52

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский государственный технический университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Электрическая часть станций и подстанций»

для студентов специальностей

140205 Электроэнергетические системы и сети,

140211 Электроснабжение (по отраслям) и

140200 Электроэнергетика

Часть 2

Ставрополь 2006

Н астоящие методические указания составлены в соответствии с ГОС ВПО, рабочим учебным планом и программой дисциплины ««Электрическая часть станций и подстанций»» для студентов всех форм обучения специальности 140205 Электроэнергетические системы и сети, 140211 Электроснабжение (по отраслям) и 140200 Электроэнергетика .

Указания включают в себя теоретическое обоснование, методику и порядок выполнения работ, литературу, требования к оформлению отчета.

Составитель: Мустафаев Х. М., Строкач С.В.

Рецензент: Ивашина А.В

Указания по технике безопасности

В лаборатории “Электрическая часть станций и подстанций” напряжение переменного тока и постоянного 220 В. При несоблюдении правил по технике безопасности эти величины напряжений представляют собой серьёзную опасность.

1. Перед началом работы все студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и расписаться в книге инструктажа, которая находится в лаборатории.

2. Ознакомьтесь с теоретической частью методических описаний лабораторных работ, с инструкцией стендов и электрической схемой.

3. Подготовьте стенд к работе и измерениям, соберите схему. Пригласите преподавателя для получения допуска к работе.

4. Первые измерения проводите в присутствии преподавателя.

5. Не производите бесцельных переключений, не трогайте переключателей и рукояток приборов, назначение которых вам не понятно. Прежде чем произвести какое-либо переключение, подумайте, какой вы получите от этого результат.

6. Соблюдайте тишину и порядок в лаборатории.

После окончания работы

1. Отключите стенд от напряжения и, если потребуется, разберите схему.

2. Наведите чистоту и порядок на рабочем месте.

3. Доложите преподавателю о завершении.

Лабораторная работа № 4

Изучение зависимости переходного сопротивления контактов от величины нажатия

Цель и содержание работы

Целью данной работы является исследование силы нажатия на величину переходного сопротивления контактов и сопротивление опытных данных с расчётными.

Теоретические обоснование

Контактное соединение представляет собой конструктивное устройство, в котором осуществляется электрическое и механическое соединение двух или нескольких отдельных проводников, входящих в электрическую цепь.

Поверхности проводников, предназначенные для соединения, представляют собой контактные поверхности: в месте соприкосновения проводников образуется электрический контакт- токопроводящее соединение, через которое ток протекает от одной части в другую. Назначение контакта – продлить путь электрического тока от одного участка цепи в другой. Контактные соединения в больших количествах имеются в шинных конструкциях, электрических аппаратах и машинах. От качества выполнения контактного соединения и его состояния в значительной мере зависит надёжность работы электрооборудования и электроустановок.

Электрический контакт - место соприкосновения двух или нескольких проводников, через которое протекает ток из одной цепи в другую.

По условиям работы различают три основных вида контактов: жёсткие (неподвижные), скользящие (токоснимающие) и подвижные (размыкающие).

При рассмотрении соприкосновения двух хорошо пригнанных друг к другу контактов видно, что в действительности контакты соприкасаются не по всей контактной поверхности, а только в небольшом числе точек (рисунок 1.1.). Объясняется это тем , что как бы хорошо не были зачищены контакты, на их поверхности всегда остаются очень малые выступы и впадины. При отсутствии силы сжатия плоские контакты обычно соприкасаются в одной или нескольких точках, а чем больше сила нажатия, тем больше площадок касания. Наличие контакта приводит к появлению добавочного сопротивления, вызываемое переходным сопротивлением контактов.

Очевидно, при протекании по контакту электрического тока в нём будет выделяться энергия, и как следствие этого, контакт может нагреваться до высокой температуры.

С повышением нагрева контактов увеличивается интенсивность образования на контактах плёнки окислов, которая в общем случае плохо проводит электрический ток. Переходное сопротивление при этом ещё больше возрастает. В конечном счете, может произойти расплавление металлоконтакта и его сваривание. Из этого можно сделать вывод, что величина переходного сопротивления контакта для определённого тока не должна превышать некоторой допустимой величины.

Так как соприкосновение поверхности происходит не по всей площади, а в отдельных точках, то происходит стягивание линий тока в точках соприкосновения и повышение вблизи них плотности тока (рисунок 1.1.)

Рисунок 1.1- Картина соприкосновения контактных поверхностей

При сжатии контактов происходит деформация материала выступов. В результате увеличивается как количество точек соприкосновения, так и их суммарная площадь. Опытным путём установлено, что действительная площадь соприкосновения контактов не зависит от их размеров. Определяется силой сжимающей контакты и временным сопротивлением смятию металла контактов:

S_с=F/δ_см см²

где F - сила сжатия контактных поверхностей, Н

δ_см - сопротивление материала смятию, Н/см²

Например: δ_см для меди 39-52 Н/см²_, δ_см для алюминия 90 Н/см²

Из формулы видно, что площадь соприкосновения не зависит от полной контактной поверхности, а определяется лишь силой сжатия и сопротивлением материала смятию.

В связи с наличием на контактных поверхностях плёнок различных окислов, как правило, плохо или совсем не проводят электрический ток, действительная площадь, через которую протекает электрический ток, будет ещё меньше, чем площадь соприкосновения.

Таким образом, ток в месте соединения токоведущих частей протекает лишь в нескольких точках, количество которых определяется конструкцией контакта, силой сжатия и сопротивлением материала смятию.

Для одноточечного контакта, если площадка соприкосновения представляет собой окружность, переходное контактное сопротивление

плотности тока

R_k =ρ/r_a

где ρ – удельное электрическое сопротивление материала контактов

r - радиус площадки соприкосновения

В случае пластической деформации точек соприкосновения

После подстановки получим получим:

Из выражения видно, как влияет ρ, δ_см, F на величину переходного контактного сопротивления: чем меньше ρ и δ_см, тем меньше R_к.

Зависимость R_к от силы F носит гиперболический характер. Вначале, при небольшом увеличении силы сжатия, имеет место значительное переходного контактного сопротивления. Затем по мере увеличения F эта зависимость уменьшается и при больших усилиях можно считать, что R_к не зависит от силы сжатия.

Для контактов с неопределённым количеством точек соприкосновения переходное контактное сопротивление :

R=ε/F_n

где ε - опытный коэффициент, зависит от состояния контактных поверхностей, удельного электрического сопротивления материала и его сопротивлению смятию.

n - учитывает количество точек соприкосновения. При пластической деформации значение n изменяется от 0,5 до 1,0.

Если принять ε=0,5ρ πδ_см и n=0,5 (для одноточечного контакта), то получим формулу

При известном R_э, измерив U и U_rэ при одном и том же токе в цепи, переходное контактное сопротивление

R_к =R_э U_к/U_rэ

где R_э - 500 10^-6 Ом – эталонное сопротивление

Uк - падение напряжения на контакте ИК, мВ

U_rэ - падение напряжения на эталонном сопротивлении, мВ

С целью защиты милливольтметра от сгорания при больших напряжениях на контактах ИК последовательно включены с ним контакты двух поляризованных реле РП1 и РП2 и кнопка К. Реле РП1, к которому подводится падение напряжения в сопротивлении R_доб имеет замыкающие контакты. Если тока в цепи не будет, а на концах ИК появится большое напряжение, то цепь милливольтметра будет разомкнута. Кнопка К позволяет замыкать цепь лишь на время произведения замеров.