в петлях анкерных опор соединяют анкерными и ответвительными клиновыми зажимами, скручиванием в овальных трубках, плашечными или аппаратными прессуемыми зажимами, сваркой.
Ответвления проводов ВЛ должны быть выполнены прессуемыми или плашечными зажимами.
Способы соединения проводов ВЛ выше 1 кВ зависят от их сечения. В пролетах алюминиевые провода сечением до 95 мм2, сталеалюминиевые сечением до 185 мм2 и стальные сечением до 50 мм2 соединяют скручиванием при помощи овальных соединений; алюминиевые провода сечением 120–185 мм2 и стальные сечением 70–95 мм2 – опрессовкой при помощи овальных соединителей с дополнительной термитной сваркой концов; алюминиевые и сталеалюминиевые провода сечением 240 мм2 и более – при помощи соединительных прессуемых зажимов.
В петлях анкерных и угловых опор сталеалюминиевые провода сечением до 240 мм2 и алюминиевые сечением до 95 мм2 соединяются термитной сваркой; сталеалюминиевые провода сечением 300 мм2 и выше – прессуемыми соединительными зажимами; провода разных марок – аппаратными прессуемыми зажимами.
Подготовка контактных элементов к соединению
Подготовку проводников к контактному соединению проводят в зависимости от способа его выполнения. Например, при соединении или оконцевании многопроволочных жил пайкой их концы разделывают ступенчато или со скосом (под углом 55°), чтобы образовался контакт между трубчатой частью наконечника (гильзы) и проволочками каждого повива. При оконцевании или соединении секторных или сегментных жил их скругляют специальным инструментом или с помощью пассатижей: тогда жила может легко войти в полость трубчатой части наконечника или гильзу. Подготовка контактных концов плоских проводников под сварку включает рихтовку и обработку их кромок.
Подготовка плоских проводников для соединения болтами включает рихтовку, а при наличии вмятин, раковин или неровностей – фрезерование, а также сверление отверстий под болты.
Для обеспечения металлического контакта между соединяемыми проводниками их контактные поверхности предварительно очищают от всякого рода пленок. Для этого применяют смывание, химическое растворение, механическую очистку. Часто эти способы используют совместно. Особенно эффективна механическая очистка в сочетании со смыванием или растворением. Способы очистки контактных поверхностей выбирают в зависимости от материалов контактных элементов, наличия на них защитных металлических покрытий, вида пленок и способа выполнения контактного соединения. Наиболее простой способ очистки контактных поверхностей – механический (с помощью стальных щеток или щеток из кардоленты). Контактные поверхности алюминиевых проводников очищают особо тщательно, нанеся предварительно слой технического вазелина или других защитных смазок для исключения повторного окисления поверхностей. Очистку внутренних контактных поверхностей алюминиевых овальных или трубчатых соединителей производят под слоем смазки с помощью специальных щеток. На хвостовик щетки навинчивается рукоятка нужных размеров. На специализированных заготовительных участках для очистки контактных пове