7.5 Способи компенсації електродинамічних сил в контактах

Контакти можна представити як провідники змінного перерізу, в місці звуження яких виникають повздовжні електродинамічні зусилля, що намагаються розімкнути контакт.

В апаратах на великі струми намагаються виконати таку контактну систему, щоб компенсувати або послабити дію електродинамічних сил. Наприклад, в так званій мостиковій схемі на рис. 7.6 показано напрямок протікання струму та напрямок дії сили. В цьому випадку електродинамічні сили F, прижимають контакт до перемички.

– важільний контакт:

1,2 – нерухомий контакт (складається з двох частин);

4 – рухомий контакт;

3 – пружинний контакт.

Для електродинамічної компенсації контактів важільного типу нерухомий контакт роблять із двох частин (1,2) з’єднаних шарнірно. Рух частин в нейтральному положенні утримується двома пружинами (3), що діють одна на зустріч другій. Електродинамічна сила намагається розсунути контактні паралельні пластини (2) контакту і (1); підібравши довжину певним чином, можна зробити так, що контакт (2) буде прижиматись до рухомого контакту і контактне натискання буде зростати.

Інша конструкція мостикової схеми, для компенсації електродинамічних сил приведена на рис. 7.8.

7.6 Задача

Визначити контактне натискання при тривалому струмі 1000 А і струмі короткого замикання 30 кА, якщо контакти утворені двома торцевими поверхнями мідних циліндрів із діаметром 0.03 м.

Температура оточуючого середовища . Коефіцієнт теплопровідності міді . Твердість по Вікерсу , . Вважати, що допустима температура (номінальна) 70. Коефіцієнт – це коефіцієнт, який враховує зв’язок між ударним струмом і силою контактного прижиму.

8. Вимикання електричного кола постійного і змінного струму

Велика група електричних апаратів – комутаційні пристрої, за допомогою яких вимикаються електричні кола. Процес вимикання при різних умовах розглянуто в даному розділі.

8.1 Загальна характеристика вимикання електричних кіл. Відновлювана напруга та відновлювана міцність. Умова вимикання кола апарату

Характер процесів при відключенні електричного кола змінного і постійного струму показано на рис. 8.1, 8.2:

По осі абсцис відкладено час t, а по осі ординат значення напруги та струму в різні моменти часу.

Uc – напруга сітки;

I₀ – струм в колі;

U_Bм – відновлювана міцність;

МРК – момент розмикання контакту.

U_к − спад напруги на контакті (рис. 8.2);

Електричний розряд в контактних апаратах, що виникає при розмиканні контактів, приводить до зношення контактів, і в значній мірі це визначає надійність і тривалість роботи апарату. Розряд зв’язаний із електромагнітною енергією, що запасається в індуктивності при вимиканні кола. В контактних апаратах комутуючим елементом є електрична дуга або інший вид газового розряду, що виникає при вимиканні. Електромагнітна енергія кола перетворюється в цих комутуючих елементах в теплову енергію, яка розсіюється в просторі. В цьому полягає позитивна роль дуги. Якби дуга не виникала, то електромагнітна енергія поля перетворювалася би в електростатичну енергію і виникала область перенапруги недопустимої величини, а коло неможливо було б відключити. Коли апарат ввімкнений, то спад напруги на комутуючих елементах складає долі вольта – в контактних апаратах і вольти в безконтактних.

Якщо апарат розірве коло, напруга на його комутуючому елементі стане рівною напрузі джерела живлення. Таким чином, в процесі вимикання апарату напруга на комутуючому елементі буде різко зростати від дуже малих до дуже великих значень.

Напруга на комутуючому органі, що наростає в процесі вимикання апарату називається відновлюваною напругою.

При вимиканні кола комутуючий орган переходить із стану провідника електричного струму в стан діелектрика. Характерна комутуючому органу зростаюча в часі при вимиканні електрична міцність називається відновлюваною міцністю (визначається в даний момент часу максимальною напругою, що може витримати без пробою комутуючий орган). Щоб успішно відключити електричне коло, необхідно створити в вимикаючому апараті такі умови, при яких його відновлювана міцність була б вищою за наростаючу на ньому відновлювану напругу.

- умова вимикання кола.

Розглянемо трифазне коло. Припустимо, що наше коло має індуктивний характер.

Поскільки коло – чисто індуктивне, то , і при проходженні струму фази А через 0 миттєве значення е.р.с. в цій фазі дорівнює амплітуді, а е.р.с. фаз В і С – 0.5 амплітуди.

Тоді миттєве значення напруги промислової частоти на розриві А дорівнює:

Частоти коливань у верхньому та нижньому контурі однакові:

Індуктивність .

Якщо виразити струм через і напругу , то матимемо:

Підставимо у формулу такі числові значення величин і знайдемо індуктивність.

Гн

Відомо, що при підвищеній частоті індуктивність зменшується на 30%, тоді 0.7·0.126=0.088Гн.

А загальна ємність фази пФ

Частота =Гц.

Середня швидкість відновлення напруги:

.

Після вимикання фази А в наступний нуль струму гаситься дуга у фазах В і С (рис. в.). В фазах В і С приймемо, що напруга поділяється порівну. Тоді:

.

Порівняння швидкостей відновлення напруги у фазах А, В і С показує, що вимикання фаз В і С іде в більш легких умовах, ніж у фазі А: швидкість наростання напруги в рази менша.