Проводниковые материалы разрывных контактов автоматического возд. Курсовая работа по дисциплине Электрическое и конструкционное материаловедение
 Скачать 270.07 Kb.
|
|
Минобрнауки России ЮгоЗападный государственный университет Кафедра электроснабжения КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Электрическое и конструкционное материаловедение» (наименование дисциплины) на тему «Проводниковые материалы разрывных контактов автоматического воздушного выключателя» Направление подготовки (специальность) 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника Автор работы Э.Д. Олсен _______________________ (инициалы, фамилия) (подпись, дата) Группа ЭС-13з Руководитель работы Н.М. Гайдаш ___________________ (инициалы, фамилия) (подпись, дата) Работа защищена ________________________ (дата) Оценка _____________________ Члены комиссии _________________________ ________ (подпись, дата) (инициалы, фамилия) _________________________ __________ (подпись, дата) (инициалы, фамилия) _________________________ _______ (подпись, дата) (инициалы, фамилия) Курск, 2022 г. СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1. Общие сведения об автоматических воздушных выключателях 6 1.1. Сущность, принцип действия и классификация автоматического воздушного выключателя 6 1.2. Область применения, назначение и особенности работы автоматических воздушных выключателей 12 2. Обоснование выбора материала для разрывных контактов автоматического воздушного выключателя 14 2.1. Проводниковые материалы: общие сведения 14 2.2. Материалы для разрывных контактов 20 Заключение 24 Список использованных источников 26 ВВЕДЕНИЕ С момента изобретения мощных источников тока началась и история развития автоматического выключателя. В чем, собственно, заключается проблема – щелк и все, цепь разомкнута. Но на самом деле все гораздо сложнее. По электрическому проводу может течь огромная, по своей разрушающей возможности, энергия. И именно автоматический выключатель должен сделать разрыв в цепи и при этом остаться неповрежденным. Энергию короткого замыкания можно примерно оценить, имея точные данные по проекту электроснабжения помещения. Но это будет просто приблизительная оценка. Реальное короткое замыкание в проводке квартиры – это всегда искры, хлопок и обгорание материалов в зоне действия дуги. Именно в таких условиях контакты автоматического выключателя работают и остаются целыми. Это достигается разными способами и путями. Автоматический воздушный выключатель, содержащий первый и второй силовые выводы для подсоединения к нагрузке и силовой питающей сети, неподвижный и подвижный главные контакты, неподвижный и подвижный дугогасительные контакты, дугогасительную камеру, гибкую связь, электромагнитный привод с механизмом свободного расцепления, реле перегрузки, а также пусковую и остановочную кнопки, при этом неподвижный и подвижный дугогасительный контакты соединены соответственно с неподвижным и подвижным главными контактами, дугогасительная камера соединена с дугогасительными контактами, главный неподвижный контакт соединен с первым силовым выводом и жестко связан с изолированным корпусом, главный подвижный контакт соединен с первым концом гибкой связи, реле перегрузки, пусковая и остановочная кнопки связаны с электромагнитным приводом и механизмом свободного расцепления, при этом неподвижный и подвижный главные контакты выполнены из проводникового материала, отличающийся тем, что дополнительно введены электродинамическая катушка, магнитный стержень, металлический диск и изоляционный стержень, при этом второй конец гибкой связи соединен с первым выводом электродинамической катушки, второй вывод которой соединен с вторым силовым выводом, при этом электродинамическая катушка жестко связана с изолированным корпусом, главный подвижный контакт жестко связан с первым торцом магнитного стержня, второй торец которого жестко связан с металлическим диском, расположенным перпендикулярно магнитному стержню, при этом сам магнитный стержень расположен внутри электродинамической катушки с ней и с возможностью осевого перемещения таким образом, что при замкнутых главных контактах металлический диск плотно прижат к торцевой поверхности электродинамической катушки, причем упомянутый металлический диск связан с первым торцом изоляционного стержня, второй торец которого связан с электромагнитным приводом и механизмом свободного расцепления. Именно поэтому данная тема актуальна. Объектом исследования данной курсовой работы является изучение проводниковых материалов разрывных контактов. Предметом исследования является автоматический воздушный выключатель. Целью исследования является подробное изучение и исследование проводниковых материалов разрывных контактов автоматического воздушного выключателя. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: - рассмотреть сущность, принцип действия и классификация автоматического воздушного выключателя; - изучить область применения, назначение и особенности работы автоматических воздушных выключателей; - обосновать выбор материала для разрывных контактов автоматического воздушного выключателя - исследовать проводниковые материалы: общие сведения; - проанализировать материалы для разрывных контактов. Методологическая база исследования опирается на использование общенаучных методов синтеза и анализа, индукции и дедукции, табличная обработка данных, метод коэффициентов, метод сравнения и другие методы. Научная новизна данного исследования связана с авторским теоретическим подходом к изучению содержания автоматического воздушного выключателя. Практическая значимость. Содержащийся в курсовой работе анализ научной литературы и логический вывод может быть использован в дальнейшем при выборе, систематизировании, а также использовании на практике выбора проводникового материала разрывных контактов автоматического воздушного выключателя. Теоретической основой исследования выступают научные труды таких известных деятелей как: Абрамов М.Б., Алиев И.И., Арзамасов В.Б., Черепахина А.А., Барыбина Ю.Г., Бородулин В.Н., Воробьев А.С., Филикова В.А., Богородицкий Н.П., Герасимова В.Г., Грибов Л.А., Прокофева Н.И., Корицкий Ю.В., Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Лихачев В.Л., Музылева И.В., Синюкова Т.В., Ремизов А.Н., Серебряков А.С., Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г., Сибикин Ю.Д., Тульчин И.К., Нудлер Г.И., Угольников А.В., Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюшин В.М., Щадричев Е.В., Сивенков А.В., Горшкова Г.П., Яворский Б.М., Пинский А.А., Яшутин В.М., Анисимов О.Ю. и др. Структурно данная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ 1.1. Сущность, принцип действия и классификация автоматического воздушного выключателя Автоматические воздушные выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при коротком замыкании (далее КЗ) или ненормальных режимах (перегрузках, исчезновении или снижении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. В автоматах не применяется какой-либо специальной среды для гашения дуги. Дуга гасится в воздухе, поэтому автоматические выключатели называются воздушными. Преимущества по сравнению с предохранителями [23, с. 61]: - многократность действия; - более точные защитные характеристики; - большая отключающаяся способность; - совмещение функций коммутации и защиты электрических цепей. Автоматические выключатели подразделяются на одно-, двух-, трех- и четырехполюсные, на токи до 6300 А, напряжения переменного тока до 660 В и постоянного до 1000 В. В цеховых электрических сетях напряжением до 1000 В применяются автоматические выключатели различных типов: АЕ, ABM, А3700, Электрон. Наиболее современными являются автоматические выключатели серии ВА (табл. 4.7, рис. 4.21), предназначенные для замены устаревших. Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Технические данные автоматических выключателей серии ВА Номинальный ток, А Номинальный ток расцепителей с обратнозависимой характеристикой, А Уставки срабатывания по току в зоне КЗ 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 16; 25; 31,5; 40; 50; 63;80; 100 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250 130, 190, 260, 275,500,625,760, 800 2; 2,5; 3; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8 По времени срабатывания /Ср автоматические выключатели различают [16, с. 101]: - нормальные (неселективные) с /ср = 0,02-0,1 с; - селективные с регулируемой выдержкой времени до 1 с; - токоограничивающие (быстродействующие) с /Ср ^ 0,005 с.  Рис. 1.Автоматические воздушные выключатели серии В А: а) однополюсный; б) двухполюсный; в) трехполюсный; г) четырехполюсный  Рис. 2. Автоматический выключатель: 1 - основание: 2 - крышка; 3 - шина; 4 - неподвижный контакт; 5, 6 - подвижный контакт: 7, 16, 19 - механизм свободного расцепителя; 8 - ось; 9 - гибкий проводник; 10 - шинка расцепителей; 11 - якорь электромагнита; 12 - сердечник электромагнита; 13 - термобиметаллический элемент; 14 - собачка расцепителя; 15 - пружина; 17 - отключающая пружина; 18- рукоятка; 20 - дугогасительная решетка. Основные элементы автоматического выключателя: - неподвижный и подвижные контакты (4, 5, 6), - дугогасительная решетка (20), - привод, механизм свободного расцепления (7, 16, 19), - расцепители и вспомогательные контакты (рис. 2).  Рис. 3. Расцепители автоматического воздушного выключателя: а) термобиметаллический расцепитель; б) электромагнитный расцепитель максимального тока; в) расцепитель минимального напряжения; г) независимый расцепитель; Наиболее важными элементами автоматического воздушного выключателя являются встроенные расцепители (рис. 3), которых может быть один или несколько [17, с. 201]: - Тепловой (термобиметаллический) или электронный инерционный расцепитель максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени. Обратно зависимая от тока защитная характеристика подобна характеристике плавкого предохранителя. С помощью теплового расцепителя осуществляется защита электрических цепей от перегрузок. - Электромагнитный или электронный расцепитель максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока временем срабатывания (отсечка) (рис. 3, б). С помощью электромагнитного расцепителя осуществляется защита от токов КЗ. Ток срабатывания регулируется. Настройка на заданный ток срабатывания называется уставкой тока срабатывания. Кроме того, может снабжаться механизмом выдержки времени, зависимой или не зависимой от тока, что позволяет осуществлять селективную защиту. - Расцепитель минимального напряжения (рис. 3, в). Срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети. - Независимый расцепитель (рис. 3, г). Служит для дистанционного отключения и для автоматического отключения по сигналу внешних защитный устройств. Первые два вида расцепителей максимального тока устанавливаются во всех фазах автоматического выключателя. Остальные но одному на выключатель. Автоматический выключатель характеризуются следующими параметрами [1, с. 104]: (/ном — номинальное напряжение (максимальное напряжение постоянного и переменного тока для нормальной работы выключателя). /ном — номинальный ток (максимальный длительный ток главных контактов автомата). /Ср — ток срабатывания (трогания) — это наименьший ток, при котором автомат отключает цепь. /пр — предельный ток отключения — это наибольший ток, который способен отключить автомат без повреждения. /н.расц — номинальный ток теплового расцепителя — это максимальный длительный ток, при котором расцепитель не срабатывает. /у — уставка расцепителя — эго наименьший ток срабатывания расцепителя, на который он настраивается. /у. м — уставка тока мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя (то же, что и /кз). При отключении нагрузки, мощных потребителей, между расходящимися для отключения контактами возникает дуга, по силе не уступающая номинальному току. Во время данного явления образуется плазма, рост температуры, в результате чего может образоваться неконтролируемая самоподдерживающаяся дуга, способная расплавить контакты коммутатора и даже перекинутся на соседнюю фазу, вызвав фазное короткое замыкание, что может закончится выводом из строя дорогостоящего оборудования. Чтобы избежать подобного явления, было разработано устройство — камера дугогашения. Принцип действия. В момент разрывания контактов возникает дуга. Достигая решетки камеры дугогашения, она начинает вытягиваться, а под действием тепла воздух, находящийся в камере, вытекает через решетки, увлекая дальше за собою продукты образованные плазмой, прекращая ее проявления физически [1, с. 110]. Понимание процессов, происходящих в коммутируемых цепях, а также способы подавления нежелательных явлений, помогли создать достаточно компактные по размеру и весу аппараты, способные производить отключения тока сотнями ампер. Классификация устройств. Все воздушные высоковольтные выключатели, кроме как, по конструкции (с отделителем и без) отличаются, также и по назначению [1, с. 133]: - Сетевые. Они рассчитаны на напряжение 6000 вольт и выше и используются в цепях переменного тока для включения и выключения потребителей в нормальных неаварийных режимах работы, а также отключение при возникших коротких замыканиях; - Генераторные. Применяются в сетях с рабочим напряжением от 6 до 24 тысяч Вольт, для подключения в эти цепи генераторов. Выдерживают пусковые токи, а также режимы К.З.; - Для электротермических установок. Рабочее напряжение, при котором возможна нормальная коммутация, составляет 6–220 кВ. Может работать также и в аварийных режимах. - Специального назначения. Они выпускаются не серийно, а под заказ и изготавливаются с учётом местных условий эксплуатации. И также выключатели, имеющие пневмоустановку для работы, разделяются по виду и расположению этого механизма, нагнетающего воздух аппарата [16, с. 161]: Опорные; Подвесные. Имеют подвешивающую к порталу, установленному на ОРУ, конструкцию; Выкатные. Оснащены механизмом для выкатывания из распредустройства; Встраиваемые в КРУ (комплектные распределительные устройства). 1.2. Область применения, назначение и особенности работы автоматических воздушных выключателей Воздушные автоматы применяются для промышленных нужд, в сфере энергетики, частном секторе. На сегодняшний день разработаны разнообразные по величине и габаритам защитные устройства. От квартирных автоматических выключателей и до силового защитно-коммутационного оборудования выкатного типа, со встроенным контроллером параметров. Теперь поговорим о том, для чего используются автоматы данного типа. Основное назначение воздушных автоматических выключателей — это защита электрооборудования и линий электропередач от токов короткого замыкания, а также от завышенной мощности потребления путем контроля величины количества тока, проходящего через контакты автомата. Требования, предъявляемые к современным воздушным выключателям [16, с. 166]: - неограниченное время пропуска номинального тока; - многократное отключение токов короткого замыкания; - малое время срабатывания; - устойчивость к многократным термодинамическим нагрузкам; - - наличие внутренних защитных механизмов; селективность. Благодаря относительной простоте конструкции они прочно заняли свое место под солнцем и к тому же продолжают совершенствоваться в техническом плане. Особенности работы и применения воздушных высоковольтных выключателей. Воздушный автоматический выключатель принято использовать как коммутационное устройство, которое защищает высоковольтные линии и электрическое оборудование [1, с. 157]. Его название говорит само за себя, так как он использует воздушный зазор, возникающий между силовыми контактами. Специфика коммутации. Процесс «разрыва» высоковольтных электроцепей сопровождается образованием мощного дугового разряда. В некоторых случаях, например при отключении линии 100 кВ с большим током нагрузки, температура плазмы внутри электродуги может достигать 15000°С, что вполне достаточно для вывода из строя не только контактной группы, а и всей несущей конструкции выключателя нагрузки [1, с. 162]. Таким образом, автоматические воздушные выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения электрической цепи при возникновении в ней перегрузки, короткого замыкания, снижении напряжения ниже установленного значения, изменении направления передачи энергии. Они применяются также в качестве коммутирующих аппаратов ручного управления для нечастых включений и отключений потребителей электрической энергии, например, электродвигателей небольшой мощности. «Воздушными» автоматические выключатели называют потому, что гашение электрической дуги на коммутирующем контакте происходит в воздушной среде. 2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА ДЛЯ РАЗРЫВНЫХ КОНТАКТОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЗДУШНОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ 2.1. Проводниковые материалы: общие сведения В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь [2, с. 74]. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них – удельное электрическое сопротивление в функции температуры. Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников весьма узок и составляет от 0,016 мкОм٠м для серебра до 1,6 мкОм٠м для жаростойких железохромоалюминиевых сплавов. Электрическое сопротивление графита с увеличением температуры проходит через минимум с последующим постепенным повышением. По роду применения проводниковые материалы подразделяются на группы [2, с. 82]: - проводники с высокой проводимостью – металлы для проводов линий электропередачи и для изготовления кабелей, обмоточных и монтажных проводов для обмоток трансформаторов, электрических машин, аппаратуры и пр.; - конструкционные материалы – бронзы, латуни, алюминиевые сплавы и т.д., применяемые для изготовления различных токоведущих частей; - сплавы высокого сопротивления – предназначаемые для изготовления дополнительных сопротивлений к измерительным приборам, образцовых сопротивлений и магазинов сопротивлений, реостатов и элементов нагревательных приборов, а также сплавы для термопар, компенсационных проводов и т.п.; - контактные материалы – применяемые для пар неразъемных, разрывных и скользящих контактов; - материалы для пайки всех видов проводниковых материалов. Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода. Электрическое сопротивление проводников. Электрическое сопротивление обусловлено тем, что свободные электроны при дрейфе взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки металла. При повышении температуры учащаются соударения электронов с ионами, поэтому сопротивление проводников зависит от температуры. Сопротивление проводников зависит от материала проводника, т.е. строение его кристаллической решетки [10, с. 197]. Зависимость сопротивления металлов от температуры положена в основу устройства термометров сопротивления. Они используются как при очень высоких, так и при очень низких температурах, когда применение жидкостных термометров невозможно. Из понятия о проводимости проводника следует, что чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость [10, с. 97]. При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается. В 1911 г. Голландский физик Камерлинг-Оннес провел опыты с ртутью, которую можно получить в чистом виде. Он столкнулся с новым, совершенно неожиданным явлением. Удельное сопротивление ртути при температуре 4,2 K (около -269°C) резко упало до такой малой величины, что его практически стало невозможно измерить. Это явление обращения электрического сопротивления в нуль Камерлинг-Оннес назвал сверхпроводимостью. В настоящее время сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлических элементов, большого числа сплавов, некоторых полупроводников и полимеров. Температура Tкр перехода проводника в сверхпроводящее состояние для чистых металлов лежит в пределах от 0,14 K для иридия до 9,22 K для ниобия. Движение электронов в металле, находящемся в состоянии сверхпроводимости, является до такой степени упорядоченным, что электроны, перемещаясь по проводнику, почти не испытывают соударений с атомами и ионами решетки. Полное объяснение явления сверхпроводимости можно дать с позиций квантовой механики. Кроме чисто электротехнических свойств, для проведения необходимой технологической обработки и обеспечения заданных сроков службы в эксплуатации, проводниковые материалы должны обладать достаточной нагревостойкостью, механической прочностью пластичностью. Медь. Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов [9, с. 304]. На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси CuO, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ SO2, сероводород H2S, аммиак NH3, окись азота NO, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы. Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди, делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяют лишь две ее марки МО и М1. Почти все изделия из проводниковой меди изготавливаются путем проката, прессования и волочения. Так, волочением могут быть изготовлены провода диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и медная фольга толщиной до 0,008 мм. Проводниковая медь применяется как в отожженном после холодной обработки виде (мягкая медь марки ММ), так и без отжига (твердая медь марки МТ). При температурах термообработки выше 900°C вследствие интенсивного роста зерна механические свойства мели резко ухудшаются. В целях повышения предела ползучести и термической устойчивости медь легируют серебром в пределах 0,07 – 0,15%, а также магнием, кадмием, цирконием и другими элементами. Медь с присадкой серебра применяется для обмоток быстроходных и нагревостойких машин большой мощности, а медь, легированная различными элементами, используется в коллекторах и контактных кольцах сильно нагруженных машин. Латуни. Сплавы меди с цинком, называемые латунями, широко используются в электротехнике [9, с. 347]. Цинк растворяется в меди в пределах до 39%. В различных марках латуни содержание цинка может доходить до 43%. Латуни, содержащие до 39% цинка, имеют однофазную структуру твердого раствора и называются α-латунями. Эти латуни обладают наибольшей пластичностью, поэтому из них изготавливают детали горячей или холодной прокаткой и волочением: листы, ленты, проволоку. Без нагрева из листовой латуни методом глубокой вытяжки и штамповкой можно изготовить детали сложной конфигурации. Латуни с содержанием цинка свыше 39% называют α+β-латунями или двухфазными и применяют главным образом для фасонных отливок. Двухфазные латуни являются более твердыми и хрупкими и обрабатываются давлением только в горячем состоянии. Присадка к латуням олова, никеля и марганца повышает механические свойства и антикоррозионную устойчивость, а добавки алюминия в композиции с железом, никелем и марганцем сообщают латуням кроме улучшения механических свойств и коррозионной стойкости высокую твердость. Однако присутствие в латунях алюминия затрудняет пайку, а проведение пайки мягкими припоями становится практически невозможным. Латуни марок Л68 и Л63 вследствие высокой пластичности хорошо штампуются и допускают гибку, легко паяются всеми видами припоев. В электромашиностроении широко применяются для различных токоведущих частей [9, с. 355]: латуни марок ЛС59-1 и ЛМЦ58-2 применяются для изготовления роторных клеток электрических двигателей и для токоведущих деталей, изготовленных резанием и штамповкой в горячем состоянии; хорошо паяются различными припоями; латунь ЛА67-2,5 применяется для литых токоведущих деталей повышенной механической прочности и твердости, не требующих пайки мягкими припоями; латуни ЛК80-3Л и ЛС59-1Л широко применяются для литых токоведущих деталей электрической аппаратуры, для щеткодержателей и для заливки роторов асинхронных двигателей. Хорошо воспринимают пайку различными припоями. Проводниковые бронзы. Проводниковые бронзы относятся к медным сплавам, необходимость применения которых в основном вызвана недостаточной в ряде случаев механической прочностью и термической устойчивостью чистой меди [12, с. 11]. Общая номенклатура бронз весьма обширна, но высокой электропроводностью обладают лишь немногие марки бронз. Кадмиевая бронза относится к наиболее распространенным проводниковым бронзам. Из числа всех марок кадмиевая бронза обладает наивысшей электрической проводимостью. Вследствие повышенного сопротивления истиранию и более высокой нагревостойкости эта бронза широко применяется для изготовления троллейных проводов и коллекторных пластин; бериллиевая бронза относится к сплавам, приобретающим прочность в результате стирания. Она обладает высокими упругими свойствами, устойчивыми при нагревании до 250°C, и электрической проводимостью в 2 – 2,5 раза большей, чем проводимость других марок бронз общего назначения. Эта бронза нашла широкое применение для изготовления различных пружинных деталей, выполняющих одновременно и роль проводника тока, например: токоведущие пружины, отдельные виды щеткодержателей, скользящие контакты в различных приборах, штепсельные приборы и т.п.; фосфористая бронза обладает высокой прочностью и хорошими пружинными свойствами, из-за малой электропроводности применяется для изготовления пружинных деталей с низкими плотностями тока. Литые токоведущие детали изготовляются из различных марок машиностроительных литьевых бронз с проводимостью в пределах 8-15% проводимости чистой меди. Характерной особенностью бронз является малая усадка по сравнению с чугуном и сталью и высокие литейные свойства, поэтому они применяются для отливки различных токоведущих деталей сложной конфигурации, предназначенных для электрических машин и аппаратов. Все марки литьевых бронз можно подразделить на оловянные и безоловянные, где основными легирующими элементами являются Al, Mn, Fe, Pb, Ni. Алюминий. Характерными свойствами чистого алюминия является его малый удельный вес, низкая температура плавления, высокая тепловая и электрическая проводимость, высокая пластичность, очень большая скрытая теплота плавления и прочная, хотя и очень тонкая пленка окиси, покрывающая поверхность металла и защищающая его от проникновения кислорода внутрь [15, с. 61]. Хорошая электрическая проводимость обеспечивает широкое применение алюминия в электротехнике. Так как плотность алюминия в 3,3 раза ниже, чем у меди, а удельное сопротивление лишь в 1,7 раза выше, чем у меди, то алюминий, на единицу массы имеет вдвое более высокую проводимость, чем медь. Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия. Действие водяного пара на алюминий также незначительно. В контакте с большинством металлов и сплавов, являющихся благородными по электрохимическому ряду потенциалов, алюминий служит анодом и, следовательно, коррозия его в электролитах будет прогрессировать. Чтобы избежать образования гальванопар во влажной атмосфере, место соединения алюминия с другими металлами герметизируется лакировкой или другим путем. Длительные испытания проводов из алюминия показали, что они в отношении устойчивости против коррозии не уступают медным. 2.2. Материалы для разрывных контактов Разрывные контакты по величине коммутируемого тока подразделяют на слаботочные (токи от долей до единиц ампера) и сильноточные (токи от единиц до тысяч ампера) [15, с. 102]. Для изготовления слаботочных разрывных контактов используют благородные и тугоплавкие металлы. Из благородных металлов используют серебро, золото, платину и различные сплавы на их основе, например сплавы систем: золото-серебро (Аu–Ag), платина-рутений (Pt–Ru), платина-родий (Pt–Rh), серебро-кадмий (Ag–Cd), серебро-палладий (Ag–Pd), серебро-магний-никель (Ag–Mg–Ni). Контакты из серебра и его сплавов применяют в коммутирующих устройствах, работающих в бездуговом режиме. Их недостаток – возможность образования сульфидных пленок. Золото и платину в чистом виде используют для изготовления прецизионных контактов. Золото в основном используют в виде сплавов с серебром Ag, платиной Pt, никелем Ni, цирконием Zr; платину – в виде сплавов с иридием Ir, никелем Ni, серебром Ag и золотом Аu. У этих сплавов высокая твердость, хорошая эрозионная и коррозионная стойкость. Достоинством контактов на основе золота и платины является стойкость к образованию сернистых пленок, недостатком – склонность к дугообразованию. Из тугоплавких металлов применяют вольфрам и молибден. Достоинством вольфрама является его высокая стойкость к дугообразованию и практическое отсутствие свариваемости. Однако у вольфрама сравнительно толстая оксидная пленка, поэтому требуется высокое контактное давление. Недостатком молибдена является образование оксидных пленок, которые имеют рыхлую структуру и могут внезапно полностью нарушать контактную проводимость. У вольфрама, легированного молибденом, повышены твердость и удельное сопротивление и понижены Тпл и коррозионная стойкость. Для изготовления разрывных контактов также широко используют медь, сплавы и биметаллы на ее основе [19, с. 44]. В производстве сильноточных разрывных контактов широко применяют композиционные материалы, представляющие собой смесь двух фаз, одна из которых обеспечивает высокую электро- и теплопроводность контактов, другая – в виде тугоплавких включений придает контактам стойкость к механическому износу, электрической эрозии и свариванию. Сильноточные разрывные контакты из композиционных материалов получают методом порошковой металлургии. В качестве контактных материалов хорошо себя зарекомендовали композиции на основе меди и серебра: серебро–оксид кадмия, серебро–оксид меди, медь–графит, серебро–никель, серебро–графит. Применяют также тройные композиции: серебро–никель–графит, серебро–вольфрам–никель. В этих композициях медная и серебряная фазы обеспечивают электро- и теплопроводность контактам, а включения из оксида кадмия и оксида меди, а также вольфрама, никеля и графита повышают износо- и термостойкость и препятствуют свариванию контактов. В качестве электроконтактных композиций в мощных высоковольтных масляных и воздушных выключателях нашли применение Сu–W, в высоковольтных масляных выключателях Сu–Мо, в вакуумных камерах Сr–Сu–W, Fe–Сu–Bi. В порядке уменьшения стойкости к свариванию материалы располагаются в следующем порядке: графит, вольфрам, композиции: W–Мо, W–Сu (Ag), карбид вольфрама– серебро (WC–Ag), Ag–Cd, металлокерамика Ag–CdO (CuO), Ag (Сu) – графит и т.д. Для изготовления сильноточных разрывных контактов, эксплуатируемых при повышенных напряжениях и контактных давлениях, используют также твердую медь, что существенно удешевляет электротехнические устройства [6, с. 212]. Таким образом, наилучшим проводниковым материалом для разрывных контактов автоматических воздушных выключателей, является серебро. Серебро имеет много положительных качеств и востребовано в электротехнике. Два отрицательных момента портит его идеальную картинку – это довольно высокая цена и низкая температура плавления. При 960 градусах по Цельсию изделии из этого благородного металла превратятся в лужицу расплава. Если вернуться к возможной температуре в зоне действия дуги короткого замыкания, то это – около 6000°С . Это очень высокая температура и серебро в чистом виде расплавиться за очень короткое время. Что бы этого избежать, для изготовления контактов применяются различные сплавы и покрытия. Идеального материала для контакта еще не придумали. К этим материалам, или композициям из них, предъявляются требования, противоречивые по своей природе. Но эти требования вполне логичны [6, с. 222]: - Устойчивость к механическому износу; - Коррозия и электрический износ так же должны быть минимальными; - Максимально возможная электропроводность и теплопроводность; - Максимальная устойчивость к свариванию. Все контактные материалы могут не полностью удовлетворяют всем предъявляемым к ним требованиям. Например, многие материалы, обладают хорошей электропроводностью и теплопроводностью, но не имеют достаточной твердости или подвержены окислению. При разработке и изготовлении разрывных контактов выбирают то материал или группу материалов, которые наиболее полно удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары. Для разрывных контактов и деталей автоматически выключателей наиболее часто используются традиционные для электротехники материалы: твердая и мягкая медь, латунь для изготовления токоведущих деталей аппаратуры, сталь и, естественно, благородные и редкие металлы. Без них качественный контакт получить не удается. Это типовой перечень проводниковых материалов, которые находят самое широкое применение при изготовлении разрывных контактов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исходя из вышеизложенного, следует отметить, что мной в представленной работе были рассмотрены и изучены крайне важные и актуальные аспекты, касающиеся: проводниковых материалов разрывных контактов автоматического воздушного выключателя, это всё позволило прийти к следующим выводам: В первой главе изучил общие сведения о автоматических воздушных выключателях, а именно: сущность, принцип действия, классификацию автоматического воздушного выключателя и область применения, назначение, особенности работы автоматических воздушных выключателей. Важно отметить, что автоматические воздушные выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ или ненормальных режимах (перегрузках, исчезновении или снижении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. В автоматах нс применяется какой-либо специальной среды для гашения дуги. Дуга гасится в воздухе, поэтому автоматические выключатели называются воздушными. Принцип действия. В момент разрывания контактов возникает дуга. Достигая решетки камеры дугогашения, она начинает вытягиваться, а под действием тепла воздух, находящийся в камере, вытекает через решетки, увлекая дальше за собою продукты образованные плазмой, прекращая ее проявления физически. Воздушные автоматы применяются для промышленных нужд, в сфере энергетики, частном секторе. На сегодняшний день разработаны разнообразные по величине и габаритам защитные устройства. От квартирных автоматических выключателей и до силового защитно-коммутационного оборудования выкатного типа, со встроенным контроллером параметров. Основное назначение воздушных автоматических выключателей — это защита электрооборудования и линий электропередач от токов короткого замыкания, а также от завышенной мощности потребления путем контроля величины количества тока, проходящего через контакты автомата. Во второй главе мной был осуществлен выбора материала для разрывных контактов автоматического воздушного выключателя. Для этого изучил общие сведения о проводниковых материалах, а также материалы для разрывных контактов. Необходимо отметить, что наилучшим проводниковым материалом для разрывных контактов автоматических воздушных выключателей, является серебро. Серебро имеет много положительных качеств и востребовано в электротехнике. Два отрицательных момента портит его идеальную картинку – это довольно высокая цена и низкая температура плавления. Таким образом, делая общий вывод ко всей курсовой работе, хочу сказать, что цель поставленная в начале работы достигнута, а задачи выполнены. Не без оснований, можно утверждать, что надежность работы электрических машин, аппаратов и электрических установок в основном зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов. При разработке и изготовлении разрывных контактов выбирают материал или группу материалов, которые наиболее полно удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары. Для разрывных контактов и деталей автоматически выключателей наиболее часто используются традиционные для электротехники материалы: твердая и мягкая медь, латунь для изготовления токоведущих деталей аппаратуры, сталь и, естественно, благородные и редкие металлы. Без них качественный контакт получить не удается. Это типовой перечень проводниковых материалов, которые находят самое широкое применение при изготовлении разрывных контактов. СПИСК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Абрамов, М.Б., Алиев, И.И. Электрические аппараты [Текст] / Справочник / М.Б. Абрамов, и.И. Алиев. − М.: РадиоСофт, 2014. − 234 с. Арзамасов, В.Б. Материаловедение и Технология конструкционных материалов [Текст] / Учебник для студентов высших учебных заведений / Под редакцией Арзамасова В.Б., Черепахина А.А. − М.: Издательский центр «Академия», 2017. − 446 с. Барыбина, Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения [Текст] / Справочник / Под ред. Ю.Г. Барыбина. − М: Энергоатомиздат, 2010. − 189 с. Бородулин, В.Н., Воробьев, А.С. Конструкционные и электротехнические материалы [Текст] / Учебное пособие / Под ред. В.Н. Бородулина, А.С. Воробьева, В.А. Филикова. − М.: "Высшая школа", 2010. − 411 с. Бородулин, В.Н. Электротехнические и конструкционные материалы [Текст] / Учеб. пособие / В.Н. Бородулин, В.А. Филикова. − М.: Академия, 2017. − 277 с. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы [Текст] / Учебник для вузов / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1985. – 304 с. Герасимова, В.Г. Использование электрической энергии [Текст] / Электротехнический справочник / В.Г. Герасимов. − М.: МЭИ, 2014. − 696 с. Грибов, Л.А., Прокофьева, Н.И. Основы физики [Текст] / Учебник / Л.А. Грибов, Н.И. Прокофьева. – 2-е изд. – М.: Наука. Физматлит, 2015. − 576 с. Корицкий, Ю.В. Справочник по электротехническим материалам [Текст] / Справочник / Ю.В. Корицкий. − Москва: Энергоатомиздат, 2008. − 720 с. Лахтин, Ю.М., Леонтьева, В.П. Материаловедение [Текст] / Учебник для вузов / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. − издание 3-е переработанное. − М.: Академия, 2017. − 430 с. Лихачев, В.Л. Электротехника [Текст] / Справочник / В.Л. Лихачев. – М.: СОЛОН-Пресс, 2013. − 388 с. Музылева, И.В. Электротехническое и конструкционное материаловедение. Проводниковые материалы и их применение [Текст] / Учебное пособие / И.В. Музылева. – Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2014. – 79 c. Музылева, И.В. Электротехническое и конструкционное материаловедение. Разрывные контакты [Текст] / Учебное пособие / И.В. Музылева, Т.В. Синюкова. – Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2014. – 64 c. Ремизов, А.Н. Курс физики [Текст] / Учебник для ВУЗов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2022. − 416 с. Серебряков, А.С. Электротехническое материаловедение. Электроизоляционные материалы [Текст] / Учебное пособие для вузов / А.С. Серебряков. – М.: Маршрут, 2015. – 280 с. Синдеев, Ю.Г., Грановский, В.Г. Электротехника [Текст] / Учебник / Ю.Г. Синдеев, В.Г. Грановский. − Ростов-на-Дону: «Феникс», 2019. − 316 с. Сибикин, Ю.Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий [Текст] / Учебное пособие / Ю.Д. Сибкин. — М.: Академия, 2017. − 455 с. Тульчин, И.К., Нудлер, Г.И. Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий [Текст] / Учебное пособие / И.К. Тульчин, Г.И. Нудлер. − М: Энергоатомиздат, 2010. − 512 с. Угольников, А.В. Электротехническое материаловедение [Текст] / Учебное пособие / А.В. Угольников. – Саратов: Ай Пи Ар Медиа, 2019. – 85 c. Фетисов, Г.П., Карпман, М.Г., Матюнин, В.М. Материаловедение и технология металлов [Текст] / Учебник / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин. − М.: Высш. шк., 2012. − 638 с. Шадричев, Е.В., Сивенков, А.В., Горшкова, Т.П. Материаловедение технология конструкционных материалов [Текст] / Учебно-методический комплекс / Е.В. Шадричев, А.В. Сивенков, Т.П. Горшкова. − СПБ: Издательство СЗТУ, 2018. − 411 с. Яворский, Б.М., Пинский, А.А. Основы физики [Текст] / Учебное пособие / Б.М. Яворский, А.А. Пинский. − 3-е изд. перераб. – М.: Наука. Физматлит, 2018. − 384 с. Яшутин, В.М., Анисимов, О.Ю. Электрические аппараты [Текст] / Учебное пособие / В.М. Яшутин, О.Ю. Анисимов. − Севастополь: СИЯЭИП, 2019. − 245 с. |