|
| |
|
Слаботочка Книги верхиость в форме прямоугольника 20X5 мм заменить, системой из 10 дискретных круглых контактов радиусом 0,2 мм, то площадь поверхности эквивалентной дискретной системы составит около 1 % площади моноконтакта,. а сопротивление ее будет почти в 4 раза выше. Если: площадь поверхности дискретной системы будет составлять около 257о площади моноконтакта, то сопротивление дискретной системы из 200 круговых контактов с точностью 2-3 % совпадает с сопротивлением моноконтакта. Таким образом, при правильном выборе формы и количества элементов поверхности, эквивалентной реальной поверхности контакта произвольной формы, можно-осуществить достаточно точный численный расчет сопротивления контактов методом конечных разностей или методом конечных элементов. Как правило, в традиционной конструкции контактной системы автоматических выключателей используются контакты из серебра или его сплавов, в том числе с графитом, и контактодержатели из меди. Между контактом и коитактодержателем в ряде случаев размещают подслой из серебра, никеля или другого материала для улучшения электрических и технологических характеристик контактной системы. Такая конструкция обусловлена стремлением к экономии серебра, которое в этом случае размещается лишь в основной рабочей зоне -контактной поверхности. Комплексная структура из различных материалов предопределяет концентрации напряжений на границах их соединения, которое получается, например, сваркой, пайкой, клепкой. Концентрации напряжений вызываются различием модуля упругости, коэффициента Пуассона, неравномерным нагревом, старением,, образованием трещин, разрушением контактного соединения при воздействии дуги или аварийного тока. В связи с этим актуальна задача оптимизации формы граничных поверхностей контактов по критерию минимума механических напряжений на границе двух сред. Расчеты методом конечных элементов показали, что при изменении формы границы двух сред от круга к эллипсу происходит эффективное, более чем в 4-5 раз, выравнивание механических напряжений на границе контакта и кон-тактодержателя, обусловленных различием их физических свойств. Задержка дуги на контактах. Одним из факторов, определяющих быстродействие автоматических выключателей, является задержка дуги отключения на размыкае- мых контактах, количественно характеризуемая «временем неподвижности» дуги на контактах. При расхождении контактов, находящихся под током, в месте их последнего разрыва образуется зона повышенной температуры, в которой может формироваться жидкий мостик. При дальнейшем расхождении контактов этот мостик разрушается с образованием микрообласти, заполненной эрозионной плазмой. Это и служит началом формирования дугового разряда между контактами и первым местом привязки основания дуги к контактам, на котором дуга может стоять некоторое время неподвижно. Это время неподвижности для дуги может длиться от долей до десятков миллисекунд. Известна эмпирическая связь между временем неподвижности дуги t, скоростью расхождения контактов V на начальном участке движения, напряженностью внешнего магнитного поля Я, создающего магнитное дутье, и током дуги /: Коэффициент К зависит от физических свойств материала контактов. Ниже приведены значения К я U для ряда контактных материалов: Материал контакта. . Си Ag AgC AgNi AgCdO К......... 1-1,7 0,8-1,6 1,7-2,2 0,5-2,3 0.5-3 ......... 0,35 0,44 0,41 0,6 0,6 Кроме ТОГО, на время U влияют форма и размеры контактов, межкоитактного зазора, аэродинамическое со-яротивление среды и скорость нарастания тока. Таким образом, время неподвижности дуги на контактах зависит, с одной стороны, от конструктивных параметров выключателя и с другой - от параметров отключаемой цепи. Последние в основном определяют значение и скорость нарастания тока, от которых существенно зависят интенсивность тепловыделения на контактах, плавление контактных пятен, образование и последующее разрушение жидких мостиков, характеристики эрозионной плазмы, а также диаметр дуги, а следовательно, и аэродинамическое сопротивление, оказываемое средой ее движению. Подробно эти понятия рассмотрены в [2.23]. Конструктивные параметры выключателя определяются не только из условий минимального времени неподвижности дуги, но и другими требованиями. Так, достижение большой начальной скорости расхождения контактов связано с необходимостью приложения большой силы к подвижному контакту и, следовательно, с усложнением конструкции механического привода. Например, в выключателях с номинальным током порядка 10 А для обеспечения расхождения контактов 1-2 мм за время 10- с нужно приложить к подвижному контакту силу около 10-10=* Н. Интенсификация магнитного гашения дуги приводит к интенсификации выноса материала контактов с их поверхности и, следовательно, к усилению их эрозионного разрушения. Укорочение контактных накладок в направлении движения дуги и выбор их формы, а также материала контактов могут быть осуществлены лишь с учетом таких факторов, как нагревостой-кость, износостойкость, малое переходное сопротивление, массогабаритные характеристики. Вместе с тем материалы контактов могут быть выбраны с учетом обеспечения минимального времени задержки дуги на их поверхности при прочих приблизительно равных условиях их функционирования. Для этого необходимо знание закономерностей формирования и движения опорных пятен дуги на контактах. Влияние материала контактов на «стойкость» привязки опорных пятен дуги к электродам описано в 12.5]. Если дуговой разряд возбужден на стыке двух электродов (на торце биметаллического электрода), то его опорная зона всегда или преимущественно фиксируется на одном из них. Более того, если дуга возбуждена сначала на одной из половин составного электрода вблизи линии стыка, то опорная зона может переместиться с первоначального места привязки на другую половину электрода. Избирательное перемещение опорных зон дуги определяется сложным сочетанием физических свойств контакта, проявляющихся интегрально (как тепло и температура плавления и испарения, тепло и электропроводность) и на атомарном уровне (как работа выхода, потенциал ионизации). На перемещение дуги по поверхности контактов оказывает влияние наличие на ней различного рода химических соединений и механических изменений - трещин, рисок, острых выступов и т. п. Например, на биметаллических электродах опорные пятна дуги чаще перемещаются по границе раздела, чем по поверхности металлов. Аналогично Движется дуга и при наличии рисок: основание дуги стремится перемещаться по рискам и т. п. Характер перемещения опорных зон зависит от действующей внешней силы (например, поперечной магнитной индукции), тока дуги, скорости расхождения контактов, материала контактов. В одних случаях перемещение происходит скачкообразно с периодическими за- 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 |