CC BY
25
УДК 621.311 0-85
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
Е.И. ГРАЧЕВА, О.В. НАУМОВ Казанский государственный энергетический университет
Низковольтное аппаратостроение в последнее время довольно интенсивно развивается. Непрерывно совершенствуются и разрабатываются коммутационные аппараты, появляются новые направления, основанные на использовании нетрадиционных принципов действия. А это обусловливает жесткие требования к стабильности и уровню сопротивления контактных соединений. В работе представлен расчет сопротивления контактного соединения коммутационных аппаратов, позволяющий учитывать техническое состояние коммутационной аппаратуры и уточнять величину энергии, выделившуюся в коммутационном аппарате в режиме эксплуатации электрической сети.
Некоторые виды низковольтных коммутационных аппаратов, несмотря на кажущуюся простоту, в ряде случаев представляют собой весьма сложную техническую систему, главным требованием к которой является нормальное функционирование в соответствии с конкретным назначением. Общее положение, определяющее функциональную пригодность аппарата, предполагает удовлетворение в процессе его эксплуатации заранее установленных и совершенно определенных критериальных требований, причем по содержанию и жесткости они могут сильно различаться в зависимости от типа аппарата, режимов и условий его эксплуатации. Например, характерной особенностью автоматических выключателей является возможность длительного нахождения их контактов в замкнутом состоянии, к тому же в условиях действия агрессивных сред, влаги, повышенной температуры и т.д. А это обусловливает жесткие требования к стабильности и уровню сопротивления контактных соединений. Для контакторов эти требования могут быть смягчены, поскольку при частой оперативной коммутации тока возможно периодическое обновление контактных поверхностей. Но в том и другом случае необходимо наличие информации о значении сопротивлений контактных соединений.
Низковольтное аппаратостроение в последнее время начинает довольно интенсивно развиваться. Непрерывно совершенствуются и разрабатываются коммутационные аппараты, появляются новые направления, основанные на использовании нетрадиционных принципов действия. Становятся все более разнообразными области применения низковольтных аппаратов и ужесточаются требования к ним. Вместе с тем, не все технические параметры аппаратов могут быть приведены в паспортных данных. В частности, не всегда указывается сопротивление их силовой цепи, нет также требований и ГОСТ на сопротивления электрических аппаратов.
Поскольку в справочной литературе практически отсутствует информация о сопротивлениях большинства коммутационных аппаратов, а имеющиеся
© Е.И. Грачева, О.В. Наумов
Проблемы энергетики, 2003, № 11-12
данные носят весьма приближенный характер, возникает необходимость исследования законов изменения сопротивлений их контактных соединений.
Мощность, потребляемая собственно аппаратом при его функционировании и рассеиваемая в нем, должна быть минимальной.
Для осуществления расчета значений сопротивлений контактных соединений воспользуемся следующими соотношениями.
Определим установившееся значение температуры контакта из условия равенства между выделенной в контакте и отводимой с его поверхности тепловыми мощностями
эмпирическое значение контактного сопротивления при температуре на границе области стягивания
перепад температуры контакта на границе области стягивания над температурой окружающей среды
температуру на границе зоны стягивания, т.е. температуру тела контакта
зависимость расчетного сопротивления контактного соединения от температуры фактической площадки касания
а=4,3^10-3 °С-1 - температурный коэффициент сопротивления; I - ток через
контакт, А; а - радиус фактической площадки касания, м; 1=390Вт/(м^К) -теплопроводность материала проводника; Я = ^0(1+а «)/5' - сопротивление единицы длины проводника, Ом; ЯТ - коэффициент теплоотдачи единицы длины
(1)
(2)
(3)
(4)
температуру фактической площадки касания
(5)
(6)
где ро = 1,62^10-8 Ом*м - удельное сопротивление материала контактов при 0 °С;
проводника, Вт/(м2К); $ - площадь контурной площадки касания, м2; ¥ -охлаждающая поверхность единицы длины проводника, м2; Яе.0.~ сопротивление контактного соединения коммутационного аппарата, мОм [1].
Сравним полученные результаты расчетного значения сопротивления контактного соединения с экспериментальными данными сопротивления [3]. Графики 1-3 показывают расчетные и экспериментальные зависимости сопротивления контактного соединения от величины тока, протекающего через контакт коммутационного аппарата.
Рис.1. Расчетные и экспериментальные зависимости сопротивления контактного соединения от величины тока (автоматический выключатель)
В результате сравнительного анализа расчетных и экспериментальных значений сопротивлений контактных соединений низковольтных аппаратов получены следующие зависимости:
-для автоматических выключателей характерно небольшое расхождение в экспериментальных и расчетных оценках сопротивления контактного соединения;
-для магнитных пускателей наибольшее совпадение экспериментальных и расчетных оценок сопротивлений контактных соединений наблюдается в диапазоне токов свыше 50А;
-для контакторов наибольшее совпадение экспертных и расчетных сопротивлений контактных соединений характерно для токов свыше 500А.
Сопротивления контактных соединений коммутационных аппаратов в режиме эксплуатации изменяются в десятки-сотни раз, поэтому можно считать пригодным для инженерных расчетов использование выражения (6), т.к. результаты, полученные с его помощью, сопоставимы с экспериментальными данными [3].
120— 110100— 90— 8070— 60-5040-
зо--20— 10 —
+
+
+
+
+
+
+
+
+
10 20 ЗО 40 50 60 І, А
Рис.2. Расчетные и экспериментальные зависимости сопротивления контактного соединения от величины тока (электромагнитный пускатель)
Рис.3. Расчетные и экспериментальные зависимости сопротивления контактного соединения от
величины тока (контактор)
Проведенные исследования позволяют учитывать техническое состояние коммутационной аппаратуры и уточнять величину энергии, выделившуюся в коммутационном аппарате в режиме эксплуатации электрической сети.
Summary
The market of the low-tension equipment recently rather intensively explicates. Are continuously perfected and the switching meanses are developed, there are new directions based on usage of nonconventional operating principles. And it stipulates rigid requests to stability and level of resistance of contact junctions. In job the account of resistance of contact junction of switching meanses permitting represented to take into account availability index ofproduct of the switching equipment and to improve magnitude of energy selected in a switching means in a mode of operation of an electrical network.
Литература
1. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред.
Ю.Г.Барыбина. - М.: Энергоатомиздат, 1990.- 428с.
2. Крагельский И.В. и др. Расчет площадей касания неподвижного и
скользящего контактов. - В кн.: Электрические контакты. Труды
совещания (11-14 дек. 1962г.).- М.-Л.: Энергия, 1964.-504с.
3. Шевченко В.В., Грачева Е.И. Определение сопротивлений контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов. // Промышленная энергетика. - 2002. - № 1.
Поступила 15.09.2003
