Почему нельзя использовать для соединения медных контактов метизы (болты, гайки, шайбы) из углеродистой стали
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!
В народе бытует мнение, что в соединениях проводников с высоким током можно использовать метизы из углеродистой стали. Забыв, что необходимо обеспечение стабильности сжимающего усилия в контактном соединении. А главное, чтобы линейное расширение стяжного болта или шпильки при нагреве от холодного состояния до рабочей температуры, соответствующей установившемуся режиму протекания рабочего тока, несущественно отличалось от увеличения размера толщины стягиваемого пакета в том же режиме.
В процессе электромонтажа токонесущие детали стягиваются в холодном состоянии некоторым усилием 
, соответствующим растягивающему напряжению 
и относительному удлинению 
стяжных болтов или шпилек.
При разогреве контактного соединения до установившегося теплового состояния в режиме рабочего тока контактный пакет достигает рабочей температуры 
, а стяжной
болт или шпилька — до температуры 
(в общем случае не равно ).
С учетом коэффициентов линейного расширения контактного пакета 
и стяжного болта 
имеет место различие линейного расширения стяжного болта и контактного пакета, вследствие чего стяжной болт будет иметь относительное удлинение 
и соответственно изменится напряжение в стяжных болтах и усилие стяжки.
Приведенный ниже элементарный расчет показывает существенное влияние различного термического расширения стяжных болтов или шпилек и стягиваемого пакета на усилие сжатия, определяющее переходное сопротивление контактного сопротивления.
Исходные данные для расчета приведены ниже:
1. Материал токонесущих деталей контактного пакета — медь и сплав на медной .основе (например, медные шины, башмак в виде медной доски, кабельные наконечники в виде литья из бронзы или латуни) с усредненным коэффициентом линейного расширения в области рабочих температур пакета 
1/град.
2. Материал стяжных болтов — малоуглеродистая сталь с коэффициентом линейного расширения в области рабочих температур болтов 
1/град.
3. Температура нагрева контактного пакета при протекании номинального тока 
.
4. Температура нагрева стяжных болтов при протекании номинального тока 
(болты из магнитной стали подвергаются значительному дополнительному нагреву за счет вихревых токов).
5. Напряжерастяжения стяжных болтов в холодном состоянии при 
.
Расчет
Относительное увеличение толщины контактного пакета после нагрева до 70°С.
Относительное удлинение стяжного болта после нагрева до 120°С :
Разность относительных расширений стяжного болта и контактного пакета в результате нагрева:
Учитывая, что при стяжке пакета напряжение растяжение в болтах достигло значения 
, определяем по формуле закона Гука упругую деформацию болта, возникшую в результате этого напряжения:
Сопоставление величин 
показывает, что в результате термического расширения стяжной болт получил удлинение на 29% больше упругой деформации, которую этот болт имел от предварительной затяжки в холодном состоянии. Это означает, что в данных конкретных условиях при разности рабочих температур стяжного болта и пакета 50°С контактное соединение с болтами из углеродистой стали полностью теряет усилие сжатия, а контакт оказывается неработоспособным.