Проектирование электромеханических устройств (стр. 7 из 21)

,

где:

– энергия, которая выделяется в токоведущем контуре при протекании тока КЗ или предельного тока;

– энергия, которая расходуется на нагрев проводника.

Примерная энергия, которая отдаётся в окружающую среду

, в этом случае незначительна, составляет 3-5 % от общей энергии, ею можно просто пренебречь.

Процесс нагрева адиабатический – отсутствие обмена с окружающей средой.

где:

– масса , кг

– объём токоведущей детали, м³

– плотность, удельный вес

Уравнение теплового баланса

, и – температурные коэффициенты

(1)

где:

и – значения интеграла правой части при соответственно верхнем и значениях температур.

В литературе приводятся кривые зависимости температуры от

, рассчитанные по формуле (1).

Рисунок 1.13 – Зависимость

Используя эти кривые можно определить ток термической устойчивости при заданном времени термической устойчивости

или наоборот. Решение задачи сводится к следующему: если задано t_кз, то находится І_кз. и наоборот.

Для аппаратов низкого напряжения, как правило, определяется время термической стойкости на основании известного тока и сечения токоведущей детали I_кз и S_m. На основании известных данных А_кз и А_н определяем время термической стойкости. Для аппаратов высокого напряжения, как правило, регламентируется время термической стойкости, которое в соответствии с формулой (1) позволяет определить предельный ток К_з. Из выражения (1) видно, что

для одного и того же материала при одинаковых нагрузочных условиях величина постоянная, т.е. .

Используя это свойство можно легко определять значения тока термической стойкости при другом времени термической стойкости или наоборот.

Полученное время термической устойчивости для аппаратов низкого напряжения необходимо сопоставить с временем действия возможной тепловой защиты, при этом должно выполняться условие: время срабатывания защиты должно быть меньше времени термической устойчивости аппарата, чтобы был запас.

12 РАСЧЁТ КОММУТИРУЮЩИХ КОНТАКТОВ

12.1 Общие требования к коммутирующим контактам

Температура коммутирующих контактов не должна быть выше предельно допустимой по ГОСТу. Контакты должны быть установлены к тепловому и динамическому действию токов КЗ. При работе аппарата в номинальном рабочем режиме, а также при наиболее предельных токах электрический и механический износ контактов должен быть минимальным.

12.2 Общий порядок проектирования контактов

1 Выбор конструктивной формы контакта.

2 Выбор материала и определение размеров контактов.

3 Определение силы конечного контактного напряжения, температуры нагрева контактов, переходного сопряжения, падения напряжения на контактах при нормальном режиме работы.

4 Проверка возможностей контактного узла, по величине допустимого тока I_доп.

5 Определение тока сваривания I_св., силы электродинамического отброса в контактах F_эду и электродинамическую устойчивость.

6 Определение параметров вибрации контактов, разработка мероприятий по её уменьшению.

7 Определение электрической износостойкости коммутирующих контактов по заданной механической износостойкости.

8 Корректировка размеров контактов, определение провалов контактов.

9 Определение параметров надёжности коммутирующих контактов.

10 Расчёт контактных пружин.

11 Конструктивная проработка контактного узла.

12.3 Выбор конструктивных форм контактов

Существует большое разнообразие конструктивных форм контактов. Наиболее распространёнными являются

1 контакты с плоскими консольными пружинами

2 мостиковые контакты

3 рычажные контакты (пальцевые)

4 втычные контакты

5 розеточные контакты

6 двух и более ступенчатые

7 параллельные контакты на один полюс

Рисунок 1.14 – Виды конструктивных форм контактов

Из низковольтных аппаратов наибольшее распространение получили первые три вида.

Контакты с плоскими консольными пружинами применяются в слаботочных реле.

Мостиковые контакты целесообразно применять при напряжениях 24÷48 В постоянного тока и 220÷380 В переменного тока. Они обеспечивают двухкратный разрыв электрической цепи на полюс, что улучшает условия гашения дуги. Преимущества мостиковых контактов: упрощаются кинематические схемы, можно применять прямоходовые механизмы, отсутствует гибкая связь, что повышает надёжность контактного узла. Недостаток: необходимо создание удвоенной силы контактного нажатия.

Рычажные контакты применяются в сильноточных аппаратах при любых уровнях напряжения, в большинстве случаев в контакторах воздушного автоматического выключателя.

При больших токах, несколько сот ампер, и наличии дугогасительного устройства, преимущество двухкратного разрыва сказывается несущественно, поэтому с целью упрощения конструкции применяют однократный разрыв цепи.

В некоторых случаях в сильноточных аппаратах применяются многоступенчатые аппараты, содержащие дугогасительные и главные контакты. Это позволяет повысить надёжность контактного узла, но привод должен обеспечивать последовательность включения и отключения. При включении вначале замыкаются дугогасительные контакты, а затем главные. При отключении вначале размыкаются главные контакты, и на них недолжна, возникать дуга, а затем размыкаются дугогасительные контакты.

При высоких напряжениях целесообразно применять ряд последовательных разрывов на один полюс. Например, для выключения на 500 кВ может быть 12 последовательных разрывов на полюс, на 750 кВ – 16 последовательных разрывов.

12.4 Выбор формы контактной поверхности

Форма контактной поверхности (точка, линия) – это условные термины, фактически речь идёт о количестве элементарных площадей контактирования:

а) точечный контакт целесообразно применять при малых токах, т.е. доли – единицы ампер. Требуется малая сила контактного нажатия, в этом случае необходимо применение драгоценных металлов.

б) линейный контакт целесообразно применять при больших токах (сотни ампер) при одинаковых силах нажатия. Переходное сопротивление линейных контактов меньше, чем плоскостных. Узкая плёнка контактирования создаёт условия для стирания окислов контактного металла в процессе скольжения одного контакта по другому.

в) Плоскостной контакт целесообразно применять при больших токах, измеряемых в сотни ампер, условия удаления плёнки окислов с поверхности здесь хуже, чем у линейного, однако, вследствие большой силы контактного нажатия поверхность в нескольких местах очищается от плёнки окислов и образуется зона чистого металла.

12.5 Выбор материалов и определение размеров контактов

Основные требования, предъявляемые к материалам контактов: