Тел/факс:+7(495)516-09-89
 
 
 

Главная > Аналитика >Статья 4


9.12.2004г.

 ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ СОЕДИНИТЕЛЕЙ,
ПРОКАЛЫВАЮЩИХ ИЗОЛЯЦИЮ


Ж.Поршерей,Отделение Энергетики корпорации 


«Тайко Электроникс»


    Отделение Энергетики корпорации «Тайко Электронике» (Tyco Electronics) является мировым производителем систем и изделий для энергетики. Работая более 40 лет в области материаловедения, новых изделий и технологических линий, Отделение Энергетики занимается исследованиями, разработками, производством и маркетингом высокотехнологичных изделий для того, чтобы помочь своим заказчикам успешно решать свои задачи в своих сферах бизнеса. Диапазон изделий охватывает следующие направления: кабельная арматура; линейная арматура и соединители; ограничители перенапряжения; полимерные и фарфоровые изоляторы; система изоляционных материалов; электрооборудование. На Российском рынке изделия Отделения Энергетики «Тайко Электронике» хорошо известны под торговыми марками AMP, Raychem, Simel.

   1. ВВЕДЕНИЕ
    Первые изолированные линии появились в 50-х годах. В то время изоляция проводов была резиновой (неопрен), а проводник - медным. Для соединения применялись болтовые сжимы без изоляции. Эксплуатация показала, что изолированный провод намного безопаснее для потребителей и обслуживающего персонала, но применяемый изолированный материал был недостаточно стоек к климатическим воздействиям (происходило разрушение неопрена),что приводило к аварийным ситуациям. В 60-х годах по решению "EdF" (Electricite de France ), изоляция была заменена на ПВХ, а медные жилы - на алюминиевые. Вопрос изоляции, казалось, был решен, в то время как соединители выходили из строя из-за ухудшения контакта, в следствие образования на открытом воздухе окисной пленки на зачищенном проводе. Таким образом, происходило повреждение отдельных проволок и начинался процесс вытягивания, который усиливался вибрацией провода. К этому времени стали широко применяться опрессовочные гильзы и термоусаживаемая кабельная арматура. Со временем выяснилось, что изоляция из ПВХ не обладает стойкостью к температурным перепадам и трескается под действием растягивающих усилий на несущую нейтраль.
Для того, чтобы избежать негативные явления "EdF", совместно с производителем соединителей ("Aluminium Pechiney"), поставили перед собой следующие задачи:
   1).Найти более стойкий изоляционный материал.
   2).Повысить надежность соединителей.
   3).Обеспечить безопасность потребителей и обслуживающего персонала.

   2.ОСНОВЫ КОНСТРУКТИВНОЙ РАЗРАБОТКИ
   1). В 1977 году в качестве изоляции бал выбран поперечно-сшитый полиэтилен (XLPE). Он обладает очень хорошими изоляционными свойствами, стойкостью к воздействию погодных условий, и поэтому мог быть применен для наружной установки.
   2). Система "EdF" в течение двух лет исследовала технологию прокалывания изоляции для того, чтобы уйти от снятия изоляции с провода. Каждые 2-3 месяца проводились измерения на контактах. В результате, именно в 70-х годах родилась технология прокола изоляции. Одновременно такие же соединители появились и в Германии.
   3).Дополнительно технология прокола повысила безопасность работы под напряжением, исключив снятие изоляции с провода, при этом упростив и ускорив монтаж соединителя.

   3. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКОЛА ИЗОЛЯЦИИ
   Технология прокола изоляции прошла 3 этапа развития:
   Первый этап: 70-тые годы
   Соединитель имел два болта: один для магистрального провода, другой - для ответвительного. Изоляция прокалывалась только на основном проводе. 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:
   Опасность выхода из строя соединения ответвления из-за снятия изоляции на ответвляющем проводе.
   Опасность контакта с болтом при работе под напряжением.
   Коррозия между алюминиевым корпусом и отходящим медным проводником.
   Ломкость изоляционного корпуса в зимних условиях.
   Слишком большой момент затяжки болтов мог повредить проводники.
   Слишком маленький момент затяжки болтов мог привести к плохому проколу изоляции.
   Второй этап: 80-тые годы
   Раздельная затяжка
   Соединитель имел два болта: на основном проводе и проводе ответвления, и прокол осуществлялся на обоих проводах. Болты со срывными головками были связаны с токоведущей жилой. Изоляция соединителей стала гибкой и заполнялась смазкой, но не была еще полностью защищена от проникновения влаги. Контактная зона выполнялась из алюминиевого сплава.
    Недостатки:
   Опасность контакта с болтом при работе под напряжением.
   Коррозия из-за недостаточной герметизации.
   Одновременная затяжка
   Соединитель имел один болт с одновременной затяжкой основного и ответвляющего проводов. Болт не был в контакте с проводами. Изоляция была интегрирована с корпусом соединителя, влагостойкость не достигалась. Контакт создавался пластинами, прокалывающими изоляцию и выполненными из алюминиевого сплава, луженой латуни или меди.
    Недостатки:
    Опасность надреза проводника, т.к. момент затяжки не контролировался.
    Опасность коррозии при биметаллическом контакте.
    Опасность работы из-за выступающих металлических частей.
    Третий этап: 90-тые годы
    Раздельная затяжка
    Соединитель имел два болта: на основном проводе и проводе ответвления. Прокол изоляции осуществлялся либо на основном и на ответвляющем проводе, либо только на основном проводе. Болт был изолирован от проводов и имел срывную головку. Соединители были полностью изолированы и герметичны от проникновения влаги. Пластины были сделаны из алюминиевого сплава, латуни или меди (чистой или луженой).
    Одновременная затяжка
    Соединитель имел один болт с одновременной затяжкой основного и ответвляющего провода. Болт был изолирован от проводов и имел срывную головку. Соединитель был полностью изолирован и влагостоек благодаря герметизирующим подушечкам, заполненным смазкой. Контактные пластины были сделаны из алюминиевого сплава, латуни или меди (чистой или луженой). Это новое поколение соединителей отвечало всем требованиям заказчиков и соответствовало нормам безопасности. Сейчас предъявляется новое требование к соединителям. Оно касается нагрузочной способности соединителей. Настоящий принцип прокалывания не позволяет контактам соединяться достаточно быстро для того, чтобы избежать возникновения дуги при больших токовых нагрузках.

   4.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКОЛА
   Технология соединителя развивалась по следующим направлениям:
    конструкция контакта;
    - материал изоляции;
    - контроль момента затяжки болта;
    - герметизация.
    А. Конструкция контакта
    Первый этап:
Пирамидальная контактная поверхность,
  выполненная из алюминиевого сплава.
Преимущества:
    - Исключение попадания воды в кабель.
    - Легкое проникновение в изоляцию кабеля.
    Недостатки:
    Дорогой способ изготовления.
Контактная поверхность выполнена в виде лезвий
и экструдирована из алюминиевого сплава.
    Преимущества:
Простота изготовления.
    Недостатки:
    - Разрезает изоляцию как нож и допускает проникновение влаги установке при низких температурах.
    - Опасность разрезания проводника при неконтролируемом моменте затяжки.
    - Требуется больший момент для прокола изоляции.
   Второй этап:
Контактные пластины (из алюминиевого сплава или луженой меди).
   Преимущества:
   Легкость изготовления. Легкость установки в корпусе соединителя.
   Недостатки:
   Опасность коррозии между алюминием и медью при отсутствии полной герметизации.

    Третий этап:
   Контактные пластины + герметизация.
   Контактные пластины те же, что и приведены выше, но размещены в специальную герметизирующую оболочку, заполненную смазкой.

   Б.Материал изоляции 
    Первый этап:
  В 70-х годах изоляционный корпус выполнялся в виде жесткой изоляционной коробки, которая обеспечивала защиту для электромонтеров.
    Преимущества:
    - Простота монтажа
   Недостатки:
    - Ограниченная влагостойкость.<
    - Чувствительность к низким температурам.
    - Ограниченный диапазон сечений применяемых кабелей.
    - Изоляция не интегрирована с соединителем.
    Второй этап: 
   Раздельная затяжка:
    Корпус стал гибким и лучше охватывал проводники благодаря жестким пластиковым застежкам.
    Преимущества:
    - Простота монтажа.
    - Более широкий диапазон сечений кабелей.
   Недостатки:
    - Влагопроницаемый корпус исключением случаев применения смазки).
    - Изоляция не интегрирована с соединителем.
   Одновременная затяжка:
   Изоляция интегрирована с соединителем.
   Преимущества:
    - Цельность и компактность конструкции.
   Недостатки:
    - Нет достаточной герметизации от проникновения влаги.
    - Опасность коррозии.
    - Для алюминиевых проводников требуются алюминиевые контактные пластины, для медных - медные.
   Третий этап:
   Корпус из жесткого изоляционного материала со встроенным резиновым уплотнителем, заполненным смазкой.
   Преимущества:
    - Все необходимые функции включены в конструкцию.
    - Более широкий диапазон охватываемых сече- ний кабеля.
    - Влагостойкость.
   В. Конструкция болта
    Первый этап:
    Болты либо стальные, либо из алюминиевого сплава с внутренним шестигранником размером 5 мм.
    Недостатки:
    - Нет контроля момента затяжки.
    - Ограниченный прикладываемый момент из-за малого размера шестигранника - 5 мм).
    - Специальная и дорогая конструкция.
    - Прямой контакт с токоведущим проводником.
    Второй этап:
    Болты стальные или из алюминиевого сплава с шестигранной срывной головкой 10 мм или 13 мм.
    Преимущества:
    - Осуществлен контроль момента затяжки
    Недостатки:
    - Специальная и дорогая конструкция 
    - Прямой контакт с токоведущим проводником
   Третий этап:
    Стандартный болт 8 мм или 10мм оцинкованный или из нержавеющей стали со срывной головкой, выполненной из пластика или металла.
   Преимущества:
   - Стандартный болт
   - Надежность контроля момента срыва головки
   - Болт не имеет контакта с токоведущим проводником 
  Недостатки:
   - Чувствительность к оцинкования, может влиять на качество затяжки;
   - Трудно контролировать надежность срыва пластиковой головки из-за сложности процесса отливки и погодных условий.

   5.ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ
   Сегодняшняя конструкция обеспечивает более надежное, безопасное и простое решение для монтажников и эксплуатации. С точки зрения нагрузочной способности технология прокола всегда была объектом подозрения, так как малая контактная зона должна была обеспечить долговременное прохождение электрического тока. По мере накопления опыта и благодаря наработкам по результатам длительных циклических испытаний характеристики контакта со временем улучшались. Главной задачей оставалось обеспечение надежности контакта на протяжении всего срока службы соединителя.
    А. Контактная зона
    В самом начале внедрения технологии прокола разработчики экстраполировали данные их опыта на соединении голого проводника, в основном опираясь на контакт, создаваемый плашечным зажимом. Если брать аналогичную контактную зону, то для прокола контактная зона должна быть больше и, следовательно, необходимый момент затяжки для прокола изоляции должен быть больше, что не всегда выполнялось электромонтерами при монтаже. Основное отличие плашечного зажима от прокалывающего заключается в том, что плашечные зажимы не защищены от коррозии перед монтажом. Это побуждало разработчиков соединителей выполнять глубокую контактную зону и прикладывать большое давление для того, чтобы получить необходимое переходное сопротивление и обеспечить нормальное протекание электрического тока. Одним из главных преимуществ технологии прокола есть то, что алюминий не подвергался окислению перед монтажом контакта.
   Соприкасающаяся с соединителем поверхность не нуждалась в предварительной зачистке. Поэтому благодаря большому контактному давлению и отличному внедрению в контактной точке по проволокам жилы технология прокола оказалась инновационным решением, имея в виду нагрузочную способность контакта.
   Здесь показано радиальное сечение в контактной точке. Показаны основные проволоки.
    Б. Контактное давление
    Проблема контактного соединения заключается в управлении давлением на проволоки жил без их повреждения или обреза, что в конечном итоге определяет механическую стойкость проводника нейтрали.
    Ключевым моментом в решении этой проблемы является выбор: конструкции болта, прикладываемого момента затяжки и контактной зоны.
   Различные материалы, применяемые для изготовления болтов, и их защита от коррозии могут потребовать различные моменты затяжки для одного и того же применения.
  В.Эффект релаксации
    Разработчиками принимался во внимание фактор релаксации металла и в соответствии с этим выбирался момент затяжки. В результате исследований было открыто, что приложенный момент падал в значительной степени в первые 20 часов после установки. Это явление релаксации сейчас контролируется и является ключевым параметром в конструкции соединителя. Для того, 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 (по технологии Dacromet, корпус сделан из полиамида с 50%-ым включением стекловолокна и контактная пластина из меди).
    Задача заключается в поддержании стабильного контакта на протяжении всего срока службы соединителя. Такая стабильность была подтверждена циклическими испытаниями, включая испытания токами к.з., в соответствии с требованиями международных стандартов (NF, VDE, IEC и др.).

   6.НОРМЫ ИСПЫТАНИЙ
    Циклические испытания:
    Циклические испытания проводились для того, чтобы проверить поведение электрического контакта соединителя. Цель этих испытаний подвергнуть соединитель циклам нагрева и охлаждения.
   Во время испытаний выполнялись следующие измерения:
    -сопротивление при окружающей температуре;
    - температура при стабилизации нагрева.
   Сопротивление и температура должны показывать хорошую стабильность в течение всех испытаний. Требования по стабильности определены в соответствующих стандартах. Во Франции циклические испытания проводятся в соответствии с NC 33-004.
    Для эксплуатации важно иметь и другие характеристики соединителя, которые были бы на высоком уровне. В первую очередь это касается исключения коррозии и проникновения влаги. Было решено получить герметичные соединители и впервые во Франции установила требование герметичности основным фактором при создании соединителя. Цель была получить в точке соединения целостность изоляции электрической и влагостойкость. Это требование определено в стандарте NFC 33-020. Для проверки диэлектрической стойкости и влагостойкости проводилось комбинированное испытание.
   Процедура «испытания на 6 кВ» заключается в следующем:
nbsp;   - Монтаж соединителя на выбранных проводах.
    - Провод с соединителем помещается на 30 минут под воду на глубину 30 см.
    - Прикладывается напряжение 6 кВ в течение 1 минуты между водой и жилой.
    - Пробоя быть не должно.
    Дополнительно, проводились длительные испытания на воздействие окружающей среды. Испытания образцов на климатическое старение включали: шестинедельное испытание воздействием влаги, колебанием температур, воздействием ультрафиолетового облучения и поливом водой. Нормы испытаний определены в стандарте NFC 20-540. После шестинедельных испытаний проводились электрические испытания под водой, описанные выше, для того, чтобы проверить влагостойкость и диэлектрическую стойкость.

   7.ПРИМЕНЕНИЕ
    А - Ответвления в низковольтных воздушных изолированных линиях (ВЛИ)
    Это наиболее распространенное применение таких соединителей там, где требуется работа в условиях наружной установки и простота для электромонтеров. Эта технология обеспечивает безопасность, исключает зачистку провода и контакт с токоведущей жилой.
    Б - Ответвления в низковольтных кабельных линиях 
   Такие ответвления применяются при разветвлении кабельных линий. В этом случае соединители помещаются в корпус, который должен быть заполнен резиной, гелем или другим наполнителем. Работа соединителя непосредственно в земле - следующий этап разработки.

   8.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
    Требования, которые были предъявлены к соединителям в части долговременной работы с точки зрения электрики и механики вылились в новое конструкторское решение. Разработчики столкнулись стремя основными проблемами: Найти решение для герметизации; конструкция должна подходить на большой диапазон сечений проводов, одновременно должна быть ультрафиолетостойкой и иметь стабильное давление в течение всего срока службы соединителя (более 20 лет). Найти полимерный материал, который мог бы выдерживать большие механические усилия, климатические воздействия и электрические циклические нагрузки.
    Определить пределы (min/max) момента затяжки болта, достаточные для прокола изоляции для получения нормального электрического контакта, с одной стороны, и сохранить механическую целостность провода при различных температурах монтажа, с другой. Все приведенные требования четко определены в стандарте NFC 33-020 и в настоящее время включены в международный стандарт CENELEC.


 
 
Тел/факс:+7(495)516-09-89
 
 
 
 
 
 
 
  Все права защищены. © ЗАО НИЦ "СТАРИНФО"  
 
    e-mail: