Дослідження величини проплавлення контактів залежно від складових контактного матеріалу при комутації струму
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2022.06.112Анотація
Досліджується величина проплавлення контактів пускачів типу ПМЛ зі струмових навантаженням 4; 6,3; 10 А. При проведенні дослідженнях використовується контактний матеріал пускачів, що застосовується для виготовлення серійних контактів на основі срібла (СрН-90 та СрМ-0,2+М1) та дослідні контакти на основі міді. Наведено формулу для визначення величини (глибини) проплавлення при однократній комутації струму. Електрична дуга (час її горіння) безпосередньо пов’язані з електроерозійними явищами (глибиною проплавлення контакту). Формула для визначення глибини проплавлення отримана при розв’язку рівняння теплопровідності з урахуванням граничних умов ІІ роду та пов’язує величину глибини проплавлення з енергетичними та теплофізичними параметрами контактного матеріалу, що обумовлюється складовими компонентами матеріалу.
Важкі умови експлуатації в сільському господарстві та численні фактори впливу утруднюють вибір контактного матеріалу для пускачів. Для забезпечення роботи апаратiв із заданими показниками надійності їх контакт-деталі повиннi протидiяти впливу електричної дуги, хiмiчно i бiологiчно агресивнiй атмосферi та механiчним навантаженням. У загальному виглядi контакти повиннi характеризуватися такими фiзичними параметрами: стабiльнiстю контактного перехiдного опору, високою питомою електропровiднiстю, високою ерозiйною стійкістю та корозійною тривкiстю, високою дугостiйкiстю i стійкістю до зварювання, поєднанням механiчної мiцностi i високої пластичностi.
Практично неможливо пiдiбрати унiверсальний матерiал, який би вiдповiдав усiм названим вимогам, тому залежно вiд функцiонального призначення контактного вузла приходиться приймати компромiсне рiшення. Контакти пускачів, якi працюють в областi малих та середніх струмiв (і нечастого вмикання-вимикання струмiв короткого замикання) повиннi, перш за все, забезпечувати стабiльнiсть перехiдного опору при впливi агресивних домішок атмосфери в поєднаннi з високими дугостiйкiстю та стiйкiстю до зварювання. Тому за останні роки були зроблені спроби заміни контактного матеріалу Ag-Ni та Ag-CdO (застосовується в пускачах ПМЛ від 25 А і вище) на інші матеріали.
Перехiдний опiр залежить вiд фактичної площi дотику контактiв i вiд питомого опору контактного матерiалу. Ефективна площа контактування залежить вiд величини контактного натиску i з його ростом збiльшується за експоненцiальною залежністю до того часу, поки напруга стискання не буде вищою межi текучостi матерiалу. З іншої сторони, перехiдний опiр залежить вiд опору граничного шару, який визначається його складом (наявнiсть оксидних, сульфiдних та iнших плiвок, пилу тощо) i питомим електричним опором.
Враховуючи вимоги до комутуючих пристроїв пускачів, придатних для роботи в аграрному секторі та з метою економiї благородних металiв, розробки контактних матеріалів доцiльно проводити в напрямку покращення властивостей багатокомпонентних композиційних матеріалів на основi мiдi i тугоплавких сполук.
Мiдь є найбiльш близьким матерiалом до срiбла за фiзико-механiчними властивостями. Але її основний недолiк полягає в тому, що в повiтрянiй атмосферi вона окислюється i з зростанням температури процес окислення iнтенсифiкується. Внаслiдок цього на поверхнi мiдi з’являються iзоляцiйнi плiвки, якi порушують роботу контактiв, призводять до вiдмов.
Оксиднi плiвки мiдi, як вiдомо, утворюються i при кiмнатнiй температурi i товщина їх досягає не бiльше 5 мкм. Така плiвка захищає мiдь вiд подальшого окислення киснем. Питомий опiр Cu2O - 10 мкОм×м, але вiн суттєво не впливає на контактний опiр електродiв, оскільки плiвка дуже тонка, то електрони її проходять завдяки тунельному ефекту.
Ключові слова: величина проплавлення, контактний матеріал, електромагнітний пускач, контакт–деталь, електрична дуга, теплопровідність, температура, коефіцієнт температуропровідності, теплоємність
Посилання
Kartashov, E. M., Kudinov, V. A. (2018). Analiticheskaya teoriya teploprovodnosti i prikladnoy termouprugosti [Analytical theory of heat conduction and applied thermoelasticity]. Moscow: Librokom, 656. [in Russian].
Toman, A. S., Sagach, M. F., Kohanovskiy, S. P. (1975). Elektroenergeticheskie pokazateli razryivnyih kontaktov [Electricity indicators of breaking contacts]. Electrification of agricultural production. Scientific Works of USHA. Kiev: Publisher USHA, 110/II, 61-71. [in Russian].
Braterskaya, G. M., Kochanovsky, S. P., Dontsova, T. O., Nalyvayko, V. A., Korobskiy, V. V., Mravchkovskiy, A. M. Spechenyi material dlia elektrychnykh kontaktiv na osnovi midi. [Sintered material for electrical contacts on the basis of copper]. Patent of the USSR, no. 1792445 A3, MKI5 C 22 C9 / 00, H 01 N 1/02. The applicant of the USHA. – No. 5009871/02; stated. July 3, 1991; has published Jan 30, 1993, Bul. No. 4, 1993. [in Ukrainian].
Braterskaya, G. M., Kochanovskiy, S. P., Dontsova, T. O., Nalyvayko, V. A., Sagach, M. F., Korobskiy, V. V. Spechenyi material dlia elektrychnykh kontaktiv na osnovi midi. [Sintered electrocontact material based on copper]. Patent of the USSR, no. 1790821, MKI5 N 01 N 1/02, C 22 C 9/00. The applicant of USHA and IPM of the Academy of Sciences of the USSR. – stated. May 22, 1991 (restricted). Open print not published. [in Ukrainian].
Dontsova, T. O., Braterskaya, G. M., Kochanovskiy, S. P., Nalyvayko, V. A., Korobskiy, V. V., Grygorev, A. A. Spechenyi material na osnovi midi dlia elektrychnykh kontaktiv [Sintered copper-based material for electrical contacts]. A.s. of the USSR, no. 167723, MKI5 N 01 N 1/02, S 22 S9/00. The applicant of the USHA. – No. 4755177/02; stated. November 1, 1989; has published September 15, 1991, Bul. No. 34, 1991. [in Ukrainian].
Korobskyi, V. V., Mrachkovskyi, А. М. (2018). New aspects of creation of environmentally friendly composite materials for contact systems of electric equipment in the agriculture sector: 11 th International Conference "Electronic Processes in Organic and Inorganic Materials” (ICEPOM-11). Molecular Crystals and Liquid Crystals. Ivano–Frankivsk (Ukraine), 35. [in English].
Korobskyi, V. V., Tutskyi V. G. (2018). Hlybyna proplavlennia kontaktiv yak funktsiia enerhetychnykh ta teplofizychnykh parametriv kontaktnoho materialu [Contact penetration depth as a function of energy and thermophysical parameters of the contact material]. Enerhetyka i avtomatyka – Energy and automation, 6 (36), 140 – 153. [in Ukrainian].
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
