Als Kernträger des Kraftübertragungssystems ist der Herstellungsprozess des Kupfersammelschiene wirkt sich direkt auf die Stabilität des Stromnetzes und die Lebensdauer der Geräte aus. In diesem Dokument werden acht Schlüsseltechnologien aus den Bereichen Materialwissenschaft, Verarbeitungstechnologie und Qualitätsprüfung in drei Dimensionen kombiniert, um die Herstellung von Kupfersammelschienen zu optimieren. In Kombination mit internationalen Standards und branchenweit neuesten Daten (wie GB/T 5585.1-2005 und IEC 60287) wird eine Logik für die Herstellung von Sammelschienen mit hoher Leitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit aufgezeigt. Durch Vergleichstabellen und Prozessparameteranalysen werden Herstellern von Stromanlagen praktische Hinweise gegeben.

Schritt 1. Materialauswahl

Die Kupferreinheit bestimmt die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit

Kupfersammelschienen müssen aus Elektrolytkupfer oder sauerstofffreiem Kupfer bestehen; die Reinheit muss ≥ 99,95% betragen; eine Kontrolle des Silbergehalts auf 0,002%–0,02% kann die Kriechfestigkeit verbessern. Experimente haben gezeigt, dass pro 0,1% Verringerung der Kupferreinheit die Leitfähigkeit um etwa 1,2% IACS (International Annealed Copper Standard) abnimmt, während der Verlust der Zugfestigkeit bis zu 5% beträgt.

Schritt 2. Schmelzvorgang

Holzkohle-Beschichtungsmethode für effiziente Desoxidation

Beim Schmelzen in einem IF-Ofen muss die Oberfläche der Kupferflüssigkeit mit einer 135 mm dicken Kohleschicht bedeckt werden, um den Sauerstoffgehalt auf unter ppm zu senken und eine lokale Widerstandserhöhung durch Kupferoxideinschlüsse zu vermeiden. Die Temperatur muss präzise auf 1145–1155 °C () geregelt werden, und die Kupferflüssigkeit wird durch die Tauchstruktur geleitet, um Blasenrückstände zu reduzieren.

Schritt 3. Formprozess

Kontinuierliche Extrusionstechnologie zur Verbesserung der Formationsrate

Nach der Kristallisation in der Stranggussanlage werden Kupferstäbe bei 490 °C kontinuierlich extrudiert. Dabei ersetzt Reibungswärme die externe Erwärmung und spart 30 TP3T Energie. Die Querschnittsschrumpfung des extrudierten Kupferblocks beträgt ≤ 3 TP3T, und die Materialausnutzungsrate erreicht 95 TP3T, was besser ist als 85 TP3T im herkömmlichen Schmiedeverfahren.

Schritt 4. Präzisionsbearbeitung

CNC-Bearbeitung gewährleistet eine Genauigkeit von ±0,5 mm

Bei Verwendung einer 3-in-1-Sammelschienen-Bearbeitungsmaschine (Stanzen + Biegen + Schneiden) beträgt der Fehler des Stanzmittelabstands ≤ 0,5 mm, der Biegeradius muss ≥ 2,5-mal die Breite der Sammelschiene betragen. Die Oberflächenrauheit muss ≤ Ra1,6 sein, und die verbesserte Korrosionsbeständigkeit muss durch Verzinken (10–20 μm) oder chemisches Polieren verbessert werden.

Schritt 5. Biegevorgang

Kaltbiegeverfahren zur Vermeidung von Gitterschäden

Kupfersammelschienen müssen durch Kaltbiegen geformt werden; die Heiztemperatur darf 250 °C nicht überschreiten (). Die vertikale Biegung und die flache Biegung der Krümmung müssen ≤ 2 mm/m bzw. 3 mm/m betragen. Nach dem Biegen muss geglüht werden, wobei die Eigenspannung um 60% reduziert wird ().

Schritt 6. Verbindungstechnologie

 Drehmomentschlüssel zur Gewährleistung der Kontaktsicherheit

Die Anzugskraft der Schrauben muss den Standards in Tabelle 9 entsprechen, für M12-Schrauben wird ein Drehmoment von 45–50 Nm empfohlen. Der Kontaktwiderstand kann nach einer Prägebehandlung auf der Kontaktoberfläche auf 0,15 μΩ-m² reduziert werden, was 40% weniger ist als auf der unbehandelten Oberfläche ().

Step 7. Insulation Treatment

Doppellagiger Schrumpfschlauch verbessert die Isolation

Es wird strahlungsvernetzter Polyolefin-Schrumpfschlauch (temperaturbeständig bis 125 °C) mit einer Dicke von ≥ 1,2 mm und einer Schrumpfrate von ≥ 50% verwendet. Vergleichstests zeigen, dass die Durchschlagspannung von doppellagigen Schrumpfschläuchen 35 kV/mm erreicht und damit 80% höher ist als bei einlagigen.

Step 8. Qualitätsprüfung

Vierdimensionales Prüfsystem zur Sicherstellung der Produktkonsistenz

• Elektrische Eigenschaften: Leitfähigkeit ≥ 100,3% IACS (), Isolationswiderstand ≥ 1000Ω/V ()
• Mechanische Eigenschaften: Härte ≥ 85HB, Biegezeiten ≥ 120-mal ()
• Maßprüfung: dreidimensionale Laserscanner-Genauigkeit ± 0,05 mm
• Metallografische Analyse: Korngrößenklasse ≥6 (ASTM E112)

Abschluss

Kupfersammelschiene Die Fertigung ist eine Kombination aus Materialwissenschaft und Präzisionsbearbeitung, die die Etablierung standardisierter Prozesse in den Bereichen Reinheitskontrolle, Formgebung und Verbindungstechnik erfordert. Durch die Einführung automatisierter Anlagen (und Echtzeit-Überwachungssysteme) kann die Produktqualifizierungsrate deutlich verbessert werden. Durch den Einsatz von Kupfer-Silber-Verbundwerkstoffen wird die Strombelastbarkeit von Kupfersammelschienen zukünftig voraussichtlich 6.000 A/cm² überschreiten und so die Modernisierung des Smart Grids fördern.