Пристрої на основі сплавів з ефектом пам’яті форми для підвищення надійності розбірних електричних контактних з’єднань

Abstract

Підвищення надійності розбірних електричних контактних з’єднань є важливою проблемою в електроенергетиці. Такі з’єднання дуже поширені і їх пошкодження може призводити до важких наслідків. Одним із способів підвищення надійності розбірних електричних з’єднань є використання спеціальних пристроїв на основі сплавів з ефектом пам’яті форми (ЕПФ). У статті проаналізовано чотири пристрої, які руйнують сторонні плівки, що утворюються на контактній поверхні розбірних електричних з’єднань у процесі роботи. Руйнування сторонніх плівок уповільнює процес деградації контактного з’єднання і, відповідно, подовжує термін його експлуатації. У такий спосіб підвищується надійність контактного з’єднання. Аналізувались такі пристрої: конічна шайба, виготовлена зі сплаву з ЕПФ, роз’ємне з’єднання провідників з контактною коронковою гайкою, апаратний затискач з елементом з ЕПФ, в якому при спрацюванні елементи з ЕПФ збільшують контактний тиск в електричному з’єднанні і руйнують сторонні плівки на контактній поверхні, та затискач апаратний з елементом з ЕПФ, в якому при спрацюванні елемент з ЕПФ зміщує один контакт відносно іншого, при цьому відбувається зачищення контактної поверхні від сторонніх плівок без впливу на контактний тиск. У результаті аналізу вищезазначених пристроїв, зокрема з використанням методу скінченних елементів, що був реалізований завдяки використанню програмного засобу Ansys 2020 R2 Academic, були виявлені такі недоліки та особливості роботи вищезгаданих пристроїв: необхідність виготовлення елементів контактного з’єднання особливої конструкції, розбирання контактного з’єднання при встановленні елементів з ЕПФ і локальність збільшення тиску на контактній поверхні. На основі проведеного аналізу була запропонована конструкція контактного з’єднання, що не має вказаних недоліків і принцип дії якої заснований на комбінованому руйнуванні сторонніх плівок на контактній поверхні шляхом збільшення контактного тиску та відносного зсуву контактів.

Increasing reliability of bolted electrical contact connections is an important problem in power engineering. Such connections are very common and their damage can lead to serious consequences. One of the ways to increase reliability of bolted electrical connections is the use of special devices based on shape memory alloys (SMAs). This article contains an analysis of four devices that destroy films (oxides, sulfides etc.) which form on a contact surface of bolted electrical connections during operation. Destruction of such films slows down process of a contact connection degradation and, accordingly, extends its service life, thereby increasing reliability of a contact connection. The following devices were analyzed: a conical washer made of SMA, "Detachable connection of conductors with a contact crown nut", "Terminal lug" with shape memory effect (SME) element. These devices have SME elements which during activation increase a contact pressure in an electrical connection and, accordingly, destroy films on a contact surface. Another "Terminal lug" with SME element was also analyzed. This device has SME element which during activation displaces one contact relative to another. This motion cleans a contact surface from films without affecting a contact pressure. Analysis of these devices, in particular using the finite element method, which was implemented using Ansys 2020 R2 Academic software, showed the following disadvantages and features of the above-mentioned devices: the need to manufacture specially designed contact connection elements, the locality of a pressure increase on a contact surface, and the need to disassemble contact connections when installing SME elements. Based on the conducted analysis, a new design of a contact connection was proposed. This new design does not have indicated disadvantages and its principle of operation is based on a combined destruction of films on a contact surface by increasing a contact pressure and by the relative displacement of the contacts.