Електричні апарати

Крім утрат від вихрових струмів, виникають додаткові втрати на перемагнічування за рахунок гістерезису.

Для зменшення втрат у магнітопроводах апаратів їх виконують шихтованими з листів електротехнічної сталі товщиною 0,2-0,5 мм, ретельно ізольованих один від одного. Сталь повинна мати малі втрати на вихрові струми і гістерезис. Повні втрати в магнітопроводі Рж можна знайти за формулою

де Вт - максимальне значення індукції, Т;

f - частота, Гц;

чг і чв - коефіцієнти втрат від гістерезису і вихрових струмів;

Gт - маса магнітопроводу, кг.

Для трансформаторних сталей (Е41-Е43) чг = 1,9-2,б, чв = 0,4 - 1,2.

Для зменшення втрат у масивних деталях застосовують такі методи:

а) введення немагнітних зазорів на шляху потоку (зменшується потік за рахунок зростання магнітного опору ланцюга);

б) на масивний магнітопровід надівається короткозамкнутий виток (струм, що виникає в короткозамкнутому витку, зменшує потік, це призводить до зниження втрат);

в) при великих номінальних струмах (вище 1000 а) конструкційні деталі виготовляють з немагнітних матеріалів: силуміну, дюралюмінію, бронзи, немагнітного чавуну та ін.

В апаратах змінного струму високої напруги, крім втрат у провідникових і феромагнітних матеріалах, необхідно враховувати втрати, що виникають в ізоляції. Ці втрати визначаються формулою



де f - частота;

С - ємність ізоляції;

U - діюче значення напруги на ізоляції;

tg д - тангенс кута діелектричних втрат.

Ізоляція апарата нагрівається як за рахунок втрат у струмоведучому ланцюзі, так і за рахунок втрат у діелектрику.

tg д = 0,005 ЎА 0,0001

Поява дефектів в окремих місцях ізоляції (при цьому збільшується tg д) призводить до виникнення місцевих теплових виділень, які здатні викликати тепловий пробій ізоляції (ізоляція обвуглюється і стає провідною).

4) Інші види джерел теплоти в електричних апаратах:

а) Енергія, що виділяється в електричних дугах, у комутаційних апаратах, особливо при частих включеннях, відключеннях.

б) При терті між собою окремих елементів електричних апаратів.

Нагрівання електричних апаратів викликає прискорене старіння ізоляції і підвищує швидкість окислювання електричних контактів, що в остаточному підсумку знижує термін служби електричного апарата.

3.3 СПОСОБИ ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛА ВСЕРЕДИНІ НАГРІТИХ ТІЛ І З ЇХНЬОЇ ПОВЕРХНІ

Розрізняють три види теплообміну: теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання.

а) Теплопровідність. Теплопровідністю називається процес поширення тепла між безпосередньо дотичними частинками, обумовлений тепловим рухом молекул чи атомів речовини, а в металах - вільних електронів.

Математично цей процес описується рівнянням Фур'є

У цьому рівнянні:

d2Q - кількість тепла, переданого в напрямку х за рахунок теплопровідності;

- питома теплопровідність матеріалу, через який йде передача тепла;

- температура; d - поверхня, через яку протікає тепло; dt - час, протягом якого протікає тепло d2Q. Величина d/dx називається градієнтом температури і характеризує швидкість зміни температури в напрямку х, перпендикулярному до площадки d. З цього рівняння випливає:

Таким чином, питома теплопровідність - це кількість тепла, що проходить через одиницю поверхні в 1 с при градієнті температури 1 С·м-1.

Від'ємний знак правої частини зумовлений тим, що теплова енергія поширюється від точок з більшою температурою до точок з меншою температурою, тобто в напрямку, протилежному градієнту температури.

Температурне поле може бути тривимірним. Тому, розглядаючи тепло, передане в напрямку х, ми беремо частинну похідну від температури по координаті х.

Як приклад застосуємо рівняння для знаходження питомої теплопровідності для відшукання розподілу температур у стінці, що розділяє два середовища, які мають різні температури и1 і и2 (рис. 22).

Перетворюючи це рівняння, матимемо:

де Ф0 - кількість тепла, що проходить через поверхню в 1 м2 за 1 с, і називається щільністю теплового потоку.

Рис. 22 - До розрахунку перепаду температури в плоскій стінці

Для сталого режиму ця величина постійна:

Провівши інтегрування, отримаємо:

Таким чином, спад температури вздовж координати х відбувається за лінійним законом.

Іноді для зручності розрахунків вводиться поняття теплового опору Rт.

Потік, що проходить за 1 с через усю поверхню, дорівнює:

Скориставшись двома останніми формулами, отримаємо:

де Rт - тепловий опір стінки.

Останнє рівняння аналогічне рівнянню (закону) Ома для електричного ланцюга і називається тепловим законом Ома: падіння температурного потенціалу дорівнює добутку потоку на тепловий опір. Тепловий опір пропорційний довжині шляху потоку д і обернено пропорційний перерізу і питомій теплопровідності. З цього рівняння можна отримати:

Кількість тепла Ф, що відводиться в 1 с від тіла за рахунок теплопровідності, прямо пропорційна перепаду температури Ди і обернено пропорційна тепловому опору Rт того тіла, через яке передається тепло.

Якщо тепловий потік проходить через ряд стінок з товщиною ді теплопровідністю і, то тепловий опір дорівнює:

Дані про питому теплопровідність матеріалів наведені в [6].

б) Конвекція - це перенесення тепла, пов'язане з переміщенням мікрооб'ємів нагрітого газу або рідини. При природній конвекції рух газу, що охолоджує, або рідини відбувається за рахунок різниці густини нагрітих і холодних об'ємів газу чи рідини.

При штучній конвекції рух середовища, що охолоджує, виконується за допомогою вентиляторів або насосів. Кількість тепла, що віддається тілом за рахунок конвекції, визначається у найпростішому випадку з рівняння

де Фк - тепло, що відводиться в 1с з поверхні S, Вт;

бк - коефіцієнт тепловіддачі при конвекції - тепло, що знімається за 1 с із поверхні в 1 м2 при різниці температур поверхні й середовища, що охолоджує, 1?С, Вт/(м2·°С);

2 - температура охолоджуваної поверхні, °С;

I - температура середовища, що охолоджує, °С;

S - охолоджувана поверхня, м2.

Коефіцієнт тепловіддачі бк є складною функцією багатьох факторів, у тому числі:

а) температури, в'язкості й щільності середовища, що охолоджує;

б) виду охолоджуваної поверхні і її розташування щодо потоку середовища, що охолоджує, і поля тяжіння;

в) швидкості вимушеного руху середовища.

У більшості випадків коефіцієнт бк визначають за емпіричними формулами .

Кількість тепла, що відводиться за рахунок конвекції, нелінійно залежить від перепаду температур, тому що коефіцієнт бк також являє собою нелінійну функцію цього перепаду.

Для горизонтальних круглих провідників діаметром від 1 до 8 см:

бк = 3,5 (1/d)1/4(2 - I )1/4.

Для встановлених на ребро шин:

бк = 1,5 (2 - I ) 0,25.

Горизонтальна площина, обернена нагрітою поверхнею униз:

бк = 3,25(2 - I )1/4.

Вертикальна площина у трансформаторному маслі:

бк = 43 (2 - I )1/4.

Горизонтальний циліндр у трансформаторному маслі

бк = 160 (2 - I )0,3.

Вертикальна шорстка стінка в потоці повітря, що рухається зі швидкістю , м/с:

бк = 6 + 4,2 .

Більш точно коефіцієнт тепловіддачі бк можна розрахувати за допомогою теорії подібності [6].

У зв'язку з тенденцією збільшення номінального (тривалого) струму апаратів дуже перспективним є застосування штучної конвекції. Це дозволяє знизити розміри апаратів, полегшити контакти, збільшити швидкодію і зменшити витрати кольорових металів . Прикладом є комп'ютер.

в) Випромінювання. Частину тепла нагріте тіло віддає в навколишній простір шляхом випромінювання електромагнітних коливань (ультрафіолетових, світлових і інфрачервоних променів). Цей спосіб тепловіддачі називається випромінюванням, або радіацією. Тепло, втрачене тілом за рахунок випромінювання, може бути визначене за допомогою рівняння Стефана - Больцмана,

де Фл - тепло (Вт), що віддається за 1 с із поверхні S(м2) при температурі тіла T2(K) і навколишній температурі далеко від тіла Т1 (К); с0 - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла і - ступінь чорності випромінюючого тіла.

Значення с0 приймають рівним 5,7104 Вт·м--2К--4, значення наведені в [6].

Таким чином, тепло, що віддається тілом за рахунок випромінювання, залежить від різниці значень абсолютних температур нагрітої поверхні і навколишніх тіл, взятої у четвертому ступені.

З рівнянь випливає, що сумарна кількість тепла, що віддається тілом усіма видами тепловіддачі, нелінійно залежить від температури, що значно ускладнює розрахунок. Тому в кожному конкретному випадку необхідно зробити оцінку всіх видів тепловіддачі і розрахунок вести за тим з них, що має основне значення. Так, для довгих шин теплопровідністю можна знехтувати і взяти до уваги тільки випромінювання і конвекцію. Якщо провідники занурені в технічну олію, то основним видом тепловіддачі є конвекція.

Для проведення наближених розрахунків користуються наступною методикою.

Введемо поняття перевищення температури ф, що дорівнює різниці температур тіла и2 і оточуючого середовища и1.

Кількість тепла (Вт/м2), що віддається тілом за 1 с із 1 м2 поверхні при ф =1°С, дорівнює:

Величина kт є складною функцією температури та інших фізичних параметрів. Тепловий розрахунок значно спростився б, якби kт була постійною величиною. У діапазоні робочих температур тривалого режиму (и2 = 90ч120° С) коефіцієнт kт змінюється з температурою незначно, і для наближених розрахунків (з точністю 15-20%) можна вважати його постійною величиною. При цьому одержуємо відому формулу Ньютона



Коефіцієнт kт називають питомим узагальненим коефіцієнтом тепловіддачі або просто питомим коефіцієнтом тепловіддачі. Фізичний зміст цього коефіцієнта - потужність, що віддається з одиниці поверхні охолодження при перевищенні температури в 1°С

(1 Вт·м-2 єС-1 = 104 Вт см-2 єС-1). Значення цього коефіцієнта для різних елементів апаратів наведені в [7].

У таблиці подані значення коефіцієнта kт для випадків, що зустрічаються найбільш часто.

Рівняння дає можливість легко знайти ф, якщо відомі розміри тіла і тепловий потік, що віддається в навколишній простір. Завдяки своїй простоті рівняння знайшло широке застосування, особливо при розрахунку температури тіла в несталих режимах. Однак слід зазначити, що більш високу точність і широкі можливості дає роздільне врахування віддачі тепла конвекцією і випромінюванням [5-7].

3.4 СТАЛИЙ ПРОЦЕС НАГРІВАННЯ

Процес нагрівання вважається сталим, якщо з часом температура апарата і його частин не змінюється (зрозуміло, при дотриманні сталості умов віддачі тепла в навколишній простір). У сталому процесі все тепло, що виділяється, віддається в навколишній простір. В іншому випадку частина тепла йшла б на нагрівання апарата і його температура змінювалася.

а) Розрахунок перерізу провідника за тривалим режимом. Для круглого провідника



де с0 - питомий опір матеріалу при 0 °С;

d - діаметр провідника;

l- його довжина;

б - температурний коефіцієнт опору;

н - припустима температура в номінальному режимі, °С.

Одержимо:

де 0 - температура навколишнього середовища. Розв'язуючи рівняння відносно d, маємо:

Вибираючи діаметр з деяким запасом, розраховуємо коефіцієнт додаткових утрат kд, і остаточну перевірку проводимо за формулою:

Для провідників прямокутного перерізу (шин)

де а і b - сторони перерізу шини.

Аналогічно тому, як це зроблено вище, одержимо:

З конструктивних міркувань і з умов механічної міцності задаються співвідношенням m = а/b (у межах 3-10). Тоді :

Визначивши потім а, знаходять коефіцієнт додаткових втрат kд і проводять перевірку з урахуванням цього коефіцієнта.

Нагрівання котушок. Розрахунок розподілу температури всередині котушки є надзвичайно важким завданням. Тіло котушки неоднорідне. Тепловий потік проходить через повітряні зазори, міжшарову й виткову ізоляцію і метал проводу. Для полегшення задачі оперують з еквівалентною теплопровідністю, при якій усереднене температурне поле в котушці таке ж, як і в реальній задачі [1]. Тепло, що виділяється в котушці (рис. 23), в остаточному підсумку віддається через зовнішню циліндричну поверхню 2м2h, через внутрішню циліндричну поверхню 2м1h і через верхній і нижній торці котушки.



Рис. 23 - До розрахунку температури в котушці

У результаті теплове поле котушки виходить дуже складним. Для того щоб одержати хоча б наближене вирішення задачі, робляться такі припущення, що спрощують його:

1. Тепловий потік йде тільки через внутрішню і зовнішню циліндричні поверхні, потоки з торців відсутні. Це припущення виправдується у випадку, коли щічки каркаса котушки виконані з товстих пластин гетинаксу чи текстоліту, або при великій довжині котушки. При цьому допущенні ізотермічні поверхні будуть циліндрами з віссю, що збігається з віссю котушки.

2. Втрати в котушці рівномірно розподілені за об'ємом котушки. У дійсності найбільш нагріті шари обмотки мають більший опір, і, отже тут буде виділятися більша потужність.

3. Тіло котушки є однорідним матеріалом з еквівалентною теплопровідністю е.

У сталому режимі нагрівання обмотки в будь-якій точці тіла кількість тепла, що підходить до даного елемента і виділяється в ньому, повинна дорівнювати кількості тепла, що йде з цього елемента. У разі порушення цього балансу температура точки повинна зростати або падати.

3.5 НАГРІВАННЯ АПАРАТІВ У ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМАХ

а) Перехідний процес при нагріванні й охолодженні. Після включення апарата температура його елементів не відразу досягає сталих значень. Якщо тепло, що віддається в навколишній простір, можна розрахувати за формулою Ньютона, то енергетичний баланс при нагріванні тіла виражається рівнянням:

де Р - потужність теплових втрат у тілі;

С - теплоємність тіла, дорівнює С = сМ;

с - питома теплоємність одиниці маси, Вт с/кг °С;

М - маса тіла, кг.

Перший член правої частини цього рівняння є кількість тепла, що віддається тілом у навколишнє середовище за час dt; другий - кількість тепла, сприймана тілом при зміні його температури на d. При сталості температури навколишнього середовища 0, мабуть, d = d, тому що = - 0

Можливі три режими роботи апарата. Перший режим характеризується сталістю потужності, що до нього підводиться:

Цей випадок зустрічається при послідовному включенні апарата в ланцюг і незначній зміні його опору R0 із зростанням температури. При другому режимі струм через апарат у процесі нагрівання не змінюється I0 - const, тому що його опір значно менший за опір навантаження і опір іншої частини ланцюга. Унаслідок нагрівання опір струмоведучого ланцюга апарата змінюється. Тоді потужність, що підводиться до апарата, дорівнює:

При третьому режимі обмотка апарата підключена до напруги U джерела нескінченної потужності. Звичайно так включаються котушки контакторів, реле напруги, проміжних реле. У цьому разі

Розв'язання не викликає труднощів:

де 0 - перевищення температури на початку процесу (t = 0);

у - усталене перевищення температури, дорівнює у = P/kтS;

Т - стала часу нагрівання, дорівнює cM/kтS, с.

Залежність (t) зображена на рис. 24 (крива 1). При 0 =0 крива (t) має вигляд, наведений на рис. 24 (крива 2). Очевидно, що чим більше Т, тим повільніше нагрівається тіло.

В усталеному режимі усе виділюване тепло віддається в навколишнє середовище.

Рис. 24 - Перехідний процес нагріву і охолодження однорідного тіла

Проведемо дотичну на початку координат до кривої (t):

 або .

Дотична до кривої (t) на початку координат відтинає на прямої у відрізок, що дорівнює в обраному масштабі сталій часу.

Якби нагрівання тіла відбувалося без віддачі тепла в навколишній простір, то треба було записати у вигляді

Розв'язуючи його, одержуємо:

Але a , то

тобто підйом температури тіла відбувається по дотичній до кривої (t) на початку координат. При t = T перевищення температури = у.

Таким чином, постійна часу Т є час, протягом якого тіло нагрілося б до сталої температури за умови відсутності віддачі тепла в навколишній простір.

Якщо e-t/T розкласти в ряд, то при 0 =0 одержимо:

При t/T<0,1 не вносячи помилки, більшої за 5%, можна відкинути всі члени, крім першого. Тоді

Таким чином, якщо тривалість нагрівання не перевищує однієї десятої від сталої часу, можна знехтувати віддачею тепла в навколишнє середовище.

Після відключення апарата тепло, накопичене у процесі нагрівання, віддається в навколишнє середовище. Енергетичний баланс при охолодженні тіла виражається рівнянням

Розв'язання рівняння відносно має вигляд:

Крива (t) при охолодженні показана на рис. 24 (крива 3).

б) Нагрів апаратів при короткочасному режимі роботи. Короткочасним режимом роботи апарата називається такий режим, коли при включенні температура його не досягає усталеної. Після короткочасного нагрівання апарат відключається, його температура падає доти, поки не зрівняється з температурою навколишнього середовища.

Типові криві нагрівання і охолодження зображені на рис. 25. Звичайно тривалість tкр проходження струму Iкр вибирається таким чином, щоб температура струмоведучих частин не перевищувала припустимого значення ( = доп)

Якщо кp - усталене перевищення температури у випадку, коли струм Iкр проходить нескінченно довго, тоді можна знайти час tкр, після закінчення якого перевищення температури буде дорівнювати припустимому.



Рис. 25 - Нагрів при короткочасному режимі роботи

Із рівняння випливає, що чим більше стала часу, тим протягом більшого часу може проходити струм через апарат. Вплив сталої часу Т на час включення tкр наочно показує рис. 25.

Знайдемо зв'язок між припустимим струмом при тривалому включенні і припустимим струмом короткочасного режиму Iкр. Враховуючи, що

, a

Для характеристики короткочасного режиму вводиться поняття коефіцієнта перевантаження р = Iкр/Iдл, який показує, в скільки разів може зрости припустиме навантаження по струму при короткочасному режимі порівняно з тривалим режимом:

Аналіз показує, що при незмінному значенні часу включення апарата tкр припустимий струм короткочасного режиму Iкр, а, отже, і коефіцієнт перевантаження ростуть зі збільшенням сталої часу. У зв'язку з цим в апаратах, які працюють у короткочасному режимі, рекомендується збільшувати сталу часу, що дозволяє підвищити навантаження по струму.

Стала часу апаратів збільшується в основному за рахунок збільшення маси матеріалу, що бере участь у процесі нагрівання.

Слід зазначити, що при t =4T перевищення температури досягає 0,98 у. Тому при t? 4T режим можна вважати режимом тривалого включення.

в) Перемежований і повторно-короткочасний режими роботи. Найбільш загальним є перемежований режим, коли після короткочасного нагрівання апарата величина струму падає і температура апарата знижується (рис. 26).

Рис. 26 - Нагрів апарата при повторно-короткочасному режимі роботи

Протягом часу tpl через апарат проходить незмінний струм Ipl. Усталене перевищення температури для цього струму дорівнює у1 Протягом часу tp2 через апарат проходить незмінний струм Iр2. Усталене перевищення температури, що відповідає цьому струму, дорівнює у2 .

Оскільки Ipl > Iр2, то протягом часу tp2 апарат охолоджується.

Як мине деякий час, максимальні перевищення температури макс і мінімальні перевищення мін сусідніх циклів стануть однаковими. Настане так званий квазістаціонарний режим. Для цього режиму наприкінці інтервалу tpl перевищення досягає макс. Одержимо:



Наприкінці інтервалу часу tp2 апарат досягає перевищення температури мін. Можна написати:

Відносно макс, отримаємо:

Звичайно макс повинне дорівнювати максимальному припустимому перевищенню температури доп.. Виразимо усталені перевищення температури через відповідні струми тривалих режимів:

де припустимий еквівалентний струм тривалого режиму.З наведених вище рівнянь:



Окремим випадком перемежованого режиму є повторно-короткочасний режим, при якому Iр2=0.

Відповідно час tp2 називається часом паузи tп . Оскільки Iр2 = 0, то у2 = 0. Тоді, якщо позначити Ipl = Iр2, матиемо:

Для характеристики повторно-короткочасного режиму вводиться поняття тривалість включення ПВ чи ПВ %:

Рис. 27 - Залежність відношення Іда/Ір від ПВ% і tp/T

Сума tр + tп - час циклу tц. Коефіцієнт перевантаження по струму знайдемо:



При незмінному значенні ПВ% еквівалентний струм залежить від відношення tр/T. Ця залежність наочно показана кривими на рис. 27. Візьмемо для прикладу ПВ% = 10%. При tр/T = 0,04 відношення Iдл/Iр=0,34, а коефіцієнт перевантаження 2,94. Якщо tр/T=0,4, то Iдл/Iр зростає до 0,57, а коефіцієнт р падає до 1,75. Таким чином, при зростанні відношення tр/T теплове навантаження апарата збільшується, коефіцієнт припустимого перевантаження по струму зменшується.

3.6 НАГРІВАННЯ АПАРАТА ПРИ КОРОТКОМУ ЗАМИКАННІ

У реальних установках струми короткого замикання в 10-20 разів можуть перевищувати струми тривалого режиму. Для зменшення температури провідників при короткому замиканні, полегшення струмоведучих частин тривалість проходження струмів обмежується захисними засобами до 4-5 с. З урахуванням малої тривалості коротких замикань припустима температура при коротких замиканнях значно вище, ніж у тривалому режимі. Так, для мідних провідників з ізоляцією класу А ця припустима температура дорівнює 250° С.

При розрахунку температури елементів апаратів у режимі короткого замикання завдяки малій тривалості цього режиму можна знехтувати теплом, що віддається в зовнішнє середовище, і вважати, що все тепло витрачається на підвищення температури провідника. У цьому разі енергетичний баланс провідника, що має опір R і масу М, виражається рівнянням

Через те, що температура може досягати великих значень (300° С), необхідно враховувати зміну як опору R, так і питомої теплоємності с від температури. З достатньою точністю можна вважати, що зміна опору провідника від температури описується лінійним рівнянням:

де kд - коефіцієнт додаткових утрат;

с0 - питома теплоємність при 0°С;

б - температурний коефіцієнт опору матеріалу;

q- переріз провідника;

l - довжина провідника.

Залежність питомої теплоємності від температури можна виразити рівнянням

де с0 - питома теплоємність при 0°С;

- температурний коефіцієнт теплоємності.

Виразимо масу М через щільність г, переріз q і довжину провідника l:

Після підстановки і спрощення матимемо:

Зробимо інтегрування правої і лівої частин рівняння:

де tкз-тривалість короткого замикання;

н-температура провідника до початку короткого замикання (звичайно при протіканні тривалого номінального струму);

кз - температура провідника при короткому замиканні до моменту часу tкз.

Припустимо, що струм I не змінюється за своїм діючим значенням. Надалі буде показано, що отримані формули можуть бути використані й у випадку, коли діюче значення I змінюється.

У результаті інтегрування одержимо:

де - щільність струму;

Aкз і Aн - значення інтеграла правої частини при верхньому (кз) і нижньому (Н) межах інтегрування.

q - переріз провідника.

З метою спрощення розрахунків побудовані криві = f(A) для різних матеріалів (рис. 28). За допомогою цих кривих легко зробити розрахунок на термічну стійкість апарата.

Відповідно до властивостей провідника й ізоляції вибирається припустима температура при короткому замиканні кз і номінальному струмі н. За допомогою кривих на рис. 28 знаходимо Aкз і Aн, що відповідають температурам кз і н. Знаючи 2t, можна при даних t і I визначити переріз провідника q або при відомих t і q знайти припустимий струм короткого замикання. Якщо відомий припустимий струм I1 при часі tкз1, то припустимий струм при часі tкз2 дорівнює:

Рис. 28 - Криві для визначення температури провідників при проходженні струму короткого замикання.

Рівняння не враховує тепловіддачу в навколишнє середовище, тому ним можна користуватися при часі не більше 10 с.

Якщо використовується матеріал, для якого немає кривих, аналогічних рис. 28, то при << розрахунок термічної стійкості роблять за допомогою рівняння

- температурний коефіцієнт теплоємності;

б-температурний коефіцієнт опору матеріалу;

Фізичні сталі провідникових матеріалів, що широко застосовуються в апаратах, наведені в [1-3].

При короткому замиканні поблизу генератора через перехідні процеси величина змінної складової струму, що протікає через апарат, змінюється. У цьому разі розрахунок термічної стійкості ведуть по усталеному струму короткого замикання I.

Час проходження сталого струму I. приймається рівним фіктивному часу tф.

Фіктивний час tф - це час, при якому тепло, що виділяється при проходженні сталого струму I., дорівнює теплу, що виділяється при проходженні реального струму за реальний час протікання.

Фіктивний час для періодичної складової струму короткого замикання tф.пер. знаходять за допомогою кривих рис. 29. Для даного генератора визначають "=I"/I. (I"- діюче значення надперехідного струму) і, знаючи дійсний час проходження струму tкз = t і ", знаходять tф.пер..

Фіктивний час для аперіодичної складової струму може бути знайдений за спрощеною формулою з [1-8]:

Рис. 29 - До розрахунку фіктивного часу tф = f ( , t)

Фіктивний час

3.7 ПРИПУСТИМІ ТЕМПЕРАТУРИ ДЛЯ РІЗНИХ ЧАСТИН АПАРАТІВ ПРИ ТРИВАЛІЙ РОБОТІ І КОРОТКОМУ ЗАМИКАННІ. ТЕРМІЧНА СТІЙКІСТЬ АПАРАТІВ

Граничні температури елементів апаратів визначаються властивостями застосованих провідникових і ізоляційних матеріалів, тривалістю впливу і призначенням апарата.

У ГОСТ 8865-93 [8] наведена нагрівостійкість ізоляційних матеріалів.

Температура елементів апарата в тривалому режимі складається з температури навколишнього середовища 0 і перевищення температури:

Найбільша температура навколишнього середовища прийнята +40° С.

Звичайно апарати розраховують для роботи на висоті не більше 1000 м над рівнем моря. При більшій висоті падає щільність повітря і погіршуються умови охолодження. На висоті 3000 м струмове навантаження знижується на 4%, а при висоті 6000 м - на 10%.

Якщо 0 >40°С, то струмове навантаження апарата повинне бути знижене таким чином, щоб граничні температури відповідали ДСТ (зменшується припустиме перевищення температури). Припустимий струм при 0 40°С визначається формулою

Якщо 0 <40 С, то струмове навантаження апарата може бути збільшене відповідно до рівняння, але не більше ніж на 20% з таким розрахунком, щоб граничні температури були у відповідності з ДСТ.

Припустимі значення температури нагрівання для різних елементів апаратів наведені в [8].

Шини, що приєднуються до апаратних затискувачів, повинні мати температуру нижче, ніж ці затискувачі, для того, щоб створювати відвід тепла від контактів.

Через те, що тривалість короткого замикання мала (не більше 5 с) і самі замикання відносно нечасті, припустимі температури при короткому замиканні в 2-4 рази вище, ніж при тривалому режимі. Відповідно до ГОСТ 687-70 граничні значення температури при короткому замиканні не повинні перевищувати 200° С для алюмінієвих провідників. Для провідників з міді і її сплавів, що стикаються з органічною ізоляцією або з маслом - 250 °С, для провідників з міді і її сплавів, що не стикаються з органічною ізоляцією або з маслом - 300°С.

Струмоведучі частини, розраховані й обрані для тривалого режиму, повинні бути перевірені на термічну стійкість при короткому замиканні за рівняннями і кривими на рис. 29. При розрахунку беруть найбільш важкий випадок - до моменту початку короткого замикання елемент апарата нагрітий тривалим струмом до гранично припустимої температури цього режиму.

Оскільки струм термічної стійкості залежить від тривалості його проходження, то термічна стійкість відноситься до певного часу. В Україні струм термічної стійкості звичайно відносять до часу 1; 3; 5 і 10 с у залежно від параметрів апарата (ГОСТ 687-70). Зв'язок між струмами термічної стійкості для різних значень часу згідно виражається рівністю

Тема 4

ЕЛЕКТРИЧНІ КОНТАКТИ

4.1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Електричним контактом називається стикання двох електричних провідників, що створює умови прохідності струму, а також місце такого стикання. Дотичні провідники називаються контактами або контакт-деталями.

Говорячи про електричний контакт, слід розрізняти умовну і фізичну площі контакту. Як би ретельно не були відшліфовані контактні поверхні, вони все таки матимуть мікроскопічні горбики й шорсткості. Тому фізично дві поверхні контактуватимуть не всією умовною площею робочої поверхні контакту - деталі (рис. 30, в), а тільки окремими мікроскопічними площадками (рис. 30, д).

Кількість контактних площадок і їх розташування залежать від геометричних форм контактуючих деталей.

За формою контакту розрізняють три типи контактів: точковий, лінійний, поверхневий.

Рис.30 - Типи контактів, умовна і фізична площі контактування.

Точковий - контакт тільки в одній площадці - точці (рис. 30, а і г), наприклад, сфера - сфера, сфера - площина, конус - площина і т.п. Тут умовна і фізична картини контакту співпадають.

Лінійний - умовний контакт деталей відбувається по лінії (рис. 30, б і д), наприклад, циліндр - циліндр (по твірній), циліндр - площина, виток - виток і т.п. Фізична картина контакту представлена рядом площадок (мінімум дві), розташованих на лінії.

Поверхневий - умовний контакт відбувається по поверхні (рис. 30, в), фізичний - у ряді площадок (мінімум три), розташованих на цій поверхні.

Розміри площадок контакту пропорційні силі, що стискає деталі, і залежать від опору зім'яттю матеріалу деталей. Якщо дві деталі контактують в одній площадці, то її розмір у першому наближенні

де Р - сила, що стискає деталі; ?- тимчасовий опір матеріалу тому, що зім'яттю (табл. 4-1) [1].

Таблиця 4.1

Матеріал	? (н/см2)	Матеріал	? (н/см2)
Мідь тверда … м'яка Алюміній Срібло Платина Цинк Свинець Олово	52 000 39 000 29 000 31 000 78 000 43 000 2 300 4 500	Золото Графіт Молібден Нікель Вісмут Ванадій Сурма Тантал	53 000 13 200 169 000 225 000 3 600 372 000 10 600 90 000

Якщо деталі контактують в m площадках, то розмір кожної визначиться тим же рівнянням, а розмір загальної площі буде дорівнювати сумі розмірів окремих площадок. У першому наближенні силу стиснення для кожної площадки можна вважати рівною

Співвідношення з достатнім наближенням справедливо до деякого значення сили Р. Із зростанням сили стиснення зростання розмірів площадок стикання сповільнюється, починається усадка всієї площі контакту. Звідси виходить, що збільшення сили натиснення контактів вище певної межі не доцільне.

Тип контакту визначається його призначенням, величинами струму і контактного натиснення, конструкцією контактного вузла і всього апарата. При цьому слід завжди мати на увазі, що багатоточкове контактування забезпечує надійніший контакт.

4.2 ПЕРЕХІДНИЙ ОПІР КОНТАКТУ

У зоні переходу струму з одного тіла в інше має місце відносно великий електричний опір, названий перехідним опором контакту.

Електричне контактування - вельми складне явище. Контактні поверхні завжди мають деяку шорсткість і, як правило, завжди покриті плівками, які утворюються під впливом кисню повітря, озону, азоту та інших хімічних реагентів. Плівки мають товщину приблизно до 10~6 см і питомий опір с = 105 Ом-см. Металеве контактування здійснюється не по всій поверхні, а лише в небагатьох точках. Плівка, що є на поверхні металу, може бути в одних випадках продавлена силою, що стискає контакти, в інших - пробита під впливом різниці електричних потенціалів. У місці пробою може утворитися металевий перешийок, що проводить електричний струм.

Явище пробою плівки при деякій напрузі називається фріттінгом. Воно полягає в тому. що при деякому (пороговому) значенні напруги, залежному від вигляду і товщини плівки, опір її різко падає. Відбувається електричний пробій плівки, що завершується утворенням в ній тонкого металевою провідника, який може залишитися після зняття напруги.

У місцях чисто металевого контактування розвиваються великі сили міжмолекулярних і міжатомних зв'язків. Чисто металеве контактування - явище рідкісне. Такий контакт при значній площі стикання поверхонь неможливо було б розірвати тими силами, які реально існують в електричних апаратах. Ймовірно, чисто металеве контактування можемо спостерігатися лише в місцях дуже вузьких металевих перешийків, які можуть утворитися при пробої плівок і розвиватися, наприклад, під впливом електростатичних сил. Явища електричного контактування остаточно ще не вивчені.

З уточненнями на підставі дослідних даних величина перехідного опору визначається виразом

(4.1)

де е - деяка величина, що залежить від матеріалу і форми контакту, способу обробки і стану контактної поверхні; P - сила, що стискує контакти; n - показник ступеня, що характеризує число точок стикання.

Із збільшенням числа точок стикання двох контактів перехідний опір зменшується. У виразі (4.1) показник ступеня приймають: для одноточкового контакту n = 0,5, для багатоточкових n = 0,7-1, для лінійного контакту n = 0,7- 0,8, для поверхневого n = 1.

Значення величини ?залежать від стану поверхні контактів, характеру їх обробки і особливо від ступеня окислення. Для свіжих, не окислених і нормально оброблених одноточкових контактів (обробка на верстаті, остаточна обробка шліфувальним напилком і змащення вазеліном) можна приймати наступні середні значення в Ом Н0,5 [1]:



Залежність перехідного опору від контактного натиснення відповідно до рівняння представлена на рис. 31, а. Крива 1 відповідає процесу зростання контактного натиснення, крива 2 - зниженню натиснення. Різний хід кривих пояснюється наявністю залишкових деформацій окремих горбиків, по яких відбувалося стикання.

Слід зазначити, що при одному й тому ж натисненні перехідний опір одного і того ж контакту при кожному замиканні може бути різним і відрізнятися в досить широких межах: у великих при малих натисненнях і в менших при великих натисненнях (>100 н). Пояснюється це тим, що кількість і розмір площадок контакту при кожному замиканні можуть бути різними. Величина перехідного опору залежно від натиснення практично виражається не якоюсь кривій, а областю, обмеженою двома кривими, як це показано на рис. 31, б.

Залежність перехідного опору від температури. Як вказано вище, перехідний опір контакту є опір металу провідника, тому він повинен у тій же мірі залежати від температури. Проте із збільшенням температури міняється структура горбиків і площадок стикання за рахунок зміни величини питомого опору зім'яттю . Тому температурний коефіцієнт тут буде меншим. Для міді

де б - температурний коефіцієнт опору.

Із зростанням температури перехідний опір спочатку зростає (ділянка І кривої на рис. 32). Потім при деякій температурі (для міді й срібла при 200-300° С) відбувається різке падіння механічних властивостей (твердості, опору розриву) матеріалу. При тому ж натисненні збільшується контактна площадка, перехідний опір (ділянка ІІ) різко падає. Надалі (ділянка ІІІ) він знову зростає лінійно із зростанням температури, при температурі плавлення матеріалу контакти зварюються, перехідний опір падає майже до нуля (ділянка IV).

Залежність перехідного опору від стану контактної поверхні. Шліфовка поверхонь не зменшує, а, навпаки, збільшує перехідний опір порівняно з обробкою напилком. При шліфуванні горбики на поверхні стають пологішими і зім'яття їх ускладнюється.

Залежність перехідного опору від властивостей матеріалу контакту. Перехідний опір надзвичайно чутливий до окислення поверхні з огляду на те, що оксиди багатьох металів (зокрема, мідь) є поганими провідниками. У мідних відкритих контактах унаслідок їх окислення з часом перехідний опір може зрости в тисячі разів. Сказане можна проілюструвати на прикладі (табл. 4.2) [1].

Таблиця 4.2

Матеріали контактів	Час окислення у днях при = 70°С	Зростання перехідного опору контактів
Срібло - срібло……. Мідь - мідь………… Мідь - латунь……… Латунь - латунь……. Сталь - сталь ………	22 36 38 46 57	У 5 разів У 150000 разів У 1755 разів У 1820 разів У 900 разів

У замкнутих мідних контактів за тих же умов перехідний опір може зрости в 10-100 разів. Окислення поверхні контактів відбувається під впливом кисню повітря. У замкнутих контактів доступ повітря до контактних площадок утруднений, окислення їх йде, зважаючи на це, повільніше. Із зростанням температури окислення контактів відбувається інтенсивніше.

Оксиди срібла мають електропровідність, близьку до електропровідності чистого срібла. При підвищених температурах оксиди срібла руйнуються. Тому перехідний опір контактів із срібла, а також із срібловмісних металлокерамік практично не змінюється з часом. Він навіть може знизитися внаслідок повільної пластичної деформації матеріалу в контактних площадках.

Зростання перехідного опору може призвести до неприпустимого збільшення температури контактів. Для мідних контактів необхідно вживати заходи боротьби з окисленням їх робочих поверхонь.

У з'єднаннях, що не розмикаються, проводять антикорозійні покриття робочих поверхонь - сріблять, лудять, кадміюють, іноді нікелюють і цинкують. Застосовують покриття робочих поверхонь нейтральним мастилом (наприклад, вазеліном) після зачистки їх напилком. Після збірки контактного з'єднання шви повинні бути закладені (загерметизовані) асфальтовим або емалевим лаком.

Контакти, що комутують, які тривалий час працюють під струмом, не вимикаючись, виконують, як правило, із срібла або металокерамік на основі срібла. Для мідних контактів знижується величина струму навантаження порівняно з допустимим для 8-годинного режиму. Тим самим знижується нагрів контактів і інтенсивність їх окислення. Якщо це допустимо за технологічними умовами, рекомендується апарати з мідними контактами періодично, після 8-12 годин роботи, відключати 2-3 рази під струмом і знову включати. Виникаюча при відключенні дуга спалює оксиди, і перехідний опір знижується. У багатьох апаратах (контакторах, автоматичних вимикачах) кінематична схема передбачає при замиканні деяке прослизання одного контакту по іншому. Окисна плівка, що утворилася, при цьому стирається.

Матеріали більшої твердості мають більший перехідний опір і вимагають більшого контактного натиснення. Чим вищі електропровідність і теплопровідність матеріалу, тим нижче перехідний опір.

Вплив величини умовної площі контактування. Із збільшенням площі робочої поверхні контакту-деталі зростає число точок стикання, а від цього збільшується значення показника ступеня п в рівнянні (4-1). Проте безмежне збільшення умовної площі контактування недоцільно, оскільки п швидко досягає значення, близького до одиниці, а більше одиниці п не буває. Перехідний опір контакту мало залежить від величини умовної площі контактування. Все ж таки із збільшенням номінального струму треба збільшувати і зовнішню поверхню контакту, оскільки із збільшенням струму ростуть втрати і для їх розсіяння потрібна велика поверхня.

4.3 ТЕМПЕРАТУРА КОНТАКТНОЇ ПЛОЩАДКИ

При проходженні струму в контактній площадці через наявність перехідного опору виділятиметься енергія I2Rnepdt. Оскільки ця енергія набагато більше енергії I2Rdt, що виділяється в матеріалі контакту, а тепловіддача в навколишнє середовище здійснюється з поверхні контакту (рис. 33),



Рис. 33 - Схема тепловідведення і розподілу температур в районі контактування

то температура контактної площадки буде вища за середню температуру контакту. Перевищення температури контактної площадки над температурою тепловіддавальної поверхні контакту буде

(4.2)

де с - питомий опір матеріалу контакту; л - коефіцієнт теплопровідності матеріалу контакту; у - часовий опір зім'яттю; С - сила контактного натискання.

коли прийняти, що перехідний опір контакту

де б - радіус контактної площадки (вважаємо, що то рівняння (4.2) зводиться до вигляду:

де Uпер - падіння напруги в перехідному опорі контакту.

На рис. 34 наведені криві, що виражають згідно із залежністю фк контактної площадки срібних і мідних контактів від падіння напруги Ump в них.

При природному охолодженні падіння напруги в перехідному опорі контакту при номінальному струмі звичайно 10-20 МВ. Перевищення температури контактної площадки над середньою температурою контакту при цьому складає декілька градусів (не більше 10° С) і при нормуванні температури контакту до уваги не береться.

4.4 ОСНОВНІ КОНСТРУКЦІЇ КОНТАКТІВ

Контакти, що не розмикаються. Контакти, що не розмикаються, застосовують для жорсткого з'єднання між собою окремих струмоведучих частин. Конструкція повинна забезпечувати надійне притиснення контактних поверхонь, що при експлуатації не послаблюється, і мінімальний перехідний опір.

Характерні види з'єднання плоских провідників (шин) наведені на рис. 35. Шини вигідніше скріпляти декількома меншими болтами (рис. 35, б), ніж одним великим (рис. 35, а). У першому випадку забезпечується більше число точок стикання, ніж у другому. З'єднання за рис. 35, в забезпечує більше число точок стикання, ніж з'єднання за рис. 35, б. При стягненні накладками (рис. 35, г) перехідний опір нижчий, ніж при стягненні наскрізними болтами. З'єднання пакетів шин рекомендується виконувати за рис. 35, д, де число точок стикання приблизно в три рази більше і умови охолодження кращі, ніж при з'єднанні за рис. 35, е.

Круглі провідники можуть з'єднуватися між собою і з плоскими провідниками такими способами: кінці провідників розплющують або забезпечують наконечниками, які можуть напаюватися, приварюватися або щільно обтискатися. При струмах до декількох десятків ампер кінець провідника може бути згорнутий у вигляді кільця (петлі) і затиснутий болтом. З'єднання може бути здійснено за допомогою концентричного затиску. Останнє з'єднання складне, дороге і застосовується рідко.

Комутуючі контакти. Такі контакти є основним елементом комутаційних апаратів. У контактах на малі струми (до декількох ампер) прагнуть незалежно від конструктивного виконання мати одноточечне контактування, щоб при малих натисненнях одержати відносно високий питомий тиск у контактній точці. Приклади конструктивного виконання контактів на малі струми наведені на рис.36.

При скільки-небудь значних струмах конструкція повинна забезпечувати багатоточковий контакт.

Контактні вузли на середні й великі струми можуть бути підрозділені на важільні, місткові, врубні, роликові, торцеві, розеткові і можуть виконуватися одно- і багатоступінчатими.

В одноступінчатому контакті контактна пара служить як для тривалого проведення струму у включеному положенні, так і для розриву дуги при розмиканні.

У багатьох апаратах до контактів ставляться суперечливі вимоги. Так, в автоматичних вимикачах контакти повинні забезпечувати тривале протікання номінальних струмів у включеному положенні, з одного боку, і відключення без пошкодження великих струмів короткого замикання, з іншого. Для задоволення першої вимоги контакти повинні мати якомога менший перехідний опір, що не змінюється при окисленні поверхні. Для задоволення другої вимоги слід застосовувати дугостійкі контактні матеріали, що мають, як правило, високі перехідні опори і не придатні, зважаючи на окислення, для тривалого проведення струму. Доводиться застосовувати багатоступінчасті контактні системи з головних і дугогасних контактів, що включаються паралельно. Головні контакти виконують з срібла і служать для тривалого проведення струму, дугогасні виконують з дугостійких матеріалів і вони приймають на себе весь тягар замикання і розмикання. Замикаються контакти в такій послідовності: спочатку дугогасні, а потім головні. При розмиканні черговість зворотна: спочатку розмикаються головні контакти, розриву ланцюга не відбувається, оскільки весь струм переходить в дугогасні контакти; а потім розмикаються дугогасні, на яких і виникає електрична дуга.

Іноді застосовують систему з трьох паралельних контактів: головних, проміжних і дугогасних. Проміжні контакти служать для полегшення переходу струму з дугогасних у головні (при замиканні) і назад (при розмиканні).

Важільні контакти (рис. 37) застосовують в апаратах з поворотною рухомою системою. Як правило, осі обертання контакту O1 і рухомої системи О2 не співпадають. Крім того, контакти стискаються раніше, ніж рухома система досягає кінцевого положення. Внаслідок цього при замиканні й розмиканні відбувається перекочування і прослизання рухомого контакту по нерухомому, в результаті початкова точка дотику 1 при замиканні, вона ж остання точка дотику і точка виникнення дуги при розмиканні, виявляється зміщеною по відношенню до точки 2 кінцеве торкання контактів.

Таким чином, поверхні, що забезпечують тривале проведення струму і що визначають перехідний опір контакту, віддалені від місця виникнення дуги. Прослизання контактів при достатньому контактному натисненні призводить до стирання окисної плівки і бруду з поверхні контакту, тобто до самоочищення контактів, це дозволяє застосовувати мідь як контактний матеріал.

Прослизання при тій шорсткості, яку звичайно мають поверхні контактів (особливо ті, що працювали), викликає додаткову вібрацію контактів при їх замиканні, а, отже, і їх підвищений знос. Зважаючи на це з'явилася тенденція виключати або зводити до мінімуму прослизання, зберігаючи перекочування.

Для того, щоб рухомий контакт міг перекочуватися по нерухомому, центр обертання першого при переміщенні по контактній поверхні другого повинен описувати розгортку кола. Радіус кривизни нерухомого контакту (рис. 37, г) може бути обчислений з наступного наближеного рівняння:

де с - довжина дуги АВ від початкової точки контакту А до кінцевої В; а - відстань від центру обертання рухомого контакту до точки А; b - відстань переміщення точки обертання рухомого контакту; а, b, с задаються конструктивно.

Відмова від прослизання вимагає підвищення контактного натиснення для забезпечення роботи апарату в тривалому й переривисто-тривалому режимах. При повній відсутності прослизання і недостатньо високому натисненні слід чекати високого перегріву мідних контактів за рахунок поступового окислення кінцевої контактної точки.

Останніми роками знаходять застосування контактні системи важелів, в яких відсутні як перекочування, так і прослизання. Досягається це поєднанням осі обертання контакту з віссю обертання рухомої системи. При великій частоті розмикань, коли контактні точки часто очищаються від оксидів електричною дугою, що виникає при відключенні, тут можливе застосування мідних контактів. При малій частоті розмикань мідні контакти унаслідок окислення перегріватимуться, в цьому разі потрібні контакти із срібла або композицій на базі срібла.

Робочі поверхні важільних контактів виконують головним чином у вигляді: площина - циліндр, циліндр - циліндр.

Важільні контакти вимагають гнучкого зв'язку для приєднання до струмопідводу, але гнучкий зв'язок у ряді випадків є слабким місцем контактної системи. Його важко здійснити на великі струми, механічна зносостійкість його виявляється нижчою, ніж інших деталей.

Місткові контакти (рис. 38, а) застосовують переважно в апаратах з прямоходовою рухомою системою. Гнучкий зв'язок відсутній, що є перевагою конструкції, зате потрібне подвоєне контактне натиснення порівняно з важелями, оскільки число перехідних контактів подвоюється. У місткових контактах теоретично перекочування і прослизання відсутні. Тому мідні контакти тут не застосовують, а виконують контакти із срібла або металокераміки на базі срібла. Робочі поверхні виконують у вигляді: площина - площина, площина - циліндр, циліндр - циліндр, площина - сфера, сфера - сфера (при малих струмах).

Місткові контакти можуть застосовуватися і при поворотних рухомих системах . Працюють вони тут подібно до важільних контактів.

Врубні контакти (рис. 39). Найпростіші з них на невеликі струми (рис. 39, а, б, в) складаються з нерухомого контактного стояка 1, в який входить рухомий контактний ніж 2. Натиснення здійснюється за рахунок пружних властивостей матеріалу стояків (твердотягнута мідь, спеціальна бронза), яким надається відповідна форма. При перегріві, а також при частих включеннях пружинисті властивості губок ослабляються і контакт порушується. Для усунення вказаного недоліку у врубних контактах на великі струми для отримання вищих і стійкіших натиснень застосовують сталеві пружини 3 (рис. 39, г).

У конструкціях, показаних на рис. 39, а, б, в, стикання відбувається по поверхні і невеликий перекіс контактних поверхонь викликає різке збільшення перехідного опору.

Рис. 39 - Врубні і розеточні контакти

У контактах на рис. 39, а стикання відбувається по лінії. При тому ж натисненні тут досягається більший питомий тиск, ніж при поверхневому контакті, і менший перехідний опір. Але і ця конструкція чутлива до перекосів контактного ножа. Більш досконалою є контактна система, зображена на рис. 39, е. Тут нерухомий контакт охоплюється рухомими контактними ножами 2, що мають циліндрові виступи. Натиснення здійснюється сталевими пружинами 3. При практично можливих перекосах лінійний контакт у цій конструкції не порушується.

Розглянуті конструкції широко застосувують в рубильниках, перемикачах, плавких запобіжниках.

У високовольтних вимикачах застосовуються контакти ламельні врубні (рис. 39, ж і з). Рухомий контакт тут виконують з окремих ламелій, їх може бути декілька пар, нерухомий виконують клиноподібним. Рухома система прямоходова. Ламелі можуть бути такими, що несамовстановлюються (рис. 39, ж) або самовстановлюються (рис. 39, з). У конструкції, що самовстановлюється, ламель може завжди прийняти положення, що забезпечує не менше двох контактних точок. Така конструкція досконаліша і дає при рівних натисненнях менший перехідний опір. Розглянуті контакти можуть виконуватися на дуже великі струми шляхом паралельного приєднання будь-якої кількості пар ламелей.

Розеткові контакти (рис. 39, и). Вони складаються з контактного стрижня 1 (рухомий контакт) і ряду сегментів 2 з пружинами 3 (ламелей), що створюють нерухомий контакт. Розеткові контакти застосовують переважно як головні.

Врубні й розеткові конструкції не можуть відключати скільки-небудь значні струми. Виникаюча при цьому дуга порушує контактні поверхні. На них з'являються оплавлення, контакт порушується. Крім того, різко зростає зусилля, необхідне для включення і виключення. Для відключення скільки-небудь значних струмів застосовують паралельне включення дугогасних контактів.

У роликових контактах (рис. 40) між двома нерухомими контактами 1 закочується рухомий ролик 2, який перемикає нерухомі контакти. Ролик може мати циліндрову або сферичну поверхню. Відповідно до цього матимемо лінійний або точковий контакт. Шляхом паралельного включення роликів утворюється багатоточковий контакт на великі струми. Роликовий контакт застосовують як головний. Для відключення струму через обгорання роликів він непридатний.

Торцові контакти (див. рис. 38, 6) виконують у вигляді суцільних металевих стрижнів або порожнистих труб. Контактні поверхні можуть бути плоскими, сферичними або одна плоска, а інша сферична.

Контакти мають великий перехідний опір і вимагають чималого натиснення, тому застосування їх на великі номінальні струми утруднено. Вони використовуються переважно як дугогасні. Торцові контакти вимагають гнучкого зв'язку, роликового або іншого струмопідводу.

Ковзні контакти. Ці конструкції здійснюють передачу струму без обриву ланцюга з нерухомої контактної деталі на рухому. Вони можуть виконуватися з важільними, містковими, роликовими та іншими контактами. В апаратах низької напруги ковзні з'єднання широко застосовують в реостатах і контролерах.

...