Вмикання кола

При вмиканні контактів можуть мати місце наступні процеси: 1)вібрація контактів; 2) ерозія в результаті утворення розряду між контактами, що сходяться. При вмиканні на існуюче КЗ вібрація контактів посилюється через виникнення відкидаючих сил у точці торкання. Для того, щоб не було оплавлення контактів в момент їх торкання, необхідно силою попереднього натягу контактної пружини компенсувати електродинамічні сили відкидання і створити такий натиск, при якому падіння напруги на перехідному опорі не призводить до оплавлення точки торкання.

В апаратах на великі струми КЗ електродинамічні сили в торцевих контактах бувають настільки великими, що контактні пружини повинні розвивати зусилля в декілька тисяч ньютонів. Очевидно, що в подібних випадках треба переходити до іншої конструкції контактів, що дає меншу електродинамічну силу відкидання. При вмиканні кола в міру наближенні рухомого контакту до нерухомого зростає напруженість електричного поля між контактами. У дугову форму розряд не переходить, бо рухомий контакт продовжує рухатися, і, замикаючи проміжок, припиняє розрядні процеси. Але виникаючі при пробої електрони бомбардують анод і викликають його знос. Метал аноду відкладається на катоді у вигляді тонких голок.

Рис. 3 – R-U характеристика контактів.

Знос контактів у результаті переносу матеріалу з одного контакту на інший, тобто випаровування в оточуюче середовище без зміни складу матеріалу, називається фізичним зносом або ерозією. Ерозія при замиканнях невелика, але при малих натисках і малих відстанях між контактами вона може призвести до їх спікання.

В апаратах високої напруги при наближенні контактів пробой відбувається на великих відстанях. Виникаюча дуга горить досить довго, при цьому можливе зварювання контактів, особливо при вмиканні на існуюче КЗ. За рахунок використання великого числа послідовно з’єднаних розривів зменшується напруга, що приходиться на розрив. Це дає можливість знизити час попереднього пробою до 0, 005с, що визнано безпечним для олійних вимикачів.

Проведення струму у ввімкненому стані

У цьому режимі слід розрізняти два випадки: через контакти проходить тривалий номінальний струм і через контакти проходить струм КЗ. Для надійної роботи контактів необхідно, щоб при номінальному струмі І_н падіння напруги на опорі R_п було менше U_к1:

таблиця 1. – Мінімальні значення напруги і струму, необхідні для підтримки дугового розряду

При короткому замиканні крізь контакти проходять струми, що в 10-20 разів перевищують номінальні значення. Внаслідок малої постійної часу нагрівання температура контактної площадки практично миттєво піднімається і може досягати температури плавлення.

Аналітичний розрахунок плавлячого струму при короткому замиканні ускладнений, бо існуючі формули не враховують розм’якшення матеріалу при високій температурі. Тому при практичних розрахунках контактів рекомендується користуватися дослідними даними, що безпосередньо зв’язують зварюючий струм і силу натиску.

При розрахунках динамічної стійкості контактів широко користуються формулою, отриманою Г.В. Буткевичем:

,

де І – струм динамічної стійкості (звичайно беруться амплітуда ударного струму), А;

F – сила натиску, кГ.

Значення коефіцієнта k наведені в літературі.

Зварювання контактів залежить від конструкції самих контактів і струмоведучого кола апарата. Електродинамічні сили, що виникають у струмоведучих частинах, необхідно використовувати для підвищення стійкості контактів.

У болтовому шинному з’єднанні при короткому замиканні струмоведучий провідник нагрівається до температури 200-300°С.

Стягуючі стальні болти нагріваються в основному за рахунок теплопроводності, бо струм крізь болти практично не проходить. Температура болтів не перевищує 20% температури шин. Тепловий коефіцієнт розширення в міді і алюмінія значно вище, ніж у сталі, тому шини, збільшуючись за товщиною більше, ніж подовжуються, будуть їх розтягувати. При цьому деформація болтів може перейти за межі пружності. Тоді після відключення кола і охолодження контакта внаслідок витягування болтів натиск у контактах зменшиться, що приведе зо збільшення його опору, сильного нагрівання і наступного руйнування.

Для того щоб уникнути пластичної деформації шин, ставлять відповідні шайби. Внаслідок малої міцності алюмінієвих шин може виникнути пластична деформація, що призводить до псування контакта. Тому для стабільності алюмінієвого контакта необхідно виконувати попередній обтиск, ущільнення шин, або ставити під гайки пружинні шайби чи спеціальні пружини, які обмежуватимуть деформації елементів контактів.