Новый метод оценки эрозии контактов под воздействием дугового разряда при отключении выклю

 

Наиболее существенной эрозии контакты подвергаются при отключении выключателем токов короткого замыкания (КЗ). Физические процессы на поверхности электродов зависят от потока мощности (qоп), приходящего на поверхность опорного пятна дуги, их геометрии и материала контактов, способа возбуждения дуги и длительности ее воздействия на электроды. Поэтому во многих опубликованных работах результаты экспериментальных исследований эрозии электродов и построения методик по ее количественной оценке весьма разнообразны. Однако по наблюдениям многих исследователей размыкание контактов при отключении токов в широком диапазоне их значений сопровождается разбрызгиванием капель их металла. Свои особенности имеет и механизм эрозии контактов низковольтных выключателей при отключении токов КЗ [1, 2].

Известно, что дуга на размыкаемых контактах в течении нескольких миллисекунд остается неподвижной и подвергает их эрозии. Неподвижность дуги также наблюдалась на размыкаемых контактах выключателей Э25, ВА50-41 и других, выпускаемых в ОАО «Контактор», при отключении ими токов КЗ. В таком случае дуговой разряд представляет собой короткую контрагированную дугу, горящую в парах металла контактов с характерным геометрическим параметром lд/rоп ≤ 1.0 (lддлина и rопрадиус опорного пятна дуги).

Поток мощности, приходящий на опорное пятно дуги, определяется формулой:

 

 

qon=

ζig ug

 

2Son

,

где iд и Uд – мгновенное значение тока и напряжения дуги, Sоп - площадь опорного пятна и ζ = (uк + ua)/ug  – коэффициент, учитывающий долю энергии, выделяемой дугой на контактах и поглощенную ими за счет приэлектродных явлений [3].

Поток мощности qоп при отключении токов КЗ на опорное пятно достигает значений единиц (104 ÷ 105) Вт/см2  и не распределяется равномерно по его поверхности. Из-за сложности рельефа поверхности опорного пятна на его микронеровностях электрическое поле концентрируются и дискретные потоки мощности qк, которые определяются по формуле:

qк=

ζig ug

 

2nksk

 

где nк – число одновременно функционирующих кратеров, достигает значений 108 Вт/см2.

Под воздействием дискретных потоков мощности qк на поверхности опорного пятна дуги возникают микропузырьки, внутреннее давление которых приводит их к взрыву, истечению микроструек плазмы, проводящих ток iк, и образованию кратеров. На опорном пятне одновременно функционирует nк=iд/iк кратеров, имеющих площадь Sк. Ток в микроструйках плазмы iк может составить значение ~ 102А, а плотность тока ~ 108А/см2. Поэтому давление в микроструйке плазмы достигает ~ 103 атм. Под воздействием реактивного давления микроструек плазмы кратеры взрываются и образуются конусы эрозии и происходит разлет капель жидкого металла и твердых частиц. Угол разлета капель жидкого металла и твердых частиц составляет ~ 10° к поверхности контактов [4].

Расчеты эрозии серебросодержащих контактов по экспериментальным данным исследования процессов гашения дуги большой мощности в низковольтных выключателях с помощью осцилографирования тока и напряжения дуги и скоростной киносъемки показали, что при максимальном мгновенном значении тока дуги

 Iд max = 8, 5 кА эрозия контакта составила 0, 59 г , а при iд max = 24, 5 кА-0, 89г [1, 2]. Эрозия контакта, приведенная в [5], при токе 10 кА равна 0, 75 г. По экспериментальным данным [2] при токе в испытательном контуре равном 65 кА действующего значения эрозия контакта превысила 1, 0 г.

Таким образом, результаты расчета эрозии контактов с использованием модели конуса эрозии вполне совпадают с экспериментальными данными. Более того, модель конуса эрозии объясняет и разлет капель жидкого металла, и образование твердых частиц из металла контактов при отключении токов КЗ. [2]

 

Автор -  Мещеряков В.П. Ведущий научный сотрудник ОАО «Контактор», 432001, г.Ульяновск, Ул.К.Маркса, 12, тел. +7(8422)675205

 

Литература:

  • В.П. Мещеряков. Электрическая дуга большой мощности в выключателях. Часть 1. Ульяновск, 2006. С.344.
  • В.П. Мещеряков. Электрическая дуга большой мощности в выключателях. Часть 2. Ульяновск, 2008. С.429.
  • Г.Н. Лесков. Электрическая сварочная дуга. М.. Машиностроение. 1970. С.335.
  • Г.А.Месяц. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М., Наука, 2000. С.424.
  • А.М.Залесский. Электрическая дуга отключения. М.-Л. Госэнергоиздат. 1963. С.266.
  •  






    Рекомендуемый контент




    Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.