Optimalizovaná proudová zatížitelnost: Most do elektrické budoucnosti

Výrobní průmysl stojí před výzvou, jak přizpůsobit své systémy rostoucím požadavkům na výkon - bez nároků na větší prostor. Zde se dozvíte, jak ve společnosti HARTING zlepšujeme účinnost a výkon elektrických spojů prostřednictvím cílených optimalizací konstrukce a pokročilých, špičkových technologií.

All Electric Society potřebuje elektrickou energii, která je dodávána prostřednictvím energetického jádra jak mezi sektory, tak uvnitř nich. V mnoha případech bude přechod na elektrifikované systémy znamenat vyšší výkonnostní úroveň nebo bude nutné vytvořit nové systémy s vyšším výkonem.

Názorným příkladem z každodenního života je zvýšení výkonu palubních jednotek v automobilech. Toto opatření zjednodušuje implementaci tzv. "break by wire" a "steer by wire" aplikací. V prvním případě se jedná o elektrický brzdový systém, v němž jsou brzdné síly přenášeny elektronicky, nikoli mechanicky, tedy prostřednictvím brzdového vedení. Druhý se týká elektronického systému řízení, v němž spojení mezi volantem a koly rovněž není mechanické jako u tyčí řízení, ale je realizováno prostřednictvím elektrických signálů. Toto zvýšení výkonu také optimalizuje proces nabíjení elektromobilů. V tomto případě je třeba do vozidla přenést velké množství energie prostřednictvím konektoru v krátkém čase, aby elektromobil měl při "tankování" stejný výkon jako spalovací motor. Podobné příklady lze nalézt i v jiných odvětvích.

Navzdory vyšším energetickým nárokům zůstává dostupný prostor nezměněn. Efektivní instalace, údržba nebo provoz zároveň vyžadují použití konektoru, který proto musí být schopen nabídnout vyšší proudovou zatížitelnost při zachování stejné velikosti.

Zde vstupuje do hry proudová zatížitelnost. Udává maximální proud, který může konektor přenášet pro určitý průměr kabelu. Tato kapacita je výsledkem rovnováhy mezi teplem vznikajícím v důsledku elektrického odporu a teplem odváděným. Ten se rozptyluje jak vyzařováním, tak prostřednictvím kabelu. Přestože vyšší proudové zatížení lze snáze dosáhnout pomocí větších konektorů a kabelů, v mnoha aplikacích to není možné. V některých případech je řešením aktivní chlazení konektorů nebo použití alternativních plastových materiálů, které umožňují vyšší teploty.

Další možností je snížení elektrického odporu, které zabraňuje vzniku tepla. Tím se také zvyšuje energetická účinnost. V konečném důsledku existují tři klíčové výchozí body pro zlepšení proudové zatížitelnosti: připojení kabelu, kontaktní materiál a samotné kontaktní místo.

Existují různá řešení kabelového připojení. Takzvané "krimpování", tj. vytvoření mechanického spojení, které zajišťuje jak elektrický kontakt, tak mechanickou pevnost, je v energetice běžnou technikou.

Dobře provedené krimpování výrazně snižuje kontaktní odpor díky plastické deformaci kabelu a kontaktní plochy. Rozhodujícími faktory jsou správný krimpovací nástroj a správné parametry. Z hlediska kontaktního materiálu je také důležitá zvolená slitina, která může výrazně zvýšit vodivost. Jako základní materiál se obvykle používá slitina mědi.

Odpor v oblasti krytí je ovlivněn různými faktory. Počet a velikost kontaktních bodů lze optimalizovat podle konkrétní konstrukce: Čím větší je kontaktní plocha, tím menší je odpor. V této souvislosti hraje významnou roli také normálová síla - jinými slovy síla, kterou jsou k sobě přitlačovány lícující části. Vyšší normálová síla zvětšuje efektivní kontaktní plochu, což znamená, že na jeden kontaktní bod může téct více proudu, přičemž volba povrchu tento efekt podporuje. Větší normálová síla však znamená také větší zasouvací sílu, což může zvýšit opotřebení.

Nakonec je zřejmé, že optimalizovaný návrh mnoha parametrů zlepšuje celkovou proudovou zatížitelnost. Nejmodernější simulační nástroje nám umožňují optimalizovat současnou nosnost již ve fázi návrhu, což znamená, že lze podle toho zvolit a přizpůsobit různé konstrukce a materiály.