Сварка при производстве электромонтажных работ

Распределительные устройства»

В распределительных устрой­ствах электрических станций и подстанций (pHG. 2-5) сваркой вы­полняют: соединения между собой полос сборных шин, соединения шин ответвления со сборными шинами, контакты гибких темпера­турных компенсаторов (сварка пакетов гибких лент с шинами, к которым эти пакеты присоединяются).

Болтовые соединения остаются для подсоединения шин к вы­водам аппаратов, а также в тех местах ошиновки, где по условиям эксплуатации требуются разъемные соединения.

На рис. 2-6 показаны отдельные сварные узлы плоских шин распределительных устройств и токопроводов:

соединение встык при расположении шин в одну линию (рис. 2-6, а), применяемое для отдельных полос сборных шин и пакетов шин, а также для использования обрезков шин;

соединение встык при расположении шин под углом (рис. 2-6, б), иногда являющееся наиболее целесообразным кон­структивным решением ошиновки в месте изгиба;

соединение встык ответвления со сборной шиной при располо­жении сборной шины на плоскость (рис. 2-6, в). Сварной узел по­добной конструкции неприемлем при близком расположении между собой отдельных фаз шин, так как отходящая вбок шина ответвления уменьшает изоляционное расстояние по воздуху между фазами;

соединение встык узкой шины с накладкой большей ширины, чем шина (рис. 2-6, г), встречающееся в некоторых случаях при присоединении шин к аппаратам, когда расположение болтов на контактной поверхности аппарата не допускает присоединения узкой шины;

соединение встык шины о накладкой при расположении их под углом (рис. 2-6, д), применяемое в случаях, аналогичных узлу на рис. 2-6, г, но для шин крайних фаз при подходе их к аппаратам. При этом исключается необходимость изгибания шин «уткой», когда расстояние между фазами у шин больше, чем у аппарата;

соединение ответвления со сборной шиной внахлестку (рис. 2-6, е). Его можно применять при расположении сборной шины на плоскость при близком расстоянии отдельных фаз одна к другой;

соединение ответвления со сборными шинами при расположе­нии их на ребро (рис. 2-6, ж). Это наиболее частый случай приварки ответвлений к сборным шинам в мощных высоковольтных распре­делительных устройствах;

сварка по торцевым кромкам шин в месте температурного или осадочного шва здания (рис. 2-6, з), применяемая для открытых цеховых токопроводов;

гибкий температурный компенсатор (рис. 2-6, и, к). При из­готовлении компенсатора пакет гибких алюминиевых или медных
лент приваривается к накладкам из обрезков шин. Этими наклад­ками компенсатор можно присоединять на болтах или сжимных плитах к сборным шинам. При создании неразъемного соедине­ния в месте установки компенсатора он может быть приварен и не-

посредственно к шинам. Для этого при изготовлении компенса­торов к пакетам лент не привариваются накладки; вместо них ленты с торцов сплавляются вместе, образуя монолитные участки (рис. 2-6, к).

На рис. 2-7 и 2-8 соответственно представлены сварные узлы шин коробчатого профиля и профиля «двойное Т». Эти узлы кон-

Рис. 2-7. Сварные узлы алюминиевых шин коробчатого профиля: а — секция токопровода с конечной вставкой для сопряжения со смежной секцией; отдельные корытные профили соединены сваркой прерывистым швом; б — соединение двух секций сваркой при возможности их кантовки; в — неповоротный стык секций коробчатого токопровода, доступный для сварки с двух сторон; г — то же, но доступный для сварки только с одной стороны; д — ответвление вверх от шины коробчатого профиля; е — то же, но ответвление вбок; ж, з — угловые секции токопровода; и, к, л — ответвление одной, двумя и тремя плоскими шинами от коробчатой шины; м — гибкий температурный компенсатор коробчатой шины; н, о — варианты присоединения коробчатой шины к выводу аппарата при помощи контактных пластин, приваренных к шине

1 *** конечная вставка; 2 — накладка; 3 — вставка; 4 — гибкий температурный компен* сатор; 5 <— контактные пластины; 6 — торцевая накладка; 7 — вывод электрооборудова­ния (масляного выключателя); 8 «= сварной шов

струируются таким образом, чтобы сократить до минимума по­толочную сварку, трудно выполнимую в монтажных условиях. Этого в большинстве случае удается достигнуть применением раз­личных технологических накладок[7], привариваемых к одной из соединяемых шин заранее, в условиях мастерских.

Иногда накладки служат также для местного увеличения тол­щины шины, например в узле м (рис. 2-7), в месте приварки паке­тов лент компенсатора.

Трубчатые шины (рис. 2-9) находят применение главным обра­зом в электропечных установках, где они в ряде случаев исполь­зуются и как водоохлаждаемые, а также при сооружении открытых подвесных токопроводов. Для таких токопроводов, у которых длина пролета между точками подвески может достигать 20 м и более и диаметр труб 250 мм, применяются шины только из сплава АД31Т1, так как алюминий не может в таких случаях обеспечить необхо­димой прочности конструкций.

Очень важными для обеспечения надежности электроустановок являются узлы подключения шин к контактным выводам электро­оборудования. Вследствие отмеченных выше недостатков болтовых

соединений алюминиевых шин непосредственное присоединение их к медным выводам в ответственных случаях не рекомендуется. Присоединение осуществляется с помощью переходных медно­алюминиевых пластин, у которых соединение медной и алюминие­вой частей выполнено стыковой контактной сваркой (см. § 1-7).

Алюминиевая часть такой пластины приваривается к алюминие­вой шине, а медная часть присоединяется с помощью болтов к вы­воду. Таким образом, болтовые присоединения алюминиевых шин исключаются.

Переходные пластины выпускаются серийно заводами Глав­электромонтажа Минмонтажспецстроя СССР. Сортамент их по ГОСТ 19357—74 приводится в табл. 11-5.

Применение пластин разрешено в сырых помещениях и на от­крытом воздухе при условии защиты от коррозии сварного шва медь—алюминий (см. § 2-4).

Для присоединения алюминиевых шин в сухих и влажных по­мещениях используются также переходные пластины из сплава АД31Т1, который, как об этом упоминалось, обладает свойствами, обеспечивающими получение болтовых соединений с медью, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 17441—72. Эти пластины также серийно выпускаются заводами Главэлектромонтажа по сортаменту, приведенному в табл. 9-19.

Кроме соединения алюминия с медью, при монтаже электри­ческих установок встречаются соединения алюминиевых токоведу­щих элементов со стальными. Например, при монтаже стальных крановых троллеев[8] последние соединяются с температурными компенсаторами, представляющими собой пакеты алюминиевых лент или отрезки гибких многопроволочных проводов; к троллеям присоединяются кабели или провода с алюминиевыми жилами для подведения к ним тока, а также алюминиевые шины подпитки трол­леев.

Для указанных случаев заводским путем изготовляются раз­личные контактные переходные детали: алюминиевые компенса­торы, оканчивающиеся стальными планками; переходные стале­алюминиевые пластины, кабельные наконечники для алюминиевых жил со стальными контактными частями. В этих деталях соедине­ние стальной и алюминиевой частей выполнено ручной электро - дуговой сваркой с предварительным алитированием поверхности стали. Необходимые сведения по использованию этих деталей при-, ведены в § 11-2.

Кроме рассмотренных случаев, сварка применяется для соеди­нения алюминиевых проводов или кабелей с шинами, например для соединения спусков от незащищенных шинопроводов к цехо­вым распределительным шкафам (сборкам). Примеры таких соеди­нений представлены на рис. 2-10.

Установки электролиза алюминия. Подвод электроэнергии к электролизерам [9] алюминия представляет собой серьезную тех­ническую задачу и требует весьма большого количества цветных и черных металлов. Так, в среднем на ошиновку одной только се­рии электролизеров 1 на ток 150 к А затрачивается свыше 4500 т алюминия и 2600 т черных металлов. Поэтому ни одна отрасль промышленности не требует такого большого объема электромон­тажных работ по ошиновкам, как заводы электролиза алюминия.

При монтаже электролизеров исключительное значение имеет обеспечение надежных и стабильных соединений алюминиевых шин весьма большого сечения с многочисленными отпайками — спусками — от так называемых катодных стержней и анодных

штырей, являющихся элементами, непосредственно ПОДВОДЯЩИМИ электроэнергию в рабочую зону электролизеров. В ошиновке одной только серии современных электролизеров монтируется около 29 тысяч' сварных соединений.

Мощность электролизеров алюминия непрерывно растет, и если 10—15 лет назад строились электролизеры на ток 50 кА, то теперь обычными считаются установки, питаемые током 150 кА. В со­ответствии с этим увеличивается и сечениешин, применяемых в оши­новках. В настоящее время используются алюминиевые шины се­чением 250x29; 360X35; 430x60; 500x50 мм. Намечается исполь­зование шин и еще больших сечений.

Тяжелые ошиновки электролизных заводов состоят из участков, идущих от преобразовательной подстанции в корпуса электролиза, включая шинные мосты, общецеховую ошиновку и ошиновку собственно электролизеров, составляющую около 80% от объема всей ошиновки. И если ошиновка электролизеров строго типовая (повторяющаяся у всех электролизеров данного типа), то на осталь­ных участках в зависимости от компоновки и конструкции зданий могут быть и нетиповые пакеты шин и другие элементы (например, углы поворота и др.).

Ошиновки электролизеров разных типов и мощностей отли­чаются некоторыми особенностями. Рассмотрим ошиновку элек­тролизера с боковым подводом тока (рис. 2-11), которая имеет сле­дующие крупные части:

/ — анодные стояки, подводящие ток от катодных пакетов шин предыдущего электролизера к анодным пакетам, — 2 шт.;

// — анодные пакеты шин, к которым присоединены гибкие спуски, питающие отдельные анодные штыри, — 2 шт.;

III — уравнительные шины — перемычки между анодными пакетами — 2 шт.;

IV — главные катодные пакеты шин, собирающие ток отдель­ных катодных стержней, присоединенных при помощи гибких спусков, — 2 шт.;

IVі — катодные пакеты предыдущего электролизера;

V — анодные гибкие спуски, подводящие ток от анодных па­кетов к анодным стальным штырям (число их зависит от мощности и типа электролизера);

VI — катодные гибкие спуски для соединения стальных ка­тодных штырей с катодными пакетами шин (число их зависит от мощности и типа электролизера).

Главные анодные пакеты совместно с уравнительными шинами подвешиваются на специальных подвесках к металлическим кон­струкциям электролизера.

Анодные пакеты выполняются «тающими» (уменьшающегося ступенями сечения) и собираются из шин без зазоров.

Катодные же пакеты имеют постоянное сечение, что обуслов­лено необходимостью пропускать по всей их длине полный ток серии в случае шунтирования электролизера при его неисправ­ности. Эти пакеты собираются из шин с зазорами и размещаются в каналах ниже уровня пола, на бетонных столбиках со стеклян­ными изолирующими подкладками.

Катодные стержни и анодные штыри соединяются с питающими шинами при помощи так называемых катодных и анодных спусков. Спуски от катодных пакетов выполняются гибкими пакетами алюминиевых лент, а от анодных штырей — медными лентами.

Указанная ошиновка электролизеров имеет следующие кон­тактные узлы (рис. 2-11): узел 1 —соединение катодного пакета предыдущей ванны с анодным стояком (сварка); узел 2 — соеди­нение анодного стояка с анодным пакетом (сварка); узлы 3 и 4 — соединение уравнительных шин с анодными пакетами (сварка с до­полнительным механическим креплением болтами); узел 5 — со­единение гибкой части медного анодного спуска, состоящего из медных лент, с двумя медными контактными пластинами (шинами), присоединяемыми к штырю (сварка); узел 6 — соединение гибкого анодного спуска, состоящего из медных лент, с анодными шинами (сварка); узел 7 — соединение медных пластин, которыми оканчи­вается гибкий медный спуск, со стальным анодным штырем (бол­товое соединение); узел 8 — соединение гибкого алюминиевого спуска со стальным катодным стержнем (сварка через переходную медно-алюминиевую пластину или непосредственная); узел 9 — соединение гибкого катодного алюминиевого спуска с шинами катодного пакета (сварка).

Остановимся несколько подробнее на конструкциях сварных контактных узлов шин как общецеховой ошиновки, так и оши­новки самих электролизеров.

Сварка встык алюминиевых шин / и 3 (рис. 2-12, а) применяется для соединения (сварной шов 2) отдельных полос питающих шин общецеховой ошиновки и полос, составляющих анодные и катод­
ные пакеты, так как длина поставляемых шин меньше, чем необ­ходимо для образования пакета. Соединение встык используется также для утилизации обрезков шин. Сварка встык алюминиевых шин 1 и 3 при расположении их под углом (pHG. 2-12, б, г) исполь­зуется для приварки стояков общецеховой ошиновки к горизон­тально расположенным участкам и приварки анодных стояков к шинам катодных пакетов (узел 1 на рис. 2-11). Сварка алюминие­вых шин 1 и 3 по боковым и торцевым кромкам (рис. 2-12, вид)

применяется для соединения уравнительных шин с анодными па­кетами (узлы 3 и 4 на рис. 2-11) и для соединения анодных стоя­ков с главными анодными пакетами (узел 2 на рис. 2-11).

На рис. 2-13 приводится пример сложной тяжелой ошиновки, где для выполнения поворотов пакетов шин используется сварка шин встык при расположении их под углом (узел 1) и сварка по боковым и торцевым кромкам (узел 2).

Гибкие температурные компенсаторы (рис. 2-12, е и ж), могут быть, так же как и в распределительных устройствах, двух типов в зависимости от способа их присоединения: с пластинами 7 или со сплавленными в монолит 6 концами пакетов лент 5. Компен­саторы применяются в общецеховой ошиновке.

Узел для соединения анодного штыря с алюминиевой шиной / анодного пакета показан на рис. 2-12, з. Пакет медных лент анод-
ного спуска 8 присоединяется к шине 1 через медно-алюминиевую пластину 9, изогнутую по алюминиевой части под углом 90ч для образования кронштейна. Кронштейн приваривается своей алюминиевой частью к шине анодного пакета швом 2 внахлестку. Пакет медных лент закрепляется на медной части переходной пластины болтом 4 и кроме того приваривается по периметру пла­стины.

Узел соединения стального катодного стержня (блюмса) с алю­миниевыми шинами 1 катодного пакета изображен на рис. 2-12, и, к. Применяются два варианта этого узла: вариант (рис. 2-12, и), при котором алюминиевый спуск 5 присоединяется к блюмсу 10 через медно-алюминиевую пластину 9, и вариант (рис. 2-12, я), когда алюминиевый спуск 5 непосредственно приваривается к блюмсу 10 с помощью стыковой контактной сварки.

В первом случае пакет лент, образующих катодный спуск, приваривается встык к алюминиевой части переходной пла­стины[10], которая своей медной частью сваривается с блюмсом внахлестку.

В обоих вариантах вторые концы катодных пакетов привари­ваются к верхней кромке алюминиевых катодных шин угловым швом.

При совершенствовании электролизеров постоянно стремятся уменьшить число болтовых соединений, заменяя их на сварные, снизить вообще число соединений между отдельными элементами ошиновки, а также сократить или полностью исключить приме­нение меди с целью ее экономии. На рис. 2-14 показана схема ошиновки современного электролизера на ток 150 кА, где указан­ные задачи решены более полно.

Основная ошиновка этого электролизера выполнена шинами сечением 430x60 мм. Применение меди полностью ис­ключено за счет непосредственной приварки катодных спус­ков сечением 7800 мм2 к стальным блюмсам сечением 26 450 мм2.

' Применение верхнего токопровода к электролизеру и специаль­ных анодных штырей исключает необходимость в анодных гибких спусках.

Анодные стояки имеют гибкие элементы из пакетов алюминие­вых лент. Такое гибкое соединение необходимо для компенсации вертикального перемещения анода, которое предусматривается в электролизерах с верхним токопроводом.