|
| |
|
Слаботочка Книги в его корпусе, возникающее при горении электрической дуги. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что давления, возникающие при коммутации аварийных токов, могут привести к разрушению дугогасительной камеры, выбросу продуктов горения дуги наружу и инициированию более крупной аварии. Поэтому конструктивные элементы выключателя, оказывающие влияние на параметры, должны выбираться с учетом действующих в нем давлений. Полный расчет физических процессов, происходящих в выключателе во время горения дуги, представляет значительные трудности. Один из принципиальных подходов к решению этой задачи предложен в [2.21]. Изменение давления в пространстве и во времени описывается уравнением баланса мощностей и основными уравнениями газодинамики, образующими систему дифференциальных уравнений в частных производных. Рассматривается объем воздуха в виде открытого с одной стороны прямоугольного параллелепипеда, часть которого занимает электрическая дуга. Развитие давления в этом объеме представляется системой из уравнения непрерывности (2.12), уравнения движения (2.13), уравнения баланса мощности (2.14) и уравнения состояния (2.15): +div(pw) = 0; (2.12) f-J-grad;; = 0; (2.13) {9С„Т) -f div {9cjw) + /7 div w =- aEJ; (2.14) " rp/c(k~l), (2.15) где t-время; p - плотность газа; w - скорость газа; p - давление газа; - показатель адиабаты; Е - напряженность электрического поля дуги; J - плотность тока дуги; а - часть энергии дуги, затрачиваемой на увеличение давления; Cv - удельная теплоемкость газа при постоянном объеме; Г -температура газа. В рассматриваемом случае реальный газ можно с достаточной для инженерной пр1актики точностью описать с помощью уравнений для идеального газа. Погрешность при этом для воздуха при давлении порядка 2-10 Па составит 1 %. Система уравнений (2.12) - (2.15) решается с помощью характеристического метода. Эксперимен- тальиые исследования, проведенные при коммутации токов до 60 кА, показали достаточно хорошее совпадение опытных и расчетных результатов. 2.8. Контактные системы и их влияние на характеристики выключателя Материал и геометрия контактов. Контактные узлы в значительной степени определяют качество характеристик и надежность автоматического выключателя как в режиме номинальной нагрузки, так и при отключении аварийного тока. На работу контактных узлов влияют геометрическая форма и размер контактов, их материал и способ его изготовления, конструкция и кинематические-характеристики контактной системы. Наиболее часто применяющимся материалом для изготовления контактов сильноточных аппаратов является серебро, обладающее высокими электрофизическими свойствами. Из-за дефицита и высокой стоимости в течение длительного периода ведутся исследования по его замене на различные металлокомпозиции и на металло-керамические контакты. В последнее время широкое-распространение получили композиции таких тугоплавких металлов, как вольфрам и молибден, обладающих высокой стойкостью к дуговому разряду, а также контакты, участки которых выполнены из различных материалов-системы серебро-оксид кадмия, серебро- никель и др. Применение тонкодисперсных структур с размером зерен не более 1 мкм, что было достигнуто химическим осаждением компонентов из соответствующих растворов термически нестойких солей, позволило существенно повысить физико-механические свойства ме-таллокерамических контактов. При этом плотность и твердость контактного слоя возросли в 1,5-2, прочность на изгиб - в 3-4 раза. Оказалось возможным обеспечить равномерный износ контактной пары. В последние годы проводятся исследования по при-; менению чистой электротехнической меди в качестве материала контактов автоматических выключателей большой мощности. Оксидную пленку на поверхности контактов, повышающую их переходное сопротивление и температуру нагрева, предполагается разрушать с помощью увеличения контактного нажатия до 200-300 Н вместо-50-80 и небольшого относительного сдвига контактов. В то же время в периодической литературе описывается большое количество разнообразных композиций материалов контактов. Однако главные проблемы, которые стимулируют продолжение исследований в этой области,- проблемы экономичности и надежности - все еще остаются далеко не решенными. Далеко не исчерпаны резервы, которые определяют-.ся оптимизацией контактных узлов с учетом всех параметров конструкции и, »в частности, геометрической формы и рабочей поверхности контакта. Причем оптимизация может проводиться в соответствии с требованиями лреимущественно какого-либо одного режима, например теплового или коммутационного, или для одновременного обеспечения требований нескольких режимов. Исследования, проведенные в этой области, пока недостаточны для получения исчерпывающих практических рекомендаций. Однако необходимость учета каждого из указанных режимов очевидна хотя бы из рассмотрения влияния формы рабочей поверхности контакта на время существования дуги постоянного тока. В [2.22] исследованы медные цилиндрические контакты, у которых различна форма рабочих поверхностей: а - плоская; б - сферическая, концентричная относительно оси цилиндров; в - сферическая, эксцентричная относительно оси цилиндра (сдвинутая против направления движения дуги); • г -подобная в, но с плоскими участками; д - подобная г, но с боковыми фасками, уменьшающими рабочую поверхность. Испытания в безьшдуктивной цепи 220 В по--стояниого тока при постоянной скорости размыкания контактов 2 м/с, растворе контактов 25 мм и усилии их сжатия 50 Н подтвердили влияние формы контактной по-верхиости на время горения дуги и, значит, на степень эрозии контактов. В перспективе оптимизация контактных систем должна охватывать весь комплекс факторов, определяющих работу контактов (нагрев замкнутых контактов; нагрев и эрозию контактов при коммутации номинального и аварийного токов, режимы горения дуги, механическую и усталостную прочность контактов и др.). Некоторые предварительные работы в этом плане выполнены авторами. Так, например, предложена [2.27] методика численного анализа при оптимизации формы поверхности контактов. Согласно этой методике исследуемая поверхность разбивается на дискретные элементы простой геометрической формы и расчет проводится для каждого из них отдельно. Если исследуемую моиоконтактную по- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [19] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |