Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование высокого напряжения и его эксплуатация. Учебное пособие
.pdf
3.5. ВИДЫ КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
На рис. 36 показаны основные типы конструктивного исполнения
контактных систем электрических аппаратов.
а
в
б
г
д
е
Рис. 36. Основные типы конструктивного исполнения
контактных систем электрических аппаратов:
а – с плоскими пружинами; б – рычажный; в – мостиковый; г – врубной;
д – щеточный; е – роликовый: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный
контакт; 3 – пружина; 4 – гибкая связь; 5 – неподвижная токоведущая
часть контактной системы; l
– раствор контактов; l2 – провал контактов
1
71
Рычажные контакты (рис. 36, б), как правило, выполняются таким
образом, что точка соприкосновения в промежуточном положении
контактных частей отличается от точки соприкосновения в крайнем
положении. В процессе смыкания контактов происходит проскальзывание одной части контакта по другой и срыв оксидных пленок (самоочищение контакта), что является основным преимуществом контактов
этого типа. Недостаток
рычажного контакта – это наличие гибкой связи, предназначенной для подведения тока к подвижной части контактной системы. В процессе коммутаций контакта в гибкой связи накопляются усталостные напряжения металла и постепенно происходит ее
деградация и разрушение. В современных контактных системах гибкая
связь, как правило, выполняется в виде прямоугольного пакета тонких
медных лент.
Основное преимущество мостикового (рис. 36, в) контакта заключается в отсутствии гибкой связи, а недостаток его – это наличие двух
последовательных контактов вместо одного (соответственно, вдвое
большее переходное сопротивление и необходимость большей силы
контактного нажатия).
Врубные, розеточные и пальцевые контакты (рис. 36, г) построены
по общему принципу: подвижный контакт (обычно называется «нож
»)
входит в гнездо, размер которого несколько меньше размера ножа.
В розеточном контакте гнездо представляет собой набор гибких пластин (ламелей), в пальцевом контакте гнездо образуют подпружиненные элементы специальной конструкции (пальцы). В процессе смыкания контактов происходит упругая деформация элементов гнезда,
обеспечивающая фиксацию подвижного контакта, при проскальзывании
ножа вдоль ламелей
происходит срыв оксидной пленки и самоочищение
контактов. Недостаток контактов такого типа – это накопление остаточных деформаций ламелей, что приводит к «разбалтыванию» ножа в
процессе эксплуатации, уменьшению силы контактного нажатия, увеличению переходного сопротивления контакта (что может привести к перегреву, расплавлению и свариванию частей контакта).
Щеточные контакты используются для передачи тока
на вращающийся контакт (рис. 36, д). Характеризуются большой силой трения
неподвижных элементов контакта (щеток) о вращающуюся часть, что
требует значительной силы привода. Такие контакты – самоочищающиеся, более того, кроме оксидных пленок, происходит постепенное
стирание материала щеток, т. е. их износ.
72
Роликовые контакты (рис. 36, е), как правило, используются в контактных системах с массивными контактами, например в разъединителях, предназначенных для работы в цепях генераторов (рассчитанные
на большие номинальные токи). В отличие от щеточных контактов основной вид трения в роликовых контактах – трение качения, поэтому
самоочищения контактных поверхностей при движении элементов
контактов
делить на следующие режимы: режим замыкания, режим замкнутого
состояния и режим размыкания.
напряжения на контактах U, тока в контактах I от времени в процессе
вибрации контактов.
не происходит.
3.6. РЕЖИМЫ РАБОТЫ КОНТАКТОВ
При коммутации электрической цепи работу контактов можно раз-
В режиме замыкания возможны следующие процессы:
• вибрация контактов;
• эрозия контактов.
На рис. 37 показаны зависимости расстояния между контактами X,
Рис. 37. Процесс вибрации контактов
При замыкании подвижный контакт приближается к неподвижному
контакту с определенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация материала обоих контактов. Это приводит к отбросу
73
подвижного контакта, и он отскакивает от неподвижного на десятые
или сотые доли миллиметра. Под действием контактной пружины происходит повторное замыкание контактов. Этот процесс может повторяться несколько раз с затухающей амплитудой (рис. 37). При каждом
отбросе между контактами возникает электрическая дуга, вызывающая
их износ в виде оплавления и распыления материала контактов
. Для
уменьшения вибрации контактная пружина должна иметь предварительное сжатие при разомкнутых контактах. В момент касания контактов сила нажатия возрастает не от нуля, а от величины предварительного нажатия.
Увеличение жесткости контактной пружины способствует уменьшению вибрации. На вибрацию контактов влияет момент инерции,
с ростом которого вибрация усиливается. При
протекании больших
токов через контакты вибрация усиливается из-за возникновения электродинамических усилий (ЭДУ), отбрасывающих контакты. Поэтому
для компенсации действия ЭДУ необходимо увеличивать нажатие
контактных пружин.
В режиме замыкания контактов по мере приближения подвижного
контакта к неподвижному возрастает напряженность электрического
поля между контактами и при некотором расстоянии происходит пробой межконтактного
промежутка. В аппаратах низкого напряжения
пробой возникает при очень малом расстоянии и в дуговую форму разряд не переходит, так как подвижный контакт продолжает двигаться и
замыкает контакт. Однако пробой промежутка вызывает перенос металла с одного контакта на другой (с анода на катод). Происходит физический износ или эрозия.
В аппаратах высокого напряжения при
сближении контактов пробой происходит при больших расстояниях.
Возникшая дуга горит относительно долго, при этом возможно сваривание контактов. Для устранения пробоя применяют несколько разрывов, последовательно соединенных между собой.
В режиме замкнутого состояния контактов возможны две ситуации:
• через контакты проходит длительное время номинальный ток;
• через контакты проходит ток короткого замыкания.
При длительном номинальном токе на переходном сопротивлении
контакта выделяется мощность, которая вызывает нагрев контакта.
Это приводит к размягчению и плавлению материала контактов.
Поэтому контакт характеризуется двумя точками (рис. 38): точкой
размягчения (рекристаллизации) с параметрами U
напряжения, θ
– температура) и точкой плавления с параметрами Uк2
к1
и θк1 (Uк1 – падение
к1
74
и θк2, значение которых приведено в табл. 5. Для надежной работы
контактов необходимо, чтобы при номинальном токе I
падение
н
напряжения на переходном сопротивлении было меньше допустимого:
нп к.доп к1
(0,5...0,8)IR U U
. (61)
Рис. 38. Зависимость падения напряжения
на контакте от температуры
При коротком замыкании через контакты проходят токи, в 10…20 раз
превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контактной площадки практически мгновенно
повышается и может достигать температуры плавления. Это может
привести к свариванию контактов.
Таблица 5
Параметры точек рекристаллизации и плавления контактов
из различных материалов
Материал U
Медь 0,12 190 0,43 1083
Серебро 0,09 150 0,35 960
Алюминий 0,1 150 0,3 658
Вольфрам 0,4 1000 1,0 3370
, В θк1, oC Uк2, В θк2, oC
к1
75
В режиме размыкания контактов сила нажатия уменьшается, переходное сопротивление возрастает (рис. 38) и повышается температура
точек касания. В момент разъединения контактов температура достигает температуры плавления и между контактами появляется мостик из
жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик взрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает
либо дуговой
разряд, либо тлеющий. При возникновении дугового разряда температура катодного и анодного пятна дуги достигает точки
плавления материалов. Высокая температура контактов приводит к их
интенсивному окислению, распылению материала контактов в окружающем пространстве, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок. Все это влечет за собой износ
контактов.
Перенос материала с одного электрода на другой наиболее вреден
при постоянном токе, так как направление переноса не меняется.
Это ведет к быстрому выходу из строя контактов. Направление эрозии
и форма износа контактных поверхностей зависят от вида разряда
и величины тока. Если величина тока и напряжения не превышает некоторых пограничных
значений
и
I
0
, то тлеющий разряд не пере-
U
0
ходит в дуговой (табл. 6).
Основными средствами борьбы с эрозией в аппаратах на токи
от 1 до 600 А являются:
• сокращение длительности горения дуги за счет применения дуго-
гасительных устройств;
• устранение вибрации при включении;
• применение дугостойких контактных материалов.
Таблица 6
Пограничные значения
Материал
Серебро 12,0 0,40
Золото 15,0 0,38
Медь 12,3 0,43
Вольфрам 17,0 0,9
I и 0U различных материалов контактов
0
U
76
0
, В
, A
I
0
3.7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ ВСТАВОК
ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Схема испытательной установки (рис. 39) обеспечивает автоматический отсчет времени от момента появления тока перегрузки в цепи
плавкой вставки до ее перегорания. Для этой цели в схеме использовано токовое реле КА, катушка которого включена последовательно
с плавкой вставкой. Реле отстраивается так, чтобы оно срабатывало во
всем диапазоне токов перегрузки; при этом
контакты реле КА включают электронный цифровой секундомер типа СЭЦ-10000Щ. Электронный секундомер работает до тех пор, пока не обесточится обмотка
реле, т. е. пока не перегорит плавкая вставка.
Рис. 39. Электрическая схема установки
77
Ток в цепи плавкой вставки регулируется при помощи автотрансформатора АТ. Магнитный пускатель YA и выключатель B образуют
цепь управления. Для установки того или иного тока перегрузки необходимо включить выключатель B в цепи управления, затем включить
сетевой автомат SF и с помощью автотрансформатора установить требуемое значение тока, после чего выключить выключатель B.
Для уменьшения
возможных разбросов во временах плавления от-
дельных экземпляров плавких вставок необходимо:
1) при испытании плавких вставок предохранителей открытого типа следить за тем, чтобы плавкие вставки не касались изоляционной
пластинки и чтобы особенно тщательно были выполнены контакты
в местах подключения;
2) не допускать значительных снижений токов перегрузки в процессе плавления
вставки (ток может уменьшаться из-за ограниченной
мощности автотрансформатора АТ и существенного возрастания сопротивления плавкой вставки при нагревании, снижение тока компенсируется регулированием коэффициента трансформации АТ).
Расчет токовременной характеристики для круглой плавкой встав-
ки проводится по эмпирической формуле:
4
22,253
IAd AdA
tAd
4
1
234
22,25
IAd A
56
d
2
l
, (62)
2
4
d
2
l
где t – время плавления вставки, с; I – величина тока нагрузки, А;
d – диаметр плавкой вставки, см; l – длина плавкой вставки, см; A
, A4, A5, A6 – эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств ма-
A
3
, A2,
1
териала плавкой вставки (табл. 7).
Зависимость минимального плавящего тока от диаметра плавкой
вставки можно определить из эмпирической формулы
4
где
IAdBdC
мин
– минимальный плавящий ток, A; d – диаметр плавкой встав-
I
мин
2,25 3
d
, (63)
2
l
ки, см; l – длина плавкой вставки, см; A, B, C – эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств материала плавкой вставки (табл. 8).
78
Эмпирические коэффициенты для определения длительности
A
плавления вставок из различных материалов
Материал
Эмпирический
коэффициент
медь
посеребренная
медь
Таблица 7
серебро
A1
A2
A3
A4
A5
A6
5,62 10
3,41 10
4, 21 10
4,62 10
2,64 10
3,48 10
Эмпирические коэффициенты для определения
минимального плавящего тока
Материал
Медь электротехническая
Медь посеребренная
8
5
5
9
5
9
5,62 10
8, 31 10
8
3,41 10
4,62 10
2,64 10
3,48 10
5
4
9
5
9
B C
2, 64 10
2, 64 10
5
5
2,42 10
4,78 10
3,47 10
8,74 10
8
4,30 10
6, 34 10
3,17 10
4, 59 10
5
4
9
5
9
Таблица 8
6
5
2, 74 10
2, 74 10
9
8
Задание
1. Экспериментальным путем определить защитную характеристику плавкой вставки круглого сечения (диаметр плавкой вставки берется по указанию преподавателя).
79
2. Сравнить измеренную защитную характеристику с расчетной.
3. Экспериментальным путем определить минимальный плавящий
ток (
) и сравнить с расчетными значениями.
I
мин
Контрольные вопросы
1. Приведите преимущества и недостатки предохранителей в качестве защитных коммутационных аппаратов.
2. Защитная характеристика предохранителя и ее координация
с времятоковой характеристикой защищаемого объекта.
3. Что такое токоограничивающий эффект предохранителя и от чего он зависит?
4. Основные составные элементы конструкции предохранителя.
5. Предохранители с кварцевым наполнителем, конструкция и принцип действия.
6. Предохранители
выхлопного типа (стреляющие), конструкция
и принцип действия.
7. Ограничители ударного тока, конструкция и принцип действия.
3.8. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЫКАЕМЫХ КОНТАКТОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Электрическая схема установки показана на рис. 40. В качестве измерительного прибора используется милливольтметр, подключенный
параллельно контакту. Силу контактного нажатия измеряют динамометром, шкала которого проградуирована в сотых долях миллиметра.
Силе нажатия контактов, равной 100 Н (10 кг), соответствует показание динамометра в 0,23 мм (23 деления шкалы).
Если не обеспечено некоторое нажатие контактов или контактные
поверхности значительно окислены или загрязнены, переходное сопротивление контактов будет настолько большим, что возникающее
падение напряжения станет опасным для измерительного прибора. Поэтому перед подключением прибора необходимо убедиться в том, что
контактное нажатие составляет 50…100 Н.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]