4.2. Сваривание контактов

В этом параграфе даны задачи на сваривание контактов аппаратов. Сваривание контактов - весьма сложное явление сочетания тепловых и динамических процессов. При расчете токов сваривания используются следующие расчетные формулы и соотношения

Минимальный сваривающий ток [1]

где m=1,5... 2 - коэффициент, α - радиус площадки касания, м; λ - коэффициент теплопроводности материала контактов, Вт/(м·К); ϑ_пл - температура плавления материала контактов, °С; ρ - удельное сопротивление материала контактов, Ом·м.

Эмпирическая формула Буткевича для определения минимального тока сваривания [4]

где k - коэффициент, зависящий от материала и типа контактов; Ρ - усилие контактного нажатия.

4.2.1. Два стержня диаметром d=20 мм сжаты силой Р=390 Н. Торцы обработаны таким образом, что образуют сферические поверхности радиуса r= 10 мм. Определить, какой постоянный ток в течение времени t=0,2 с эти контакты могут выдержать без сваривания.

Решение. Минимальный сваривающий ток определяется по формуле (4.10)

- радиус площадки касания; m=1,5 - коэффициент; σ_см=51·10⁷ Н/м² - напряжение смятия для меди (см. табл. П.16); λ=390 Вт/(м·К) -теплопроводность меди; ϑ_пл = 1083°С- температура плавления меди, ρ=1,62·10^-8 Ом·м - удельное сопротивление меди при 0°С. Для параметра

4.2.2. Определить ток сваривания в задаче 4.2.1, если сила контактного нажатия Р=1000 Н, а все остальные данные остались без изменения.

4.2.3. Определить сваривающий ток медных контактов, образуемых параллельными стержнями и перемычкой (траверсой).

110

Контакты торцовые, диаметр стержня d=20 мм. Расстояние между осями стержней а=400 мм. Механическая сила, сжимающая контакты (каждую пару), Ρ=200 Η, контакты одноточечные.

4.2.4. Определить минимальный сваривающий ток розеточного контакта из меди, если сила нажатия на одну ламель составляет 50 Н, всего ламелей 6 шт.

Решение. Величина амплитуды минимального сваривающего тока может быть определена по формуле (4.4) для случаев, когда наибольший пик симметричного тока получается в начале процесса:

где Ρ - сила сжатия контактов, k = 5000 - числовой коэффициент для одной ламели.

Для шести ламелей сваривающий ток можно получить по крайней мере в 6 раз большим:

В действительности сваривающий ток может оказаться более высоким, если учитывать силу взаимодействия между ламелями.

Ответ: I_св=67,7 кА.

4.2.5. Определить минимальный ток сваривания медных контактов, сжимаемых с силой Р=150 Н, если ток при к.з. имеет сильное затухание симметричной составляющей (т.е. возможно сваривание только на первом максимальном пике).

4.2.6. Определить минимальный сваривающий ток для сильно затухающего симметричного тока в пальцевых медных контактах, сжимаемых силой Ρ = 100 Н, для несамоустанавливающихся и самоустанавливающихся пальцев и сравнить полученные результаты.

4.2.7. Определить допустимую величину амплитуды тока к.з. для розеточного контакта выключателя, если величина контактного нажатия, которое осуществляется каждой ламелью розетки, Р= 100 Н, число ламелей в контакте n=6.

4.2.8. Определить требуемую с точки зрения сваривания величину контактного нажатия медного щеточного контакта пускового реостата, если максимальное значение амплитуды ударного тока к.з. i_уд =10 кА.

4.2.9. Определить минимальный ток сваривания самоустанавливающегося пальцевого медного контакта, прижимаемого пружиной с силой 100 Н. Допускаем, что составляющая симметричного тока имеет сильно затухающий характер. Сваривание в этом случае возможно только на первой наибольшей полуволне тока.

4.2.10. Определить силу, с которой должны сжиматься между собой медные контакты, если амплитуда наибольшего тока в цепи может достигнуть I_макс=30 кА. Результаты сравнить, когда контакты снабжены медно-вольфрамовыми накладками.

4.2.11. Оценить предельный минимальный сваривающий ток контакта разъединителя с учетом механической силы, сжимающей

111

контакты и внешних электродинамических сил, возникающих от взаимодействия шин длиной l=0,5 м. Максимальный ток, протекающий через каждый контакт, I=20 кА. Расстояние между осями шин а=0,04 м. Механическая сила, сжимающая контакты, постоянна; Р=100 Н.

Решение. Электродинамическая сила, прижимающая один контакт, Ρ/2=10^-7I²2l/(2a) = 10^-7(20000)²2·0,5/(0,04·2)=500 Η. Общая сила на один контакт Р_Σ =500+100=600 Н. Амплитуда сваривающего тока для одного контакта по формуле (4.11) будет равна

где k = 4000 - числовой коэффициент [4].

Этот ток больше действительного тока, приходящегося на один контакт (20 кА), и, следовательно, сваривания не произойдет.

Ответ: I_св=31,3 кА.

4.2.12. Определить минимальный сваривающий ток к.з. одноточечного латунного контакта разъединителя, сжимаемого с силой Р=150 Н, если подводящие шины дополнительно сжимают контакты с максимальной электродинамической силой, развиваемой током. Размеры шин 5×30 мм, расстояние между шинами а=10 мм, а длина их l=0,5 м.

112