MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT

1241 Budapest, Pf. 62 • Telefon 317-2421, Fax 266-6794 e-mail: [email protected]

Tartalom 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

A villamos csatlakozások és érintkezôk fajtái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Az érintkezések illetve az érintkezôk jellemzôi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Az érintkezési ellenállás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Az áramvezetôk és az érintkezôk veszteségei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Az érintkezôk és az áramvezetôk melegedése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Áramvezetôk és csatlakozások anyagai . . . . . .12 Szempontok az áramvezetôk és érintkezések anyag kiválasztásához . . . . .13 7.1

FAJLAGOS ELLENÁLLÁS ILLETVE VILLAMOS VEZETÔKÉPESSÉG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

7.2

A MEGENGEDHETÔ ZÁRLATI IGÉNYBEVÉTEL HÔMÉRSÉKLETE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

7.3 ÉRINTKEZÉSEK ÁTMENETI ELLENÁLLÁSA . . . . . .14 7.4 MECHANIKAI TULAJDONSÁGOK . . . . . . . . . . .14 7.5 DILATÁCIÓ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 7.6 RELAXÁCIÓ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 7.7 FESZÜLTSÉGKORRÓZIÓ . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

8.

Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

3

1.

A villamos csatlakozások és érintkezôk fajtái

A villamos érintkezôk szerkezeti felépítésük, mûködtetési körülményeik, igénybevételük és elhasználódásuk jellege szerint lényegesen különböznek egymástól. A felsorolt jellemzôknek megfelelôen, a következô érintkezési módokat célszerû megkülönböztetni: ● Rögzített vagy merev érintkezés, amikor üzem közben a felületeket nem távolítjuk el egymástól. A kötés lehet bontható (pl. csavaros kötés illetve rugóerôvel összeszorított) vagy egyszerû módszerrel nem bontható (pl. szegecselt, forrasztott vagy hegesztett). Ide soroljuk a gyûjtôsín-csatlakozásokat, a motorok tekercskivezetéseinek kötéseit stb.. ● Csúszó és görgôs érintkezés esetében az érintkezô felületek szabadon elmozdulhatnak egymáson anélkül, hogy közben a villamos érintkezés megszûnne közöttük. Ilyen érintkezéssel találkozunk a villamos gépek szénkeféinél, a villamos áramszedôknél, a kisfeszültségû megszakítók és toroidok csúszó vagy görgôs érintkezô kialakításainál. ● A kapcsoló (nyitó-záró) érintkezés során az érintkezô felületek idôlegesen eltávolodnak egymástól. Ezek a kapcsoló érintkezôk az elektromechanikus kapcsolókészülékek legfontosabb része(i), amelyeknek a feladata az áram biztonságos vezetésén kívül az áramkör megbízható kapcsolása is.

2.

Az érintkezések illetve az érintkezôk jellemzôi

A villamos áramutakban a megbízható kötések, csatlakozások és érintkezések kialakítása során az alább felsorolt jellemzôk alapvetô ismerete szükséges: ● az érintkezési ellenállás, ● az áramvezetôk és az érintkezések veszteségei, ● az érintkezôk és az áramvezetôk melegedése, ● az áramvezetôk és a csatlakozások anyagai, ● villamos és mechanikai szempontok a csatlakozások kialakításakor (ellenállás-változás, zárlati igénybevétel, mechanikai igénybevétel, dilatáció, relaxáció, feszültségkorrózió, élettartam, környezeti hatások, tokozás stb.).

5

3 . AZ ÉRINTKEZÉSI ELLENÁLLÁS Végezzünk feszültségesés-mérést – az 1. ábra elrendezésében – az azonos anyagú és keresztmetszetû vezetôk között, az l távolságra lévô A-B pontok között, a névleges üzemi áram (Ie) mellett. Azt tapasztaljuk, hogy a b) esetben, amikor érintkezési helyet is kialakítottunk (a vezetôt középen elvágtuk és F erôvel összeszorítottuk) lényegesen nagyobb a feszültségesés, mint a folytonos vezetô esetében. Mivel az áramok a kétféle elrendezésben azonosak, ezt a feszültségesés-többletet a b) esetben az Ré érintkezési ellenállás okozza, amely hozzáadódik az l hosszúságú vezetôdarab Rv ellenállásához. A kettô összege adja az ún. átmeneti ellenállást, az Rá-t: Rá = Rv + Ré .

Ie

F

U R1= AB1=Rv Ie

I

UAB2

I

UAB1

U R2= AB2=Rá Ie

B a.)

F

UAB2 > UAB1 Rv= ρ •

B Ie

1. ábra Az érintkezési ellenállás értelmezése

Ie A

A

(3.1)

Ie

I Av

b.)

Az érintkezés minôségét az Ré érintkezési ellenállás nagysága határozza meg, amely két részbôl tevôdik össze, az Rsz szûkületi ellenállásból, valamint az Rh hártya vagy réteg ellenállásból. A szûkületi ellenállást az hozza létre, hogy az áramvonalak az egyik érintkezôbôl a másikba való áthadásakor összesûrûsödnek. Bármilyen simára készítjük ugyanis az érintkezôk felületét, mikroszkóp alatt vizsgálva mindig találunk rajtuk kiemelkedô részeket, tehát a felület rücskös. A nyomóerô növelésével a kis érintkezési pontok találkozási felületei nônek, sôt újabb érintkezési pontok jönnek létre. Befolyásolja az érintkezési ellenállás értékét az érintkezôk anyaga is,

6

továbbá az érintkezôk felületén kialakuló fémoxidok, szulfidok és egyéb szennyezô rétegek. Ez utóbbi réteg ellenállás, amit hártya ellenállásnak is nevezünk, attól függ, hogy mekkora az érintkezési hely hômérséklete és mennyi idô áll rendelkezésre a réteg kialakulására. A mérési eredmények alapján az érintkezési ellenállás jól közelíthetô az Ré = Rsz + Rh = c / (0,1.F)Κ

(3.2)

összefüggéssel, ahol Ré -t Ω-ban kapjuk, ha az érintkezést összeszorító F erô N; c az érintkezôk anyagától függô állandó, beleértve a hártyás állapotot is [pl. oxidtól megtisztított réz-réz érintkezônél (0,8 ... 1,4) · 10-2, oxidos ónozott réz-ónozott réz érintkezônél 3.10-2, oxidtól megtisztított alumínium-alumínium érintkezônél (30 ... 67) · 10-2] és Κ az érintkezés alaktényezôje, amely pontérintkezésnél 0,5, vonalérintkezésnél 0,67 és síkérintkezésnél 1,0 értékûnek vehetô. Az empírikus összefüggés természetesen csak közelítô számításra alkalmas, mert a tényleges érintkezô felületek nagyságát megállapítani igen nehéz, valamint a nagyobb összeszorító erôk miatt maradandó alakváltozás léphet fel. Az oxidos érintkezô felület pl. a rézoxid hártya hatását a következô tájékoztató számítás mutatja be. Tételezzünk fel egy a = 0,1 mm = 10-4 m átmérôjû érintkezési felületet és az érintkezôk felületén v = 0,01 µm = 10-8 m vastag hártyát, amelynek fajlagos ellenállása ρh = 100 Ωm. A hártya ellenállása: Rh = 4·ρh·2v / a2·π = 4·100·2·10-8 / (10-4)2· π = 254,6 Ω.

(3.3)

A szûkületi ellenállás a levezetés mellôzésével, ςCu 55 ˚C = 2·10-8 Ωm fajlagos ellenállással számolva: Rsz = ρCu / 2(a/2) = 2·10-8 / 2·(10-4/2) = 2·10-4 Ω,

(3.4)

azaz több nagyságrenddel kisebb a hártyaellenállásnál. A meglepô eredmény ellenére áramvezetéskor a gyakorlatban a hártya mechanikus feltörését illetve a hártya „feszültségátütését” figyelhetjük meg. Végeredményben az érintkezô hártyás állapota minden esetben ellenállás-növekedést eredményez, a fémtiszta érintkezéshez viszonyítva. Feladatunk az, hogy ezt az ellenállás-növekedést az adott határokon belül tartsuk, figyelembe véve a megengedhetô melegedést. Az átmeneti ellenállás függését az érintkezési nyomóerôtôl a 2. ábra szemlélteti, míg az ellenállás-változás az igénybevétel idôtartamától függôen a 3. ábrán látható.

7

2. ábra Az átmeneti

Rá, 10-4Ω 5

ellenállás változása a nyomóerô függvényében, színezüst érintkezô

4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5

3. ábra Az átmeneti

1

ellenállás változása az igénybevétel függvényében (ezüstözött réz érintkezés kéndioxiddal szennyezett atmoszférában)

0,5 0 0

20

40

60

80

100

120 F,N

70 Átmeneti ellenállás 60 Rá,mΩ 50

40

30 0

200

400

600

800

1000 1200 1400 1600 Igénybevétel idôtartam tüz, s

1800

2000

4 . Az áramvezetôk és az érintkezôk veszteségei

Az áramvezetôk és az érintkezôk veszteségeit az áramút megengedett árama, az áramutakban kialakuló árameloszlás és az áramvezetô részek ellenállás-változása illetve az érintkezések ellenállás-változása határozza meg. Korábban már láttuk, hogy az áramút vagy az érintkezôként felhasznált anyagok minôsége meghatározó. Az áramút veszteségének meghatározása során elôször kiszámítjuk az érintkezô illetve az áramvezetôrész ellenállását az érintkezési hely nélkül: Rv = ρv · l / Av → Wv = I2e·Rv,

8

(4.1)

majd az érintkezési vagy csatlakozási hely veszteségét, az érintkezési ellenállás (3.2)-es empírikus összefüggéssel számított közelítô értékébôl határozzuk meg: Ré = c / (0,1·F)Κ → Wé = I2e·Ré .

(4.2)

A számítás az áramút szakaszokra bontásával végezhetô el, amikor is figyelembe vesszük az áramútban elôforduló anyagminôség-változást, a vezetô-keresztmetszet és a hôátadó felület változásait, továbbá a hôátadás eltérô viszonyait (részleges burkolás vagy takarás, tokozás).

5 . Az érintkezôk és az áramvezetôk melegedése

Az érintkezési ellenálláson átfolyó áram hatására az érintkezôk felmelegszenek. Már kismérvû melegedés is fokozza az érintkezési felületek oxidációját. Nagyobb melegedés az érintkezôk kilágyulásához, majd az érintkezô felületek megolvadásához, végül az érintkezôk hegedéséhez vezethet. Az érintkezési pont melegedése elméletben közel arányos az érintkezési helyen fellépô feszültségesés négyzetével: τsz = ϑé – ϑ0 = Usz2 / 8·λρ,

(5.1)

ahol ϑé és ϑo az érintkezési pont illetve annak környezetében az áramvezetô hômérséklete, oC; Usz az érintkezési hely (szükületi hely) feszültségesése, V; ρ az érintkezô fajlagos ellenállása, Ωm; λ az érintkezô anyag hôvezetési tényezôje W/moC. A ϑé meghatározásakor figyelembe kell venni az érintkezési ellenállás hôfokfüggését és ismernünk kell az érintkezés környezetének ϑo hôfokát, azaz az áram hozzávezetésének a hatását. Ez a hatás két részbôl áll. Az elsô rész az állandó keresztmetszetû áramvezetô vagy érintkezôtartó állandósult melegedése: τi = I2e · Rv / α·S ,

(5.2)

míg a második rész az érintkezô melegedése: τu = Usz · (τi )1/2 / 2 · (λρ)1/2 .

(5.3)

9

x

dx Ie

Ie

τu

τsz

ϑ

λ A αK

ϑk

τi

1 = p

x

4. ábra Az érintkezési pont hômérséklete, az áram hozzávezetések melegedésének figyelembevételével

A komponensek ismeretében már felírható az érintkezési pont hômérséklete (4. ábra): ϑé = τi + τu + τsz + ϑkörny. = = I2e ·Rv / α·S + Usz·(τi )1/2 / 2·(λρ)1/2 + + Usz2 / 8·λρ + ϑkörny

(5.4)

A melegedés értékeléséhez az MSZ EN 60439-1: Kisfeszültségû kapcsoló- és vezérlôberendezések szabvány 3. táblázata, vagy a ma még érvényben lévô MSZ 1600/1: Létesítési biztonsági szabályzat 1000 V-nál nem nagyobb feszültségû erôsáramú villamos berendezések számára szabvány 7.3 pontja és az M4 ... M7. táblázatai alkalmazhatók. Az MSZ EN 60439-1 szerint külsô szigetelt vezetô számára készülô csatlakozókapocsra a megengedett melegedés 70 K, ha a környezeti hômérséklet +10 ... +40 oC értékhatárok közé esik. Ugyanakkor a gyûjtôsínek és vezetôk, eltávolítható vagy kihúzható részek dugaszolható érintkezôire, amelyek a gyûjtôsínekhez csatlakoznak a következô melegedési korlátokat kell figyelembe venni: ● az áramvezetô anyagának szilárdságát, ● a szomszédos készülékelemekre kifejtett hatást,

10

● az áramvezetôvel érintkezésben lévô szigetelôanyagok meg-

engedhetô melegedését, ● a vezetô hômérsékletének a hozzá csatlakoztatott készülékekre kifejtett hatását, ● a dugaszolható érintkezôk esetén az érintkezô anyagának fajtáját és felületkezelését. Az MSZ 1600/1 a szigetelt vezetôk alapterhelhetôségi értékeit írja elô, a szigetelés, a keresztmetszet és a terhelhetôségi csoport (A, B és C) figyelembevételével réz- és alumínium-vezetôkre (5. ábra), továbbá megadja a szerelés körülményeire vonatkozó módosító tényezôket. A terhelési csoportok besorolási szempontjai: ● az „A” terhelési csoportba tartoznak a tömör szerelôlapon illetve több rétegben futó védôcsövekben elhelyezett vezetékek, kivéve a lakások fogyasztásmérô utáni vezetékeit; ● a „B” terhelési csoportba az „A” terhelési csoportba nem tartozó vezetékek és a lakások villamos alapfûtési vezetékei tartoznak, kivéve a lakások fogyasztásmérô utáni vezetékeit; ● a „C” terhelési csoportba a lakások fogyasztásmérô utáni vezetékei tartoznak, kivéve a villamos alapfûtés vezetékeit. A módosító tényezôk figyelembe veszik a 20 oC-tól eltérô környezeti hômérsékletet (pl. M vezetéknél 40 oC-nál k1 = 0,82), a közös védôcsôben futó terhelt vezetôerek számát (pl. 6 db terhelt érnél k2 = 0,75) és a közös köpenyû vezetékek, vezetékkötegek illetve többerû vezetékek esetén az egymás mellett futó védôcsövek, vezetékcsatornák és vezetékkötegek számát (pl. süllyesztett szerelésnél, 5 db védôcsônél k3 = 0,65, falon kívül szerelve k3 = 0,73). Az érintkezôk zárlati áram okozta melegédésének számítása a tartós üzemi melegedés számításánál nehezebb feladat, tekintettel az igen gyakran változó paraméterekre. Az érintkezôk hegedési határesetében, elfogadható közelítésként a maximális érintkezési nyomóerô az F = K·Ics2

(5.5)

összefüggéssel számítható, ahol F az eredô érintkezési nyomóerô, N; Ics a zárlati áram csúcsértéke, kA; K anyagtól függô állandó, amely pl. réz-réz érintkezôk esetében 0,61, réz-alumínium csatlakozásoknál 0,4 értékû. Az érintkezési nyomóerô meghatározásához a zárlati áram dinamikus hatását kell kiszámítani, hozzáadva az érintkezô rugók erejét. Amennyiben nagy érintkezési nyomóerô adódik, amely az érintkezô anyagok deformációját eredményezné, akkor párhuzamos áramutakat illetve érintkezôelrendezést célszerû kialakítani.

11

1000 Terhelô áram Ie [A] 100

Cu „A” csoport Cu „B” csoport Cu „C”csoport AI „A” csoport

10

1 1

5. ábra Mûanyag szigetelésû réz- és alumíniumvezeték alapterhelhetôsége az MSZ 1600/1 szabvány szerint

10

100 Vezetô keresztmetszet, Av [mm2]

1000

6 . Áramvezetôk és csatlakozások anyagai A villamosipari alkalmazást figyelembe véve az áramvezetôk legnagyobb hányada réz vagy alumínium alapanyagúak illetve ezek ötvözetei. A készülékek érintkezôi a leggyakrabban rézbôl vagy ezüstbôl illetve ezek ötvözeteibôl készülnek. A csatlakozás (csatlakozókapocs) anyaga (vörös)réz, sárgaréz, ritkán vas és a felületkezelés horgany, nikkel, ón, ezüst stb.. Nézzük összehasonlító jelleggel a leggyakrabban alkalmazott réz és alumínium villamos áramvezetô anyagok jellemzôit (1. táblázat). A táblázat adatai alapján beltéri felhasználás illetve épületvillamosítási szempontból – a sûrûség kivételével – a villamosipari alkalmazásra a réz látszik a legmegfelelôbbnek. Ezen nem ront az a tény sem, hogy a kb. 1:3 sûrûségarányon túlmenôen az Al vezetô a szabadtéri alkalmazás során jobban ellenáll a kéndioxidot tartalmazó légköri szennyezôdésnek (ez a táblázat adatai alapján nem állapítható meg).

12

CuE 99,9 (félkemény)

Al 99,5 (félkemény)

Fajlagos villamos ellenállás 20 ˚C-on, ρ20 (10-8 Ωm)

1,759

2,874

Ellenállás hôfoktényezôje, β20 (10-3 ⋅1 / ˚C)

3,93

4,05

Szakítószilárdság, σB (10 ⋅ N/mm2)

24 ... 40

9 ... 13

Nyúlás 200 mm-es jeltávolságon mérve, δ (%)

1 ... 2,5

2 ... 3

24 34

7 9

8,89 ... 8,94

2,7

0,385

0,921

Lineáris hôtágulási tényezô, α20 (10-6 · 1 / ˚C)

17

24

Hôvezetési tényezô, λ20 (W / m ˚C)

393

203

Olvadási hômérséklet, υolv (˚C)

1083

658

Jellemzôk megnevezése

Folyáshatár σ0,2 / 10 (N/mm2) Sûrûség, d (103 kg/m3)

alsó felsô

Fajhô 20 ... 100 ˚C között, c20 (103 J / kg ˚C)

7. 7.1

1. táblázat

Szempontok az áramvezetôk és érintkezések anyag kiválasztásához

Villamosipari réz és alumínium jellemzôi

FAJLAGOS ELLENÁLLÁS ILLETVE VILLAMOS VEZETÔKÉPESSÉG

A nagyobb fajlagos ellenállású Al-vezetôk keresztmetszetét növelnünk kell a rézhez viszonyítva, ha ugyanakkora teljesítményt akarunk átvinni (lásd a 3. ábrát). Más megfogalmazás szerint normál üzemi körülmények között (tartós üzem), növekvô névleges üzemi áram és keresztmetszet mellett rézvezetôknél 12 ... 1,32 A/mm2, alumíniumvezetôknél 8,7 ... 1,06 A/mm2 áramsûrûséggel számolhatunk. Külön elemzés tárgyát képezi a villamos hálózatban felépô veszteségek és vezetô keresztmetszetek optimalizációs számítása, amely általában a nagyobb keresztmetszetû réz vezetôk gazdaságos villamosipari alkalmazását jelöli ki, csökkentve ezzel az áramsûrûséget.

13

7.2

A MEGENGEDHETÔ ZÁRLATI IGÉNYBEVÉTEL HÔMÉRSÉKLETE

Az MSZ 1600/1 szabvány szerint a zárlati melegedés során megengedhetô határ hômérséklet az alacsonyabb olvadáspontú és képlékenyebb alumínium esetében 150 oC, míg a nagyobb olvadáspontú és folyáshatárú rézvezetô esetében 180 ... 200 oC, sôt a szilikonszigeteléssel ellátott vezetônél a 300 oC is elképzelhetô, számottevô mechanikai szilárdsági tulajdonság romlása nélkül.

7.3 ÉRINTKEZÉSEK ÁTMENETI ELLENÁLLÁSA A fémtiszta réz és alumínium érintkezések a levegôben már a szobahômérsékleten oxidálódni kezdenek. Mint korábban láttuk ez a réteg nagy ellenállású, így a felületek tisztítása, bevonása (pl. vazelinnel) ajánlatos. A réz- és alumíniumoxidot összehasonlítva megállapítható, hogy a kemény alumíniumoxid eltávolítása igen sok problémát okoz. A rézoxid az érintkezôk zárása során – mechanikai segédeszköz nélkül – különösebb akadály nélkül feltörhetô. Ezüstözött réz áramvezetôknél nincs probléma, mert az ezüstoxid vezetôképessége gyakorlatilag ugyanolyan nagyságrendû, mint az oxidmentes ezüsté. A horganyzott réz áramvezetôknél sincs probléma, mert a levegôben kialakult bevonati hártya könnyen leválik és a fémes érintkezés újra létrejön.

7.4

MECHANIKAI TULAJDONSÁGOK

Az 1. táblázat adatainak összehasonlításából látható, hogy a réz mechanikailag jobban igénybe vehetô (szakítószilárdság és folyáshatár, rugalmas alakváltozás szempontjából) mint az alumínium, viszont a két fém nyúlása között lényeges különbség nincs. A szerelés során elôforduló ismételt hajlító és csavaró igénybevételt az alumínium nehezen vagy egyáltalán nem viseli el, a réz erre kevésbé érzékeny.

7.5

DILATÁCIÓ

A villamos berendezésekben egymás mellett általában nem azonos hôtágulású alkatrészek helyezkednek el. Ilyen elrendezés lehet pl. az alumínium sínkötés, az összeszorító acélcsavarokkal együtt. Az alumínium hôtágulása az azonos méretû acél hôtágulásának kétszerese. A melegedés során fellépô hôtágulás mind

14

az alumíniumsín, mind az acélcsavar igénybevételét megnöveli. Amennyiben az igénybevétel valamelyik anyag folyáshatárát meghaladja, az megfolyik, következésképpen lehûlt állapotban a villamos érintkezéshez szükséges nyomóerô nem jön létre. Az ilyen sínkötés már kisebb áram esetén annyi, vagy több hôt termel, mint az eredeti névleges áram melletti üzemállapotában. Általában megállapítható, a laza érintkezés felülete könnyen oxidálódik, az érintkezési ellenállás folyamatosan növekszik, míg végül a túlmelegedés miatt az érintkezési hely tönkremenetele következik be (füstöl, tûz keletkezik, áramkör-megszakadás szikrázással stb.). A vázolt jelenség a rézérintkezés választásával nem ennyire kritikus, mert az acélhoz viszonyított hôtágulása csak másfélszeres és a fém folyáshatára az alumíniumhoz viszonyítva közel háromszor nagyobb.

7.6

RELAXÁCIÓ

Az igénybe vett alkatrészek alakja kismértékben az igénybevétel idôtartamától függ. Ezt a jelenséget nevezik relaxációnak illetve ernyedésnek. A relaxáció jelenségének a fordítottja a rugalmas utóhatás, amikor a végleges alak az igénybevétel megszûnése után – egy bizonyos idô elteltével – jön létre. Különösen a magas hômérsékletû (kb. 400 oC) testeknél számíthatunk jelentôs ernyedésre. A relaxáció exponenciális jelleget mutat és elsôsorban a képlékeny anyagok hajlamosak a relaxációra. Legszembetûnôbben a színalumínium kötéseknél figyelhetô meg a legjobban a vázolt folyamat. A sínkötések jóságát a nyomó igénybevétel csökkentésével, valamint rugalmas csavaralátétekkel biztosítják. Fontos szerelés technológiai tanács: a dilatáció és a relaxáció együttes hatása csökkenthetô, ha az elôírt nyomaték biztosítása céljából a csavarok meghúzásához nyomaték-kulcsot alkalmazunk, elkerülve ezzel a túlhúzás káros következményeit.

7.7 FESZÜLTSÉGKORRÓZIÓ A feszültségkorrózió a vezetô anyag kristályhatárain fellépô villamos potenciálkülönbség, valamint a mechanikai igénybevételek (belsô feszültség, használatból eredô jelentôs húzó feszültség, a közeg és az anyag kölcsönhatása stb.) hatására jön létre. A feszültségkorrózió hatására az anyag egyszerûen felreped, anélkül, hogy elôzetesen bármilyen korróziós nyom felfedezhetô lett volna. A korrózióra különösen azok az ötvözetek hajlamosak, amelyek alkotóinak normálpotenciálja a hidrogénhez viszonyítva ellenkezô elôjelûek és különbségük is nagy (lásd a 2. táblázatot). A

15

táblázat adataiból kitûnik, hogy a réz, horgany és alumínium egyes ötvözetei különösen hajlamosak a feszültség-korrózióra. Az ezüst, platina és arany ötvözetei csak azért nem jönnek számításba , mert ipari célokra ezeket ritkábban használják. Elem E0 /V/

Mg Al Mn Zn Fe Cd -2,4 -1,67 -1,1 -0,76 -0,44 -0,4

Ni Sn Pb -0,25 -0,15 -0,13

H ±0

Cu Ag Pt Au +0,13 +0,8 +0,86 +1,42

2. táblázat A fémek A réz-nikkel ötvözetek nem, míg az ezeknél nagyobb potenciálhidrogénhez viszonyított különbséget mutató ötvözetek az összetevôk arányától függôen elektrokémiai hajlamosak a feszültségkorrózióra. Ha a rézötvözetben a rézfeszültségsora tartalom 85 %-nál nagyobb a korróziós hajlam kicsi, viszont 80 %-os réztartalom alatt igen erôsen nô a korrózióra való hajlam. A feszültségkorrózió törési formája igen jellegzetes, ez a jelenség leginkább a horganyötvözeteknél figyelhetô meg (régi elnevezés: horganybetegség). A kristályközi elektrolitikus folyamatokat ugyan nem tudjuk megakadályozni, de a kristályhatárokon a repedéseket meg tudjuk szüntetni feszültségmentesítô hôkezeléssel. Ha a hôkezelés valamivel a rekrisztalizációs hômérséklet alatt történik, akkor az anyag mechanikai szilárdsága alig fog csökkenni. További problémát jelent a különbözô fémek érintkezésénél vagy találkozásánál a levegôben jelen lévô páratartalom, esôvíz stb., amely oldott állapotban sókat tartalmaz, azaz elektrolitként viselkedik. Ez az elektrolit ha bekerül az érintkezô felületek közé vagy a lyukakon keresztül a felületi bevonat alatti határfelületi réteghez, akkor a fémek közötti potenciálkülönbség következtében villamos áramot hoz létre. Ez az áram az egyik fémet, éspedig azt, amelyik könnyebben oldódik tönkreteszi. Ez a fém az, amelybôl kationok (pozitív töltésû ionok) lépnek át az elektrolitba. Minél nagyobb mértékû a kationok kilépése a fémbôl, annál erôteljesebb a korróziós folyamat. A 2. táblázatban összefoglalt elektrokémiai feszültségsor figyelembevételével mondhatjuk, hogy a legnegatívabb potenciálú fémek, pl. a magnézium, az alumínium vagy a cink (horgany) oldódik a legkönnyebben. Az elektrokémiai sorban minél távolabb van egymástól két fém, annál nagyobb a közöttük fellépô potenciálkülönbség és annál hamarabb megy tönkre az ezekbôl képzett érintkezés vagy felületi bevonat. Mindig a negatívabb fém korrodál. A 6. ábrán látható az elektrokémiai korrózió példaképpeni hatásvázlata. Az elsô esetben az oldatba jutó Zn a vas érintkezô illetve csatlakozó felületre rakódik le, bevonat formájában. A második esetben a negatívabb vas alapanyagú érintkezô illetve

16

elektrolit

elektrolit

Zn -

Zn -

Ni -

Ni +

Fe +

Fe +

Fe -

Fe -

csatlakozókapocs fog az oldatba menni és jobb esetben a felü- 6. ábra Az elektrokémiai letre lerakódni. Ez azzal a veszéllyel jár együtt, hogy a felületi korrózió hatásvázlata védôbevonat alatt az alapanyag elfogy, végül elvékonyodik az alkatrész és mechanikai igénybevehetôsége jelentôsen leromlik. A példa alapján érzékelhetô a korrózió ellen védô fémbevonat körültekintô kiválasztásának szükségessége.

8 . Összefoglalás A villamos csatlakozások átmeneti ellenállásainak, veszteségeinek és melegedéseinek elemzése során felsoroltuk azokat a fôbb szempontokat, amelyeket az áramvezetôk és áramköri elemek kiválasztásakor célszerû figyelembe venni. Összehasonlító jelleggel bemutattuk a mai villanyszerelési technológi két leggyakrabban használt áramvezetô anyagát, a rezet és az alumíniumot, röviden elemzve az alkalmazásuk elônyeit és hátrányait. Az összehasonlítás eredményeként megállapítható, hogy új létesítmények és felújítások tervezése illetve kivitelezése során a réz vagy rézötvözetek választása mûszaki, biztonságtechnikai és megbízhatósági szempontból egyaránt javasolható szemben az alumíniummal, amelynek néhány elônye (kisebb sûrûség, kültéri szabadvezetéki alkalmazás, kisebb fajlagos ár) nem vitatható. Az Európai Unióhoz való csatlakozási szándék, a fejlettebb nyugat-európai piac követelményei – összhangban a nemzetközi szabvány ajánlásokkal – szintén a réz áramvezetôk és ötvözetek széleskörû alkalmazását követelik meg, ha a nemzetközi tendereken sikeresen kívánunk pályázni.

17