Аппараты распределительных устройств низкого напряжения - Рекомендации по конструкции контактных систем

5-2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКЦИИ КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ

Взаимное влияние различных факторов столь велико, что затруднительно дать точные указания о размерах и конструкции контактных систем. Приведенные ниже сведения надо рассматривать как ориентировочные.

а) Компенсация электродинамических усилий на контактах

Если токи короткого замыкания так велики, что контакты могут быть отброшены электродинамическими усилиями, то надо решить вопрос о необходимости компенсации этих усилий. Компенсацию не надо делать, если при коротком замыкании контактный рычаг так быстро отходит вследствие срабатывания механизма, что не получаются многократные повторные включения контактов. Это имеет место в установочных (неселективных) и в быстродействующих автоматах. Для них компенсация вредна, так как задерживает отключение. Универсальные автоматы должны иметь значительную выдержку времени в исполнении, предусмотренном для избирательной защиты при коротком замыкании. Поэтому там обязательно должна быть компенсация. Она нужна у универсальных автоматов и при отсутствии выдержки времени вследствие довольно значительного собственного времени отключения.

В нескольких новых конструкциях с двух- трехступенчатым включением компенсация сделана на разрывных контактах [ Л. 5-8] (см. также § 4-9). Есть конструкции с компенсацией на предварительных или на главных контактах. В этих случаях легче включить автомат при имеющемся в цепи коротком замыкании, но при этом разрывные контакты не защищены от обгорания.

б) Перераспределение тока между контактами при коммутации

В процессе отключения цепи при размыкании главных контактов параллельно им на короткое время остаются включенными разрывные (или предварительные) контакты. Происходит перераспределение тока между цепями обоих контактов. Желательно, чтобы дуга на главных контактах существовала минимальное время. Никифоровский Н. Н. [ Л. 5-22] вывел следующее уравнение тока дуги на главных контактах:

где /м—-амплитудное значение переменного тока,

протекавшего по главным контактам до размыкания их; t — время, исчисляемое от момента расхождения главных контактов;

Ф — угол, зависящий от момента включения и параметров цепи;

U —напряжение на дуге, принимаемое за постоянную величину =?= 24 в; гт, г, Lr, Lp — активные сопротивления и индуктивности параллельных участков цепи соответственно главных и разрывных контактов;

М — взаимная индуктивность между цепью главных и разрывных контактов. Как видно из этого уравнения, ток дуги состоит из периодической составляющей и направленной против нее увеличивающейся апериодической составляющей, которая равна току, созданному внезапно появившейся э. д. с. Эта э. д. с. равна падению напряжения в дуге, в контуре, у которого активное сопротивление и индуктивность такие же, как у всего контура, в котором происходит перераспределение тока. Дуга на главных контактах погаснет, когда апериодическая слагающая станет равной мгновенному значению периодической. Анализ показывает, что для быстрого гашения необходимо, чтобы

(5-2)

и

(5-3)

т. е. надо иметь малые сопротивление и индуктивность контура, в котором происходит перераспределение тока. Чем эти величины меньше, тем меньше время горения дуги.

Если хотя бы одно из неравенств не выполняется, то быстрое погасание дуги возможно только при некоторых значениях угла г]; (т. е. при расхождении контактов только при некоторых фазах тока). Если оба неравенства выполняются, то энергия, выделенная в дуге на главных контактах, уменьшается при уменьшении активного

сопротивления контура, по она не может быть меньше электромагнитной энергии 0,5 IM2(Lr+Lp—2М). При

(5-4)

энергия дуги отличается не более, чем на 5%, от вышеуказанной электромагнитной энергии. Поэтому нет нужды стремиться сделать активные сопротивления меньше, чем по (5-4). Радикальной мерой уменьшения энергии дуги является снижение индуктивности контура.

в) Число ступеней, материал контактов, моментность включения

Для главных контактов за рубежом обычно применяется серебро. В СССР, кроме серебра, очень часто применяют разные композиции на основе серебра, никеля и графита или серебро — окись меди.

Для разрывных контактов при амплитудном значении тока более 50 кА в СССР применяется пара медь — меднографитовая композиция. Только композиции с графитом могут работать при таких больших токах и немоментном включении автомата вручную, что имеет место в отечественных конструкциях. Все другие материалы в этих условиях привариваются и выгорают.

За рубежом считают, что при амплитудном значении тока 50 кА (а иногда и при значительно меньших величинах) нельзя гарантировать никакой коммутационной способности при ручном немоментном включении (при зависимом ручном приводе см. § 5-4). Там почти всегда для разрывных контактов применяют серебро — вольфрам или серебро — карбид вольфрама. Очень большой недостаток композиции с графитом состоит в том, что выделяется много копоти, которая сильно снижает сопротивление изоляции между полюсами и приводит к перекрытию. По-видимому, надо отказаться от ручного немоментного включения при амплитуде тока более 30—50 кА. Вообще моментное включение — отключение целесообразно при всех токах. У автоматов с моментным оперированием для токов до 50 кА (амплитуда) в СССР для разрывных контактов применяется серебро — никель с небольшим содержанием графита. При этом серебро— вольфрама признано нецелесообразным из-за большого переходного сопротивления, что вызывает обгорание главных контактов. При амплитуде тока ниже 20 кА на разрывных контактах удовлетворительно работает латунь (лучше меди).

Если для контактов, длительно проводящих ток, применяется серебро, то должно быть не менее двух ступеней отключения при разрывной способности более 1 000 а и первая ступень должна иметь дугостойкие контакты. В простых одноступенчатых контактных системах без переката даже при разрывной способности 1 000 а (амплитуда) надежнее вместо серебра применять серебро — окись меди. Если для контактов применяется металлокомпозиция из серебра с никелем и графитом, то при амплитуде тока до 40 кА можно ограничиться одноконтактной системой с большим или меньшим перекатом. При больших токах применяется двухконтактная система с двух- или трехступенчатым отключением.

При номинальных токах более 100—200 а всюду, где возможно по конструктивным соображениям, надо стремиться к получению двух ступеней отключения с помощью переката и поворота одного контакта. Это важно для обеспечения прохождения рабочего тока по чистым контактам. Выделение разрывного контакта в отдельный контакт, входящий в камеру, надо делать главным образом по конструктивным соображениям при номинальном токе свыше 1 000 а, когда главный контакт занимает много места.

г) Размеры главных контактов

Размеры рабочей поверхности контактных накладок определяются прежде всего их электрическим износом при отключении наибольших токов. Эти размеры определяются также из конструктивных соображений: шириной токоведущей части, рассчитанной на прохождение номинального тока, и величиной смещения подвижного и неподвижного контакта из-за производственных отклонений. Размеры накладок мало зависят от рабочего тока. О размерах главных контактов некоторых автоматов можно судить по табл. 5-1. Толщину накладок обычно берут 1,5 — 2,5 мм.

д) Нажатие на контактах

Нажатие на контактах определяется главным образом условиями коммутации — необходимостью ограничить отброс и сваривание их. При больших номинальных токах конечное нажатие на главных контактах определяется также и тепловым режимом. Величины нажатия приведены в табл. 5-1. Начальные нажатия на разрывных контактах (в момент их касания) имеют величину от 3 до 25 кГ при амплитудах тока соответственно 40—110 кА. Начальное нажатие на предварительных контактах выбирается 1—2 кГ.

Таблица 5-1

Размеры контактов автоматов

1 В случае мостикового контакта указано нажатие на один электрический контакт (половина нажатия на весь мост) и дана площадь рабочей поверхности одной накладки. В случае параллельных мостиковых контактов дано суммарное нажатие и площадь на один полюс

е) Растворы и провалы контактов

При напряжении до 380 в даже при малых растворах обычно (если дуга достаточно быстро движется и не слишком затруднен уход ионизированных газов) не наблюдается повторных зажиганий из-за пробоин воздушного зазора при отключении токов короткого замыкания. Поэтому минимальный раствор контактов определяется только следующим: во-первых, он должен быть достаточно большим, чтобы погасить дугу в области критических значений тока (рис. 3-1); во-вторых, если нет защелки, удерживающей автомат в отключенном положении, то раствор должен быть достаточным, чтобы из-за отброса подвижной системы после удара об упор не произошло повторное включение. Обычно растворы делают довольно большими, чтобы полнее использовать объем камеры. Растворы контактов некоторых выполненных конструкций указаны в табл. 5-1. Раствор предварительных контактов в момент касания разрывных обычно выбирается около ;6 мм, а раствор главных контактов в момент касания предварительных — 3 мм. Провал главных контактов принимают 2 — 3 мм. Эта величина связана с толщиной накладок на главных контактах: надо, чтобы к моменту исчезновения провала (из-за износа) еще оставался небольшой слой материала контактной накладки, обеспечивающий всегда контакт между накладками.