7.1.1 Основні види сил

Основними силами, які діють в контактній системі, є сили, зв’язані із зміною густини ліній струму в місці контакту контактуючих деталей (рис.7.1).

Сила контактного настискання, яка діє в місці контакту, повинна бути такою, щоб забезпечувати надійний контакт, незважаючи на дію електродинамічної і електромагнітних сил.

1. Електродинамічна сила (), що викликає відштовхування контактів, виникає внаслідок викривлення ліній струму в контакт-деталі при підході його до місця контактування (див. рис. 7.2.) (Сила в місці звуження провідника – аналог сили на границі взаємоперпендикулярних провідників).

Згідно п.3.2 сила запишеться як:

(7.1.)

де – діаметр контакт-деталі;

– діаметр контактуючої площадки.

2. Сила електромагнітного стискання (, пінч ефект), повздовжній пінч-ефект.

Пінч-ефект (стискання електричного струмового каналу внаслідок зміни густини силових ліній магнітного поля при протіканні струму по провіднику) приводить до того, що при наявності різних діаметрів контактів в місці контакту можуть з’являтись сили, пропорційні квадрату струму і обернено пропорційні діаметру контакту. Оскільки контакти мають різні діаметри, то вздовж осі провідника з’являється повздовжня складова цієї сили, що намагається відкидати контакти один від одного при проходженні великого струму (наприклад, в умовах короткого замикання).

Чим менший діаметр контактного „перешийка”, тим більше стискаюча сила в місці контактного „перешийка”.

Крім того, внаслідок існування одночасно із поперечним звуженням повздовжнього видовження, (вони зв’язані між собою коефіцієнтом Пуассона), виникає поздовжній ефект: сила викликає появу в осьовому напрямку сили , яка може викликати розмикання контакту:

(7.2.)

де – довжина металічного перешийка в контакті;

– діаметр контакту.

Ця ж сила розтягує розігрітий „перешийок”, який втрачає механічну міцність.

3) Якщо під дією струму розплавлений контактний „перешийок” переходить в пароподібний стан, то виникає пружна сила вибуху парів металу Знаходячись у вузькому шарі між „контакт-деталями”, вибухові пари здійснюють тиск на контакт діаметра „перешийка”.

Щоб не відбувалось під дією вказаних сил самовільного розмикання контактів застосовують спеціальні компенсуючі засоби і пристрої.

Важливим фактом є те, що при розрахунках електродинамічної стійкості контактів досить точною є експериментальна формула:

(вона зрозуміла із розмірності ~) (7.3)

де – амплітуда ударного струму; ;

– контактне натискання, Н;

– коефіцієнт [А/Н], (довідкова величина, залежить від типу контакту і матеріалу);

=1000÷1900 А/Н.

7.2 Зварювання контактів

При проходженні струмів короткого замикання можливе зварювання контактів і відмова роботи апарату, як наслідок цього. Це відбувається, якщо температура замкнутих контактів досягає в місці їх дотику температури плавлення. Тому треба знати, яка температура контактів, її залежність від сили струму і величину сили контактного натискання та фізичних характеристик матеріалу контакту. Із формули Хольма (6.7) можна визначити силу струму зварювання:

Звідси отримаємо:

(7.4)

де – коефіцієнт, що коливається від 1 до 3, в залежності від кількості точок, в яких відбувається контактування;

– сила контактного натискання;

– питомий опір;

– температура контакт-деталі

– температура плавлення.

Формула (7.4) є дійсною для стаціонарного режиму протікання струму (). У короткочасному режимі нагріву температура контактної точки залежить від часу протікання струму.

При цьому основною відмінністю формули для обчислення струму зварювання у цьому випадку (з похибкою < 2%) є поява множника:

(7.5)

де – час проходження струму;

– густина контакту;

– теплоємність контакту.

Тоді формула (7.4) для короткочасного режиму буде:

(7.6)

При формула (7.6) переходить в формулу (7.4).

Якщо контакти приварились струмом, то після припинення проходження струму, охолодження місця контакту і застигання, необхідна певна сила, щоб розірвати контакти.

Сила, необхідна для того, щоб розірвати контакти, що зварилися, називається силою контактного зварювання. Сила контактного зварювання в 2 – 7 раз є більшою сили контактного натискання.

При збільшенні температури кипіння, теплопровідності, теплоємності матеріалу контакту і при зниженні катодної і анодної напруги в дузі контакти зварюються менше.

Зварювання контактів залежить від конструкції самих контактів і всієї струмоведучої частини апарату.

Для визначення сили контактного зварювання при розрахунку електродинамічної стійкості контактів ударний струм, як уже відмічалось розраховується по формулі 7.3.