Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию. 13 страница

Если в повторно-кратковременном режиме мощность потерь в аппарате в промежутки t_р равна Р_п.кр, то, очевидно, максимальное превышение температуры в квазиустановившемся режиме будет ниже, чем если бы мощность Р_п.кр выделялась бесконечно долго, т.е. < . Для полного использования материалов в аппарате и для обеспечения надежности его работы должно соблюдать­ся условие:

                                      (6.61)

Рассмотрим п-ный цикл при достаточно большом значении числа п квазиустановившегося режима. Для этого цикла справедливы ра­венства

откуда следует

                               (6.62)

Установившееся превышение температуры при длительном про­цессе выделения мощности:

                                        (6.63)

Получим

                                  (6.64)

тогда коэффициент перегрузки по мощности в повторно-кратковре­менном режиме:

                                 (6.65)

а коэффициент перегрузки по току

.                                          (6.66)

При расчетах аппаратов, предназначенных для повторно-кратковременного режима работы, часто используется величина отно­сительной продолжительности включения ПВ%. Она является вы­раженным в процентах отношением времени работы ко времени всего цикла, то есть

                                        (6.67)

Для аппаратов, предназначенных к работе в повторно-кратко­временном режиме, обычно задается частота включения в час п. Тогда время цикла и время работы аппарата могут быть записаны в следующем виде:

                                  (6.68)

где п – заданная частота включений в час, откуда получим выражение коэф­фициента перегрузки по току:

                                  (6.69)

 

ПРОЦЕСС НАГРЕВА ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ.
ПОНЯТИЕ О ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Режим короткого замыкания в цепи большей частью является ава­рийным и его обычно ликвидируют за малые промежутки времени – секунды и доли секунды, однако, как ни мала длительность протека­ния токов короткого замыкания, их воздействие может оказаться катастрофическим.

Обычно время воздействия токов КЗ t_КЗзначительно меньше постоянной времени нагрева токоведущих частей. Легко показать, что при t_КЗ<0,05Т процесс нагрева происходит так, что тепло не отдается в окружающую среду. Такой процесс нагрева называют адиабатическим.

Действительно, если функцию  разложить в ряд Маклорена, то получим выражения:     

;                                          (6.70)

                              (6.71)

Так как температуры проводников в конце процесса короткого замыкания строго ограничены, каждый аппарат может быть охарак­теризован допустимой величиной произведения . Обычно задается не сама величина , а величина тока неизменной силы, теп­ловое действие которого аппарат может выдержать в те­чение заданного времени так, что это не препятствует его даль­нейшей нормальной работе. Эта величина тока называется током термической устойчивости. Чаще всего задается ток десяти-, пяти- или односекундной термической устойчивости. Если необходимо найти ток термической устойчивости при времени действия t, отличающемся от 10 сек (или 5 сек соответственно), то это может быть легко сделано из условия

Лекция №7

Электроконтакты, понятия и теория.
Конструкция и выбор коммутирующих контактов

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Любая электротехническая установка состоит из элементов, так или иначе связанных между собой. Соединение проводящих звень­ев электрической цепи, обеспечивающее протекание электрического тока при наличии источника э.д.с., осуществляется с помощью электрических контактов.

Слово контакт от латинского слова contactus – прикосновение. Под электрическим контактом весьма часто понимается совокупность двух или нескольких проводников электрического тока, соеди­ненных между собой и сжатых с определенной силой.

ГОСТ 2774-44 определяет электрический контакт, как «место перехода тока из одной токоведущей части в другую».

По своему назначению электрические контакты можно разделить на две группы.

1. Соединительные контакты,которые служат только для сое­динения различных звеньев электрической цепи, т.е. для обеспе­чения протекания тока от одного звена к другому. Соединительные контакты всегда замкнуты.

2. Коммутирующие контакты,предназначенные для включе­ния, отключения и переключения электрических цепей.

Соединительные контакты, применяемые в токопроводах элект­рических аппаратов, весьма разнообразны. Некоторые типичные конструкции их изображены на рис. 7.1.

Основным требованием, предъявляемым к соединительным кон­тактам, является надежность в длительной эксплуатации: соедини­тельные контакты должны длительно, в пределах срока службы всей установки в целом и без повреждений допускать протекание токов нормального режима и кратковременных токов аварийных режимов работы.

Надежность в длительной эксплуатации соединительных (не размыкаемых) контактов будет обеспечена, если сопротивление кон­такта электрическому току будет достаточно стабильным. Для этого соединительный контакт должен обладать способностью противостоять как воздействию окружающей среды, так и воздействию механических усилий от температурных деформаций и от электродинамических усилий, возникающих при протекании больших токов короткого замыкания.

Контактирующие проводники в соединительных контактах могут быть либо неподвижны друг отно­сительно друга (хотя контакт в це­лом может и перемещаться с опре­деленной скоростью), либо переме­щаться относительно друг друга без размыкания цепи, как, например, это имеет место в роликовом или щеточном контакте.

Коммутирующие контакты могут находиться в замкнутом (соответствующая цепь включена) или разомкнутом (соответствующая цепь отключена) состоянии.

Существует большое разнообразие коммутирующих контактов. Например, могут быть контакты: рубящие, торцовые, щеточные, пальцевые, розеточные и пр. По своему назначению коммутирую­щие контакты в сильноточных аппаратах можно разделить на глав­ные и дугогасительные. Обычно главные контакты шунтируются дугогасительными, в процессе размыкания цепи главные контакты выходят из соприкосновения ранее, чем дугогасительные, а поэтому образование дуги происходит только на дугогасительных. Таким образом, главные контакты защищены от воздействия дуги и слу­жат для надежного пропускания рабочих токов и токов короткого замыкания в замкнутом состоя­нии.

 

 

Рис. 7.1. Некоторые типы коммутирующих контактов:

а – контакты контактора; б – релейные контакты на плоских пружинах

 

Часто функции контактов совмещаются: они исполняют роль и токоведущих, и дугогасительных контактов.

Некоторые типы коммутационных контактов представлены на рис. 7.1.

Как ни тщательно обработаны поверхности соприкосно­вения контактов, электрический ток проходит между ними только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как получить абсолютно гладкую поверхность практически невозможно. Примерная картина соприкосновения контактов показана на рис. 7.2. Благодаря нажатию Р одного контакта на другой вершины выступов деформи­руются и образуются площадки действительного касания контактов. Рассмотрим процесс перехода тока из одного контакта в другой при касании двух цилиндрических кон­тактов по торцам.

 

Рис. 7.2. Соприкосновение поверхностей контактов

 

В результате стягивания линий тока к площадке каса­ния их длина увеличивается, а сечение проводника, через которое фактически прохо­дит ток, уменьшается, что вызывает увеличение сопро­тивления. Сопротивление в области площади касания, обусловленное явлениями стягивания линий тока, на­зывается переходным сопро­тивлением стягивания кон­такта.

Таким образом, переходное сопротивление, обусловлен­ное стягиванием линий тока, пропорционально удельному сопротивлению материала контакта, корню квадратному из временного сопротивления на смятие этого материала и обратно пропорционально корню квадратному из силы контактного нажатия. Одноточечный контакт при­меняется в основном только при малых токах (до 20 А). При больших токах (100 А и более) применяется многото­чечный контакт. В многоточеч­ном контакте ток проходит че­рез несколько контактных пе­реходов, соединенных парал­лельно. Поэтому его переход­ное сопротивление при неиз­менном нажатии меньше, чем уодноточечного контакта. Од­нако нажатие в каждой контактной площадке уменьшается. Количество контактных переходов увеличивается с ростом нажатия по весьма слож­ному закону.

Сопротивление зависит и от обработки поверхности. При шлифовке поверхность выступов более пологая с большой площадью. Смятие таких выступов возможно только при больших силах нажатия. Поэтому сопротивле­ние шлифованных контактов выше, чем сопротивление контактов с более грубой обработкой.

Переходное сопротивление контактов обусловлено не только явле­нием стягивания линий тока. Контактирующие поверхности покрыты адсорбированными молекулами газа, в котором располагались контак­ты до их замыкания. Очень часто молекулы газа вступают в химичес­кую реакцию с материалом контактов, в результате чего на их поверх­ности могут возникнуть пленки с высоким удельным сопротивлением.

 

МАТЕРИАЛЫ КОНТАКТОВ

К материалам контактов современных электрических аппаратов предъявляются следующие требования:

1) высокие электрическая проводимость и теплопровод­ность;

2) высокая коррозионная стойкость в воздушной и дру­гих средах;

3) стойкость против образования пленок с высоким электрическим сопротивлением;

4) малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

5) высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях;

6) малая эрозия;

7) высокая дугостойкость (температура плавления);

8) высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

9) простота обработки, низкая стоимость.

Свойства некоторых контактных материалов рассмотре­ны ниже.

Медь.Положительные свойства: высокие удельная электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволя­ет применять при частых включениях и отключениях, простота технологии, низкая стоимость.

Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при рабо­те на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия. Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывается электролитичес­ким способом слоем серебра толщиной 20 ÷ 30 мкм. В контактах на большие токи иногда ставятся серебряные пластинки (в аппаратах, включаемых относительно редко). Применяется как материал для плос­ких и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, кон­такторов, автоматов и др. Вследствие низкой дугостойкости нежелатель­но применение в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час.

В контактах, не имеющих взаимного скольжения, из-за пленки ок­сидов применение меди не рекомендуется.

Серебро.Положительные свойства: высокие электрическая проводи­мость и теплопроводность, пленка оксида серебра имеет малую механи­ческую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки. Контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие. Для работы достаточны малые нажатия (применяется при нажати­ях 0,05 Н и выше). Устойчивость контакта, малое переходное сопротив­ление являются характерными свойствами серебра.

Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость пре­пятствуют использованию его при наличии мощной дуги и частых вклю­чениях и отключениях.

Применяется в реле и контакторах при токах до 20 А. При больших токах вплоть до 10 кА серебро используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.

Алюминий.Положительные свойства: достаточно высокие электри­ческая проводимость и теплопроводность. Благодаря малой плотности токоведущая часть круглого сечения из алюминия на такой же ток, как и медный проводник, имеет почти на 48% меньшую массу. Это позволя­ет уменьшить массу аппарата.

Недостатки:

1) образование на воздухе и в активных средах пленок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением;

2) низ­кая дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра);

3) малая механическая прочность;

4) из-за наличия  в окружающем воздухе влаги и оксидов медный и алюминиевый контакты образуют своеобразный гальванический элемент. Под действием э.д.с. этого элемента происходит электрохимическое разрушение кон­тактов (электрохимическая коррозия). В связи с этим при соединении с медью алюминий должен покрываться тонким слоем меди электролитическим путем либо оба металла необходимо покрывать серебром. Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяются, главным образом, как материалы для шин и конструкционных деталей аппаратов.

Вольфрам.Положительные свойства: высокая дугостойкость, большая стойкость против эрозии, сваривания. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его при частых включениях и отключениях.

Недостатки: высокое удельное сопротивление, малая теплопроводность, образование прочных оксидных и сульфидных пленок. В связи с образованием пленок и их высокой механической прочностью вольфрамовые контакты требуют большого нажатия.

В реле на малые токи с небольшим нажатием применяются стойкие против коррозии материалы – золото, платина, палладий и их сплавы.

Металлокерамические материалы.Рассмотрение свойств чистых ме­таллов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем требованиям, предъявляемым к материалу контактов.

Основные необходимые свойства контактного материала – высокие электрическая проводимость и дугостойкость – не могут быть получе­ны за счет сплавов таких материалов, как серебро и вольфрам, медь и вольфрам, так как они не образуют сплавов. Материалы, обладаю­щие необходимыми свойствами, получают методом порошковой метал­лургии (металлокерамики). Полученные таким методом материалы со­храняют физические свойства входящих в них металлов. Дугостойкость металлокерамики обеспечивается такими компонентами, как вольфрам, молибден. Низкое переходное сопротивление контакта достигается ис­пользованием в качестве второго компонента серебра или меди. Чем больше содержание вольфрама, тем выше дугостойкость, механическая прочность и меньше возможность приваривания металлокерамических контактов. Но соответственно растет переходное сопротивление кон­тактов и уменьшается их теплопроводность. Обычно металлокерамика с содержанием вольфрама выше 50% применяется для аппаратов за­щиты на большие токи КЗ.

Композиции из тонкоизмельченных порошков с диаметром зерна менее 10 мкм имеют мелкодисперсную структуру и обладают большой механической прочностью. Их износостойкость в 1,5-2 раза выше, чему материалов не мелкодисперсного типа.

Для контактов аппаратов высокого напряжения наиболее распрост­ранена металлокерамика КМК-А60, КМК-А61, КМК-Б20, КМК-Б21.

В аппаратах низкого напряжения чаще всего применяется металлокерамика КМК-А10 из серебра и оксида кадмия CdO. Отличительной особенностью этого материала является диссоциация CdO на пары кадмия и кислород. Выделяющийся газ заставляет дугу быстро перемещаться по поверхности контакта, что значительно снижает температуру контакта и способствует деионизации дуги. Металлокерамика КМК-А20, состоящая из серебра и 10%-ного оксида меди, обладает большей износостойкостью, чем КМК-А10.

Серебряно-никелевые металлокерамики хорошо обрабатываются, об­ладают высокой стойкостью против электрического износа. Контакты из этих материалов обеспечивают низкое и устойчивое переходное со­противление, но более подвержены привариванию, чем контакты КМК-А60, КМК-Б20, КМК-А10.

Серебряно-графитовые и медно-графитовые контакты благодаря вы­сокой устойчивости против сваривания применяются как дугогасительные. Применение металлокерамики увеличивает стоимость аппаратуры, однако в эксплуатации эти затраты окупаются за счет увеличения срока службы аппарата и повышения его надежности.

КОНСТРУКЦИЯ ТВЕРДОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

а) Неподвижные разборные и неразборные контакты. Такие контакты служат для соединения неподвижных токоведущих деталей шин, кабелей и проводов. Эти детали могут находиться как внутри электрического аппарата, так и вне его. В последнем случае они служат для присоедине­ния аппарата к источнику энергии или к нагрузке. Контак­ты соединяются либо с помощью болтов (разборные соеди­нения), либо с помощью горячей или холодной сварки.

При болтовом соединении медные шины перед сборкой тщательно зачищаются от оксидов и смазываются техниче­ским вазелином. После сборки места стыков между шина­ми покрываются влагостойким лаком или краской. При этом уменьшается переходное сопротивление и повышается его стабильность во времени.

Покрытие соприкасающихся поверхностей контактов оловом (лужение) несколько увеличивает начальное пере­ходное сопротивление, но благодаря пластичности олова увеличивает количество площадок смятия, и переходное сопротивление становится более стабильным. Для токоведущих деталей, от которых требуется повышенная на­дежность при больших номинальных токах, рекомендуется серебрение соприкасающихся поверхностей. Описанные раз­борные контактные соединения могут быть разобраны при ремонте и монтаже и имеют малое переходное сопротивле­ние.

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 63; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!