Пособие Теория электрических аппаратов

не более, чем на 50% от начального значения.

Достоинства мостиковых контактов:

-Двойной разрыв между контактными деталями

-Отсутствие гибких связей между подвижными и неподвижными токоведущими частями.

Недостаток:

-Отсутствует перекатывание и самоочищение, поэтому контакты изготавливают не из меди, а из серебра или металлокерамикинаосновесеребра.

4.5.3. Врубной контакт

Врубные контакты образуются введением плоской контакт-детали между двумя пружинящими деталями (рис.4.10). Применяются в рубильниках, разъединителях, предохранителях и других аппаратах. Контактное нажатие осуществляется за счёт упругих свойств материалов контактдеталей (твёрдо-натянутая медь, специальная бронза). Для увеличения усилия нажатия у врубных контактов на большие токи устанавливают стальные пружины. В высоковольтных аппаратах на большие токи используют врубные контакты клинообразной формы (рис.4.11).

Рис. 4.10 – Врубной контакт

50

-гашение дуги происходит в замкнутом объёме без выхлопа в атмосферу;

-высокая отключающая способность;

-малый износ дугогасительных контактов;

-бесшумная работа.

Недостатки:

-сложность и дороговизна изготовления;

-высокие требования к качеству элегаза;

-необходимость специальных устройств для наполнения, перекачки

иочистки элегаза;

-относительно высокая стоимость SF6.

2.Вакуумный выключатель.

Высоковольтный выключатель, в котором вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Поскольку разряжённый газ обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающий прочность воздуха при атмосферном давлении, то при размыкании контактов в вакууме, сразу же после первого прохождения тока в дуге через ноль, изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается. В момент размыкания контактов в вакуумном промежутке коммутируемый ток инициирует возникновение электрического разряда – вакуумной дуги, существование которой поддерживается за счёт металла, испаряющегося с поверхности контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная ионизированными парами металла, проводит электрический ток, поэтому ток протекает между контактами до момента его перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, а оставшиеся пары металла мгно-

54

венно (за 7-10 мкс) конденсируются на поверхности контактов и других деталей дугогасящей камеры, восстанавливая электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время на разведённых контактах восстанавливается приложенное к ним напряжение.

Достоинства:

-простота конструкции;

-простота ремонта;

-отсутствие загрязнения окружающей среды;

-высокая коммутационная износостойкость.

Недостатки:

-небольшие номинальные токи и токи отключения.

3.Геркон (герметичный магнитоуправляемый контакт). Электромеханическое устройство, представляющее собой пару фер-

ромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную капсулу (колбу). При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели, датчики близости и т.д. Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле. Также существуют герконы, размыкающие цепь при возникновении поля.

По конструктивным особенностям герконы различают на:

-сухие (с сухими контактами);

-ртутные (капля ртути смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин во время работы).

Достоинства:

-контакты находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра;

-долговечность, т.к. считается, что если не бить геркон и не пропус-

кать через него очень большие токи, то срок службы не ограничен ( около 109 срабатываний);

-меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на тот же ток;

-высокое быстродействие.

Недостатки:

-наличие дребезга при включении, что влечёт за собой множественные срабатывания за небольшой промежуток времени;

-хрупкость;

-необходимость создания магнитного поля.

55

Коммутирующие контакты бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. В первом случае имеют место только два контакта, которые служат и для проведения тока, и для разрыва дуги. В электрических аппаратах часто устанавливают несколько контактов: главные (для проведения электрического тока) и дугогасительные (для гашения дуги). На (рис.4.15) представлена двухступенчатая контактная система с главными контактами (1) и дугогасительными (2). Главные контакты выполняются из меди, а поверхности их соприкосновения из серебра, нанесённого электролитически или в виде припаянных пластин. Дугогасительные контакты выполняются из меди и имеют наконечники из дугостойкого материала – вольфрама или металлокерамики.

Ввиду того что переходное сопротивление цепи главных контактов значительно меньше, чем дугогасительных, через них проходит 70-80% длительного тока. При отключении вначале расходятся главные контакты и весь ток цепи замыкается по дугогасительным контактам. Дугогасительные контакты расходятся в тот момент, когда расстояние между главными контактами достаточно, чтобы выдержать наибольшее напряжение, возникающее в процессе гашения дуги на дугогасительныхконтактах.

При включении двухступенчатой системы вначале замыкаются дугогасительные контакты, а затем главные, что обеспечивает отсутствие дуги и оплавления серебряных поверхностей контактов. Ввиду своей сложности двухступенчатые системы применяются только при очень больших токах (более 2000А) в автоматах и выключателях высокого напряжения. Во всех остальных случаях надёжная работа контактов обеспечивается выбором их материала и конструкции при использовании одноступенчатой системы.

56

4.5.7. Жидкометаллические контакты

Рассмотрим принцип действия контактора с жидкометаллическим контактом (рис.4.16). Внешняя цепь подключается к электродам (1) и (2). Корпус (3) выполнен из электроизоляционного материала. Полости корпуса заполнены жидким металлом (4) и соединяются между собой отверстием (5). Внутри полостей корпуса плавают пустотелые ферромагнитные цилиндры (6). При подаче напряжения на катушку (7) цилиндры опускаются вниз. Жидкий металл поднимается и через отверстие (5) соединяет электроды (1) и (2), контактор включается.

По сравнению с твёрдометаллическими жидкометаллические контакты (ЖМК) обладают следующими преимуществами:

-малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела жидкий металл – электрод (до 120 А/мм2), что позволяет резко сократить габаритные размеры контактного узла и контактное нажатие при их коммутации;

-отсутствие вибрации, приваривания, залипания и окисления контактов при их коммутации;

-возможность разработки коммутационных аппаратов на новом принципе (автоматический восстанавливающийся предохранитель), благодаря свойствам текучести жидкого металла.

57

К электрическим аппаратам обычно предъявляют требование сохранить работоспособность в интервале температур ±40 . Очевидно, что жидкий металл должен сохранять своё состояние в указанном интервале. Из известных материалов только ртуть находится в жидком виде при температурах ниже 0 и может быть в чистом виде пригодна для ЖМК. Высокая токсичность паров ртути существенно осложняет технологию её применения.

Недостатки жидкометаллических контактов:

-Обычно применяемые контактные материалы галий и его сплавы с другими металлами требуют подогрева контактов до момента включения, так как температура окружающей среды может быть ниже температуры затвердевания этих металлов (около 20 );

-Большинство аппаратов с ЖМК требуют определённого положения

впространстве и подвержены влиянию сторонних механических воздействий (ударов, вибрации), что затрудняет их применение.

4.6. Основные характеристики контактов. ЭДУ в зоне контакта. Особенность работы контактов в режиме протекания токов КЗ

Коммутационная способность – это способность аппарата производить включение и отключение электрических цепей при заданных условиях, оставаясь при этом в исправном состоянии.

Предельная коммутационная способность – это максимальное значение тока КЗ [кА], которое способен несколько раз выключать данный выключатель, оставаясь в исправном состоянии.

Одноразовая предельная коммутационная способность - максимальное значение тока КЗ [кА], которое способен отключить данный аппарат, после чего его исправное состояние не гарантируется.

Для оценки коммутационной способности автоматического выключателя сравниваются расчётное значение ударного тока с предельной коммутационной способностью.

Термическая устойчивость контактов – способность контактов в течение определённого времени проводить большие токи, не оплавляясь и не свариваясь.

В зоне электрического контакта всегда действует ряд механических усилий, влияние которых особенно сказывается при протеканиитоковКЗ.

При возникновении токов КЗ контакты могут разомкнуться преждевременно из-за больших сил ЭДУ (рис.4.17). В результате может возникнуть мощная электрическая дуга, которая приведёт к оплавлению и преждевременному выходу контактов из строя. По этой причине в конструкцию некоторых электрических аппаратов вводят специальный элемент, компенсирующий увеличивающиеся отталкивающие силы - электродинамический компенсатор(рис.4.18).

-К – усилие контактной пружины;

-ЭДУ – электродинамическое усилие отталкивания;

-ЭС – электростатические силы притяжения (возникают из-за того,

58

что контакты находятся под некоторой разностью потенциалов);

-ЭМ – электромагнитные силы сжатия, действующие на перемычку

между контактами.

Контрольные вопросы

1.Действие каких сил проявляется в зоне электрического контакта?

2.Приведите примеры конструкций электрических контактов, обеспечивающих компенсацию электродинамических усилий.

3.Что такое размягчение контактов, и как его можно использовать для определения необходимой силы контактного нажатия?

59