Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические аппараты. Электрические контакты коммутационных аппаратов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 104 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Для облегчения припаивания композиционных элементов (накладок) и повышения прочности пайки поверхность элемента из металлокерамических композиционных материалов со стороны контакт-детали покрывается подслоем серебра толщиной 0,1…0,25 мм (в элементах из композиции Ag–CdO) или меди толщиной несколько миллиметров (для элементов из композиции W–Cu). Композиция Ag – Ni хорошо припаивается к контакт-детали без серебряного подслоя [8].

Возможно

крепление композиционных элементов (накладок) посредством резьбовых соединений. Однако такое крепление увеличивает сопротивление между контакт-деталью и композиционным материалом.

На практике в сильноточных электрических аппаратах применяются

следующие типы композиций [3, 9]:

а) в воздушных выключателях низкого напряжения W – Ag; Ag – CdO;

Ag – CdO – Ni – C;

б) в воздушных выключателях высокого напряжения: большой мощ-

ности 70 % W – 26,5 % Cu – 3,5 % Ni; средней мощности 50 % W –

27,5 % Cu – 2,5 % Ni;

в) в масляных

выключателях 70 % W – 26,5 % Cu – 3,5 % Ni; 50 % W –

27,5 % Cu – 2,5 % Ni; 70 % Mo – 28 % Cu – 2 % Co;

г) в элегазовых выключателях – мелкодисперсные композиции типа

70 % W – 26,5 % Cu – 3,5 % Ni.

Основные свойства некоторых металлокерамических композиций, используемых в качестве материала для облицовочных накладок в коммутирующих контактах сильноточных коммутационных аппаратов, приведены в табл. П2.

Композиции металлокерамические типа металл – металл

Композиция вольфрам – серебро в зависимости от содержания вольфрама имеет дугостойкость в 3…10 раз более высокую

по сравнению с чистым серебром. Ее переходное сопротивление несколько выше, чем у чистого серебра, но весьма стабильно и в процессе эксплуатации изменяется незначительно. Композиция обладает достаточно высокой стойкостью к свариванию, однако при взаимодействии с кислородом воздуха под влиянием дуговых разрядов на ее поверхности образуется плохопроводящая пленка вольфрамата серебра. Поэтому

контакты из

этой композиции более пригодны для работы в защитной среде (водород,

гелий) либо на воздухе, но при больших контактных нажатиях, обеспечивающих механическое разрушение этой пленки при замыкании контактов. Улучшение свойств композиции серебро–вольфрам достигается введением в ее состав присадки (до 4 % никеля для повышения коррозионной стойкости и небольшого количества цинка для увеличения механической прочности и улучшения дугогашения).

Контактные элементы

из композиции вольфрам – серебро (50 % W) хорошо прирабатываются, обладают достаточной для надежного контактирования пластичностью, широко применяются в сильноточных коммутационных аппаратах управления с большой частотой срабатывания (контакторах, магнитных пускателях и др.). Композиция вольфрам – серебро (70 % W) используется для изготовления коммутирующих контактов в выключателях высокого напряжения (воздушных и масляных) (табл. П1).

Композиция вольфрам

– медь по дугостойкости и стойкости к свариванию превосходит композицию из вольфрама и серебра, но обладает более высоким электрическим сопротивлением. При воздействии дуговых разрядов и наличии оксидов меди и вольфрама на рабочей поверхности контактного элемента образуется вольфрамат меди в виде стекловидной изолирующей пленки, которая существенно влияет на

надежность контактирования. С повышением содержания вольфрама дугостойкость композиции растет, однако чрезмерное увеличение тугоплавкой составляющей приводит к хрупкости композиции и увеличению дуговой эрозии вследствие растрескивания и последующего термического разрушения рабочей поверхности электродов. Дугостойкость композиции повышается с увеличением прочности вольфрамового (тугоплавкого) каркаса при создании более однородной (мелкодисперсной) струк туры, не имеющей технологических дефектов (пор, раковин и т. п.).

Композиции на основе вольфрама и меди в зависимости от состава используются для изготовления коммутирующих контактов масляных, воздушных и элегазовых выключающих аппаратов, а также сильноточных коммутационных аппаратов управления (контакторы, магнитные пускатели и др.)

Композиция молибден – серебро обладает высокой стойкостью

свариванию и механической прочностью. Под воздействием дуговых

разрядов в воздухе на рабочей поверхности контактов образуются пленки молибдата серебра, снижающие надежность контактирования. Композиции молибден – серебро изготовляют как из смеси порошков, так и методом пропитки. Ввиду плохой смачиваемости молибдена серебром перед пропиткой каркас из молибдена предварительно лакируют тонким слоем меди или никеля. Кроме того, контактные элементы

этой композиции могут быть получены методами глубокой деформа-

из ции из проката. Для повышения дугового ресурса композиции порошковый молибден может быть заменен молибденовым волокном. Композиция молибден – серебро используется для сильноточных контактов (табл. П2).

Композиция молибден – медь отличается достаточно высокой дугостойкостью и стойкостью к ударным нагрузкам и может быть

использована взамен дорогостоящих композиций на основе вольфрама и меди. Дугостойкость композиций молибден – медь несколько меньше, чем у композиции вольфрам – медь. Однако для улучшения структуры (мелкодисперсности) дугостойкость может быть несколько повышена.

Композиция серебро – никель имеет бόльшую дугостойкость, чем чистое серебро, и хорошо обрабатывается резанием. Роль каркаса в композиции

серебро – никель выполняет никель, который практические не сплавляется с серебром. Хотя температура плавления никеля значительно ниже, чем у вольфрама или молибдена, термостойкость композиции серебро – никель достаточна высока. Такая композиция хорошо прокатывается в холодном состоянии, легко куется, может подвергаться волочению, хорошо припаивается к контактодержателям без серебряного припоя. Мелкодисперсная структура

композиции, полученная восстановлением осажденной смеси оксидов серебра и никеля, изнашивается более равномерно и обладает повышенной твердостью.

В композиции серебро – никель плотность, электро- и теплопроводность снижаются с увеличением содержания никеля, а твердость и механическая прочность возрастают. Однако стойкость к свариванию у этой композиции значительно меньше, чем у

композиций на основе вольфрама или молибдена. Это несколько ограничивает область применения композиции серебро – никель. Достоинством композиции серебро – никель является отсутствие стекловидных пленок, свойственных композиции

вольфрам – серебро и вольфрам – медь на рабочей поверхности контакт-

деталей при воздействии дуги в воздухе, вследствие чего переходное сопротивление деталей из этой композиции остается неизменным. Это достоинство позволяет использовать композицию серебро – никель для контактов, работающих в условиях частых коммутаций.

Композиция серебро – графит (Ag – C) и медь – графит (Cu – C)

имеют высокую

электропроводность и стойкость к свариванию. С увеличением содержания графита их электро- и теплопроводность, плотность и твердость уменьшаются, а стойкость к свариванию увеличивается. Преимуществом этих композиций является отсутствие твердых продуктов окисления, ухудшающих проводимость в области контактирования. В процессе нагревания (при длительной работе коммутирующих контактов в замкнутом положении

) проводимость композиции серебро – графит непрерывно увеличивается вследствие обогащения материала (на рабочей поверхности) серебром за счет улетучивания оксидов углерода.

Композиция на основе серебра, меди и графита используется в случаях, когда предъявляются особые требования относительно отсутствия приваривания: в воздушных выключателях, в автоматических выключателях, переключателях и других коммутационных

аппаратах.

Композиции металлокерамические типа металл – оксид металла

Композиция серебро – оксид кадмия принципиально отличается от композиции на основе металлов тем, что в одном из компонентов вместо металла используется оксид металла – оксид кадмия, который под действием дуговых разрядов диссоциируется. Продукты диссоциации оксида кадмия в виде паров кадмия и кислорода способствуют дугогаше нию. Оксид кадмия по сравнению с другими оксидами других металлов обладает сравнительно высокой электропроводностью и низкой темпе-

ратурой диссоциации



(900 С)

с образованием лишь газообразной фазы.

Бурное газовыделение, сопровождающее процесс диссоциации оксида кадмия, оказывает охлаждающее воздействие на дугу, способствуя ее гашению. Поскольку диссоциация оксида кадмия происходит лишь в непосредственной близости от контактной поверхности, микроструктура основной массы контакт-детали такой композиции не изменяется, при этом сохраняется и ее термическая стойкость.

Достоинством композиции серебро – оксид кадмия является и то, что образующийся в результате обратной реакции окисления паров кадмия осадок оксида кадмия, осевший на коммутирующих контактах, препятствует их свариванию без нарушения контактной проводимости. Оксид кадмия ухудшает способность контактов в пайке, они изготовляются с серебряным подслоем. Композиция серебро – оксид кадмия имеет сходные свойства чистого серебра – электро- и теплопроводность.

В композиции серебро – оксид кадмия оптимальное содержание оксида кадмия 15 %. Мелкодисперсная композиция серебро – оксид кадмия, обладающая наилучшими характеристиками, получила весьма широкое применение для накладок на рабочие поверхности коммутирующих контактов во многих электрических аппаратах.

Методы получения композиций на основе серебра

и оксида кадмия различные. Основой для изготовления композиций служат порошки серебра и оксида кадмия либо сереброкадмиевые сплавы, которые внутренним окислением доводят к требуемому составу. Возможно изготовление композиции серебро – оксид кадмия путем прокатки полос из сереброкадмиевого сплава с последующим отжигом в окислительной среде. В случае, когда композиция серебро

– оксид кадмия должна быть возможно более плотной структуры, это достигается допрессовкой (однократной либо многократной) с промежуточным отжигом или прокаткой. Отжиг предусмотрен для уменьшения хрупкости композиции и стабилизации ее свойств. При этом удельное электрическое сопротивление практически не изменяется, а твердость снижается.

Композиция серебро – оксид меди также широко используется в

аппаратах управления при повторно-кратковременных режимах работы. Как и композиция серебро – оксид кадмия, композиция серебро – оксид меди может быть изготовлена методом окислительного отжига либо смешиванием порошков серебра и оксида меди с последующим прессованием и спеканием. По характеру изменения микроструктуры композиция серебро – оксид меди существенно отличается от композиции

серебро – оксид кадмия. Диссоциация оксида меди происходит при более высоких температурах, чем у композиции серебро – оксид кадмия. При этом вначале оксид меди диссоциируется на твердый гемиоксид и кислород, а затем твердый гемиоксид плавится и распадается на жидкую

медь и кислород. Причем объем образующейся газовой фазы (при одинаковой температуре) вдвое меньше, чем при диссоциации оксида кадмия, вследствие чего диссоциация оксида меньше способствует дугогашению по сравнению с оксидом кадмия.

Кроме рассмотренных выше композиций для изготовления контактных элементов могут быть использованы и такие композиции, как серебро – оксид

свинца, серебро – оксид хрома, кобальт – карбид вольфрама; композиции на основе меди, кобальта, вольфрама, графита и ряда других.

2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ

Особенности работы коммутирующих контактов обусловлены протекающими в них физическими процессами, которые определяются как конструкцией контакт-деталей электрических контактов и свойствами материалов коммутирующих контактов, так и условиями, существующими во внешней среде и в электрической цепи при замкнутом положении коммутирующих контактов, при их разомкнутом положении и в процессах включения

2.1. РАЗОМКНУТОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

Условия работы коммутирующих контактов определяются возможными состояниями: контакты разомкнуты и контакты замкнуты. Основная функция разомкнутого состояния – создание изоляционного межконтактнонго промежутка. При этом разомкнутое состояние коммутирующих контактов должно характеризоваться такими максимальными напряжениями, которые выдерживает изоляционный межконтактный промежуток без

Очевидно, что напряжение пробоя межконтактного промежутка для надежности должно быть выше, чем максимальное напряжение, которое может появиться в цепи при разомкнутом положении контактов.

Для различных электрических аппаратов установлены соответствующие испытательные напряжения, воздействие которых так же, как и всех частей изоляции аппарата, должны выдерживать межконтактные промежутки.

пробоя.

и отключения.

2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗАМЫКАНИИ КОНТАКТОВ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

Кроме замкнутого и разомкнутого состояния работоспособность коммутирующих контактов характеризуется еще процессами замыкания и размыкания (включением и отключением).

В процессе замыкания расстояние между контактными поверхностями контакт-деталей уменьшается. При достижении некоторого расстояния между рабочими поверхностями контакт-деталей создаются условия для электрического

пробоя и в результате в межэлектродном промежутке загорается дуга замыкания, под действием которой происходит износ контактов. При большой силе тока в дуге металл контактдеталей испаряется весьма быстро и в межконтактном промежутке создается давление порядка

100...1000 атм , которое может тормозить дви-

жение контакт-деталей при замыкании. Однако под действием включающего механизма все-таки происходит соприкосновение контакт-деталей, и дуга замыкания гаснет. В большинстве случаев процесс замыкания на этом не заканчивается, так как соприкосновение контакт-деталей носит ударный характер и после первого удара возможен отброс

по-

движной контакт-детали от неподвижной.

Под отбросом контакта электрической цепи принято понимать самопроизвольное временное однократное размыкание контакта электрической цепи по причинам, не предусмотренным заданным устройством [2].

При соударении контакт-деталей происходит отброс подвижной контакт-детали от неподвижной и возникает короткая электрическая дуга, разогревающая контактные поверхности вплоть до расплавления отдельных площадок. После отброса контакт-детали вновь начинают сближаться, вновь происходит удар и так до тех пор, пока кинетическая энергия, приобретенная за время движения подвижной контакт-детали, не рассеется в виде теплоты в окружающем пространстве.

Таким образом, при соударении возникает вибрация (дребезг) контактов, сопровождающаяся появлением искры или образованием электрической дуги, которые также ведут к износу контактов.

Под дребезгом контакта электрической цепи принято понимать процесс многократного самопроизвольного размыкания и замыкания

контакта электрической цепи по причинам, не предусмотренным заданным действием устройства [2].

При замыкании контактов возможно проскальзывание их относительно друг друга. При этом часть кинетической энергии расходуется на преодоление сил трения. В результате проскальзывания происходит истирание контактов.

Дуга замыкания нагревает контакты до высоких температур. Если эти температуры достаточны для плавления металла контактов, то после замыкания, когда начинается остывание контактов, возможно их сваривание.

Для ослабления эффекта сваривания при замыкании следовало бы применять контакты из тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден или тантал. Однако они легко окисляются с образованием прочной пленки, что ухудшает свойства контактов. Наилучшими характеристиками обладают металлокерамические материалы вольфрам –

серебро, вольфрам – медь, композиции металл – окись металла (например, серебро – окись кадмия СОК-15).

2.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА КОНТАКТАХ ПРИ РАБОТЕ В ЗАМКНУТОМ СОСТОЯНИИ

Условия работы контактов электрических аппаратов в замкнутом состоянии определяются совокупностью ряда теплофизических процессов, протекающих при соприкосновении рабочей поверхности подвижной контакт-детали с рабочей поверхностью неподвижной

контакт-детали, предназначенных для осуществления электрического контакта. При этом часть рабочей поверхности контакт-детали, по которой происходит соприкосновение с другой контакт-деталью, представляет только условную (кажущуюся) площадь контактирова-

ния

Sal

усл

(рис. 2.1, а). Однако эффективная площадь контактиро-

вания, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую, во много раз меньше условной (кажущейся) площади контактирования. В действительности даже при самой тщательной механической обработке рабочих поверхностей контакт-деталей на них всегда остаются микронеровности высотой до 0,05…0,1 мкм.

При наложении двух контакт-деталей рабочими поверхностями

одна на другую без сжатия их между собой внешней силой число участ-

п (точек) соприкосновения выступающих микронеровностей не-

ков

значительно, а радиус

а действительного контактирования ничтожно

мал. При приложении сжимающей силы материал рабочей поверхности контакт-детали в точках касания выступающих микронеровностей подвергается упругой или пластической деформации и образуются отдельные участки (точки) контактирования, по которым электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую (рис. 2.1, б).

а б

Рис. 2.1. Площади контактирования

Эффективная площадь контактирования двух рабочих поверхностей

контакт-деталей определяется величиной силы контактного нажатия

и пределом прочности на смятие материала рабочих поверхностей контакт-детали

см

:

(2.1)

S 

эф.к



см

Величины предела прочности материалов коммутирующих контак-

тов приведены в табл. П.2.

В случае, когда рабочие поверхности контакт-деталей соприкаса-

ются в

п точках, эффективная площадь контактирования каждой из

площадок определяется уравнением (2.1), а суммарная эффективная площадь контактирования равна сумме отдельных эффективных площадей контактирования. Площадь эффективной (фактической) поверхно-



сти соприкосновения составляет

10 ...10

условной площади сопри-

косновения и не зависит от размеров последней.

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 104 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]