Как я могу обеспечить низкоомные заземляющие контакты с алюминиевым корпусом?

Я строю проект электроники с алюминиевым корпусом. Мне нужно заземлить его — и очень хорошо — для безопасности человека. (Система работает с током 300 А, и я хочу быть уверенным, что если в устройстве произойдет внутренняя неисправность, в результате которой панель корпуса окажется под напряжением, сработает предохранитель, а не прикосновение к панели станет смертельным.)

Конечно, алюминий образует слой оксида алюминия толщиной 4 нм в течение 100 пикосекунд контакта с воздухом , а оксид алюминия является электрическим изолятором с удельным сопротивлением 1x10^14 Ом·см .

Сведение их вместе означает, что сопротивление 31,5 МОм между куском алюминия и 0,5-дюймовым проводящим диском (например, металлической шайбой) в идеальном контакте с ним, если слой оксида алюминия не поврежден.

Я знаю, что (например) механическое затягивание деталей, особенно с использованием стопорной шайбы с зубьями, может легко проникнуть через слой оксида алюминия, но я ищу отраслевые спецификации или рекомендации по выбору шайб и затяжке разъемов, чтобы гарантировать, что это произойдет. Эти заземляющие соединители также могут быть удалены и заменены при обслуживании оборудования, и я хочу предоставить спецификации для их повторной установки, чтобы убедиться, что это сделано правильно, чтобы обеспечить прокалывание слоя оксида алюминия и сохранение проводимости.

В качестве примера я хотел бы иметь возможность написать в руководстве по ремонту — с расчетами, основанными на источниках, которые я могу привести — что-то вроде «замените стопорную шайбу новой, номер детали XXXXX, затем затяните болт до YYYY Ньютон-метры крутящего момента, который обеспечит электрическое сопротивление корпуса менее 2,5 мОм. Проверьте это, выполнив четырехточечное измерение сопротивления между контрольными точками 17 и 29, которое должно быть 5,0 мОм или менее».

Я также был бы заинтересован в таких вещах, как токопроводящие смазки, которые я мог бы нанести на саморезы, которые могли бы особенно хорошо работать на алюминии, чтобы предотвратить образование оксидного слоя, и затем их можно было бы оставить на месте.

Может ли кто-нибудь предложить несколько ссылок на ресурсы, которые я мог бы использовать для изучения передового опыта работы с алюминием в качестве проводника, и которые я мог бы использовать для разработки набора рекомендаций по ремонту и переделке электрических проводников, контактирующих с алюминием?

Не можете ответить с властью, в которой вы нуждаетесь и желаете. Но идея со шпилькой звучит многообещающе. Если на шпильке также есть что-то вроде плеча, она может служить точкой контакта для всего, что вы закрепляете. Таким образом, у вас есть проводник, находящийся в непосредственном контакте с неалюминиевым стержнем, и стержень, контактирующий с алюминиевым шасси.
Не могли бы вы приварить стальные бобышки к корпусу?
При покраске алюминия существует техника, при которой вы наносите грунтовку на основе эпоксидной смолы, а затем шлифуете ее во влажном состоянии. Это влажное шлифование разрушает оксидный слой, но поскольку эпоксидная смола присутствует, она не может восстановиться. Не знаю, бабушкина это сказка или нет. Но если нанести на саморез какую-нибудь токопроводящую смазку или просто простой клей, вроде бы будет хороший контакт, и оксидный слой никогда не будет проблемой.
@ IgnacioVazquez-Abrams - Корпус состоит из шести отдельных частей, которые необходимо заземлить, и, к сожалению, в настоящее время в нашем производственном процессе нет этапов сварки, поэтому это может быть непомерно дорого. Но, помимо вопроса стоимости, это, безусловно, вариант для рассмотрения.
Не нужно много усилий, чтобы разрушить оксидный слой (потому что он такой тонкий), чтобы убедиться в этом, положите монету на металл и слегка нажмите мультиметровым щупом, измерьте сопротивление алюминия другим щупом, вы не нужно сильно нажимать, чтобы получить хороший контакт, я видел много блоков питания в алюминиевом корпусе, где это просто тугой виброустойчивый винт к шасси, кажется, работает довольно хорошо.
@mkeith - Идея с плечом хорошая, и мы обязательно сделаем что-то подобное, если выберем шпильки. Что касается эпоксидной смолы/влажного шлифования, если на рынке есть токопроводящая смазка, в которой указана такая процедура в вариантах ее использования, я был бы во всем готов! Или, точнее, это было бы на моих шпильках. :-)
Нашел это, чего бы это ни стоило: henkel-adhesives.com/…
@ Том - я не согласен. Если бы я мог найти авторитетный источник, который утверждает именно это, я бы счел это решенным и пошел дальше. Возможно, NEC упоминает что-то об этом. Я изо всех сил старался не полагаться на какие-либо оригинальные исследования по вопросам проектирования безопасности, поскольку существует так много факторов, которые легко упустить из виду.
то, что вам нужно спросить себя, это не «есть ли стандарт для этого», а «как это делается в других совместимых системах?» потому что, если продукт прошел проверку на соответствие, значит, их метод был одобрен, прочитав больше нескольких руководств по ремонту, я могу сказать, что я еще не видел раздела с подробными цитируемыми расчетами крутящего момента заземляющего болта. Вероятно, потому что все, что сильнее, чем затяжка от руки, даст вам отличный контакт, и если вы не строите тестовое приспособление для импульсных испытаний промышленных выключателей (импульс 80 кА), не так много упускать из виду, затяните болт, проверьте непрерывность
@Tom Это система, которая выдерживает 300 ампер тока. Я хочу быть уверен, что все внешние панели корпуса правильно заземлены, чтобы в случае короткого замыкания одной из них из-за внутренней неисправности сгорел предохранитель, а не панель оказалась под напряжением и стала потенциально смертельной при прикосновении.
Я не думаю, что вы найдете много литературы по этому поводу, так как я не вижу много потенциальных проблем, даже если он был анодирован (что утолщает оксидный слой), его нетрудно сломать, 4 нм составляет всего около 30 атомов. (Al атомарного радия 143 мкм), вы сможете пройти через это ногтем, оксид не будет оказывать большого сопротивления, пока он не станет толщиной в несколько микрон. Во многом так же, как вы не видите указаний о том, при какой температуре паять силовые кабели для максимальной проводимости, вам не о чем беспокоиться, выясните, что такое уровень жесткого крутящего момента, и используйте его, если хотите.
Что ж, теперь я знаю, что ваша система должна выдерживать 300А, это немного отличается, но ненамного, большая площадь контакта, 5-15 Нм должна справиться, большинство поверхностей будут атомарно шероховатыми, и это разрушит оксидный слой, когда натягиваешь болты. Если вы все еще обеспокоены, добавьте еще несколько болтов (избыточность - это название игры), протестируйте их и / или поговорите с вашим соответствующим электрическим регулятором, ce, rcm, ul и т. д., они могут дать вам хороший совет. видя, как они те, кто решает, что безопасно
@Tom - Проверка с помощью UL и CE - действительно очень хорошая идея. Не уверен, сколько это может стоить, но я рассмотрю это как способ найти ответ на этот вопрос. (Я также отредактировал свой вопрос, упомянув текущий вопрос, на случай, если это повлияет на будущие ответы.)
Они могут дать бесплатный совет. Имейте в виду, что даже при 100 мОм на 300 А будет падать примерно 30 В, что не смертельно, но все же немного высоко для условий неисправности. самое главное, может ли ваше соединение выдержать полный ток короткого замыкания, который может легко превысить рабочий ток (автоматические выключатели 3 кА тестируются при коротком замыкании 80 кА), если у вас есть что-то вроде стержня размером 1 дюйм на 1/4 дюйма ( мой аппарат для точечной сварки 3000A имеет 4 болта 1/2 дюйма на стержне 1 дюйм), прочно закрепленный несколькими болтами 3/8 дюйма или больше, вам будет трудно получить какое-либо опасное напряжение на шасси.
@ Том, я согласен со всем этим. В основном я просто надеюсь найти где-нибудь официальные рекомендации. Думая о таких вещах, как в будущем, а также после многих лет теплового расширения и сжатия болтов с другой скоростью, чем алюминий, и о возможности открытия зазора в несколько нанометров, позволяющего образовать оксидный слой между этими болтами. бар и ограждение. (Я знаю, что тепловое расширение/сжатие и использование разнородных металлов были причиной многих пожаров в домах во времена алюминиевой проводки.)
Все, что я могу сказать: используйте много хорошо затянутых болтов и несколько точек контакта, чем больше, тем лучше.
Это обычное требование к бортовому оборудованию. Я бы посоветовал посмотреть на MIL-HBK-419A.
@PeterSmith - это фантастическая ссылка. В нем упоминается крутящий момент (не менее 40 дюймов-фунтов — 4,5 ньютон-метра — только для первоначального прорыва слоя окисления), а также подробные схемы того, как именно должно быть установлено такое соединение (сверху вниз: алюминиевый болт, стальная шайба, стальная стопорная шайба, клеммный соединитель, алюминиевая шайба, алюминиевая конструкция, алюминиевая шайба, стальная контргайка), а также упоминания о таких проблемах, как гальваническая коррозия и типы герметиков и так далее. Мне потребуется некоторое время, чтобы просмотреть все это, но я возлагаю очень большие надежды!

Ответы (3)

Я собираюсь немного уточнить, чтобы это стало ответом.

Типичное авиационное оборудование имеет типичные требования к соединению от 2,5 до 5 м Ом вокруг шасси. Существуют различные классы соединения и заземления с собственным набором требований в зависимости от угрозы и области применения.

Существует отличный обзор НАСА о методах, используемых на протяжении многих лет, и их обосновании.

Как уже отмечалось, том 1 и том 2 MIL-HDBK-419A содержат обширную помощь по применению.

Что касается окисления, обычно используется химическое конверсионное покрытие для предотвращения окисления алюминия как в самолетах, так и на борту кораблей; Преимущество этого заключается в уменьшении общих артефактов коррозии, поскольку сопрягаемая поверхность может быть из того же металла, что и новое покрытие.

Обратите внимание, что гальваническая коррозия (также известная как коррозия разнородных металлов) может быть серьезной проблемой в самолетах, и мы стремимся свести к минимуму (или устранить) ее, поскольку она увеличивает расходы для оператора системы, поскольку гальваническая коррозия в конечном итоге потребует ремонта.

Не всегда очевидно, что большая помощь может быть доступна для такого рода проблем, если только вы не оказались (или работали) в одной из отраслей, которые в ней нуждаются.

Существуют специализированные шайбы, предназначенные для получения газонепроницаемых соединений через слои анодирования. http://www.we-llc.com/docs/librariesprovider3/default-document-library/code-compliable-weeb-info-for-spectors.pdf?sfvrsn=0

У меня возникло бы искушение анодировать корпус, так как я не уверен, что слой оксида алюминия эквивалентен анодированию. Я уверен, что производители стиральных машин WEEB могли бы рассказать вам.

Вы также можете попробовать сварку емкостным разрядом или сварку короткой дугой, которая в настоящее время используется для стальных электрических коробок, а также для алюминия. Это очень быстрая и надежная система. Вообще, кто строит коробки для электроники, мог бы это сделать, спросите у него. Помните также, что глинозем очень хрупок, а алюминий очень мягок, поэтому, когда вы затягиваете болт, локальное давление разрушает слой и создает хороший контакт с основным металлом.

Как я могу обеспечить низкоомные заземляющие контакты с алюминиевым корпусом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v