Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
-
Upload
valentina-miljkovic -
Category
Documents
-
view
305 -
download
5
Transcript of Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
1/56
ELEKTRINI KONTAKTI
1
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
2/56
Elektrini kontaktje mjesto prijelaza struje iz jednog u drugi
element provodnog sistema na mjestu njihovog dodira.
Istovremeno, kontakt elektrinogsklopnog aparata
predstavlja konstrukcijski sklop, u kojem se elektrinikontakti
izmeupojedinih provodnih elemenata ostvaruju putem
pritiskanja jednog na drugi element pomoukontaktnih
opruga ili vijaka, spojnih dijelova s navojem ili na bilo koji
drugi nain.
2
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
3/56
Elektrini kontakt je jedan od najbitnijih dijelovasklopnog aparata!
Kada je kontakt zatvoren on dozvoljava protok struje u strujnom krugu.
Struja mora teikontaktima bez da ih pregrijava; pregrijavanje bi mogloprouzroiti njihovo zavarivanje ili troenje kontaktnih povrina zbogoksidacije.
U nekim sluajevimakontakti moraju ostati zatvoreni mnogo godina; udrugim su pak estaotvaranja i zatvaranja redovita pojava.
Kada se kontakti otvaraju pod optereenjem, izloeni su vrlo visokimtemperaturama elektrinog luka. U tom sluaju oni moraju izdrati
prekomjernu eroziju i zadrati mehanikucijelovitost.
Kontaktne povrine takoermoraju zadrativisoku elektrinuvodljivost,tako da, kada se ponovno zatvore struja moe ponovno tei bezprekomjernog zagrijavanja.
3
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
4/56
Ako se dva cilindra sastave i izmjeri otporizmeu
toakaAi B, on ebiti veinego toje otpor
homogenog cilindra jednake duljine. Odnosno ukupni
otpor se sastoji od otpora cilindra, RC, i kontaktnog
otpora, RK.
Kontaktni otpor sklopnih aparata Rk
RAB = RC + RK
A B
K
4
RAB= U/I
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
5/56
5
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
6/56
Provlani otpor Rp i slojni otpor Rs
Provlani otpor Rp-bez obzira koliko paljivobile obraene, plohecilindara nikad nisu savrenoglatke pa se kontakt ostvaruje samo u
nekoliko dodirnih toakakontaktne plohe, te dolazi do skretanja
strujnica prema tim uskim prolazima. Struja se mjestimino
koncentrira na mnogo manji presjek vodia, tose oituje
poveanjemotpora.
1
2p p
HR k
F F
- specifini otporH - tvrdoa kontaktaF - sila
6
struja
vodi 1
vodi 2
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
7/56
Slojni otpor Rs- posljedica je slabo vodljivih stranih slojeva na
dodirnim plohama koji potjeu od neistoa, sredstva za
podmazivanje ili kemijskih spojeva.
2
ss
kHR
a F F
specifini slojni otpor (za metale oko 10-12 m)
U aparatima slabe struje zbog malih tlakova prevladavaslojni otpor, a u aparatima jake struje provlani.
7
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
8/56
RK = Rp + Rs
Ukupan kontaktni otpor RK
sastoji se od provlaneRpi slojne komponente Rs :
8
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
9/56
Proraun provlanogotpora
Holmov kuglin model
Kad bi se kontakti dodirivali cijelom eonom
plohom, strujnice bi prolazile jednoliko gusto i
okomito na dodirnu plohu.
Ako vodieodvojimo vrlo uskim rasporom te
meunjih simetrinostavimo kuglicu promjera
2ai zanemarivo malog specifinogotpora,
skrenut estrujnice radijalno prema kuglici.
Time nastaje provlano podrujekoje moemo
ograniitikuglastom plohom promjera 2b.
9
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
10/56
Provlaniotpor RP je poveanjeotpora unutar kugle radijusa b !
Provlano podruje
)RR(2R 12p 10
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
11/56
Infitezimalno maleni dio elektrinog otpora aksijalnog toka
struje koji se nalazi u cilindrinom platu radijusax,
debljine dxi visine 22 xb
dxx2
xbdR
22
1
1
b
0
222
1
2
1
22
b
022
b
0x 11
R
1b2xb
2u
2duu
2
12
ux2
xdu2
x2
dudxxdx2du
xbu
xb
xdx2
dR
1
R
1
b
1
2
R1
11
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
12/56
22 x2
dxdR
b1a12x12xdx2R
b
a
b
a
22
a polumjer kuglice meu kontaktima
b polumjer cilindrinog kontakta
Infinitezimalno maleni dio elektrinog otporaradijalnog toka struje koji se nalazi u ljusci polukugle
radijusaxi debljine dx
12
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
13/56
)RR(2R 12p
b
2
a
1
Rp
Odnosno budui da je b >> a
aRp
Holmov kuglin modelje dobar sa istoteoretskog stajalitajer nam
daje dobar uvid u fizikalnu sliku. U praksi, meutim, nije uope
primjenljiv.
Zbog toga je i razvijen tzv. Holmoveliptinimodel za proraun
provlanekomponente kontaktnog otpora, koji daje mnogo tonijei
stvarnosti blierezultate. 13
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
14/56
Holmov eliptini model
Kod ovog modela polazi se od pretpostavke da je provlano podrujeelipsoid.
Jednadbaelipsoida, uz parametar, uxyzkordinatnom sustavu je,
xa
yb
zc
c b a
a
2
2
2
2
2
2
2
1
Ako je parametar=, elipsoid prelazi u kuglu.
Ako je parametar = -a2, elipsoid se spljotavau beskonanotanki
disk u ravnini yz. 14
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
15/56
Kapacitet beskonanotankog diska u odnosu na poluelipsoid iznosi,
Cd
a
4
20
Elektrinavodljivost odreujese na temelju elektrostatikeanalogije iz izraza,
G C
odnosno elektriniotpor iz izraza,
R
G C
d
a aarctg
a
1
4 4
22
0 0
Ako se stavi = , dobije se provlaniotpor u poluelipsoidnom provlanompodruju,
Ra
arctga a
2 4015
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
16/56
Ukupni provlani otpor je dva puta vei, poto je ukupnoprovlano podrujeelipsoid, a ne poluelipsoid.
a2Rp
Ako se materijali oba kontakta razlikuju, na primjerspecifini
elektriniotpora , treba uvrstit njihovu srednju aritmetiku
vrijednost:
21 i
221
16
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
17/56
Veliina dodirne povrine koja nastaje kao posljedica plastine
deformacije ovisi o kontaktnoj sili Fi tvrdoi materijala H sukladno
izrazu za tvrdou kontakata
2a
FH
H
Fa
17
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
18/56
F
H
2Rp
F
H
F
H
2aa2R s
sK
2
sS
a
R
Kontaktni otpor tokastih kontakata
18
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
19/56
Koliki je provlani otpor tokastih kontakatas vie istih dodirnih toaka polumjera a?
F
H
2na2nRp
19
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
20/56
20
Koliki je provlani otpor tokastih kontakata s vieistih dodirnih toaka polumjera a0 koncentriranih uzamiljenoj krunici polumjera a?
F
H
2na2nRp
a0
a
n a02 = a2
a
n
1a0
anan 0
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
21/56
Materijal (m) H (N/m)
Srebro 0,0165 x 10-6 6,5 x 10-8
Bakar 0,0175 x 10-6 7,5 x 10-8
Mjed 0,07 x 10-6 12 x 10-8
Volfram 0,055 x 10-6 20 x 10-8
Elektrografit 6-80 x 10-6 1-3 x 10-8
21
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
22/56
22
Koliki je kontaktni otpor plonih kontakata ?
Za kvantitativnu procjenu vrijednosti kontaktnog otpora takvih
plonihkontakata koristi se Kesselringovempirijski izraz:
F
kRK
k - vrsta materijala i finoa obrade- istoa kontaktne povrine (0,7 1)
kNuF,mu,uRK
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
23/56
23
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
24/56
24
k (Cu) povrina kontakta
441,45 fino etkana
1079,1 grubo etkana1471,5 pjeskarena
Faktor relativnog poveanja kontaktnog otpora za sluajeve ako se
umjesto kombinacije kontaktnih materijala bakarbakar uporabe
parovi od drugih metala.
MaterijalCu- Cu Cu-mjed Cu- Al Cu- Fe Al - Al Fe - Fe
Rk/
Rk(Cu)
1 1,82,5 1,3 7 1,52,5 35
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
25/56
Odskakivanje kontakata
Prilikom uklapanja sklopnih aparata mogu nastati manji ili veielastinisudari izmeukontakata, koji nekoliko puta odskoeprije
nego se smire u zatvorenom poloaju.
Prilikom svakog prekida dodira izmeukontakata, pali se elektrini
luk koji pojaava troenje kontakata, a moe ih i meusobno
zavariti.
Pravilnom konstrukcijom aparata te izborom odgovarajuekontaktne
opruge nastoji se ova pojava izbjei, ili barem to vie vremenski
skratiti.
25
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
26/56
S
F
R
m
r
v
Do trenutka dodira kontakata utroi se energija
opruge na ubrzanje pominogkontakta mase m.
Utroeni rad opruge do trenutka udara pominog
kontakta u nepomini jednak je kinetikoj energiji
pominog kontakta u trenutku neposredno prije
udara:
2vmW2
k
Uslijed sudara materijal kontakta se deformira u
smjeru gibanja za iznos s.
Rad opruge za vrijeme deformacije je:
sFWs 26
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
27/56
Ukupna energija koju opruga predaje pominom kontaktu
odreenaje izrazom:
sF2
vmWWW
2
skF
Jedan se dio energije opruge nepovratno gubi, a ostali dio se
akumulira u materijalu kontakta kao energija elastine
deformacije:
.10
Fe
WW
27
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
28/56
Energija elastine deformacije djeluje na pomini kontakt silom
u suprotnom smjeru od djelovanja sile F, to moe dovesti do
pojave odskakivanja pominog kontakta nakon sudara s
nepominim kontaktom.
Da se ovo izbjegne, akumulirana energija elastine deformacije
ne smije biti vea od rada koji je potreban za djelovanje sile
opruge na putu deformacije:
eW
eW
sF
sFsF2
vm
W
2
F
21
1 2vm
Fs
28
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
29/56
Potrebna sila kontaktne opruge (pera) dobije se iz izraza,
F Kmv
r
2 0 6
0 2
2
.
.
K - konstanta koja ovisi o vrsti materijala (za bakar iznosi 450)
m - specifinamasa pominogkontakta (kg)
v - brzina pominogkontakta (m/s)
r - polumjer zakrivljenosti pominogkontakta (m)
29
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
30/56
poveanjekontaktne sile (to zahtijeva jaedimenzioniranje opruga ipoluja,a to dovodi i do poveanjakonstrukcije aparata),
smanjenje mase, brzine ili radijusa zakrivljenosti pominogkontakta,
postavljanje kontakata u ulje,
kombinirano gibanje kontakta (nakon zavrenog linearnog gibanja u
trenutku dodira pomini kontakt se valja po nepominom ime se
energija sraza pretvara u energiju rotacije),
podjela nepominog kontakta na dvije paralelne grane
(elektromagnetska sila u trenutku dodira poveavakontaktnu silu), i
podjela na vie paralelno spojenih kontaktnih mjesta, koja se ne
uklapaju istovremeno (uklapanje je tako sinkronizirano da za vrijeme
odskoka jednog kontakta drugi ostaje u dodiru).
Mjere za eliminiranje pojave odskakivanja kontakata
30
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
31/56
Starenje kontakata
Stvaranje sloja oksida ili sulfida na kontaktnoj povrini poveava
kontaktni otpor. Ova promjena kontaktnog otpora tokom vremena
naziva se starenjem kontakata. Brzina starenja zavisi o vrsti
materijala i uvjeta okoline. Srednja debljina sloja moese izraunati
iz relacije,
s s k t 02 1010
s0 -poetnadebljina sloja (m)
Za bakrene kontakte ova relacija ima oblik,
10T
13102.8
2 1010t20s
t - vrijeme (sati)
T - temperatura (K) 31
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
32/56
Kontaktni otpor raste eksponencijalno s vremenom prema relaciji,
R f t R K P f(t) - faktor starenja
Srebro f(t)=10
Volfram f(t)=20
Bakar f(t)=exp(t) ( 1 - poetnostanje povrine, - zatita)
32
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
33/56
33
3 6 mjeseci
Bakreni kontakti
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
34/56
34
Pokus
Uzorak:
- dvije metalne ploe 110 x 30 x 6 mm,- kontaktna povrina 45 x 30 mm,- suha prostorija, temperatura 70 0C,
1. Kontakti su zatvarani samo kod mjerenja RK
- otpor CuCukontakata nakon 20 dana je porastao 1000 puta
2. Kontakti su bili trajno zatvoreni
- otpor CuCukontakata nakon 75 dana je porastao 93 puta
3. Kontakti su zatieni slojem kositra
- otpor CuCukontakata je porastao 1,19 puta
4. Kontakti su zatieni slojem vazelina- otpor CuCukontakata je porastao 1,22 puta
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
35/56
Konektorski kontakt
- nazivne struje 100 do 500 A,
- temperatura okoline 20 0C
Bakreni kontakt u ulju kod
struje tereta 400 A, i
razliite temperature ulja.
Otra granica ivotne dobi kontakta kod njegovog toplinskog preoptereenja!35
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
36/56
Poseban problem javlja se kod kontaktnih spojeva od razliitihmetala.
Najeese susreespoj bakrai aluminija.
Naime vodii sklopnih aparata redovito se izvode od bakra, a
prikljunice obinood aluminija.
Korozija kontakata sastavljenih od raznih metala, stvara se brenego
na kontaktima od istog metala zato jer se izmeu razliitih metala
stvara galvanski par.
Ako u raspor izmeu kontaktnih povrina prodire vlaga, jedan od
kontakata koji ima negativni potencijal u odnosu na drugi, razara se.
36
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
37/56
37
Elektrokemijski potencijal bakra je +0.52 V, a aluminija -1.34 V,
pa je razlika potencijala izmeunjih 1.86 V.
Potoje elektrokemijski potencijal aluminija negativan, u kombinaciji
bakar-aluminij, upravo ese on razarati elektrokemijskom korozijom.
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
38/56
Zatita kontaktnih materijala od starenja
- presvlaenjekontaktnih povrinatankim slojem metala (kositar,
srebro, kadmij, bakar i dr.),
- ienjekontaktnih povrinavazelinom, i- samoienje tokom sklapanja (trljanje i/ili udaranje kontaktnih
povrinajedne o drugu).
38
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
39/56
Izvedbe kontakata
Tijekom rada sklopnih aparata na kontaktima se deavaju slijedee
fizikepojave i procesi:
- mehanikadeformacija materijala kontaktnih elemenata u zoni dodira,
- procesi zagrijavanja kontaktnih sistema, kada kroz njih protjeestruja i/ili
uslijed djelovanja vanjskog izvora topline (npr. elektriniluk),- stvaranje i djelovanje elektromagnetskih sila,
- procesi stvaranja oksidnih ili sulfidnih slojeva na kontaktnim povrinama,
te elektrokemijsko razaranje,
- procesi mehanikog troenjakontaktnih povrina,
- razaranje kontaktnih povrinauslijed elektrinih pranjenja,
- vibracije kontaktnih elemenata za vrijeme sklapanja i/ili djelovanja
vanjskih sila, i
- termoelektrinepojave. 39
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
40/56
Glede funkcije i uvjeta rada, kontaktne sisteme
suvremenih sklopnih aparata dijelimo na tri osnovne
grupe:
- sklopni kontakti,
- vrsti(provodni) kontakti, i
- klizni kontakti.
40
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
41/56
Sklopni kontakti
To su kontakti pomoukojih se u procesu rada sklopnog aparatavriisklapanje i/ili uklapanje strujnih krugova.
Po karakteru dodira, sklopni kontakti dijele se na:
- tokaste (dodir se ostvaruje u jednoj toki, tonije na jednojmaloj povrini),
- linijske(dodir se ostvaruje po liniji, ili najmanje u dvije toke), i
- plone(dodir se ostvaruje na nekoj povrini, ili najmanje u tri
toke).
41
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
42/56
42
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
43/56
vrsti kontakti
To su kontakti koji se stalno nalaze u zatvorenom poloaju, a
otvaranje se vrisamo za vrijeme popravke i remonta.
Osnovni tipovi ovih kontakata jesu:
- spoj plosnatih vodia,
- spoj okruglih vodia,
- spoj okruglog i plosnatog vodia.
43
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
44/56
44
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
45/56
Klizni kontakti
To su kontakti kod kojih se sklapanje vri izmeudvijepovrinekontaktnih elemenata od kojih jedna klizi podrugoj.
45
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
46/56
Tulipanski kontakt
46
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
47/56
47
Dobar kontaktni materijal mora imati slijedeasvojstva:
- malen kontaktni otpor,
- tekozavarivanje, i
- malo nagaranje.
Kontaktni materijali
Ne postoji takav materijal !!!
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
48/56
48
Sve vrste kontakata nisu nikad izloenijednako svim vrstama
naprezanja, pa treba iz mnotva tehnikih zahtjeva izdvojiti
one koji su u pojedinom sluajubitni, a ostale se moemanje
ili viezanemariti.
Od provodnih kontakatau prvom redu se zahtijeva malen
kontaktni otpor, od uklopnih kontakatavisoka otpornost na
zavarivanje, a od isklopnih kontakata otpornost prema
nagaranju.
Izbor kontaktnog materijala
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
49/56
49
RADNI UVJETI TEHNIKI ZAHTJEVI FIZIKALNA SVOJSTVA
Vrste kontakta: Elektriki: Specifina elektrinavodljivost
vrsti malen kontaktni otpor Toplinska vodljivostsklopni Termiki: Specifina toplina
Funkcija kontakata: teko zavarivanje Temperatura omekivanjavoenje struje malo nagaranje Taliteuklapanje Mehaniki: Vrelite
isklapanje velika ilavost Toplina taljenjaVrsta optereenja: malo troenje Toplina isparavanja
jakost struje slabo odskakivanje Tvrdoavisina napona Kemijski: Otpornost prema trenju
uestalost rada kemijska postojanost vrstoa
Okolina : Tehnoloki: Elastina svojstvazrak dobra obradivost Gustoaulje dobra lemljivost Svojstva mikroslojeva
Primjena: niska cijena Rekuperacija materijala
prekidaisklopke
rastavljai
Izbor kontaktnog materijala
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
50/56
50
Kontaktni materijali dijele se u tri osnovne skupine:
- isti metali,
- legure, i
- sinterovane kombinacije.
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
51/56
51
isti metali
- visokovodljivi metali (bakar, srebro i aluminij),
- kemijski otporni metali (rodij, paladij, renij, iridij,
platina i zlato),
- tekotaljivi metali (volfram i molibden), i
- osrednji metali (nikal).
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
52/56
52
Legure
Nastaju mjeanjemdva ili vierastaljenih metala(poboljavajuse mehanikai kemijska svojstva)
- visokovodljive (srebro-bakar, srebro-nikal, srebro-kadmij,
srebrna bronca),
- kemijski otporne (srebro-paladij).
Dobiva se eljena mehanika karakteristika i kemijskapostojanost, ali je elektrina vodljivost i temperatura talitaredovito manja od srednje vrijednosti komponenata uzimajuiuobzir udjele metala prije mijeanja.
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
53/56
53
Sinterovane kombinacije
Nastaju mijeanjemraznih metala u prahu pod visokim tlakom.
- bakar s tekotaljivim metalima ( bakar-volfram,
bakar-volframov karbid),
- srebro s metalnim oksidima (srebro-kadmijev oksid,
srebro-kositrov oksid),
- srebro s tekotaljivimmetalima i karbidima (srebro-nikal, srebro-eljezo, srebro-volfram, srebro-molibden), i
- srebro s nemetalima (srebro-grafit).
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
54/56
54
sinter dijelovi tvrdo zalemljeni
na dijelove kontakta
najizloenije zavarivanju inagaranju
Ovim se postupkom mogu dobiti materijali i od metala koji se ne daju
legirati taljenjem, a mogu se dobiti i kombinacije metala s nemetalima
(na primjer s grafitom) i s drugim kemijskim spojevima (oksidima,
karbidima).
Nazivna struja Uklopna struja Kontaktni materijal
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
55/56
55
Nazivna struja Uklopna struja Kontaktni materijal
-
7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti
56/56
HVALA NA PANJI !
:0
)