Енергетика і автоматика

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

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].