Лекции по техническим темам
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

ЛЕКЦИЯ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА

1. Электрические контакты.

Электрическим контактом называется совокупность двух или более проводников соедененных между собой через которые проходит ток из одной электрической цепи в другую.

Из токопроводящих частей электрических аппаратов и распределительных установок в целом наивысшие требования ставят к электрическим контактам.

По условиям работы контактные соединения разделяют на две группы - подвижные и неподвижные.

Контактные соединения обоих группы должны :

- надежно без перегрева работать в условиях нормального режима;

- иметь определенную термическую и электродинамическую стойкость в режиме к. з.

Неподвижные контактные соединения в распределительных установках выполняют внакладку, в стык с накладками, и тому подобное.

а) внакладку;

б) в стык с накладками;

По принципу соединения подвижные контакты могут быть:

- плоскими (соединяются широкой поверхностью, поэтому имеют неустоичивое переходное сопротивление, недостаточную электродинамическую прочность).

- линейные (соединяются только по узкой поверхности, имеют устойчивое переходное сопротивление, высокое удельное давление в контактах, высокую электродинамическую стойкость, простое и надежное регулирование).

- точечные (соприкасаются одной или нескольких определенных точках, имеют высокое удельное давление и поэтому стабильность удельного сопротивления).

Относительно выполнения различают контакты:

1) врезные - состоят из ножа (подвижного контакта) и стояка (неподвижного контакта). Они могут быть с плоскими, линейными или точечными соединениями.

2) розеточные контакты имеют линейное касание розетки (неподвижного контакта) со стержнем (подвижным контактом).

3) торцевые контакты могут быть с плоскими линейными или точечными касаниями.

Форма и конструкция неподвижных и подвижных контактов многообразные и зависят от назначения, принципа работы и конструкции аппаратуры.

Подвижные контакты, которые применяются для включения и выключения значительных токов, целесообразно выполнять по двойной контактной системе. Она состоит из рабочих и дугогасительных контактов, соединенных параллельно. При включении цепи замыкаются сначала дугогасительные контакты, а затем - рабочие. При выключении цепи, наоборот, сначала размыкаются рабочие, а затем дугогасительные контакты. Применение двойной контактной системы дает возможность выполнять рабочие контакты с очень малым переходным сопротивлением, рассчитанные на длительный ток нагрузки и кратковременный ток к. з. при замкнутой цепи (пример ВН - 16, ВН - 17).

Между поверхностями контактных соединений, которые стыкуются, существует переходное сопротивление.

где С - коэффициент, зависит от материала контактов.

F[H] - сила соединения контактов.

m= 0,5 - точечный контакт (сфера - сфера)

m= 1 - щитовой контакт

Значение “С”

Медь - (0,3÷0,4)•10-3

Алюминий - (1,3÷1,6)•10-3

Сталь - (25÷80)•10-3

Серебро - (0,2÷0,6)•10-3

При прохождении тока в переходном сопротивлении выделяется теплота, которая нагревает контакт. Если переходное сопротивление увеличивается, то это приводит к увеличению теплоты, которое выделяется в нем, а тем самым к повышению температуры контакта.

При избыточном нагревании контактное соединение окисляется, что вызывает еще больше рост переходного сопротивления и, следовательно, еще больший повышение температуры контакта. Окисление происходит при температуре 70º С. Поэтому поверхность контактов должна быть достаточной для уменьшения переходного сопротивления и рассеивания теплоты.

Поверхности контактов всегда неровные, на них есть выступы и углубления. С увеличением давления на поверхность выступы деформируются, уменьшая переходное сопротивление. При значительных токах контакты покрывают серебром или другим металлом, что хорошо проводит ток.

Контактные соединения изготовляют из меди, латуни, алюминия, стали.

Подвижные контакты, которые размыкают электрическую цепь, часто изготавливают из металлокерамических сплавов меди с вольфрамом или молибденом и серебра с вольфрамом. Они соединяют высокую проводимость меди или серебра с высокой температурой плавления вольфрама или молибдена.

Во избежание местного перегрева, оплавления и сварки контактов при включении и выключении электрической цепи, нужно увеличивать скорость включения или расхождения контактов.

2. Понятие об электрической дуге.

При размыкании контактов плотность тока резко увеличивается в результате быстрого уменьшения площади соединения контактов, что в свою очередь вызывает местный перегрев, а высокая температура - термическую эмиссию электронов из металла контактов. Кроме этого, в момент разрыва цепи между близкими контактами быстро устанавливается напряжение сети и возникает мощное электрическое поле, которое может привести к появлению электрической дуги.

Электрическая дуга появляется если напряжение более 20В, а ток превышает 100 мА.

Под действием высокой температуры молекулы и атомы среды, в которой горит дуга, распадаются на электроны и позитивные ионы. Ионизированная среда характеризуется высокой проводимостью, благодаря чему поддерживается горение дуги. Одновременно с процессом ионизации происходит деионизация. Теплота отводится в окружающую среду, а электроны и позитивные ионы, встречаясь, соединяются в нейтрали (по заряду) молекулы и атомы. Если деионизация протекает интенсивнее, чем ионизация, то электрическая дуга гаснет и, напротив, если ионизация интенсивнее чем деионизация, то дуга будет гореть неограниченно долго.

3. Условия гашения дуги в электрической цепи постоянного тока.

Дугу можно погасить при увеличении расстояния между контактами (увеличение длины дуги). При определенной длине дуги, большей критическая, количество теплоты, которое отбирается у дуги, будет больше, чем выделяется в ней электрическим током, и дуга погаснет. Электрическую дугу в цепях переменного тока гасить проще, чем в кругах постоянного тока. Ток промышленной частоты 100 раз за секунду проходит через нулевое значение. При нулевом значении тока энергия в электрической дуге не выделяется. Если отобрать от дуги достаточное количество теплоты, то можно достичь такой деионизации межконтактного промежутка, при которой разорвется цепь электрического тока.

Погашение дуги переменного тока можно разделить на две категории: гашение открытой электрической дуги и гашения в дугогасительных устройствах.

Условия гашения открытой электрической дуги переменного тока аналогично условиям гашения дуги постоянного тока. В момент перехода через нулевое значение открытая дуга может погаснуть. Для этого контакты размещают так, чтобы электродинамические силы и подвижные потоки нагретого воздуха растягивали дугу открытые: дуги гасятся при относительно небольших напряжениях и токах. Гашение этих дуг обеспечивается лишь тогда, когда ее длина будет не менее некоторого критического значения.

При U > 1000 В, даже при сравнительно небольших токах, гашение открытой дуги затрудняется и для этого используют специальные дугогасительные устройства:

- гашение дуги в узких щелях из дугогасительного материала ( интенсивное охлаждение дуги - ВН - 16, ВН - 17)

- гашение дуги в металлических решетках (дуга измельчается, охлаждается - автоматические выключатели, контакторы)

- гашение дуги высоким давлением (высокое давление возникает от горения самой дуги в плотно закрытых камерах - предохранитель )

- гашение дуги в масле (под действием высокой температуры масло в зоне дуги распадается и образуется газовый пузырь, основным компонентом является водород, который гасит дугу - масляные выключатели)

- гашение дуги в дугогасительной камере (из гетинакса или фибры, которые при повышении температуры распадаются и выделяют газомасляные выключатели)

- гашение дуги сжатым воздухом - (высоковольтные выключатели)

- гашение дуги вакуумом - (в глубоком вакууме? 10-4 Па - высоковольтные выключатели)

Обычно эти методы гашения дуги применяют в комплексе друг с другом.

· В большинстве современных конструкций дугогасительных устройств удается достичь необходимую для гашения дуги деионизацию при одном переходе переменного тока через нулевое значение.

4. Шины.

В РП напряжением выше 1000 В используют круглые, прямоугольные и коробчатые шины, изготовленные из меди, алюминия или стали.

· В основном используют алюминиевые шины. В открытых распределительных установках (ОРУ) шины выполняют многопроволочными сталеалюминиевыми проводами, а в закрытых распределительных установках (ЗРУ) - плоскими алюминиевыми (прямоугольного сечения).

· В зависимости от силы тока шины собирают по одной, две, три ленты в одном пакете по фазе. Для лучшего охлаждения шин между лентами в пакете зазор принимают ровным толщине ленты. Коробчатые сечения шин применяют при токах, которые превышают 3000 А.

· Шины фазы А красят в желтый цвет, В - в зеленый, С - в красный. Если шины имеют значительную длину, то их отдельные участки соединяют гибкими перемычками - компенсаторами.

· (подвижной неразмыкаемый контакт)

5. Изоляторы.

Для безаварийной работы электрической аппаратуры следует обеспечить надежную изоляцию токопроводов между собой и относительно Земли. Стойкость изоляции определяется пробивным напряжением.

· Изоляторы, которые используются для электрической аппаратуры разделяют на опорные и проходные.

Изоляторы, которые используют для крепления проводов ПЛ и шин ОРУ зовут линейными.

Они могут быть:

- штырю;

- подвесные.

Изготавливают из стекла и фарфора.

Для внутреннего установления выпускают изоляторы, рассчитанные на напряжение до 110 кВ.

Опорные изоляторы ОРУ типа ОФ с овальной, круглой или квадратной основой изготовляют на напряжение 6.35 кВ и используют для крепления шин и аппаратов распределительных устройств.

ОФ - 10 - 375 - ПУЗ.

О - опорные; Ф - фарфоровый; класс напряжения 10 кВ; минимальная разрушительная нагрузка на сгиб - 375 да А; П - наличие арматуры специального типа для крепления предохранителей; УЗ - климатическое выполнение для работы в помещении.

Опорные изоляторы ЗРУ изготовляют опорноштиревыми типа ШН из стекла на напряжение до 20 кВ, типа ОНШ из фарфора на напряжение 10.35 кВ, типа ОНС из фарфора на 10.110 кВ и типа ОС на 20.35 кВ.

Из изоляторов ОНШ - 35 и ОС - 35 на напряжение 35 кВ собирают колонки для установок 110 и 220 кВ (соответственно из трех и пяти изоляторов).

У изоляторов ОРУ для повышения электрической прочности поверхность более совершенная, чем у изоляторов ЗРУ.

ШН - 10 - 490 - штыривой, внешней установки, минимальная разрушительная нагрузка 490 дН.

Проходные изоляторы для ЗРУ и ОРУ предназначены для вывода токопроводящих частей из помещения и для прокладки шин через стены и перекрытия, для ввода электрического аппарата и оборудования.

ИП - изолятор проходной на напряжение 6.35 кВ и ток 250.1600 А - наиболее распространенный проходной изолятор.

Если одна часть проходного изолятора работает на воздухе, а другая в масле (трансформаторы, баковые МВ), то его изготовляют несимметричным.

ИП - 10/400 - 750 - изолятор проходной 10 кВ IH=400 А, минимальная разрушительная нагрузка - 750 да Н.

На напряжениях от 110 до 1000 кВ и токов до 2000 А широко применяют маслонаполненные вводы (например, ГМБТ - 110/1000, БМП - 110/1000). У них полость между фарфором и токопроводящим стержнем заполнена трансформаторным маслом.