Вильчатые цепи
Вильчатые цепи: конструкция, стандарты, применение и монтаж в электротехнических установках
Вильчатая цепь – это специализированный тип гибкого линейного токопроводящего элемента, предназначенный для создания надежного, разборного и регулируемого по длине электрического соединения между двумя точками, находящимися в относительном движении или требующими периодического отсоединения. Конструктивно она представляет собой последовательное соединение идентичных звеньев (звеньевых элементов) из высокопроводящего металла (как правило, медного или алюминиевого сплава), шарнирно соединенных между собой с помощью стальных вилок и пальцев. Данная конструкция обеспечивает гибкость цепи в одной плоскости, что позволяет компенсировать смещения, провисание и термическое расширение токоведущих частей.
Конструктивные элементы и материалы
Каждое звено вильчатой цепи состоит из нескольких ключевых компонентов:
- Токоведущее звено (пластина): Изготавливается методом штамповки из ленты электротехнической меди (марки М1, М1М) или алюминиевых сплавов. Имеет сложную форму с отверстиями на концах для шарнирного соединения и центральным выступом для увеличения поверхности контакта и жесткости. Может быть покрыто оловом, серебром или никелем для защиты от окисления.
- Вилка (ушко): Стальной элемент П-образной формы, служащий для соединения двух соседних токоведущих пластин. Вилка проходит через отверстия в пластинах и фиксируется пальцем. Сталь обеспечивает необходимую механическую прочность.
- Палец (ось, штифт): Стальной цилиндрический стержень, скрепляющий вилку и пластины. Часто имеет стопорное кольцо или шплинт для предотвращения самопроизвольного выпадения.
- Концевое звено (оконечность): Специальное звено, предназначенное для крепления цепи к шине, выводу аппарата или другой токоведущей части. Может иметь форму пластины с отверстиями под болты, крюка или специального зажима.
- Комплектные распределительные устройства (КРУ, КРУН): Соединение выкатных элементов (тележек) с главными шинами. Цепь обеспечивает подачу питания на выключатель или разъединитель при рабочем положении тележки и автоматический разрыв цепи при ее выкатывании.
- Силовые трансформаторы: Соединение выводов НН (низкого напряжения) трансформатора с распределительными шинами. Компенсируют несоосность, вибрацию и термические деформации.
- Гибкие токопроводы для подвижных частей: Питание передвижных кранов, тельферов, сварочных манипуляторов.
- Силовые вводы и выводы: В мощных генераторах, электродвигателях, реакторах, где требуется компенсация смещений.
- Заземляющие ножи и разъединители: Используются в качестве токоведущего элемента в конструкциях заземляющих устройств и разъединителей внутренней и наружной установки.
- По номинальному току: Iрасч ≤ Iном цепи. При температуре окружающей среды выше +25°C или при расположении в закрытых камерах с плохим теплоотводом необходимо применять поправочные коэффициенты на снижение нагрузки.
- По термической стойкости: Минимальное сечение цепи должно удовлетворять условию на нагрев при коротком замыкании: Smin = (Iтерм √t) / C, где Iтерм – ток термической стойкости, t – время его действия, C – коэффициент, зависящий от материала цепи.
- По электродинамической стойкости: Цепь должна выдерживать механические усилия от токов КЗ без остаточных деформаций. Проверяется пиковое значение ударного тока КЗ.
- По конструктивному исполнению: Выбор типа концевиков (под болт, под шпильку), необходимость покрытия, длина цепи в растянутом и сложенном состоянии.
- Монтаж производится в растянутом состоянии. Провисание в рабочем положении не должно превышать значений, указанных в документации.
- Цепь должна изгибаться только в плоскости, перпендикулярной осям соединительных пальцев. Скручивание недопустимо.
- Места контактных соединений (концевики с шинами) должны быть зачищены и покрыты токопроводящей смазкой. Болтовые соединения затягиваются с регламентированным моментом.
- В процессе эксплуатации необходимо проводить периодический визуальный осмотр на отсутствие механических повреждений, трещин в пластинах, признаков перегрева (изменение цвета, оплавление), коррозии и ослабления затяжки контактных соединений.
- Рекомендуется измерение температуры в точках соединения тепловизором в рамках термографического контроля электроустановок.
Ключевые технические характеристики и стандарты
Основные параметры вильчатых цепей регламентируются национальными и международными стандартами, такими как ГОСТ 1024-79 «Цепи вильчатые медные и алюминиевые для электротехнических установок», а также отраслевыми нормалями. Выбор цепи осуществляется по следующим характеристикам:
| Параметр | Описание и единицы измерения | Типовые значения (пример для меди) |
|---|---|---|
| Номинальный ток (Iном) | Длительно допустимый ток нагрузки в амперах (А) при заданных условиях (температура окружающей среды +25°C, установка на открытом воздухе). | 250 А, 400 А, 630 А, 1000 А, 1600 А, 2000 А, 2500 А, 3150 А, 4000 А |
| Сечение эквивалентное | Площадь поперечного сечения эквивалентного сплошного проводника, рассчитанная по току и сопротивлению, мм². | 50 мм², 95 мм², 185 мм², 300 мм², 500 мм², 800 мм², 1000 мм² |
| Количество пластин в звене (n) | Определяет токовую нагрузку и механическую прочность. Пластины в одном звене собираются в пакет. | 2, 3, 4, 6, 8, 10 (в зависимости от номинального тока) |
| Шаг цепи (t) | Расстояние между центрами соседних соединительных пальцев, мм. Влияет на гибкость. | 60 мм, 80 мм, 100 мм, 120 мм |
| Допустимое растягивающее усилие | Максимальная механическая нагрузка на разрыв, кН. | От 2.5 кН (для малых сечений) до 40 кН и более (для мощных цепей) |
| Сопротивление постоянному току | Активное сопротивление всей цепи или единицы длины, Ом/м. Не должно превышать нормированных значений. | Регламентируется стандартом для каждого типоразмера. |
Области применения в электроэнергетике
Вильчатые цепи являются неотъемлемым компонентом многих видов электротехнического оборудования:
Расчет и выбор вильчатой цепи
Выбор осуществляется на основе следующих критериев:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж критически важен для надежной работы цепи. Основные правила:
Преимущества и недостатки по сравнению с гибкими шинами (плетеными соединениями)
| Критерий | Вильчатая цепь | Плетеная гибкая шина (медная ламель) |
|---|---|---|
| Структурированность | Жесткая конструкция с фиксированным шагом. Стабильная геометрия. | Множество отдельных тонких ламелей, требующих фиксации по всей длине. |
| Гибкость | Гибкость строго в одной плоскости. Ограниченный ход. | Большая гибкость во всех направлениях, больший допустимый ход. |
| Монтаж и замена | Сложнее. Требует точной подгонки длины. Замена возможна только целиком. | Проще. Длина легко подрезается. Возможна замена части ламелей. |
| Ремонтопригодность | Низкая. Поврежденное звено требует замены всей цепи или специализированного ремонта. | Высокая. Возможна замена поврежденных ламелей. |
| Стоимость | Как правило, выше. | Чаще ниже. |
| Типовое применение | КРУ, трансформаторы, вводы с четкой траекторией движения. | Токопроводы к подвижным частям, соединения с большими несоосностями, генераторные выводы. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как определить износ вильчатой цепи?
Основные признаки износа: увеличение зазоров в шарнирных соединениях (люфт), появление трещин, особенно в местах перехода от отверстия к краю пластины, остаточная деформация (вытягивание), сильное окисление контактных поверхностей, снижающее проводимость. Цепь с видимыми дефектами подлежит замене.
Можно ли нарастить или укоротить вильчатую цепь самостоятельно?
Самостоятельная модификация длины цепи в условиях эксплуатации не рекомендуется. Изменение количества звеньев нарушает расчетные механические и электрические характеристики. Укорочение возможно только путем демонтажа концевого звена и перепрессовки на заводе-изготовителе или в специализированной мастерской. Для наращивания требуется изготовление новой цепи заданной длины.
Каковы требования к моменту затяжки болтов на концевых звеньях?
Момент затяжки строго нормируется и зависит от типа и сечения цепи, диаметра болтов. Данные приводятся в технической документации производителя. Например, для болта М12 класса прочности 8.8 момент затяжки может составлять 70-80 Н·м. Недостаточная затяжка ведет к перегреву контакта, чрезмерная – к срыву резьбы или деформации контактной площадки.
Чем отличается цепь для КРУ от цепи для трансформатора?
Принципиально конструкция одинакова. Отличия могут заключаться в типе концевых зажимов (для КРУ часто предусмотрено крепление к специальным стойкам тележки), длине в сложенном и растянутом состоянии, а также в климатическом исполнении (для наружной установки у трансформаторов цепи могут иметь более стойкое антикоррозионное покрытие).
Что важнее при выборе: номинальный ток или сечение?
Первичным является выбор по номинальному току, так как он учитывает не только сечение, но и условия теплоотдачи всей конструкции цепи. Сечение является справочным параметром. Однако при проверке на термическую стойкость при КЗ расчет ведется именно по минимально допустимому сечению.
Как часто нужно проводить техническое обслуживание вильчатых цепей?
Периодичность ТО устанавливается локальными инструкциями по эксплуатации электроустановки. Как правило, визуальный осмотр и проверка затяжки контактов проводятся во время ежегодных планово-предупредительных ремонтов (ППР). Термографический контроль рекомендуется проводить не реже одного раза в 6 месяцев для ответственных соединений, а также после отключений оборудования от токов КЗ.