книги / Электрические аппараты

ремонте и монтаже и имеют малое переходное сопротивле­ ние.

Рекомендуемые давления одной шины на другую, 104 Па, при болтовом соединении приведены ниже.

Момент при затяжке болтов контролируется специаль­ ным тарированным чоментным ключом. Болтовые соедине­ ния могут оказаться недостаточно надежными, особенно при алюминиевых контактах. Поэтому в настоящее время алюминиевые токоведущие детали соединяются с помощью холодной или горячей (термитной) сварки и представляют после этого неразборный контакт.

В болтовом шинном соединении при КЗ токоведущий проводник нагревается до температуры 200—300 °С.

Стягивающие стальные болты нагреваются в основном за счет теплопроводности, так как ток через болты практи­ чески не проходит. Температура болтов обычно не превос­ ходит 20 % температуры шин. Температурный коэффици­ ент расширения у меди и алюминия значительно выше, чем,у стали, поэтому шины, увеличиваясь по толщине боль­ ше, чем удлиняются болты, растягивают их. При этом де­ формация болтов может перейти за пределы упругости. Тогда после отключения цепи и остывания контакта из-за вытягивания болтов нажатие в контактах уменьшится, что приведет к увеличению сопротивления, сильному нагреву и последующему разрушению.

Для того чтобы избежать пластической деформации шин, ставятся соответствующие шайбы. Вследствие малой прочности алюминиевых шин может произойти пластиче­ ская их деформация, что приведет к порче контакта. По­ этому для стабильности алюминиевого контакта необходи­ мо либо производить предварительный обжим, уплотнение шин, либо ставить под гайки пружинящие шайбы или спе­ циальные пружины, которые ограничивают деформации элементов контактов.

б) Подвижные неразмыкающиеся контактные соединенения. Такие соединения используются либо для передачи тока с подвижного контакта на неподвижный, либо при не-

Ш

большом перемещении неподвижного контакта под дейст­ вием подвижного.

Наиболее простым соединением такого типа является гибкая связь (рис. 3.11). Неподвижный контакт 1 крепится к каркасу аппарата на изоляционной подкладке. Подвиж­ ный контакт 2 вращается относительно точки 0, располо­ женной на контактном рычаге 4. Этот рычаг изолирован от вала 5, на который действует электромагнит контактора. Гибкая связь 6 соединяет подвижный контакт 2 с выводом аппарата. Контактное нажатие создается пружиной 3. Для

Рис. 3.12. Скользящий токосъем ный розеточный контакт

Рис. 3.11. Передача тока с подвижного контакта на вывод аппарата с помощью гибкой связи

получения необходимой эластичности гибкая связь изго­ товляется из медной ленты толщиной 0,Ь10-3 м и менее или из многожильного жгута, сплетенного из медных жил (0,1 - 10_3 м и менее). При наличии резких перегибов гибкая связь быстро разрушается.

При больших ходах подвижных контактов длина гибкой связи получается значительной, а ее надежность уменьша­ ется. Поэтому она применяется при перемещениях подвиж­ ного элемента не более 0,25 м.

При больших ходах и больших номинальных токах при­ меняются контактные соединения в виде скользящих и ро­

косъема (рис. 3.12) выполнен в виде стержня круглого се­ чения. Цилиндрическая обойма 2 соединяется с неподвиж-

ным выводом аппарата. Соединение контакта 1 и обоймы 2 осуществляется пальцами (ламелями) 3. Контактное на­ жатие создается пружинами 4. Подвижный контакт имеет возможность перемещаться поступательно. Неподвижный контакт имеет поверхность касания в виде плоскости, по­ движный — в виде цилиндрической поверхности. Контакти­ рование осуществляется по линии, отчего контакт называ­ ется линейным.

Недостатком скользящего токосъема является большая сила трения, которая требует значительной мощности при­ водного механизма. Сила трения уменьшается при ролико­ вом контакте (рис. 3.13). Подвижный контакт / роликового

Рис. 3.13. Роликовый токосъемный Рис. 3.14. Контактный узел с само-

стержни 2 также имеют круглое сечение и соединены с вы­ водом аппарата. Соединение стержня 1 и стержней 2 осу­ ществляется с помощью конусных роликов 3, которые ка­ тятся по поверхности стержней 1 и 2. Контактное нажатие создается пружинами 4.

Число роликов зависит от номинального тока и тока КЗ. Этот контакт для своего перемещения требует небольших усилий и широко применяется в современной аппаратуре высокого напряжения.

в) Разрывные контакты. Контакты многих аппаратов разрывают цепь с током, большим, чем минимальный ток дугообразования / д. Возникающая электрическая дуга при­ водит к быстрому износу контактов.

из

Для надежного гашения дуги, образующейся при отклю­ чении, необходимо определенное расстояние между непо­ движным и подвижным контактами, которое выбирается с запасом. Расстояние между неподвижным и подвижным контактами в отключенном состоянии аппарата называется зазором контактов. (рис. 3.14, 3.15). Конструкция разрыв­ ных контактов определяется значениями номинального то­ ка, номинального напряжения, тока КЗ, режимом работы, назначением аппарата и рассмотрена в разделах, посвя­ щенных устройству различных аппаратов. Здесь же рас­ смотрим только некоторые общие вопросы.

Рис. 3.15. Контактный узел с перекатыванием подвижного кон­ такта

Число площадок касания и стабильность переходного сопротивления зависят от конструкции крепления подвиж­ ного и неподвижного контактов. Подвижные контакты, имеющие возможность устанавливаться в положение с мак­ симальным числом контактных площадок, называются самоустанавливающимися. Контактный узел с самоустанавливающимся контактом дан на рис. 3.14. Неподвижные кон­ такты 1 и подвижный мостиковый контакт 2 в месте каса­ ния имеют сферические (или цилиндрические) напайки 3, выполненные из серебра или металлокерамики. Контактное нажатие создается пружиной 4. После касания контактов скоба 5, связанная с приводом аппарата, продолжает свое движение вверх на величину хода, равную провалу 6. При­ менительно к конструкциям, показанным на рис. 3.14 и 3.15, провалом называется расстояние, на которое переместится подвижный контакт, если убрать неподвижный.

На рис. 3.15 показана работа контактной системы, ши­ роко применяемой в контакторах с медными контактами.

Для наглядности точки начального и конечного каса­ ния обозначены буквами а и Ь, При включении контактный рычаг 4 вращается электромагнитом вокруг центра 0 2 а точка 0> вращения контактной скобы 3 перемещается по радиусу 0 20 1.

Касание пальцевых контактов 1 и 2 происходит в точ­ ках а (рис. 3.15,6). При дальнейшем перемещении Oi точ­ ка касания переходит в точку b (рис. 3.15,в). При этом происходит перекатывание контакта 2 по контакту 1 с не­ большим проскальзыванием, за счет чего пленка оксида на них стирается.. При включении контактов, отключавших ду­ гу, из-за шероховатости поверхности касания появляется дополнительная вибрация контактов. Для уменьшения виб­ рации проскальзывание должно быть небольшим. При от­ ключении дуга загорается между точками а—а, что пре­ дохраняет от оплавления точки b—b, в которых контакты касаются уже во включенном положении. Таким образом, контакт разделяется на две части: в одной происходит га­ шение дуги, в другой ток проводится длительно. Поскольку для контактов по<рис. 3.15 непосредственный контроль про­ вала Ô затруднен, о нем судят по зазору 8' между рычагом 4 и контактной скобой 3. Контактное нажатие создается пружиной 5.

Во всех без исключения аппаратах имеется провал кон­ тактов, который обеспечивает их необходимое нажатие. Вследствие обгорания и износа контактов в эксплуатации провал уменьшается, что приводит к уменьшению контакт­ ного нажатия и росту переходного сопротивления. Поэтому при эксплуатации провал контактов должен контролиро­ ваться и находиться в пределах, требуемых заводом-изго- товителем. Особенно это относится к аппаратам, работаю­ щим в режиме частых включений и отключений (контак­ торы), где износ контактов интенсивен. Допустимое уменьшение провала обычно составляет 50 % начального значения.

В торцевом мостиковом контакте (рис. 3.14) провал обычно составляет 3—5 мм. В мощных выключателях высо­

применяется розеточная система (рис. 3.16). Неподвижный контакт состоит из пальцев (ламелей) 1, расположенных по окружности. Для уменьшения обгорания концы ламелей снабжены металлокерамическими наконечниками 2. Кон­ тактное нажатие создается пружинами 3. Ламели с по-

мощью гибких связей 5 соединяются с медным цоколем 4. Параллельное соединение шести ламелей снижает переход­ ное сопротивление контакта и облегчает работу контакта при токах КЗ, так как через ламель протекает примерно '/в полного тока контакта. Контактное нажатие обратно про­ порционально квадрату числа ламелей. Подвижный кон­ такт выполнен в виде стержня круглого сечения, движуще­ гося поступательно. Конец стержня снабжен металлокера­ мическим наконечником.

Для главных контактов применяется щеточная система (рис. 3.17). Неподвижные контакты 1 выполняются в виде массивных медных призм, часто покрываемых серебром. Подвижные контакты выполнены в виде пакета эластич­ ных медных пластин 2. Большое количество пластин созда-

ет многоточечный контакт с малым переходным сопротив­ лением. При нажатии на подвижный контакт происходит деформация пластин, скольжение линии касания по по­ верхности неподвижного контакта и разрушение пленки оксидов.

Широкое применение получили пальцевые самоустанавливающиеся контакты (рис. 3.18). Неподвижным контак­ том являются пальцы (ламели) 1, выполняемые из меди. Пальцы крепятся к выводу 2 гибкими связями 3. Нажатие контактов создается плоскими пружинами 4. Для получе­

стин. Дугогасительные контакты вы­ полняются 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 за­ мыкается по дугогасительным контактам.

Дугогасительные контакты 2—2' расходятся в тот момент, когда расстояние между главными контактами достаточно, чтобы выдержать наибольшее напряжение, возникающее в процессе гашения дуги на ду­ гогасительных контактах.

Необходимо отметить, что при отключении больших токов на глаз­ ных контактах может возникнуть дуга [8.1]. Дело в том, что после раз­

мыкания главных контактов весь ток цепи начинает проходить через дугогаситсльную систему и на главных контактах появляется напряже­ ние. Допустим, что дугогасительная система имеет сопротивление /?2 и индуктивность L-i, а скорость нарастания тока в этой цепи dh/dt. Тогда напряжение на главных контактах «2=12^2+ L2di2/dt может ока­ заться достаточным для пробоя промежутка между ними. Согласно ре­ комендации [3.3] для уменьшения обгорания глазных контактов необ­ ходимо уменьшать индуктивность L равную

£ = Z , + Z.2 —2М,

где L2 — индуктивность цепи дугогасительной системы; h — индуктив­ ность цепи главных контактов; М — взаимная индуктивность этих це­ пей.

При включении двухступенчатой системы вначале замыкаются ду­ гогасительные контакты, а затем главные, что обеспечивает отсутствие дуги и оплавления серебряных поверхностей главных контактов. Вви­ ду своей сложности двухступенчатые системы применяются только при очень больших токах (более 2000 А) в автоматах и выключателях вы­ сокого напряжения. Во всех остальных случаях надежная работа кон­ тактов обеспечивается выбором их материала и конструкции при ис­ пользовании одноступенчатой системы.

В заключение отметим, что в настоящее время начинают широко применяться электрические аппараты с герметизированными контактами (§ 11.1) и контактами, работающими в глубоком вакууме (§ 18.8).

3.5. ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ

Наиболее характерные недостатки твердометаллических контактов следующие:

1. С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса контактов. При токах 10 кА и выше резко увели­ чиваются габариты и масса аппарата в целом.

2.Эрозия контактов ограничивает износостойкость ап­ парата.

3.Окисление поверхности и возможность приваривания контактов понижают надежность аппарата. При больших токах КЗ контактные нажатия достигают больших значе­ ний, что увеличивает необходимую мощность привода, га­ бариты и массу аппарата.

Рассмотрим принцип действия контактора с жидкоме­ таллическим контактом (ЖМК) (рис. 3.20). Внешняя цепь подключается к электродам 1 и 2. Корпус 3 выполнен из

электроизоляционного материала. Полости корпуса запол­ нены жидким металлом 4 и соединяются между собой от­ верстием 5. Внутри полостей корпуса плавают пустотелые ферромагнитные цилиндры 6. При подаче напряжения на катушку 7 цилиндры 6 опускаются вниз. Жидкий металл поднимается и через отверстие 5 соединяет электроды 1 и 2, контактор включается.

По сравнению с твердометаллическими ЖМ К облада­ ют следующими преимуществами:

1. Малое переходное сопротивление и высокие допусти­

иокисления контактов 'при их коммутации.

3.Высокая механическая

иэлектрическая износостой­

вающийся предохранитель (гл. 16) идр.] благодаря свойст­ вам текучести жидкого металла.

5. Возможность работы Ж М К при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме.

К электрическим аппаратам обычно предъявляется тре­ бование сохранять работоспособность в интервале темпе­ ратур ± 4 0 СС. Очевидно, что жидкий металл должен со­ хранять свое состояние в указанном интервале. Из извест­ ных материалов только ртуть находится в жидком виде при температуре ниже 0°С и может быть в чистом виде при­ годна для ЖМК. Высокая токсичность паров ртути суще­ ственно осложняет технологию ее применения.

В ЖМК перспективно применение диэлектрического или металлокерамического твердого каркаса, пропитанного

ПЭ

Рис. 3.21. Выключатель с жидкометаллическим контактом

жидким металлом. В этом случае жидкий металл удержи­ вается в капиллярах каркаса и образует на его поверхности

В выключателе используется двухступенчатая контактная система. Главные жидкометаллические контакты состоят из двенадцати мостиковых контактов, включенных парал­ лельно. Дугогасительные имеют четыре параллельных мо­ стиковых контакта и снабжены металлокерамическими пла­ стинами, На вводе 1 главного мостикового контакта сверху располагается углубление 2 с жидким контактным мате­ риалом. В этом углублении находятся сетчатые прокладки 3, пропитанные жидким металлом. Подвижный твердоме­ таллический контакт 4 укреплен на мостике 5. Внизу рас­ положена вторая траверса 6, в которой также имеется углубление с жидким металлом и сетчатой прокладкой 7. Твердометаллический контакт 8 расположен на вводе /.