Електричні апарати (стр. 10 из 31)

Застосування: матеріал для шин і конструкційних деталей апаратів.

Аурум (Золото), Платина, Плюмбум (Свинець) – висока корозійна стійкість плюс малий перехідний опір.

Застосування: малі струми з невеликою силою натискання.

Вольфрам – висока дугостійкість, стійкість проти корозії,зварювання. Висока твердість, що необхідне при частих вимиканнях і вмиканнях.

Недоліки: мала теплопровідність, висока густина, утворення міцних оксидних і сульфідних плівок вимагають великої сили натискання внаслідок утворення плівок і високої механічної міцності.

Застосування: дугостійкі і частовмикаючі контакти.

Основні необхідні властивості контактного матеріалу – висока електропровідність та дугостійкість не можуть бути отримані за рахунок сплавів таких матеріалів як срібло+вольфрам або мідь+вольфрам, бо вони не утворюють сплавів. Тому матеріали, що задовольняють необхідним вимогам, отримують методами порошкової металургії. Це – так звана металокераміка.

Металокерамічні контакти отримують методом спікання.

Отримані цим методом порошкові сплави:

- вольфрам плюс аргентум і вольфрам плюс купрум – мають властивості позитивні як першого (вольфрам) та і других (срібло, алюміній) складових, тобто високу дугостійкість, низьку величину сили контактного натискання, низький контактний опір. Також мають високу зносостійкість, довгий термін надійності та служби.

Недоліки: високий питомий опір, мала теплопровідність, велика необхідна сила натискання.

Висока дугостійкість + відносно добра провідність – головні якості металокераміки.

Аргентум (срібло) – графіт → дугогасящі контакти;

Купрум (мідь) – графіт → важливі завдяки високій стійкості проти зварювання.

Металокерамічні сплави марки КМК-А60, КМК-А61, КМК-Б20 застосовують для контактів матеріалів високої напруги.

Слід відмітити що, вимоги до контактів – дуже суперечливі, вони протирічать одна другій, поскільки визначаються умовами роботи в різних режимах. Розглянемо детальніше це питання.

Матеріал повинен мати найвищу електро- і теплопровідність. Тоді теплова потужність, що виділяється буде зменшуватись, а умови тепло- відведення покращуються.

Це приведе до зниження температури контактів, а, значить, зниження утворення окислів на поверхні контактів.

Скорочуються також розміри розплавленого металічного перешийка, що утворюється у контакті в момент розмикання, також знижується інтенсивність ерозії.

Добре тепловідведення перешкоджає дузі нагрівати і випаровувати контактний метал і, веде до підвищення відновлюючої міцності приелектродних ділянок.

Висока температура рекристалізації сприяє відсутності холодного зварювання контактів. Висока температура плавлення і температура кипіння збільшують зносостійкість контактів внаслідок зменшення випаровування.

Зносостійкість підвищується при збільшенні температури плавлення, але одночасно збільшується твердість, яка приводить до зменшення контактуючих площадок.

Всі необхідні якості неможливо об’єднати в одному матеріалі, тому доцільно області застосування матеріалів, що застосовуються для контактів, приблизно розділити по струмах поскільки:

1) для контактів найважливішими параметрами при розрахунках є, по-перше, сили контактного натискання, як функція матеріалу контакту , та сила струму, що по ньому протікає.

2) друга важлива характеристика – допустимі температури контакту, як функція сили струму, постійного опору, теплопровідності.

Одна із класифікацій матеріалів, класифікація по струмах, приведена на (рис.6.7).

Як видно із рисунка, струми поділяють на:

1. Слабкі;

2. Середні;

3. Сильні.

Їм відповідають певні матеріали. Особливо рідкісні і дорогі (осмій, іридій, золото, срібло) застосовують для слабких струмів.

6.4 Температура площадки контактування. Контакти в режимі проходження тривалого струму

При проходженні струму в площадці контактування внаслідок наявності перехідного опору буде виділятися енергія

, що набагато більше енергії, що виділяється в об’ємі контакту. Температура, яку має площадка контактування є більшою внаслідок того, що перехідний опір (опір об’єму матеріала контакту) і того, що тепловіддача є гіршою від (бо площадка знаходиться далі від оточуючого середовища, чим контакт).

Якщо

, то різниця температур

– спад напруги на перехідному опорі контакту. Ця величина при природному охолодженні ~ 10 – 20 мВ.

Розрахунок контактів в режимі тривалого струму зводиться до визначення сили натискання в контактах, при якій температура в контакті підвищується.

Для одноточкових контактів на великі струми для підрахунку сили контактного натискання рекомендується формула:

, (6.6)

де

– твердість по Вікерсу.

Ця формула близька до експерименту.

Формула (6.6) дозволяє знайти силу контактного натискання для заданого номінального струму, знаючи відношення температур

Температуру об’єму легко знайти із формули:

, відомої для нагрівання провідника площею перерізу і периметром перерізу (формула 5.7).

Тоді, поскільки

, можна знайти . Це – перший спосіб оцінки (по ).

Температура нагрівання

контактної точки при нехтуванні тепло-відведенням з контакт-деталі в оточуюче середовище описується формулою Хольма:

(6.7)

Допустима напруга

на контакті звичайно приймається в межах (0.1÷0.3) , де – напруга, при якій матеріал контакту розм’якшується (рекристалізується). Важливою є також інша форма запису формули (6.6.), що враховує механічні властивості матеріалу ( ) та кількість точок контактування і дає можливість визначити силу контактного натискання.

(6. )

де

– сила контактного натискання;

=1÷3.

Дані розрахунки відносяться до випадку, при якому через контакти проходить номінальний струм, який і є тривалим струмом, або стаціонарним.

6.5 Розбірні контакти в режимі короткого замикання

З точки зору нагрівання, контакти – це найбільш навантажена ділянка струмоведучого кола. Звідси особливо необхідними є розрахунки параметрів контактів в умовах короткого замикання, коли виникають важкі умови роботи.

В розбірних контактах слабким місцем є болтове з’єднання. Болт, що стягує деталі, практично не проводить струм, його температура при короткому замиканні, внаслідок короткочасної дії не змінюється.

Теплове розширення струмоведучих деталей викликає додаткове напруження. Це додаткове напруження додається до напруження затяжки болта, що може привести до остаточних деформацій, які можуть послабити контакт з’єднання після його остигання.

Тому болтові з’єднання повинні перевірятися на додаткові механічні напруження при короткому замиканні.

7. Електромеханічні і електродинамічні сили в контактах

7.1 Контакти в режимі короткого замикання. Розмикання, замикання та зварювання контактів

Проходження струму в контакті супроводжується появою у приконтактній області сил, напружень і деформацій.

При відносно невеликих струмах їх величини є незначними, при струмах короткого замикання вони можуть досягнути великих значень.

7.1.1 Основні види сил

Основними силами, які діють в контактній системі, є сили, зв’язані із зміною густини ліній струму в місці контакту контактуючих деталей (рис.7.1).

Сила контактного настискання, яка діє в місці контакту, повинна бути такою, щоб забезпечувати надійний контакт, незважаючи на дію електродинамічної і електромагнітних сил.