Slik sikres trygge elektriske koblinger

Optimal klemkraft og tiltrekningsmoment er avgjørende for tilkoblinger. Selv om økt klemkraft reduserer overgangsmotstanden, kan for høyt trykk føre til deformasjon av bolter, skiver eller kontaktflater.

Ved kortslutning kan skinner og kabelsko varmes opp raskere enn boltene, noe som øker strekket i boltene og risikoen for skade. Det er derfor viktig å balansere klemkraft og moment for å sikre stabile og varige tilkoblinger.

Det er også viktig å velge bolter med riktig diameter som passer til hullene i kabelsko og skinne. Hvis bolten har for liten diameter, risikerer man at den ikke sentreres riktig i hullene, noe som kan føre til ujevn klemkraft på begge sider av tilkoblingen.

Bruk av riktige bolter

Bolter skal holde to deler sammen over lang tid uten å miste grepet, og derfor er riktig valg av materiale og tiltrekningsmoment avgjørende. Tiltrekningsmomentet påvirkes av boltens gjengestigning.

Bolter finnes i ulike fasthetsklasser som bestemmer deres mekaniske egenskaper. For eksempel har en bolt med fasthetsklasse 8.8 en nominell strekkfasthet på 800 N/mm² og en flytegrense på 640 N/mm².

Bolter laget av korrosjonsbestandige materialer, som syrefast stål (A2 eller A4), har strekkfasthet på 500, 700 eller 800 N/mm² og er merket henholdsvis 50, 70 eller 80. Økt fasthetsklasse gir høyere strekkfasthet, men også økt hardhet, noe som gjør bolten sprøere og mindre egnet til strekk ved forspenning.

Det er derfor viktig å velge riktig fasthetsklasse basert på hva bolten skal brukes til, for å oppnå ønsket klemkraft og samtidig unngå deformasjon.

I elektriske tilkoblinger bør bolter ha minst fasthetsklasse 8.8 eller 80 (for syrefaste bolter)

Korrosjonsbeskyttelse

Korrosjon svekker materialer over tid, men det finnes flere effektive metoder for å beskytte bolter. To vanlige metoder er varmgalvanisering og elektrolytisk galvanisering.

Varmforsinking innebærer at stål eller jern dyppes i flytende sink ved høy temperatur, som gir et tykt, slitesterkt belegg med god korrosjonsbeskyttelse. Boltene får en sølvgrå, matt overflate.

Elektrolytisk galvanisering bruker elektrisk strøm for å påføre et tynnere, mer presist belegg. Dette gir bolter en glatt, lysende sølvgrå overflate, men med svakere korrosjonsbeskyttelse enn varmforsinking.

Materialvalg

Rustfritt stål: Legeringer med krom er svært motstandsdyktige mot korrosjon. Rustfrie bolter har en glatt, sølvgrå overflate. A4-bolter er normalt ikke magnetiske, mens A2-bolter kan være svakt magnetiske.

Kobberlegeringer: Kobber, bronse og messing er også korrosjonsbestandige. Kobberbolter er rødoransje med en ru overflate, bronsebolter er rødbrune, og messingbolter har en lys gylden, polert overflate. Disse legeringene er ikke magnetiske.

Kapasitetsutnyttelse

Hvor mye av en bolts kapasitet som kan utnyttes, avhenger av flere faktorer, men spenningen i bolten må aldri overstige boltens flytegrense.

Maksimal teoretisk klemkraft for en bolt beregnes ved å multiplisere boltens spenningsareal med flytegrensen. I praksis kan en bolt aldri strammes til sin maksimale teoretiske kapasitet, fordi kombinasjonen av vridnings- og strekkspenninger, samt behovet for sikkerhetsmarginer, gjør dette urealistisk.

Oppvarming og fleksibilitet

Når metall blir varmet opp, utvider det seg, og forskjellige metaller utvider seg i ulik grad. I elektriske forbindelser kan varmetap føre til temperaturendringer, spesielt ved varierende belastninger og feilstrømmer.

Ved kortslutninger kan materialene i ledningsbanen varmes opp mye raskere enn boltene som holder tilkoblingen sammen. Dette kan øke klemkraften i tilkoblingen.

For å håndtere denne utvidelsen må bolten ha tilstrekkelig restkapasitet for å unngå deformasjon, eller man må bruke fjærskiver som kan ta opp utvidelsen.

Spennskiver

Spennskiver, også kjent som fjærskiver eller tallerkenskiver, kan brukes enkeltvis eller stables. Stabling i serie øker fleksibiliteten, mens parallell stabling øker kraften. Det er også mulig å kombinere begge metodene for å oppnå ønsket effekt.

Spennskiver produseres i henhold til EN16983 og er nødvendige for å sikre tilstrekkelig fleksibilitet i elektriske forbindelser, spesielt der feilstrømmer kan forekomme.

Dette er fordi materialene som klemmes sammen, ofte utvider seg mer ved oppvarming enn boltene som holder dem. Det finnes også en egen standard, EN16984, for beregning av spennskiver.

Normalt skrur man skiven til den gir riktig klemkraft, samtidig som den beholder nok fleksibilitet til å håndtere bevegelsen fra oppvarming ved feilstrømmer. I henhold til standarden oppgis skivenes klemkraft ved ulike grader av sammenpressing, og kraften er vanligvis størst når skiven er presset sammen omtrent halvveis.

Friksjon og smøring

Når man bruker en momentnøkkel, fordeles tiltrekningsmomentet mellom å skape strekk i bolten og overvinne friksjon. Omtrent 90 prosent av momentet går tapt i gjengene og anleggsflaten, mens bare 10 prosent går til å skape den nødvendige klemkraften.

Høy friksjon øker torsjonsspenningene i bolten, noe som kan føre til problemer ved stramming. Bruk av smøremidler reduserer friksjonen, noe som gir høyere strekkraft og en jevnere fordeling av klemkraften.

Dette krever at tiltrekningsmomentet justeres for å sikre at bolten strammes riktig, uten å bli skadet. Det er viktig å påse at smøremiddelet ikke påvirker bolteforbindelsen negativt, særlig når det gjelder korrosjonsbeskyttelse.

Trykkfordeling

I RENblad 8155 kapittel 3.10″Trykkfordelingsskive/flatskive” beskrives det at en trykkfordelingsskive fordeler trykket jevnt i skruforbindelser og beskytter underlaget mot spennskiven. Den må ha større diameter enn spennskiven og være tykk nok for å tåle belastningen. Se figur.

I kapittel 13 “Tilkobling skinner mot skinner” vises tegninger med fire bolter i sammenføyningen mellom skinnene. I noen tilfeller, som ved jordskinner i nettstasjoner, er skinnene imidlertid så smale at det ikke er praktisk å bruke fire bolter.

Kapittelet vil derfor bli oppdatert med eksempler på sammenføyning med én bolt. Da er det viktig å følge prinsippene i kapittel 3.10 og sørge for at man bruker trykkfordelingsskiver (og spennskiver) som er store nok til å fordele klemkraften jevnt over hele kontaktflaten mellom skinnene.

Bildene i denne artikkelen viser eksempler der dette ikke har blitt fulgt.

Selv om REN har opparbeidet oss en del kunnskap om disse temaene, er det fortsatt mye som gjenstår. For å sikre kvaliteten i det videre arbeidet, etableres det nå en arbeidsgruppe som skal bidra til å oppdatere RENs anbefalinger for tilkoblinger. REN planlegger å sende RENblad 8155 på høring i løpet av høsten, men det vil komme flere oppdateringer, og eventuelt nye RENblader, etter hvert som kunnskapen øker.

Øyvind Slethei er prosjektleder i REN med fagansvar vedlikehold. Han leder komiteen NK 123 – Standardisering av nettforvaltningen i elkraftsystemet. Slethei er utdannet elkraftingeniør fra Høgskolen i Telemark, og har arbeidet i VOKKS (nå Etna Nett) siden 1998, de siste fem årene som avdelingsleder Forvaltning Drift og Vedlikehold, før han begynte i REN i 2019.