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 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

а б в

г д е

Рис. 2.4. Способы уменьшения искрообразования между

размыкающимися контактами

Величины сопротивления r и емкости C , при которых напряжение на контактах не превысит напряжения зажигания дуги, принимаемого равным 300 В, можно определить по формулам:

300



;rR



(300 )



При отключении больших токов основными видами износа электродов являются: плавление, разбрызгивание и испарение металла с одновременным сильным окислением (обгоранием) контактных поверхностей. Интенсивность износа контактных поверхностей при больших токах в значительной мере зависит от продолжительности горения дуги на контактах. Несомненно, чем меньшее время горит дуга, тем меньше оплавление и испарение металла.

Величина износа коммутирующих контактов зависит:

 от среды, в которой производят отключения;

 от частоты отключений: с повышением частоты отключений и вклю-

чений общий износ увеличивается из-за разогрева контактных поверхностей и возрастания их механического износа от ударов и трения между собой;

 от ширины контактной поверхности: чем она больше, тем меньше

износ контактов; с возрастанием кривизны контактных поверхностей износ увеличивается, что в данном случае вызывается уменьшением возврата жидкого металла на контактную поверхность после погасания дуги;

 от расстояния между контактами (раствора контактов): с его уве-

личением возрастает степень их износа, что объясняется бόльшим выделением тепловой энергии в стволе дуги, а также большей долей унесенного жидкого металла; следует заметить, что расстояние между контактами в разомкнутом положении определяется необходимой электрической прочностью промежутка между контактами и

напряжением от-

ключаемой цепи;

 от скорости расхождения контактов. Износ зависит от рода тока;

при переменном токе повышение скорости увеличивает износ контактов, поскольку за полупериод с начала горения дуги до прохождения тока через нуль, когда создаются условия для окончательного гашения дуги, расстояние между контактными поверхностями будет тем больше, чем больше скорость; при постоянном токе, наоборот

, чем больше скорость расхождения контактов, тем быстрее дуга достигнет критической длины, при которой она гаснет, и тем меньше будет разогрев контактных поверхностей; следовательно, с увеличением скорости расхождения контактов их износ в данном случае будет уменьшаться.

Износ контактов может привести к появлению воздушных зазоров

между контактными поверхностями в замкнутом состоянии и

в результате этого к нарушению контактного соединения; для предотвращения подобной опасности все размыкающиеся контакты имеют так называемый ход в контактах (провал); по мере износа контактных поверхностей ход в контактах уменьшается; таким образом, изменение хода в контактах может служить мерой их износа.

Если в межконтактном промежутке при размыкании зажигается дуга, то износ под действием дуги обычно превосходит все виды износа.

Эрозия контактов под действием малых токов

Мостиковая эрозия контактов играет решающую роль в слаботочных аппаратах (преимущественно реле) и обусловлена главным образом разрушением контактного материала в момент разрыва мостика из расплавленного материала в процессе размыкания контактов.

Мостиковая эрозия контактов обусловлена тем, что разрушение жидкого мостика происходит в результате распыления металла и разрыва мостика, но не всего, как показывает опыт, мостики разрываются в зоне, расположенной вблизи анода (можно считать, что сам мостик состоит из металла анода и катода поровну).

Причина асимметрии мостиков точно не установлена, расчет степени мостиковой эрозии возможен по приближенной эмпирической формуле

в середине, а ближе к одному из электродов. Чаще

GaI

G – весовой перенос на одну операцию размыкания;

где

циент переноса,

см А ;



 показатель





из

а – коэффи-

изн

 определяется из экспери-

изн

ментов.

При искровой форме разряда (иногда называемой бесплазменной дугой или импульсным разрядом) знак переноса обычно положительный. Степень износа при искре пропорциональна количеству электричества, прошедшему между контактами:

Gq ,

где

– количество электричества, Кл; – коэффициент, характеризу-

ющий материал.

Подобный импульс разряд может иметь при замыкании контактов, если параллельно контактам включена емкость (знак переноса при этом минус). В некоторых случаях выбором емкости удается скомпенсировать положительный и отрицательный перенос.

В низковольтных сетях с номинальным напряжением ниже напряжения зажигания 270…300 В импульсный разряд появляется из-за

нали-

чия индуктивности в цепи. При обрыве мостика ток в индуктивности

резко спадает и между контактами появляется разность потенциалов, обусловленная ЭДС самоиндукции. Эта разность потенциалов может значительно превосходить напряжение сети.

Для уменьшения износа под действием импульсных разрядников применяются искрогасительные цепочки. Назначение их состоит в том, чтобы в процессе размыкания энергия, накопленная в индуктивности, израсходовалась в сопротивлении (линейном или нелинейном), включенном параллельно

размыкаемой индуктивности или параллельно ком-

мутирующим контактам.

Износ контактов при больших токах

Одним из важнейших факторов, влияющих на износ контактов коммутационных аппаратов в течение времени эксплуатации, является дуга, возникающая при их размыкании.

Дуговой разряд, образующийся на рабочих поверхностях контактдеталей, вызывает оплавление и испарение металла контакт-деталей. Степень износа коммутирующих контактов за одну операцию отключения зависит от величины тока дуги, длительности смещения дуги по поверхности контакт-деталей, материала контакт-деталей и конструктивных особенностей аппарата. При больших отключаемых токах и сравнительно редких операциях общий износ находится в прямой зависимости от числа отключений.

При относительно малых токах и частых включениях износ за одну операцию может в значительной степени

зависеть от частоты операций, поскольку с ней связана температура металла контакт-деталей, а следовательно, и активность окисленных процессов на их поверхности.

Таким образом, механизм дугового износа может отличаться при

различных величинах тока и частотах срабатывания.

В аппаратах высокого напряжения в процессе износа контактов большую роль может играть и дуга включения контакт-деталях при их сближении под влиянием напряжения цепи.

Некоторое влияние на износ коммутирующих контактов оказывают дуги, возникающие за счет вибрации контакт-деталей при их замыкании (соударение) как в аппаратах высокого, так и низкого напряжения.

При отсутствии магнитного поля или при небольших значениях индукции мостики расплавленного

металла обрываются и между контакт-

ее горения, скорости

, которая возникает на

деталями возникает дуга. Часть жидкого металла испаряется, а другая часть остается на поверхности контакт-деталей и снова отвердевает.

При достаточно высоких индукциях магнитного поля эти мостики почти полностью выбрасываются в сторону электромагнитными силами, и от этого существенно повышается износ металла. При токе 600 А наблюдается непрерывный рост износа с индукцией.

показали опыты, при больших токах медь по сравнению с сереб-

Как ром дает меньший износ, поскольку она обладает более высокой температурой плавления; медно-вольфрамовая композиция дает существенно меньший износ, чем медь и серебро.

Иная картина наблюдается при относительно малых токах. В области малых токов существенную роль играют окислительные процессы в разрушении контактных поверхностей.

2.6. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

Пример 1

Определить значение сопротивления контактов реле в месте стяги-

вания. Контакты реле выполнены в виде напаек серебром, радиус кривизны контактирующих поверхностей которых контактного нажатия контакт-деталей

12НF  .



. Сила



40 10 мr

Решение По условию задачи температура металла контакт-деталей не ука-

зана, через замкнутые контакты ток не протекает. Принимаем темпера-



20 С

туру контактов реле, равной температуре

Сопротивление стягивания одноточечного контакта реле при допущении, что эффективная площадь контактирования представляет собой окружность и значительно удалена от краев рабочих поверхностей сферических контакт-деталей, при температуре контакт-детали определим по формуле (2.12):







, Ом,

ст

2Ra

где

 – удельное электрическое сопротивление серебра при темпера-





туре металла контакт-деталей,

довательно,

   



1, 56 10 Ом м;

Ом м;



при температуре

а – радиус действительной

20 С,

сле-

площадки контактирования, м.

Радиус действительной площадки контактирования в случае упругой деформации (2.3) при сжатии сферических контакт-деталей одинакового радиуса из серебра

и при условии, что пленки окислов отсут-

ствуют на рабочих поверхностях, определим по формуле (2.9)

кк.д

0,86 0,86 1, 607 10 , м,

 

12 40 10



7,35 10







где

7,35 10 Н/мЕ 

10 2

– модуль упругости серебра;

– радиус кри-

к.д

визны контактирующих рабочих поверхностей сферических контактдеталей,

Сопротивление стягивания одноточечного контакта реле







Ответ:



  

8,035 10 Ом.

ст

8, 035 10 ОмR



ст





2 1, 607 10

1, 56 10



Пример 2

Определить вид деформации рабочих поверхностей контакт-деталей, которые стянуты силой контактного нажатия

250 НF  . Радиусы

кривизны контактирующих сферических поверхностей контакт-деталей, выполненных из меди, одинаковы:





25 10 ммr

Решение

1. Контакт-детали сжаты силой контактного нажатия, следовательно

материал контакт-деталей в условном радиусе фактической площадки контактирования

скому напряжению)

подвергается удельному давлению (механиче-

к.эф

уд

Если после снятия силы

контактного нажатия и давления

уд

приходящегося на единицу эффективной площади контактирования, микровыступы на рабочих поверхностях контакт-деталей, формирую-

щие условные радиусы фактической площадки контактирования

к.эф

в полном объеме восстанавливают свою начальную форму, то деформация является упругой (2.3):

.Р 

уд см

В случае когда после снятия силы

ния

, приходящегося на единицу эффективной площади контакти-

уд

контактного нажатия и давле-

рования, микровыступы на рабочих поверхностях контакт-детали, формирующие условные радиусы фактической площадки контактирования

, остаются деформированными, деформация остаточная (2.4):

к.эф

Р 

уд см

Определим удельное давление, приходящееся на единицу площади соприкосновения (механическое напряжение) в случае упругой деформации (2.2):

уд

где

а – радиус действительной площадки контактирования, м.

, Н,





Радиус действительной площадки контактирования в случае упругой деформации при сжатии сферических контакт-деталей одинакового радиуса из серебра

при условии, что пленки окислов отсутствуют на

рабочих поверхностях (2.6),

кк.д

0,86 0,86 3,226 10 , м

 

250 25 10



10,8 10







где

10,8 10 Н/мЕ 

10 2

– модуль упругости меди (табл. П2);

к.д

– ра-

диус кривизны контактирующих рабочих поверхностей сферических контакт-деталей,

Следовательно, удельное давление, приходящееся на единицу пло-

щади соприкосновения в случае упругой деформации, составит



уд

250





(3,226 10 )

7,646 10 Н.

Тогда, сравнивая значение удельного давления, приходящегося на единицу площади соприкосновения в случае упругой деформации

уд

и значение предела прочности на смятие металла контакт-деталей, равного

см

383 10 Н/м 

Ответ: деформация остаточная, так как

7,646 10 383 10

, получаем

, т. е.

уд см

.Р 

Пример 3

Два медных стержня, торцы которых обработаны под радиусы кривизны контактирующих сферических поверхностей контакт-деталей



, сжаты силой

420 НF  . Определить минимальный



12 10 мr

плавящий ток в коммутирующих контактах; контакт-детали выполнены из меди.

Решение

Величина минимально плавящего тока зависит не только от материала металла контакт-деталей и контактного нажатия, но и от расположения точки соприкосновения на рабочей поверхности контакт-деталей и от вида деформации.

Определим вид деформации. В случае после снятия силы

контактного нажатия и давления

пластической деформации

, приходя-

уд

щегося на единицу эффективной площади контактирования, микровыступы на рабочих поверхностях контакт-деталей, формирующие услов-

ные радиусы фактической площадки контактирования

к.эф

, остаются

деформированными, деформация остаточная (2.4),

,Р

Р 

уд см

Определим удельное давление, приходящееся на единицу площади

соприкосновения (механическое напряжение) в случае упругой дефор- мации (2.2):

уд

а – радиус действительной площадки контактирования, м.

где

, Н,





при условии, что пленки окислов отсутствуют на

рабочих поверхностях (2.6):

кк.д

0,86



420 12 10



0,86 3,096 10 , м



10,8 10







где

10,8 10 Н/мЕ 

10 2

– модуль упругости меди (табл. П2);

к.д

– ра-

диус кривизны контактирующих рабочих поверхностей сферических контакт-деталей,

Следовательно, удельное давление, приходящееся на единицу площади соприкосновения в случае упругой деформации, составит



уд

420



(3,096 10 )



1, 395 10 , Н.

Тогда, сравнивая значение удельного давления, приходящегося на единицу площади соприкосновения в случае упругой деформации,

,Р

уд

и значение предела прочности на смятие металла контакт-деталей, равного

см

383 10 Н/м 

1, 395 10 383 10

, получаем

, т. е.

уд см

.Р 

Следовательно, деформация – пластическая (остаточная).

Минимально плавящий ток в линейных и поверхностных контактах при условии, что поверхности соприкосновения одинаковы и достаточно удалены друг от друга при пластической деформации, может быть определен по (2.29):





пл

п – число площадок касания;  – теплопроводность меди,

где



F п

пл пл к.пол к



пл

Вт/мград , принимаем 390 Вт/мград  ;  – удельное сопротивле-



Ом м:



ние меди при температуре плавления,

84 7

        

Здесь

пл

Бринеллю

Ответ:

(1 ) 2,1 10 (1 41 10 1083) 1,232 10 Ом/м.

0 пл





2,1 10 Ом/м

 



1083 С

– температура плавления меди (табл. П2); твердость по

100 10 Н/мН 

1, 5 2 5, 9 35 1 0 А.

  



св

5,935 10 АI



св



 

– удельное сопротивление меди (табл. П2);

(табл. П2).

32 390 1083 420

 

1, 2 32 10

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]