CC BY
32
ции. На магнитной системе указаны точки, которые следует использовать как узлы магнитной цепи. Между этими узлами показаны источники МДС, управляемые токами обмоток. Коэффициенты управления источников МДС, управляемых токами обмоток, вычисляются по изложенной методике.
Выводы
1. В режимах, близких к насыщению ферромагнитных элементов магнитопроводов, можно использовать понятие магнитной цепи, если ввести в магнитоэлектрическую схему замещения дополнительные ветви, замыкающие магнитные потоки рассеяния, в которые включаются управляемые источники МДС.
2. Коэффициенты управления распределенных источников МДС рекомендуется вычислять по изложенной методике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зиновкин, В. В. Моделирование нестационарных электромагнитных процессов в неактивных деталях электротехнического оборудования / В. В. Зи-
новкин, М. Ю. Залужный // Вюник КДУ - 2010. -№ 3. - С. 65-69.
2. Вишняков, С. В. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS. Учебное пособие / С. В. Вишняков, Н. М. Гордюхина, Е. М. Федорова. - М. : МЭИ, 2004. - 63 с.
3. COMSOL Multiphysics (Femlab). Режим доступа: http:// matlab.exponenta.ru/femlab
4. Тиховод, С. М. Система компьютерного моделирования динамических процессов в нелинейных магнитоэлектрических цепях / С. М. Тиховод // Тех-тчна електродииамша. - 2008. - № 3.- C. 16-23.
5. Шакиров, М. А. Анализ неравномерности распределения магнитных нагрузок и потерь в трансформаторах на основе магнитоэлектрических схем замещения / Г. Н. Шакиров // Электричество. - 2005.-№ 11. - C. 15-27.
6. Круг, К. А. Основы электротехники: в 2-х т. Т. 1. Физические основы электротехники / К. А. Круг // М. Л. : Государственное энергетическое издательство. - 1946. - 472 с.
Стаття надтшла до редакцп 25.01.2011.
Тиховод С. М., Власенко Е. В.
Комп 'ютерне моделювання розподшених магшторушшних сил в магштоелектричних схемах замь щення електротехшчних комплекмв
При моделюванш перех1дних процеЫв в магштоелектричних схемах замщення трансформатор1в з метою обл1ку магнтних потокв розЫяння запропоновано в магнтне коло вводити додатковг гтки з керованими джере-лами МДС. Коефщенти керування джерел МДС рекомендуешься обчислювати за викладеною методикою. Ключов1 слова: моделювання, магнтоелектричш схеми замщення, магнтш потоки розЫяння.
Tykhovod S. M., Vlasenko E. V.
Computer simulation of distributed magnetomotive forces in equivalent magnetoelectric circuits of electrotechnical complexes
When modeling transients in magnetoelectric equivalent circuits of transformers, it is proposed to include additional branches with controlled MMF sources into the magnetic circuit in order to allow for dispersion magnetic fluxes. It is recommended to calculate the control ratio of MMF sources according to the described procedure. Key words: modeling, magnetoelectric equivalent circuits, dispersion magnetic fluxes.
УДК 612.315
О. Г. Волкова
Запорожский национальный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛЕНОК НА КОНТАКТАХ МАСЛОНАПОЛНЕНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
В данной статье исследовано образование поверхностных пленок на разрывных контактах коммутационных устройств. Показан механизм образования продуктов загрязнения в трансформаторном масле и динамика их осаждения на контактной системе.
Ключевые слова: контактор, трансформаторное масло, контакты, электрическая дуга.
Переходное электрическое сопротивление контактов, которое является основной причиной потерь энер-
гии при прохождении тока через контактное соединение, увеличивается со временем эксплуатации незави-
© О. Г. Волкова, 2011
симо от рабочего состояния контактной системы и рабочей среды.
Целью данной статьи является уточнение механизма образования поверхностных пленок с ростом наработки коммутационных устройств.
При длительном воздействии рабочей среды и содержащихся в ней химических реагентов (сера, хлор и т. д.) на поверхностях контактов происходит образование толстых слоев окислов, сульфидов и других элементов. На процесс их нарастания существенно влияет температура контакта. Даже незначительное контактное сопротивление проявляется источником джоулевого тепла, под влиянием которого поверхности контактов более активно реагируют с рабочей средой. Это вызывает рост пленок, а, следовательно, и переходного сопротивления. Существуют имперические зависимости, описывающие эти явления, например [1]:
5 2 = 202 +1-10
8,2-
1310
где 5 - толщина пленки окислов на меди, А; t - время,
ч; Т - температура медной поверхности, °К.
На контактных поверхностях образуется несколько видов химических соединений. Их основу составляют оксиды, органические соли, высокомолекулярные нерастворимые кислоты, сульфиды и другие вещества минерального и органического происхождения.
Многочисленные исследования [1, 2, 4] позволяют систематизировать поверхностные пленки по природе их происхождения: пленки потускнения (обычно оскид-ные или сульфидные); адгезионные пленки; пассивирующие пленки; граничные пленки смазок.
Надо отметить, что в научной и технической литературе содержатся разобщенные данные о степени влияния поверхностных пленок на переходное сопротивление [1-5]. Доказано, что все виды поверхностных пленок толщиной более 3 -10-9 м служат причиной роста переходного сопротивления на контактах и роль рабочей среды при этом является определяющей.
Однако считается, что переходное сопротивление контактов, погруженных в масло или смазанных маслом, меньше, чем у сухих контактов, так как масло способствует очистке поверхностей от загрязнения и пре-
пятствуют их окислению. По данным [3], медные и латунные контакты в трансформаторном масле почти не окисляются, но это не исключает образования пленок от продуктов загрязнения рабочей среды в процессе длительной эксплуатации.
При эксплуатации маслонаполненных контакторов под действием электрической дуги происходит термическое разложение масла с образованием шлама углеродистых соединений и осаждение его на контактных поверхностях. При дуговых разрядах в масляной среде
происходят скачки температуры (свыше 3500 С) и давления (более 7 МПа). При этом электродуговые разряды в процессе коммутации сильно изменяют свойства масла, вызывая его деструктивное разложение с выделением углеводородных газов и механических примесей.
Термическое разложение масла начинается уже при
температуре 350 - 450° С, а при 600°С основу газовых образований составляют метан СН4 и водород Н2 . Диссоциация молекул масла происходит путем отрыва атомов водорода и метильных групп СН3. Появившиеся несвязанные атомы Н и группы СН3, как и их производные, при росте температуры до 1300°С начинают вступать в реакции между собой с образованием водорода Н2, ацетилена С2Н2 , метана СН4 , этилена С2Н4.
Н + Н ^ н2 СН3 + Н ^С Н4 2СН4 + 2Н2
С2Н4 ^ С2Н2 + Н2
Дальнейший рост температуры приводит к выделению из газовой смеси механических примесей в виде частиц сажи:
СН4^ С + 2 Н2 С2Н2 ^2С + Н2 С2Н4 ^ 2 С + 2Н2
Одновременно с ростом числа сажевых частиц происходит их объединение в цепочки длиной примерно 10 мкм. Картина роста образовавшихся частиц загрязнения в трансформаторном масле приведена на рис. 1.
Рис. 1. Продукты термического разложения трансформаторного масла (х 200) а - при 10 тыс. переключений, б - при 15 тыс.
переключений: 1 - сажевые цепочки, 2 - трансформаторное масло
Т
а
б
На основании фотометрического подсчета количества механических примесей получены данные роста осадка от числа электротермических дуговых разрядов в баке контактора.
Исследования проводились с пробами трансформаторного масла, отобранными из действующих контакторов электропечных трансформаторов на Запорожском алюминиевом заводе и заводе «Днепроспецсталь». Число переключений для различных проб масла составляло от 1000 до 30000 циклов (номинальный ток 150 А, номинальное напряжение обмоток на стороне НН в пределах 394-194 В). Обобщенные результаты гранулометрического состава и подсчет количества частиц в отобранных пробах трансформаторного масла в зависимости от числа коммутаций представлены в табл. 1.
По данным, приведенным в табл. 1, построен график роста загрязнения трансформаторного масла в зависимости от числа переключений (рис. 2).
Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением количества переключений общее число частиц загрязнений в масле возрастает, стремясь к некоторому пределу. Особенно заметен этот рост во вре-
Таблица 1 - Гранулометрический и численный состав загрязнений в пробах трансформаторного масла
Число переключений, тыс. Размеры частиц, мкм / Логарифм числа частиц
1-5 5-7 7-10 10-14 14-25
5 45-50 30-35 30-35 28-32 19-23
10 53-57 40-44 40-44 37-41 37-33
15 58-62 44-48 40-45 36-41 28-32
20 58-62 47-51 42-46 30-35 24-29
мя первых 10 тыс. циклов переключений за счет увеличения числа мелких (от 1 до 5 мкм) частиц. Стабилизация числа частиц загрязнения в масле наступает примерно через 15 тыс. переключений, что объясняется процессом коагуляции и осаждения сажевых хлопьев (выпадение хлопьев уравновешивается числом вновь образовавшихся частиц).
Полученный график наглядно представляет механизм образования осадка сажевых частиц на контактных поверхностях как функцию наработки контактора.
Проведенный анализ процесса загрязнения контактной системы продуктами разложения в маслонапол-ненных коммутационных аппаратах показывает, что интенсивное образование осадка на контактных поверхностях начинается только после достижения определенного числа переключений контактов, что способно привести к резкому росту переходного сопротивления.
Выводы
Интенсивное образование поверхностных пленок на контактных поверхностях маслонаполненных коммутационных устройств наступает после определённого числа циклов переключений. Для разных коммутационных устройств это число может иметь различные значения в зависимости от его мощности и типа. Однако, учитывая общий характер среды (трансформаторное масло) и длительность горения дуги (ограничения по нормативным требованиям), автор считает, что его значение может находиться в пределах 13-17 тыс. переключений. Это число можно принять за срок службы трансформаторного масла в баковых коммутационных устройствах.
Рис. 2. График зависимости роста загрязнения трансформаторного масла механическими примесями от числа переключений
2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Wilson, W.R. High current arc erosion of electric contacts materials / W.R. Wilson // Trans. AIEE. -1955. - Vol. 74. - PP. 657-663. Braunovic, M. Electrical contacts: fundamentals, applications and technology / M. Braunovic, N.K. Myshkin, V.V. Konchits. - New York : CRC Press. -2007. - P. 646.
3. Порудоминский, В. В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой / В. В. Порудо-минский. - М. : Энергия, 1974. - 288 с.
4. Соединители и коммутационные устройства / [Бон-даренко И. Б., Гатчик Ю. А., Иванова Н. Ю., Шил-кин Д. А.]. - Спб. : СПбГУ ИТМО, 2007. - 151 с.
5. Липштейн, Р. А. Трансформаторное масло / Р. А. Липштейн, М. И. Шахнович. - М. : Энергоато-миздат, 1983. - 296 с.
Стаття надiйшла до редакцп 10.02.2011.
Пiсля доробки 22.03.2011.
Волкова О. Г.
Дослвдження мехатзму утворення поверхневих пл1вок на контактах маслонаповнених комутацш-них пристроЧв
У датй cmammi до^джено процес утворення поверхневих rnieoK на розривних контактах комутацшних пристрогв. Показано мехатзм процесу утворення продукmiв забруднення у трансформаторнм ма^i та дина-мжа утворення 1х осаду на контакттй cиcmемi.
Ключов1 слова: контактор, трансформаторна олiя, контакти, електрична дуга.
Volkova O.G.
Investigation of formation inachanisiii of surface film on contacts of oil-filled switching devices
Surface films formation on contacts of switching devices is investigated. The mechanism of contamination products formation in transformer oil and dynamics of their precipitation on the contact system is described.
Keywords: contactor, transformer oil, contacts, electric arc.
УДК 621.316.53:621.382.233
А. В. Близняков канд. техн. наук, В. Л. Миронченко канд. техн. наук
Запорожский национальный технический университет
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРА
ДЛЯ ТЕМНИТЕЛЕЙ СВЕТА
Выполнен анализ и синтез системы управления регулятора напряжения для темнителей света на запираемых тиристорах. Представлен пример схемной реализации системы управления.
Ключевые слова: анализ, синтез, регулятор напряжения, система управления, запираемые тиристоры, управляющий импульс.
Тиристорные регуляторы напряжения находят широкое применение в качестве регуляторов освещения жилых и производственных помещений [1], а также в качестве регуляторов освещения в театрах, в том числе и для темнителей света [2]. При этом регуляторы для темнителей света имеют преимущественно ручное управление. Следует отметить, что регуляторы, построенные на обычных тиристорах, отпираемых в произвольный момент времени и запираемых в нуле питающего напряжения, характеризуются относительно низким (порядка 0,5...0,8) коэффициентом мощности [1].
Его повышения можно добиться за счет регулятора с коэффициентом мощности емкостного характера. Наибольший эффект при этом достигается в том случае, если система управления регулятора обеспечивает включение тиристоров в нуле питающего напряжения, а запирание - в произвольный момент времени относительно полуволны питающего напряжения в зависимости от требуемой мощности.
Целью данного исследования является синтез системы управления регулятора для темнителей света, силовой элементной базой которого являются запираемые
© А. В. Близняков, В. Л. Миронченко, 2011
