Langzeitverhalten von optimierten Verbindungssystemen mit Leitern aus Al und Al-Legierungen bei Temperaturen über 90 °C

Abstract:
Die stark gestiegenen Preise für Kupfer auf dem Weltmarkt führen dazu, dass viele Hersteller und Betreiber von Elektroenergieanlagen Kupfer als Leitermaterial durch Aluminium substituieren. Dabei muss insbesondere beim Betreiben der elektroenergietechnischen Anlagen über mehrere Jahrzehnte das Langzeitverhalten der elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern, wie zum Beispiel bei Schraubenverbindungen mit Stromschienen, berücksichtigt werden. Innerhalb der geplanten Lebensdauer dieser Verbindungen können temperatur- und zeitabhängig Alterungsmechanismen zum Erhöhen des Verbindungswiderstands führen. Damit erhöhen sich die erzeugte Verlustleistung an der Verbindungsstelle und die Verbindungstemperatur. Dies kann bis zum Ausfall der Verbindung führen. Die Alterung von Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Aluminium wird insbesondere durch chemische Reaktionen und den Kraftabbau dominiert. Beim Kraftabbau haben vor allem die Verbindungstemperatur und das eingesetzte Verbindungssystem einen entscheidenden Einfluss auf den Kraftverlauf. Die maximale Grenztemperatur die derzeit laut Norm beim Betrieb verbindungsnaher Bauteile zugelassen wird, beträgt 140 °C (IEC 61439-1:2011) für Kupfersammelschienen in Niederspannungsschaltgerätekombinationen. In dieser Veröffentlichung werden erste Ergebnisse vorgestellt, die in Langzeitversuchen zur Alterung von Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Aluminium erreicht wurden. Dabei wurde aufbauend auf den Erkenntnissen zum Kraftabbau bei Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Kupfer ein optimiertes Verbindungssystem eingesetzt. Die Untersuchungen wurden im Temperaturbereich zwischen 80 °C und 160 °C durchgeführt.