"Новости Электротехники"Эволюция технологии соединителей, прокалывающих изоляцию

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №2(14) 2002

Эволюция технологии соединителей, прокалывающих изоляцию

Отделение Энергетики «Тайко Электроникс» (Tyco Electronics) более 40 лет занимается исследованиями, разработками, производством и маркетингом высокотехнологичной продукции для энергетики: кабельной арматуры, линейной арматуры и соединителей, ограничителей перенапряжения, полимерных и фарфоровых изоляторов, систем изоляционных материалов, электрооборудования. В России изделия Отделения Энергетики «Тайко Электроникс» известны под торговыми марками AMP, Raychem, Simel и др.

Ж.Поршерей, отделение Энергетики «Тайко Электроникс», И. Маркелов, ЗАО «РайЭнерго»

Этапы развития технологии Первые изолированные линии появились в 50-х годах ХХ века - изоляция проводов была резиновой, проводник - медным, соединение осуществлялось болтовыми сжимами без изоляции. 60-е. нестойкую резиновую изоляцию поменяли на ПВХ: вопрос изоляции, казалось, был решен. медные жилы заменили алюминиевыми – при этом контакт ухудшался. образовывалась окисная пленка на зачищенном проводе, повреждались отдельные проволоки, и начинался процесс вытягивания, который усиливался вибрацией провода. Постепенно выяснилось, что изоляция из ПВХ неустойчива к перепадам температуры и трескается под действием растягивающих усилий на несущую нейтраль. Необходимо было найти стойкий изоляционный материал, повысить надежность соединителей и обеспечить безопасность потребителей и персонала. В 1977 году в качестве изоляции был выбран поперечно сшитый полиэтилен (XLPE), обладающий очень хорошими изоляционными свойствами и стойкостью к воздействию погодных условий.
Два года ушло на исследование технологии прокалывания изоляции, чтобы уйти от снятия изоляции с провода. В результате в 70-х годах возникла технология прокола изоляции, что повысило безопасность работы под напряжением, упростило и ускорило монтаж соединителя. Наиболее распространено применение таких соединителей там, где требуется работа в условиях наружной установки и простота для электромонтеров, т.е. на ответвлениях в низковольтных воздушных изолированных линиях (ВЛИ) и при разветвлении кабельных линий. В последнем случае соединители помещаются в корпус, который должен быть заполнен резиной, гелем или другим наполнителем. Работа соединителя непосредственно в земле - следующий этап разработки. 70-е годы. Соединитель имел два болта: один для магистрального провода, другой - для ответвительного. Изоляция прокалывалась только на основном проводе, а на проводе ответвления надо было снимать изоляцию. Болты были напрямую связаны с токоведущими жилами. Жесткий изоляционный корпус закрывал соединитель и не обладал влагостойкостью. Контактная зона выполнялась из алюминиевого сплава. Недостатки очевидны: опасность выхода из строя соединения ответвления (из-за снятия изоляции) и опасность контакта с болтом при работе под напряжением. Кроме того, коррозия между алюминиевым корпусом и отходящим медным проводником, ломкость изоляционного корпуса зимой, а слишком большой или слишком маленький момент затяжки означал повреждение проводников или плохой прокол изоляции. 80-е годы. Раздельная затяжка. Соединитель, как и раньше, имел два болта, но прокол осуществлялся на обоих проводах. Болты со срывными головками связаны с токоведущей жилой; изоляция соединителей стала гибкой и заполнялась смазкой, но была еще не полностью защищена от влаги. Опасность контакта с болтом при работе под напряжением и коррозия не устранены.
Одновременная затяжка. У соединителя один болт, одновременно затягивающий основной и ответвляющий провода. Болт не контактирует с проводами, изоляция интегрирована с корпусом соединителя, но по-прежнему нет герметичности. Контакт создавался пластинами, прокалывающими изоляцию и выполненными из алюминиевого сплава, луженой латуни или меди. При этом существовала возможность надреза проводника (момент затяжки не контролировался) и коррозия при биметаллическом контакте. Работы опасны из-за выступающих металлических частей.
90-е годы. Раздельная затяжка. Изоляция прокалывается либо на основном и на ответвляющем проводе, либо только на основном проводе. Болт со срывной головкой изолирован от проводов, соединители полностью изолированы и влагостойки. Пластины сделаны из алюминиевого сплава, латуни или меди (чистой или луженой).
Одновременная затяжка. Изолированный от проводов болт со срывной головкой, соединитель полностью изолирован и влагостоек благодаря герметизирующим подушечкам, заполненным смазкой, контактные пластины из алюминиевого сплава, латуни или меди (чистой или луженой). Это поколение соединителей отвечало всем ожиданиям заказчиков и соответствовало нормам безопасности своего времени, но сейчас предъявляется новое требование: контакты должны соединяться так быстро, чтобы не возникала дуга при больших токовых нагрузках.

Эволюция прокола

Технология соединителя развивалась по следующим направлениям: конструкция контакта, материал изоляции, контроль момента затяжки болта, герметизация.

Контакт

Первый этап

Пирамидальная контактная поверхность, выполненная из алюминиевого сплава.
Такая конструкция исключала попадание воды в кабель и обеспечивала легкий прокол изоляции, но была слишком дорогой в изготовлении.

Другой вариант:

контактная поверхность в виде лезвий из алюминиевого сплава. Простой в изготовлении, контакт разрезал изоляцию как нож и допускал проникновение влаги. К тому же он мог разрезать проводник при неконтролируемом моменте затяжки и требовал большего момента для прокола изоляции.

Второй этап

Контактные пластины из алюминиевого сплава или луженой меди. Они легко изготавливались и без труда устанавливались в корпусе соединителя, но при неполной герметизации возникала коррозия между алюминием и медью.

Третий этап

контактные пластины + герметизация. контактные пластины те же,что и на втором этапе, но помещают их в специальную герметичную оболочку, заполненную смазкой.

Изоляция

В 70-х годах изолирующий корпус выполнялся в виде жесткой коробки, защищавшей монтеров.
Корпус был прост в монтаже, но не стоек к влаге, чувствителен к низким температурам, имел ограниченный диапазон сечений применяемых кабелей, и изоляция не была интегрирована с соединителем. Позднее, при применении раздельной затяжки корпус стал гибким и лучше охватывал проводники благодаря жестким пластиковым застежкам, оставался несложным для монтажа, имел более широкий диапазон сечений кабелей, но при этом корпус оставался влагопроницаемым и по-прежнему изоляция не была интегрирована с соединителем. При одновременной затяжке изоляция интегрировалась с соединителем, обеспечивалась цельность и компактность конструкции, но достичь достаточной герметизации и избежать коррозии не удавалось.
Затем появился корпус из жесткого изоляционного материала со встроенным резиновым уплотнителем, заполненным смазкой. Это дало возможность учесть в конструкции все необходимые функции, обеспечив более широкий диапазон охватываемых сечений кабеля и влагостойкость.

Болт

Вначале болты были либо стальные, либо из алюминиевого сплава с внутренним шестигранником размером 5 мм. У таких специальных и дорогих болтов невозможно контролировать момент затяжки, из-за малого размера шестигранника прикладываемый момент ограничен и существовал прямой контакт с токоведущим проводником. Вскоре стали применять специальные болты со срывной головкой 10 мм или 13 мм, что позволило контролировать момент затяжки. Избежать прямого контакта с токоведущим проводником не удалось. В результате пришли к использованию стандартных болтов 8 мм или 10 мм, оцинкованных или из нержавеющей стали, со срывной головкой из пластика или металла. Это обеспечило надежность контроля момента срыва головки, и к тому же болт теперь не имел контакта с токоведущим проводником. Остались нерешенные проблемы: чувствительность болта к оцинкованию (это может влиять на качество затяжки) и контроль надежности срыва пластиковой головки.

Есть контакт!

Нагрузочная способность технологии прокола всегда вызывала вопросы, ведь контактная зона должна обеспечить долговременное прохождение электрического тока. Опыт и результаты длительных испытаний улучшили характеристики контакта.

Контактная зона и давление

В начале внедрения технологии разработчики в основном опирались на контакт, создаваемый плашечным зажимом. Основное отличие плашечного зажима от прокалывающего в том, что плашечные зажимы не защищены от коррозии перед монтажом. Одно из главных преимуществ технологии прокола то, что алюминий не окисляется перед монтажом. Соприкасающаяся с соединителем поверхность не нуждается в предварительной зачистке. Поэтому благодаря большому контактному давлению и отличному внедрению в контактной точке технология прокола оказалась инновационным решением.

Проблема контактного соединения заключается в управлении давлением на проволоки жил без их повреждения, что в итоге определяет стойкость проводника нейтрали. Важный момент - выбор конструкции болта, прикладываемого момента затяжки и контактной зоны. Различные материалы, применяемые для изготовления болтов, и их защита от коррозии могут потребовать различных моментов затяжки.

Эффект релаксации

Исследователи выяснили, что приложенный момент значительно падал в первые 20 часов после установки. принимая во внимание релаксацию металла, и выбирали момент затяжки. Это явление сейчас контролируется и является ключевым параметром в конструкции соединителя.
Чтобы осуществить прокол изоляции, оптимизировать зону контакта и стабилизировать зубцы контактной пластины в проводнике, прикладываемый момент затяжки выбирается в соответствии с сечением кабеля, материалом болта, пластмассового корпуса и контактной пластины. Например, в конструкции соединителя для проводника сечением 70 мм2 болт выполнен из оцинкованной стали (технология «Dacromet»), корпус сделан из полиамида с 50 %-ным включением стекловолокна и контактная пластина из меди.
Задача — поддержание стабильного контакта на протяжении всего срока службы соединителя. Такая стабильность подтверждена циклическими испытаниями, включая испытания токами КЗ, в соответствии с требованиями международных стандартов.

Испытания

проверялось поведение электрического контакта соединителя. Соединитель подвергали циклам нагрева и охлаждения, измеряя сопротивление при окружающей температуре и температуру при стабилизации нагрева. Эти параметры должны быть стабильны в течение всех испытаний и определяются соответствующими стандартами. Для эксплуатации важно, чтобы и другие характеристики соединителя были на высоком уровне. В первую очередь необходимо исключить коррозию и проникновение влаги. Герметичность стала основным требованием при создании соединителя.
Для проверки влаго- и диэлектрической стойкости проводилось комбинированное испытание. «испытания на 6 кВ» заключаются в следующем: на выбранных проводах монтируют соединитель, затем провод с соединителем помещают на 30 минут под воду на глубину 30 см и прикладывают напряжение 6 кВ в течение 1 минуты между водой и жилой. Пробоя быть не должно.
Дополнительно испытывали на воздействие окружающей среды. Испытания на климатическое старение включали шестинедельное испытание воздействием влаги, колебанием температур, воздействием ультрафиолетового облучения и водой. После этого проводились электрические испытания под водой, описанные выше.
В России Отделение Энергетики «Тайко Электроникс» представляет ЗАО «РайЭнерго». Более подробную информацию об изделиях Вы сможете получить по телефону: (095) 721 1894.