Материалы высокой проводимости и их применение в контактной сети электрифицированных железных дорог

Материалы этой группы используются для изготовления токоведущих частей всех электроустановок. К наиболее широко применяемым на практике материалам с высокой проводимостью относятся металлы: медь, алюминий и железо. Рассмотрим кратко свойство основных материалов этой группы.

Медь – металл красноватого цвета с высокой температурой плавления (Т_ПЛ=3083⁰С). По электропроводности медь уступает только серебру. У меди , а у серебра . Медь имеет достаточно высокую механическую прочность. Химически она малоактивна и окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значительно медленнее, чем железо. Интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах. Медь хорошо обрабатывается: она прокатывается в листы, ленты и фольгу (до 0,005мм), а также протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра и легко паяется.

Содержание меди в земной коре составляет 3·30^-3%. Поэтому медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом. Один из самых давно известных способов получения меди – это переработка сульфидных руд. После обогащения руды флотационным методом и получения медного концентрата, он плавится, после чего медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс рафинирования, т.е. электролитической очистки. Полученную после электролиза рафинированную медь переплавляют в слитки массой 80—90 кг, которые прокатывают и протягивают в изделия требующегося поперечного сечения. При изготовлении проволоки слитки сначала подвергают горячей прокатке в так называемую катанку диаметром 6- 8 мм. Полученную катанку протравливают слабым раствором серной кислоты, удаляя с ее поверхности окись меди СuО, образовавшуюся при нагреве, после чего протягивают без подогрева в проволоку нужных диаметров - до 0,03 – 0,03 мм.

В настоящее время контактный провод изготавливают их катанки, полученной непрерывным литьем с последующей горячей прокаткой меди. Сущность непрерывного литья металлов (меди, алюминия и стали) заключается в том, что жидкий металл льют в открытую водоохлаждаемую изложницу (кристаллизатор) с подвижным дном – затравкой. Металл непрерывно перемешается относительно зон заливки и кристаллизации. Непрерывное литье позволяет получить отливки сколь угодно большой длины при постоянстве состава, строения и свойств металла по всей длине. Полученные в результате непрерывного литья заготовки затем прокатываются в специальных ручьевых валках прокатного стана, где с помощью давления катанке придается нужная форма.

Диаметр медной катанки лежит в пределах 6-22мм. Относительное удлинение катанки перед разрывом составляет не менее 30% при диаметре до 30мм и 35% при диаметре свыше 30мм. Удельное сопротивление постоянному току отожженной проволоки, протянутой из катанки должно составлять не более 0,03724 мкОм∙м.. Удельное сопротивление постоянному току контактного провода, изготовленного из катанки должно составлять не более 0,0377 мкОм∙м.

В нашей стране в качестве проводникового материала используется медь марок М3 и М0, которые отличаются степенью чистоты меди.. Медь марки М3 содержит 99,9% Сu, Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Поэтому содержание его строго регламентировано. Например, для марки М3 содержание кислорода должно быть не более 0,08% в общем количестве примесей (0,3 %). Медь марки М0 содержит не более 0,05% примесей и обладает лучшими механическими свойствами по сравнению с медью марки М3. В частности, она хорошо обрабатывается давлением. В ней содержится не свыше 0,02% кислорода. Из меди марки М0 может быть изготовлена тонкая проволока.

При холодной протяжке получают твердую (твердотянутую) медь марки МТ, которая благодаря влиянию наклепа имеет высокий предел прочности при растяжении и малое относительное удлинение перед разрывом, а также обладает твердостью и упругостью при изгибе. Твердую медь марки МТ употребляют там, где надо обеспечить особо высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию: для контактных проводов электрифицированного транспорта, для шин распределительных устройств, для коллекторных пластин электрических машин.

Из меди, протянутой в холодном состоянии изготовляют контактные провода марки МФ (медный, фасонный) для электрифицированных железных дорог. Фасонными их называют из-за двух продольных пазов, необходимых для закрепления различных зажимов (рис.3.10,а). Контактный провод марки МФ-300 имеет площадь поперечного сечения 300мм², а провод МФ-85 имеет площадь 85мм².

Таблица 3.5