In der Elektrizitätswirtschaft ist die Optimierung des Energieflusses ein Hauptanliegen bei der Erzeugung, Übertragung und Verteilung. Der Schlüssel dazu ist die Schaffung und Aufrechterhaltung von niederohmigen, leitfähigen Verbindungen durch versilberte Abscheidungenen.

Erfahrungen aus der Praxis und Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass dies insbesondere für Stromschienen und verschraubte Hochstromverbindungen gilt. Insbesondere sind versilberte Stromschienen unbeschichteten Stromschienen überlegen, da sie einen stabilen Übergangswiderstand und eine niedrige maximale Betriebstemperatur aufweisen, was die Lebensdauer der Stromverbindung erhöht. Noch wichtiger ist, dass stabile Kontaktwiderstandsverbindungen den Bedarf an häufigen Wartungsarbeiten verringern, die Gesamtausfallzeit der Geräte verkürzen und das Risiko katastrophaler Ausfälle erheblich reduzieren.

Die gute Industriepraxis empfiehlt, dass alle Buskontakte versilbert werden. Die meisten behördlichen, IEEE- und Versicherungsspezifikationen verlangen, dass alle verschraubten Busverbindungen gemäß den geltenden Spezifikationen beschichtet werden.

Eines der Schlüsselelemente für eine wirksame Stromschienen-Kontaktbeschichtung ist das Aufbringen einer gleichmäßigen Schicht mit ausreichender Dicke, um den Korrosionsschutz zu gewährleisten und einen “Nivellierungseffekt” zur Vergrößerung der Oberfläche der Stromschienenverbindung zu erzielen.

Die Bürstenbeschichtung mit reinem Silber ist eine einfache, kostengünstige Lösung für die Beschichtung von Bussystemen bei der routinemäßigen Wartung und kann auch bei der Aufrüstung von Bussen von Nutzen sein, wenn die Kapazität von Generatoren oder Systemen erhöht werden soll.

Die frühen Jahre

In älteren Kraftwerken wurden die Stromschienen aus Aluminium oder Kupfer installiert. Während die Leistung einer unbeschichteten Busverbindung vor Jahren ausreichend gewesen sein mag, zwingt die steigende Nachfrage nach Energie angesichts der begrenzten Kapazität und der Einsparungen auf dem Markt die Hersteller heute dazu, die Effizienz und Leistung des gesamten Systems zu verbessern.

Viele frühe Busverbindungen wurden seit ihrer ersten Installation im Jahr 1910 nicht mehr gelöst. Bei Busverbindungen gibt es mehrere Faktoren, die ihre Leistungsfähigkeit während der gesamten Lebensdauer einschränken, z. B:

  • Unregelmäßigkeiten in den Passflächen
  • Verunreinigung durch Partikel vor dem Einbau
  • Oxidation

Die Kombination dieser Faktoren führt zu einem Anstieg des Kontaktwiderstandes und der Temperatur, wodurch die Effizienz der Verbindung im Laufe der Zeit abnimmt und es zu katastrophalen Ausfällen kommen kann. Selbst im Neuzustand führen Unvollkommenheiten in der Kupferoberfläche der Stromschiene dazu, dass nur ein Bruchteil dieser Oberfläche in direkten Kontakt mit dem Anschluss kommt. Einigen Schätzungen zufolge kann dieser Anteil bis zu zehn Prozent betragen. Obwohl eine Erhöhung der Kontaktkraft die hohen Bereiche abflachen kann, sind die Auswirkungen minimal und können sogar zu einer unerwünschten Belastung des Befestigungssystems führen.

Die Bildung von nichtleitenden Oberflächenfilmen aufgrund von schädlichen atmosphärischen Verunreinigungen ist ebenfalls ein begrenzender Faktor für die Zuverlässigkeit von Verbindungen – selbst bei geschraubten Kontakten. Durch die Fritte wird der Kontaktwiderstand dünner Oberflächenfolien verringert, aber dickere, zähere Folien können immer noch ein Problem darstellen, das durch die steigende Temperatur an der Verbindungsstelle aufgrund des erhöhten Widerstands noch verstärkt wird. Als Fritting bezeichnet man den dielektrischen Durchbruch eines Kontaktfilms. Ein Potenzialgradient von 100 V/μm könnte ausreichen, um diesen dielektrischen Durchbruch zu verursachen.

Die Oxidation des Busmaterials ist ein allgegenwärtiges Phänomen, es sei denn, es werden Maßnahmen ergriffen, um sie durch eine Sperrschicht zu verhindern. Die Bildung von Oxidationsschichten auf dem Busmaterial innerhalb von Verbindungen führt zu einem erhöhten Widerstand und damit zu erhöhten Spannungsabfällen und erhöhten lokalen Temperaturen. Es wurde berichtet, dass der Verbindungswiderstand bei unbeschichteten Bussen aufgrund von Oxidationsbildung um mehr als 20 % ansteigen kann. Studien haben gezeigt, dass die Versilberung von Busverbindungen die Oxidation des Busmaterials im Betrieb deutlich reduziert.

Die kombinierten Auswirkungen von unregelmäßigen Oberflächen, Verunreinigungen und der Bildung von nichtleitenden Oberflächenfilmen sowie Oxidation können Hot Spots” erzeugen, die die Zuverlässigkeit und Leistung der Verbindung weiter verschlechtern.

Ein besseres Gelenk

Tests und Praxiserfahrungen haben gezeigt, dass ein einfacher Schritt unternommen werden kann, um die Auswirkungen unregelmäßiger Verbindungsoberflächen und die Bildung von Oxiden und anderen Oberflächenschichten auf die Verbindungsleistung zu minimieren. Dieser Schritt besteht in der Beschichtung des Verbindungsbereichs mit einem weichen, leitfähigen und korrosionsbeständigen Material. Die Aufbringung einer 0,0002″ bis 0,0005″ dicken Schicht aus Silber, Nickel oder Zinn kann die Lebensdauer der Verbindung um bis zu 30 % verbessern und den Wartungsaufwand erheblich reduzieren.

Die Beschichtung mit einem weichen Material wie Silber oder Zinn bildet eine effektive Druckdichtung auf den zu verbindenden Flächen. Durch die Kraft, die beim Verschrauben der Oberflächen aufgebracht wird, wird das leitende Material in die niedrigen Bereiche gepresst, wodurch die Kontaktfläche vergrößert und der Gesamtwiderstand der Verbindung verringert wird.

Tests haben gezeigt, dass diese Materialien die Bildung von Kupferoxid- und anderen Oberflächenschichten stark verlangsamen, wodurch die Leitfähigkeit maximiert und die Wärmeentwicklung minimiert wird. Eine versilberte Verbindung ermöglicht den Betrieb bei höheren Temperaturen, ohne dass die Verbindung während ihrer gesamten Lebensdauer Schaden nimmt. Das Endergebnis ist im Laufe der Zeit eine deutlich höhere Leistung, Effizienz, Wirtschaftlichkeit und ein geringerer Wartungsaufwand.

Da Silber weich ist, lässt es sich präziser an die Konturen und Ritzen des Originalstücks anpassen, wodurch sich die tatsächlichen Kontaktflächen vergrößern. Silber sorgt für eine gute elektrische Verbindung und verhindert die Bildung von Kupferoxid an den Kontaktflächen. Eine Nickelbeschichtung hat einige Kostenvorteile gezeigt, aber Silber weist eine bessere Betriebsleistung und Effizienz auf, da es einen geringeren Widerstand aufweist und im Betrieb niedrigere Temperaturen hält.

Die Beschichtung der Verbindung mit einem cyanidischen Silberbad löst das Problem der ausreichenden Schichtdicke, ist aber kostspielig und zeitaufwendig. Im Falle von Stromschienen müssen diese vollständig aus dem System entfernt und zur Beschichtung an einen anderen Ort geschickt werden. Daher kann die für diese Methode erforderliche längere Ausfallzeit unattraktiv sein.

Die Galvanisierung, wie sie mit dem SIFCO Process® durchgeführt wird, kann vor Ort mit minimaler Demontage während eines geplanten Stillstands durchgeführt werden, ohne dass die Anlage von ihrem Standort entfernt werden muss. Um die Sicherheit für die Bediener und die Menschen in der Umgebung zu gewährleisten, verwendet SIFCO ASC cyanidfreies Silber in seinem Beschichtungsprozess. Bei diesem portabeln Beschichtungsverfahren wird das nicht-cyanidische Silber mit einer Geschwindigkeit von 0,020 Zoll pro Stunde aufgetragen, wodurch eine glatte, gleichmäßige Oberfläche entsteht. Zwei zusammenhängende Flächen einer 4″ x 4″ großen Kupferbusverbindung können sehr einfach maskiert und in weniger als 15 Minuten mit 0,0003″ Silber beschichtet werden.

Die für die jeweilige Anwendung und/oder das jeweilige Teil gewünschte Dicke wird vor der Beschichtung berechnet. SIFCO ASC verwendet digitale Amperestundenzähler zur genauen Kontrolle der Schichtdicke, um glatte Oberflächen und gleichmäßige Beschichtungen zu gewährleisten.

Eine glatte Oberfläche und eine gleichmäßige Abscheidungen in ausreichender Dicke erhöhen die Zuverlässigkeit und Leistung der elektrischen Verbindung erheblich.

Modernisierung des Buskanalsystems am Fontana-Damm der TVA

Im Rahmen des umfassenden Modernisierungsprogramms der TVA für Wasserkraftwerke werden in einigen Fällen die Stromschienensysteme durch neue Systeme ersetzt, die für die neuen, höheren Blockleistungen ausreichend ausgelegt sind. Dies ist der Fall, wenn die Leistung einer Erzeugungseinheit über die Möglichkeiten des zugehörigen Buskanalsystems hinaus erhöht wird oder wenn die physische Anordnung der Anlage geändert werden muss, um andere neue Geräte unterzubringen. Die TVA hat jedoch erfolgreich demonstriert, dass viele ältere Bussysteme auf höhere Stromstärken umgestuft werden können, indem die Strombelastbarkeit der Busse durch Bürstenbeschichtung vor Ort erhöht wird. Der Erfolg hängt in hohem Maße von den modifizierten Schraubverbindungen ab, denn sie müssen stabil und zuverlässig sein und mit einem geringeren Übergangswiderstand in einem größeren Betriebsbereich arbeiten. All dies kann zu weitaus geringeren Kosten erreicht werden als der Austausch von Bussen.

Die TVA hat erhebliche Einsparungen erzielt, indem sie sich dafür entschieden hat, die bestehenden blanken Verbindungen zu plattieren, anstatt ein neues Bussystem zu installieren. Die Schraubverbindungen wurden während der geplanten Stillstände an Ort und Stelle versilbert.
Die einzelnen Schritte der Operation:

  • Reinigen Sie die Kontaktflächen mechanisch, um starke Oxide zu entfernen.
  • Reinigen Sie den Kontakt und die angrenzende Oberfläche mit einem Lösungsmittel, um alle Spuren von Öl oder anderen Rückständen zu entfernen.
  • Maske, um den zu beschichtenden Bereich zu definieren.
  • Elektrochemische Vorbereitung
  • Das Teil beschriften
  • Entfernen Sie die Maskierung

Schlussfolgerung

Die Leistung von Kontaktverbindungen hängt von der Aufrechterhaltung eines geringen Widerstands ab. Die Leitfähigkeit der Verbindung verschlechtert sich im Laufe der Zeit aufgrund der harten Beanspruchung sowie natürlicher Kräfte wie Oxidation und Feuchtigkeit.

Tests haben gezeigt, dass die Beschichtung von Busverbindungen mit einer 0,0003″ – 0,0005″ dicken Silberschicht ihre Lebensdauer erheblich verbessert. Die selektive Beschichtung mit cyanidfreiem Silber vor Ort kann die wirtschaftlichste Lösung sein, da sie die Demontage der Komponenten und den Transport zu einer externen Beschichtungsanlage überflüssig macht und gleichzeitig eine gleichmäßig dicke Beschichtung von höchster Qualität liefert, die sich im Laufe der Zeit bewähren wird.

Wenn Sie weitere Informationen zu Ihren versilberten Busanschlüssen wünschen, wenden Sie sich an uns unter 800-765-4131 oder info@sifcoasc.com.