Pagina 23 van: Aandrijftechniek – nummer 3 – 2022
23
Uitdagingen bij ontwerp
van moderne sterkstroom-
stekkerverbindingen
TEKST / FOTO’S / Lapp,
bewerking Paul Quaedvlieg
>
E
lektriciteitsnetten worden gevoed door stroom,
afkomstig van conventionele elektriciteitscentrales
en in toenemende mate van hernieuwbare
energiebronnen, zoals fotovoltaïsche systemen
(zonnecellen) of windturbines. Ze hebben
een modulair ontwerp en werken met stroomgeleidende
verbindingen. Zo zorgen ze ervoor dat elektrische energie
24/7 beschikbaar is, thuis en in de industrie. De uitvalduur
van het stroomnet in Duitsland bedraagt tegenwoordig
ongeveer 20 minuten per jaar en geen enkel ander land
doet het beter op dit gebied. Het vereist een hoge mate van
betrouwbaarheid en veiligheid van het systeem en dus van de
componenten. Het gebruik van stekkerverbindingen is hier van
centraal belang. Zij zijn cruciaal, vooral voor demonteerbare
systeemonderdelen of ter compensatie van relatieve
bewegingen tussen bedieningsapparatuur, bijvoorbeeld
ten gevolge van thermische uitzetting tijdens de werking.
Dergelijke insteekverbindingen zijn zwaar belaste onderdelen
en moeten daarom aan talrijke minimumeisen voldoen. Het
gaat met name om een hoge stroombelastbaarheid door
een lage contactweerstand, een compact ontwerp door een
hoge vermogensdichtheid, hoge bedrijfstemperaturen door
temperatuurbestendige geleider- en bekledingsmaterialen, en
een stabiel tribologisch gedrag bij een groot aantal parings-
en schuifcycli. Al deze factoren zijn bepalend voor een lange
levensduur.
Structuur, werkingsprincipe en vereisten
Stekkerverbindingen bestaan uit twee hulpaansluitin-
gen waarmee de geleiders op de stekker en het stopcontact
worden aangesloten. Deze worden gemaakt met pers-, las- of
schroefverbindingen. De hoofdverbinding tussen stekker en
contactdoos kan tot stand worden gebracht met behulp van
contactelementen, vingercontacten of sleufcontactdozen. Het
ontwerp moet zodanig zijn dat er altijd een voldoende grote
contactkracht is om een zo laag mogelijke contactweerstand
en tegelijkertijd een geringe wrijvingsslijtage te bereiken.
Juiste keuze contactmaterialen
Het contact- en langetermijngedrag hangt hoofdzakelijk
af van de gebruikte contact- en veermaterialen. In het geval
van contactmaterialen zijn de belangrijkste factoren een hoog
elektrisch geleidingsvermogen, een goed warmtegeleidings-
vermogen, temperatuurstabiliteit, een hoge mechanische
sterkte, zo nodig veereigenschappen en een goede mechani-
sche bewerkbaarheid. Daarom worden hoofdzakelijk koperle-
geringen voor dit doel gebruikt. De doorslaggevende factoren
voor de bekledingsmaterialen zijn een geringe vorming van
onzuiverheidslagen op het oppervlak, een goede hechting
aan het geleider materiaal, temperatuurstabiliteit van de
microstructuur, een geringe neiging tot lassen en een hoge
slijtvastheid. Contactmaterialen op basis van goud en zilver
worden het meest gebruikt voor sterk belaste connectoren.
De verouderingstemperatuur van de geleider en het bekle-
dingsmateriaal speelt ook een belangrijke rol als de limiet
bedrijfstemperatuur voor continue en kortstondige stroom-
belasting. Het doel is het contact en het gedrag op lange
termijn te verbeteren door de juiste keuze van de coating.
Een coating van goud, laaggelegeerd met een tussenlaag van
nikkel, wordt aanbevolen voor een fysische grenstempera-
tuur van maximaal 180°C. Nieuwe zilver-palladium coatings
moeten zelfs tot 200°C kunnen weerstaan. Parallel daaraan
wordt onderzoek verricht om de coatings verder te ontwik-
kelen met het oog op hogere toepassingstemperaturen en
dus een stabiele materiaalstructuur en hogere slijtvastheid.
Zo kan bijvoorbeeld het gebruik van bepaalde smeermiddelen
PD Dr.-Ing. habil. Stephan Schlegel, waarnemend hoofd van de
leerstoel voor hoogspannings- en sterkstroomtechniek, TU Dresden
Het gebruik van
stekkerverbindingen is van
groot belang. Zij zijn cruciaal,
vooral voor demonteerbare
systeemonderdelen of ter
compensatie van relatieve
bewegingen tussen
bedieningsapparatuur,
bijvoorbeeld onder invloed van
temperatuur (bron: Shutterstock)
Stekkers en stroom
geleidende verbindingen
komen massaal
voor in moderne
energie-netwerken.
Betrouwbaarheid is een
essentiële factor
22-23-24-25_lappconnetors.indd 23 21-04-2022 15:20