3.3.2 Нагрев контактных соединений при токах короткого замыкания

Усилия, возникающие в болтовом или заклепочном контактном соединении при нагреве его номинальным током и током КЗ, обусловлены различием в коэффициентах линейного расширения металлов токоведущих элементов и болтов, рис. 3.3.

П

Рис. 3.3- Болтовое соединение

од действием данных токов возникают значительные механи­ческие напряжения, которые приводят к остаточным деформациям и, следовательно, к уменьшению контактного нажатия. Слабым местом в контактном соединении являются болты и заклепки. Дополнительное усилие, возникающее в болте или заклепке при нагреве контактного соединения, образованного двумя токоведущими элементами из разных металлов, равно:

, (3.17)

где  ‑ площадь поперечного сечения болта, м²;  ‑ площадь шайбы, м²;  ‑ модули нормальной упругости соответственно болта, шайбы и соединяемых шин, МПа; , ,  ‑ коэффициенты линейного расширения металлов болтов и шин соответственно; , ,  ‑ температура нагрева болтов и шин, ^оС;  ‑ толщина шайбы, м.

Суммарное усилие, растягивающее болт равно:

,

где  ‑ начальное усилие затяжки болта при сборке контактного соединения, Н;  ‑ крутящий момент затяжки болта, Нּм;  ‑ диаметр болта, м.

Напряжение в теле болта должно быть меньше предела упругости металла болта. При номинальном токе все элементы контактного соединения имеют одинаковую температуру, и поэтому дополнительное усилие невелико и опасных напряжений в болте не вызывает. Однако при токе КЗ в болтах возникают большие механические напряжения, которые обусловлены тем, что температура шин в течение нескольких секунд достигает величины 200 ‑ 300 ^оС, а температура болтов практически остается неизменной.

В

Рис. 3.4 Болтовое соединение с тарельчатой пружиной

контактных соединениях всегда будут возникать дополнительные усилия, если токоведущие элементы из цветных металлов будут стянуты стальными болтами.

Поэтому при конструировании контактных соединений необходимо принимать меры к уменьшению этих напряжений. Одним из способов уменьшения дополнительных напряжений в болтах является применение тарельчатых пружин, рис. 3.4. Другим способом уменьшения дополнительных усилий является использование болтов с большим коэффициентом линейного расширения металла по сравнению с коэффициентом линейного расширения металла шин.

3.4 Конструкция контактных соединений и контактов

В распределительных устройствах электрических станций и подстанций, а также в системах электроснабжения получили широкое применение разъемные контактные соединения, рис. 3.3. Данные контактные соединения для предохранения от самоотвинчивания снабжаются контргайками, пружинными шайбами или тарельчатыми пружинами, рис. 3.4. В электроустановках кроме жестких контактных соединений применяются контактные соединения с гибкими связями, рис. 3.5. Гибкие связи изготовляются из ленточной меди или алюминия толщиной 0,1 – 0,2 мм. Роль гибкой связи выполняет также сильфон.

В электроустановках широко применяются следующие виды контактов [6]:

- стыковые контакты с гибкими связями и без них, которые применяются только в качестве коммутирующих, рис. 3.6;

- ламельные контакты с гибкими связями и без них, которые применяются как в качестве коммутирующих, так и токоснимающих (разъединители РЛНД, выключатели МГ и МГГ), рис. 3.7;

- розеточные контакты, которые используются как в качестве коммутирующих контактов, так и токоснимающих. Число сегментов в розеточных контактах может быть от четырех до восьми, рис. 3.8. Конструкции розеточных контактов приведены на рисунках 3.9 и 3.10;

- щеточные контакты, которые состоят из тонких пластин толщиной от 0,1 до 0,5 мм твердой меди или бронзы и применяются в качестве главных контактов, коммутирующих или токоснимающих [6]. На рисунке 3.11 приведены конструкции щеточных контактов;

- шарнирные контакты, которые используются для передачи тока с одной детали на другую, когда одна деталь поворачивается относительно другой (разъединители). На рисунке 3.12 показаны шарнирные контакты;

- роликовые контакты, которые используются как токоснимающие при поступательном перемещении подвижного контакта или при повороте. На рисунке 3.13 приведены роликовые контакты с поступательным движением;

- пружинящие контакты, которые используются как токоснимающие (рубильники, предохранители). На рисунке 3.14 приведены пружинящие контакты.