Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания
Рассмотрена возможность применения композитных материалов на основе серебра с добавлением тугоплавких составных частей в качестве главных контактов токоограничивающих автоматических выключателей повышенной предельной коммутационной способности типа ВА57-35....
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Електротехніка і електромеханіка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142578 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания / А.Г. Середа // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142578 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1425782025-02-09T14:01:40Z Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания Limit short-circuit current switching capability of ceramic contacts of fault-current limiters Середа, А.Г. Електричні машини та апарати Рассмотрена возможность применения композитных материалов на основе серебра с добавлением тугоплавких составных частей в качестве главных контактов токоограничивающих автоматических выключателей повышенной предельной коммутационной способности типа ВА57-35. Розглядається можливість застосування композитних матеріалів на основі срібла з додаванням тугоплавких складових частин в якості головних контактів струмообмежуючих автоматичних вимикачів підвищеного граничного струму короткого замикання типу ВА57-35. Applicability of Ag-based composite materials doped with refractory component parts as the main contacts of fault-current limiters of enhanced switching capacity, like VA57-35, is analyzed. 2005 Article Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания / А.Г. Середа // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142578 621.316.5.027.2.066.6 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати |
| spellingShingle |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Середа, А.Г. Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Рассмотрена возможность применения композитных материалов на основе серебра с добавлением тугоплавких составных частей в качестве главных контактов токоограничивающих автоматических выключателей повышенной предельной коммутационной способности типа ВА57-35. |
| format |
Article |
| author |
Середа, А.Г. |
| author_facet |
Середа, А.Г. |
| author_sort |
Середа, А.Г. |
| title |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| title_short |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| title_full |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| title_fullStr |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| title_full_unstemmed |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| title_sort |
способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142578 |
| citation_txt |
Способность металлокерамических контактов токоограничивающих автоматических выключателей коммутировать предельные токи короткого замыкания / А.Г. Середа // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 3. — С. 45-47. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT seredaag sposobnostʹmetallokeramičeskihkontaktovtokoograničivaûŝihavtomatičeskihvyklûčatelejkommutirovatʹpredelʹnyetokikorotkogozamykaniâ AT seredaag limitshortcircuitcurrentswitchingcapabilityofceramiccontactsoffaultcurrentlimiters |
| first_indexed |
2025-11-26T14:29:05Z |
| last_indexed |
2025-11-26T14:29:05Z |
| _version_ |
1849863550160338944 |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №3 45
УДК 621.316.5.027.2.066.6
СПОСОБНОСТЬ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
КОММУТИРОВАТЬ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Середа А.Г., к.т.н., доц.
Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт"
Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ", кафедра "Электрические аппараты"
тел. (057) 707-68-64, E-mail: kbv@kpi.kharkov.ua, evl@kpi.kharkov.ua
Розглядається можливість застосування композитних матеріалів на основі срібла з додаванням тугоплавких складо-
вих частин в якості головних контактів струмообмежуючих автоматичних вимикачів підвищеного граничного
струму короткого замикання типу ВА57-35.
Рассмотрена возможность применения композитных материалов на основе серебра с добавлением тугоплавких со-
ставных частей в качестве главных контактов токоограничивающих автоматических выключателей повышенной
предельной коммутационной способности типа ВА57-35.
Способность токоограничивающих автоматиче-
ских выключателей многократно коммутировать пре-
дельные токи короткого замыкания главным образом
определяется электрофизическими свойствами метал-
локерамических контактов. Эрозионное разрушение
рабочих поверхностей контактов является следствием
термического действия электрической дуги. Материал
контактов расплавляется под опорным пятном дуги, в
результате чего разбрызгивается, испаряется и окис-
ляется. Переходное сопротивление контакта при этом
резко возрастает.
Чтобы уменьшить или воспрепятствовать пере-
носу материала контактов в дуге, необходимо исполь-
зовать материалы, обладающие высокими теплофизи-
ческими свойствами: высокой температурой плавле-
ния и кипения, хорошей тепло и электропроводно-
стью. В автоматических выключателях серии А3700
успешно применяется контактная пара КМК-А30-
КМК-А32м. Однако при разработке серии малогаба-
ритных автоматических выключателей, с тепловыми и
электромагнитными расцепителями, возникают труд-
ности, связанные с разрушением поверхностного слоя
контактов при отключении токов короткого замыка-
ния, увеличением переходного контактного сопро-
тивления и, как следствие, перегревом токоведущих
частей. Увеличение мощности электрической дуги в
малогабаритных автоматических выключателях объ-
ясняется отсутствием двойной электродинамической
петли, ограничивающей скорость роста тока коротко-
го замыкания в выключателях серии А3700.
Целью работы является сравнительное исследо-
вание свойств различных контактных пар на нагрев и
износостойкость при коммутации номинальных токов
и предельных токов короткого замыкания.
В процессе работы коммутирующие контакты
выполняют две функции: длительно проводят номи-
нальный ток в замкнутом состоянии и разрывают или
замыкают электрическую цепь тока. В режиме дли-
тельного протекания тока в качестве критерия рабо-
тоспособности выбиралось установившееся превыше-
ние температуры на выводах выключателей, которое в
значительной степени определяется переходным со-
противлением главных контактов.
Исследовалось 14 образцов автоматических вы-
ключателей типа ВА 57-35 на номинальный ток 250А.
В выключатели были установлены различные кон-
тактные пары в соответствие с табл. 1.
Таблица 1
Материал контактов Номер
образца Подвижны
контакты
Неподвижные
контакты
1-2 КМК-А30 КМК-А32
3-4 КМК-А30 КМК-А32м
5-6 КМК-А30м КМК-А32м
7-8 КМК-А30м КМК-А10м
9-10 КМК-А32м КМК-А10м
11-12 КМК-А10м КМК-А32м
13-14 Ag-W-CW КМК-А10м
Уменьшить переходное сопротивление можно,
увеличив контактное нажатие. Зависимости переход-
ного сопротивления в функции контактного нажатия,
приведенные в [1-4], как правило, относятся к одно-
именным контактным парам. Чтобы избежать свари-
вания контактной пары в токоограничивающих авто-
матических выключателях подвижные и неподвиж-
ные контакты состоят из разноименных композитов.
Кроме того, в известной литературе отсутствуют дан-
ные о зависимости переходного сопротивления в
функции контактного нажатия после эрозии контакт-
ных поверхностей под действием дугового разряда.
Учитывая этот факт, в начале исследования определя-
лась зависимость переходного сопротивления кон-
тактных пар (табл. 1) в функции контактного нажатия
новых (зачищенный) контактов и после коммутации
токов короткого замыкания.
Исследования проводились на специальной ус-
тановке, позволяющей регистрировать падение на-
пряжения на контактной паре при изменении кон-
тактного нажатия в сторону увеличения. Контактная
пара устанавливалась в опытный образец автоматиче-
ского выключателя.
Переходное сопротивление определялось как
46 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №3
I
UR Δ
=п ,
где ΔU – падение напряжения на контактах; I – ток
через контакты.
Автоматический выключатель с известной кон-
тактной парой устанавливали на экспериментальную
установку. Непосредственно перед установкой кон-
тактные поверхности предварительно очищались от
окисных пленок. С помощью разновесов выставля-
лось требуемое контактное нажатие. Затем через кон-
такты пропускался постоянный ток 200А при пони-
женном напряжении. Сила тока в 200А при номи-
нальном токе выключателя 250А была выбрана, что-
бы исключить существенный нагрев контактов и ин-
тенсивное их окисление. Падение напряжение на кон-
тактах фиксировалось вольтметром.
Зависимость переходного контактного сопротив-
ления разнородных контактных пар в функции кон-
тактного нажатия для новых контактов и после комму-
тации предельных токов короткого замыкания показа-
на на рис. 1. На рисунке обозначено:
• кривая 1 – контактная пара КМК-А32м–КМК-А10м;
• кривая 2 – контактная пара КМК-А30м–КМК-А32м;
• кривая 3 – экспериментальная контактная пара
Ag-W-CW–КМК-А10м;
• кривая 4 – контактная пара КМК-А30–КМК-А32;
• кривая 5 – контактная пара КМК-А10м–КМК-А32м;
• кривая 6 – контактная пара КМК-А30м–КМК-А10м;
• кривая 7 – контактная пара КМК-А30–КМК-А32м.
Как видно из графиков при усилиях свыше 80Н
переходные сопротивления новых контактных пар 4,
5, 6, 7 отличались незначительно.
На следующем этапе каждым выключателем бы-
ло произведено по две коммутационные операции "О"
(отключение) и "ВО" (включение-отключение) в
трехфазной цепи с частотой 50Гц, при напряжении
420В, 35,0cos =ϕ . Ожидаемое эффективное значение
тока испытательной цепи 55кА. Наибольшие значения
пропускаемого тока сведены в табл. 2. После комму-
тации предельного тока минимальное переходное со-
противление имеет контактная пара КМК-А30м–
КМК-А10м.
Затем было произведено по 2000 операций "ВО"
номинального тока 250А при напряжении 380В, час-
тоты 50Гц, 8,0cos =ϕ .
В соответствие с требованиями нормативно-
технической документации после коммутации номи-
нальных токов и предельных токов короткого замы-
кания превышение температуры выводных зажимов
не должно превышать 800С. Нагрев выключателей
проводили в цепи трехфазного тока частоты 50Гц.
Полюсы выключателей подсоединяли медными про-
водами типа ПРГ сечением 120 мм2. Температура ок-
ружающего воздуха 400С. Превышение температуры
выводных зажимов определяли при помощи термопар
типа хромель-копель с диаметром электрода 0,5 мм,
длиной 1,5 м. Результаты исследования на нагрев
приведены в табл. 3.
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
1
2
3
4
5
6
7
Rп, мкОм
Fк, Н
а
50
100
150
200
250
300
350
400
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
1
4
2
3
7
6
5
Rп, мкОм
Fк, Н
б
Рис. 1. Зависимость переходного сопротивления от силы
контактного нажатия: а – для зачищенных контактов;
б – после коммутации предельных токов
Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №3 47
Таблица 2
Наибольшее значение тока через
полюс, кА
О
бр
аз
ец
О
пе
ра
ци
я
левый средний правый
В
ре
мя
от
кл
ю
че
ни
я,
мс
1 О
ВО
21
44
29
51
38
26
11,0
11,0
2 ВО 50 41 35 10,5
3 О
ВО
43
23
47
53
20
45
11,5
12,0
4 О
ВО
35
38
32
19
46
41
12,0
12,0
5 О
ВО
39
35
33
52
47
36
10,4
10,6
6 О
ВО
54
36
47
46
28
49
11,0
11,3
7 О
ВО
45
37
51
27
22
51
11,1
11,5
8 О
ВО
54
29
48
51
37
45
12,5
12,0
9 О
ВО
39
36
35
36
50
49
13,0
13,0
10 О
ВО
39
35
37
36
49
53
11,5
12,0
11 О
ВО
52
27
45
53
31
47
12,0
11,5
12 О
ВО
46
47
41
34
30
38
11,5
11,5
13 О
ВО
26
55
53
37
48
42
14,0
14,0
14 О
ВО
53
40
42
58
40
47
13,5
14,0
Таблица 3
Полюс выключателя
Верхний зажим Нижний зажим
О
бр
аз
ец
левый средний правый левый средний правый
1 110 105 96 76 75 73
2 98 89 103 74 70 75
3 76 80 77 64 67 66
4 75 67 150 63 60 93
5 74 85 78 68 67 65
6 78 81 83 67 70 76
7 60 70 64 53 61 54
8 61 69 64 57 58 57
9 57 84 75 57 62 65
10 100 65 118 77 60 85
11 67 102 68 61 80 65
12 97 54 87 74 60 70
13 74 78 158 61 64 98
14 137 70 134 88 60 89
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Контактные пары, содержащие графит (об-
разцы №№1-6, 9-12), не могут быть использованы как
главные контакты выключателей типа ВА57-35, так
как превышения температуры верхних выводных за-
жимов значительно выше допустимых значений.
После зачистки поверхностного слоя подвижно-
го контакта (КМК-А30) переходное сопротивление
контактных пар не изменилось. После зачистки по-
верхностного слоя неподвижного контакта (КМК-
А32) переходное сопротивление резко уменьшилось.
Таким образом, причиной резкого увеличения пере-
ходного сопротивления контактной пары КМК-А30–
КМК-А32 является поверхностный слой композита
неподвижного контакта.
Металлографический анализ неподвижного кон-
такта показал, что поверхностный слой состоит из
частиц никеля и серебра. Твердость серебра не изме-
нилась. В то же время твердость никеля после испы-
тания на ПКС стала выше за счет поверхностного на-
углераживания никеля.
2. Экспериментальная контактная пара Ag-W-
CW–КМК-А10м не может быть использована как
главные контакты выключателей типа ВА57-35.
В то же время анализ материала Ag-W-CW пока-
зал незначительный износ контактных поверхностей,
по сравнению с контактом КМК-А10м. Поверхность
вольфрамового композита гладкая с отдельными
вкраплениями желтого цвета и черным налетом. Кон-
такты из композита КМК-А10м имеют глубокие по-
перечные трещины от поверхности вглубь контакт-
ных напаек. Возникновение трещин связано с резким
различием в твердости материалов контактных пар.
3. Представляет интерес тот факт, что переход-
ное сопротивление контактной пары Ag-W-CW–
КМК-А10м резко увеличилось после коммутации но-
минальных токов, а не после испытаний на ПКС, как
в случае других контактных пар.
4. Контактная пара КМК-А30м–КМК-А10м об-
ладает высокой эрозионной устойчивостью. Контакт-
ные поверхности изношены незначительно.
ВЫВОДЫ
1. Оптимальными с точки зрения температурно-
го режима после коммутации номинальных токов и
токов ПКС являются контактные пары КМК-А30м–
КМК-А10м.
2. Ввиду высокой износостойкости композита
Ag-W-CW необходимо провести дополнительные ис-
пытания этого материала в паре с серебро-
графитовыми композитами на различных сериях ав-
томатических выключателей.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Таев И.С. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1977.
– 272с.
[2] Усов В.В. Металловедение электрических контактов. –
М.: Госэнергоиздат, 1963. – 206с.
[3] Хольм Р. Электрические контакты. – М.: Изд-во иностр.
литературы, 1961. – 463с.
[4] Буль В.К., Буткевич Г.В. Основы теории электрических
аппаратов. – М.: Высшая школа, 1970. – 597с.
Поступила 10.02.2005
|