Файл: Вопросы к экзамену по предмету Эиэа нагревание проводников постоянным и переменным током, поверхностный эффект, эффект близости.docx

По конструктивному исполнению контакты делятся на:

• торцевые (стыковые);

• врубные;

• розеточные;

• роликовые.

Торцевые контакты осуществляют контактирование без перемещения контактной поверхности неподвижного контакта относительно контактной поверхности подвижного контакта (без провала).

Врубные контакты — такие контакты, в которых подвижные или неподвижные контакты выполнены в виде пластин.

Розеточный контакт имеет подвижный контактный стержень и ряд сегментов (ламелей), образующих неподвижный контакт.

Роликовые контакты — такие контакты, у которых один из контактов (подвижный или неподвижный) выполнен в виде ролика.

Неразборные соединения выполняются посредством электродуговой или холодной сварки, пайки или клепкой соединяемых деталей. В контактных соединениях, подвергающихся воздействию токов КЗ, применять заклепки не рекомендуется, так как при ударных токах КЗ они расшатываются, надежность контактирования снижается и они будут перегреваться.

В аппаратах для передачи тока к контактам с основного токопровода могут использоваться пружинящие элементы или гибкие связи. Соединения этих элементов с токопроводами и контактами могут быть как разборными, так и неразборными.

12. Зависимость переходного сопротивления от: контактного нажатия температуры контактов, состояния поверхности контактов, материала

Переходное сопротивление контакта зависит от обработки поверхности.

Наличие окисных плёнок приводит к тому, что при небольшом напряжении замыкаемой цепи или недостаточной силе нажатия на контакты протекание электрического тока становится невозможным. В связи с этим контакты на малые токи или на малые усилия нажатия изготовляются из благородных металлов, не поддающихся окислению (золото, платина и др.).

В сильноточных (сильнотоковых) контактах окисная плёнка разрушается либо благодаря большим усилиям нажатия, либо путём самозачистки при включении за счёт проскальзывания одного контакта относительно другого.

Переходное сопротивление чрезвычайно чувствительно к окислению поверхности ввиду того, что окислы многих металлов (в частности, меди) являются плохими проводниками. У медных открытых контактов вследствие их окисления с течением времени переходное сопротивление может возрасти в тысячи раз.

Окислы серебра имеют электрическую проводимость, близкую к проводимости чистого серебра. При повышенных температурах окислы серебра разрушаются. Поэтому переходное сопротивление контактов из серебра практически не изменяется с течением времени. Для медных контактов применяются специальные меры по уменьшению окисления их рабочих поверхностей.

---

В разборных соединениях производят антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей – серебрят, лудят, покрывают кадмием, никелируют и цинкуют. Применяют покрытие рабочих поверхностей нейтральной смазкой.

Коммутирующие контакты, длительно работающие под током не выключаясь, выполняются, как правило, из серебра или металлокерамики на основе серебра. Тем самым снижаются нагрев контактов и интенсивность их окисления.

Возникающая при отключении дуга сжигает окислы, и переходное сопротивление снижается. Образовавшаяся окисная пленка при этом разрушается.

Материалы большей твердости имеют большее переходное сопротивление и требуют большего контактного нажатия. Чем выше электрическая проводимость и теплопроводность материала, тем ниже переходное сопротивление.

13. Температура площадки контактирования, вывод формулы нагрева контакта в функции тока, напряжения

При прохождении тока в площадке контактирования из-за наличия переднего сопротивления будет выделяться энергия I²R_перdt. Так как эта энергия много больше энергии I²Rdt, выделяемой в материале контакта, а теплоотдача окружающую среду осуществляется с поверхности контакта (рис. 4-4), то температура площадки контактирования будет выше средней температуры контакта. Превышение температуры площадки контактирования над температурой теплоотдающей поверхности контакта будет

 (4-5)

где ρ – удельное сопротивление материала контакта; λ. – коэффициент теплопроводности материала контакта; σ – временное сопротивление смятию; Р – сила контактного нажатия. Если принять, что переходное сопротивление контакта

 (4-6)


Рис. 4-4. Схема теплоотвода и распределение температур в районе площадки контактирования

где а – радиус площадки контактирования (считаем, что q = Р/σ = πа²), то уравнение (4-5) можно привести к виду

 (4-7)

где U_пep — падение напряжения в переходном сопротивлении контакта.

---

На рис. 4-5 приведены кривые, выражающие согласно (4-7) зависимость превышения температуры τ_к площадки контактирования серебряных и медных контактов от падения напряжения U_пер в них. При естественном охлаждении падение напряжения в переходном сопротивлении контакта при номинальном токе обычно 10 – 20 мВ. Превышение температуры площадки контактирования над средней температурой контакта составляет при этом несколько градусов (не более 10 °С) и при нормировании температуры контакта во внимание не принимается.



Рис. 4-5. Зависимость превышения температуры площадки контактирования от падения напряжения в контактном соединении 1 – серебро; 2 – медь.

14. Режимы работы и схема замещения контактов, включение и выключение цепи, проведение токз контактами во включенном состоянии. Эрозия контактов при коммутации и во включенном состоянии.

При коммутации электрической цепи работу контактов можно разделить на следующие режимы: режим замыкания, режим замкнуто го состояния и режим размыкания.

---

Режим замыкания. В этом режиме возможны следующие процессы: 1) вибрация контактов, 2) эрозия контактов.

При замыкании подвижный контакт приближается к неподвижному контакту с определенной скоростью. При соударении происходит упругая деформация материала обоих контактов

Это приводит к отбросу 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. 9). При каждом отбросе между контактами возникает электрическая дуга, вызывающая износ контактов в виде оплавления и распыления материала контактов. Для уменьшения вибрации контактная пружина должна иметь предварительное сжатие при разомкнутых контактах. В момент кассания контактов сила нажатия возрастает не из 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 определенном 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.

Режим замкнутого состояния. В этом режиме возможны два случая: 1) через контакты проходит длительное время номинальный ток; 

---

2) 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. 10): точкой размягчения (рекристаллизации) с параметрами U_к1 и θ_к1(U_к1 – падение напряжения, θ_к1 – температура) и точка плавления с параметрами U_к2 и θ_к2,.

Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе I_н падение напряжения на переходном сопротивле- нии было меньше допустимого

I_н R_п < U_кдоп = (0.5 - 0.8) U_к1. (6)

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. Это может привести к свариванию контактов.

Режим размыкания контактов. При размыкании сила нажатия уменьшается, переходное сопротивление возрастает и растет температура точек касания. В момент разъединения контактов температура достигает температуры плавления и между контактами возникает 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 пятен 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.

15. Электродинамические усилия в контактах и способы их компенсации. Явление дребезга контактов, его последствия.

При коротком замыкании происходит не только резкое увеличение тока, но и увеличение переходного сопротивления контакта из-за ослабления контактного нажатия, вызываемого электродинамическими силами- электродинамического отброса. Возникающая при отбросе контактов дуга вызывает большое оплавление рабочих поверхностей и их сваривание при замыкании. В аппаратах на большие токи, в частности в автоматических выключателях, стремятся так выполнить контактную систему, чтобы компенсировать или ослабить действие электродинамических сил за счёт рычажных контактов, пружин, компенсаторов, удерживающих контакты за счёт усилий.

---