автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надежности, уменьшениесодержания драгоценных металлов в автоматических выключателях, работающих в составе электроустановок животноводства

ОД Кабшет MiHicTpíB Укра^ни

л Нащональний аграрний ушверситет

2 э iEíi ,135

На правах рукопису

Каливайко ЕИталШ Адамович

П1ДВИЩЕИНЯ Е1ССПЛУЛТАЦ1Й1Ю1 НАД1ЙНОСТ1. ЗИЕНВЕННЯ ВНТРЛТ ЛОРОГОЦ1ИНИХ НЕТАЛ1В В АВТОУЛТМНИХ ВШШАЧАХ. ЯШ ПРА-ЩОЮТЬ В ClCMJtl ВМЕНТРОУСТАНОВОК ТВЛРИНШЦТВА

CnemaJibHiCTb: 05.20.02- застосування електротехнолопй в спльськогосподарському виробництв!.

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеню кандидата техшчних наук

Km в - 1995

Робота виконана на кафодр1 елегаричних машин та експлуа-тацП' електрообладнання Нашонального аграрного ун!верситету

доктор техн1чних наук, професор В. I. Швнн

кандидат техшчних наук, доцент С. П. Кояан1вськиЯ

- доктор техншних наук, професор В. В. Овчаров кандидат техшчних наук, I. К. Тетянмч

Пров1дна установи Украгнський науково-дослший шститут механ18ацП та електриф1кац1* сшського господарстЕа ААН Укра^ни.

Захист дисертащ* В1дбудеться " 2 " _жовтня_1995 р.

о "_14" годин 1 на зас1данн1 спешат эовано» ради Д 01.05.05 Нацюнального аграрного ун1верситету за адресою: 252041, м. Ки1в, 41, вул. Геро'х'в Оборони, 12, ауд. 26.

Просимо взяти участь у робот 1 спеШал1эовано1 вченог ради або надюлати В1дгук на автореферат в 2-х пришрниках зав!рених печаткою за адресою 252041, м. Ки'1В. 41. НАУ, вул. Героев Оборони, 15, сектор захисту дисерташй.

3 дисерташею можна ознайомитися б бЮлютеш Нацюнального аграрного ун1веситету.

Автореферат роз 1сланий "_.....2 " __.довтня_1995 £>.

Науков! кер!вники:

0ф1Ц1йн1 опоненти:

Вчений секретар слеш ал 1 эовано 1 ради, кандидат техшчних наук

Л. П. Титенко

1. ЗАГЛЛЫ1Л ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТЫ

1.1 Актуальшсть роботи

В комплекс! заход!в, направлених на розвиток . елект-риф1каг.11 с1льськсго господарства, немаловажне значения займа-ють питания щдвищення роботоздатност 1, ёксплуатащйно'1.' над1йност! автоматичних вимикач!в, зменшення та повне виключен-ня вгасористання в них ср1бновм1стких контактних матер!ал!в.

В основному контакта! матераали виготовляються на основ( ср!бла. В низьковольтних комутащйних апаратах затрати на контакта на основ1 срЮла досягають рекордного р1вня 65% В1Д вар-тост! апарату. В зв'язку з пост!йним ростом цш на ср!бло, запаси якого в УкраШ В1дсутн1, !снуе життево необх!дна проблема його 'замши шшими матер!алами, зм1ни функцюнальних можливос-тей контактного апарату та пошуку нових нетрадищйних шлях1в, деяк1 з яких були в!дом1 ! ранше, однак за економ!чних причин не розглядаяись. Недол!ком ср!бла, як контактного матерюлу е схилыисть до утворення темних д!електричних пл!вок в результат! взасмодп з с!рководнем, ам1аком при шдвищенн! вологи, шр характерно при робот! контактних апарату в середовипц тварин-ницьких прим!щень.

.Враховуючи конкретн1 умови експлуатацП' електричних апара-т!в, та. зважаючи на досягнення в розробках контактних ма-тер!ал!в, юнуе можливють частково'1 зам!ни контактних ма-тер1ал1в на основ! ср1бла, композитйними матер!алами на основ! мш з добавками тугоплавких метал1в та сполук, як! сприяють стабшзацП' контактного опору.

Не менш важливим для виршення те* проблеми е розробка нових нетрадиц! йних способ 1 в техшчного обслуговування, пере-в1рки та налагодження елёктричних апарат!в.

1.2 Мета та аапдаппв роботи.

Розробка заход!в, щр дозволяють зменшити та зовс!м виклю-

чити витрати ср1бновм1стких матер1ал1в та ефективно викорисуо-вувати наявн1 в електричних апаратах ср1бновмютк1 матер1ада в процесп експлуатацп 1 при ремонт! низьковольтних комутащйних апарат!в, та пошук нових нетрадищйних способ!в техн!чного обслуговування електричних апарат!в с Льськогосподарського виро-Оництва.

Для досягнення поставлено'1 мети сл!д виршити так! завдання.

1. Розробити техн1чн1 вимогй до матер1ал!в контакт!в електричних апарат!в, що експлуатуються в тваринницьких примтеннях.

2. Розробити контакты! матер1али на основ! м1д1, як1 б могли вккористоЬуватися в електричних апаратах, що встановлен! в с1льськогосподарських примиценнях.

3. Розробити технолопю ремонту контактних вузл1в для умов с1льськогосподарського виробництва з застосуванням нових спече-них контактних матер1ал!в на основ! М1д1.

4. Розробити способи ! техн1чн1 засоби перев!рки та тех-шчного обслуговування комутащйних апарат1в.

Об'екти досл!джень. Об'ектами дослдаень е ф1зичн1 процеси в автоматичних вимикачах, як1 працюють в склад! електрооблад-нання тваринницьких ферм ! комплекс!в.

Методи досл!джень. Для встановлення законом1рностей-зм!ни техничного стану автоматичних вимикач1в в залежн.ост1 в1д р!зних тип1в контактних матер!ал!в, форм техшчного обслуговування, умов ! режим1в експлуаташ'! використовувалися в!дом1 ! розроб-лен! детерм!нован1 ! ймов!рносн! математичн! та ф!зичн1 модел1 автоматичних вимикач!в. Експериментальн! досл!дження в лабора-торних умовах проводилися на спешальному стенд! з використан-ням кламатично!' камери. Експериментальн 1 дан! оброблялися а до-помогою ЕОН з використанням методов математично!' статистики та теорп ймов1рностей.

1.3 Иаукова новизна.

Розроблен1 математичш модел! з програмним забезпеченням для досл!дження теплових процеснв у контактних вуз лая автома-тичних вимикач!в, як! працюють в склад1 електрообладнання тва-ринництва.

Розроблен1 принципи виготовлення нових спечених контактних матер!ал!в на основ! м!Д! для контактних апарат^в, що працюють ? умовах С1Льськогосподарського виробництва, до складу яких не ходить ср!бло.

Розроблена технолог!я ремонту контактних вузл1в автоматич-■ их вимикач!в з використанням спечених контактних материал!в на )СНОВ1 мш, як1 повнютю виключають використання зр1бновмютких матер1ал1в.

Розроблен! способи шдвищення експлуаташйно!' над!йност1 комутащйних апарат!в, що працюють в склад! електрообладнання тваринництва.

1.4 Практична цшнють I реал! ваш я роботы

Проанал1зован1 умови роботи електричних апарат1в в тварин-

ниьких примтеннях.

Розроблений новий спечений контактний матер1ал на основ! мш (патент N1792445). Проведен! лабораторн! 1 виробнич* досл1 дження нового матер1алу з метою ошнки електроероз1йно! ст1Йкост!, ст!йкост! проти зварювання, тривалост! горшня дуги, а також ренгеноспектральн! досл1дження та мехаШчн! випробуван-ня. Результати дослгджень та випробувань дозволяють зробити висновок щодо можливост1 застосування нового матер1алу для виготовлення контакпв комуташйних апарат1В, що працюють в умовах с!льськогосподарського виробництва.

Розроблена технолог!я ремонту контактних вузл1в з використанням розроблених спечених контактних матер1ал!в на основ!

мш, яка впроваджена у Меджиб1жському ремонтно-транспортному п1дприемств1, в Ки'^вському ремонтно-експлуатащйному депо N1 та Кихвських ремонтних майстернях 1 дала сумарний екошмчний ефект 500 млн. крб.

Розроблений 1 впроваджений у виробнидтво спос1б перев1рки захисних пристроив та пристр1й для його ад1йснення (а с. N А. с. N 1778813 ЫКИ 5 Ю1Н 69/01).

Розроблений 1 впроваджений у виробництво споспб прискоре-но1 перев1рки пристроив захисту трифазних електродвигун1в (А.с. N 1718293, МКИ 5 Н 01 Н 69/01, Н 02 Н 7/09).

Розроблений спос1б очищения поверхн! контактування елект-ричних контакт 1 в електричною дугою при комутащ 1 штучно викли-каних струм1в вис1чки електромагн!тних розч1плювач1в (А.с. N 1756970 МКИ 5 Н01Н 73/04, (305В. 23/02).

1. б Апробатя роботи.

Ыатер1али роботи дошшдались на наступних конференциях та науково-техн г чиих сешнарах: Всесоюзна школа-сем1нар "Елект-ричш контакти. Шляхи шдвищення якоси 1 над1йност1", м. Ки'1'в, 1Ш АН УССР. 1987, VI Всесоюзна науково-техшчна конференция "Стан 1 перспективи розвитку виробнидтва апарат1в низько'г нап-руги", м. Харьк1в, 1990, Республ1канська конференщя "Задач1 триболоп 1 в проблем! шдвищення якост1, над!йност1 1 дов-гов1чност1 машин", м. Ки'г'в, 1990 р. , Школа-се мшар "Електричш контакти. Шляхи шдвищення якост1 1 над1йност1". м. Юпв, 1ПМ АН УССР. 1994, Щор 1ЧН1 науково-практичш конферешШ Нацюналь-ного аграрного ун!верситету.

Публ1кацГ1: Основний амют дисертацп опубликований у 16 друкованих роботах, серед яких 8 авторських св1доцтв на вина-ходи та 1 св1Доцтво на патент.

Структура 1 об'ем роботи: Дисертац1йна робота складаеться

э ветупу, 5 розд1Л1в, вагальних висновмв, списку л1тератури 1 додатк1в. Робота викладена на 180 стор1нках машинописного тексту. включав 25 таблиць, 50 рисунк1в, 100 б1блюграф1чних поси-лань, додатки. (15 стор1НОк).

1.6 На аахист випосятъся:

Математичн1 модел1 теплових процес1в контактних вузл1в автоматичних . вимикач!в та програмне эабеспечення для ¿х реал1зац1)(.

Спечений контактний матер1ал на основ1 м!д1 для контактних апарат 1 в, то працюють в умовах тваршницьких ферм.

Технолопя ремонту контактних вузл1в з використанням роз-роблених спечених контактних матер!ал1в на основ1 м!д1.

СпосЮ перев1рки захисних пристр01'в.

Спас 1б прискорено'1 перев1рки захисних пристрой трифазних електродвигутв.

Спос1б очищения поверхн! електричяих контакт!в.

г. ЗШСТ РОБОТ!!

2.1 У встуш викладен 1 обгрунтування актуальност1 теми ди-сертаЩйноУ роботи, мета 1 завдання досл!джень, сформульована наукова новизна, практична шншсть та реал1защя досягнутих результат1в, а також приведен1 положения, як! виносяться на за-хист.

2.2 Перший розд!Я "Анализ стану експлуатаци автоматичних виыикаив в альсыюгосподарсъкому виробнтггв1" дисертатйно* роботи присвячений анал1зу л1тературних джерел з питань експлу-атац1'1 автоматичних вимикач1в в умовах тваринництва, шлях 1 в та перспектив зниження 1 повного виключення застосування доро-гощнних матер!ал1в у контактних вузлах, передових способ1в техтчного обслуговування електричних апарат1в у с1льськйму господарстви

Електричн! апарати у 61льшосТ1 випадюв не в1дпов1дають вимогам щодо захисту в1д впливу навколишнього середовиша. Так. наприклад, В1ДП0В1дно до техн1Чно!' документам! автоматичн1 вимикач! мають експлуатуватися в атмосфер!, шр не вм!шуе агре-сивних газ1в, р1дин та пилу. 0ск1льки реальн1 умови 1нш1, то у господарствах щор1 чно виходять з ладу до 177. магштних пускач 1 в 1 15%. автоматичних вимикач1в. Строк служби комуташйних апа-рат!в складае не б1льше 5 ромв, при цьому частота вхдмов у 2-2,5 рази б!льша, шж для аналопчних апарат!в у промисло-

В0СТ1.

,Най01льш поширеним контактним матер 1 алом е композит V ер1бло-оксид кадмш, ср1бло-шкель. В автоматичних • вимикачах. де особливо важливий високий ошр до зварювання. застосовують Р13нор1дн1 контакта пари. Особливо ефективн! матер!али, що М1стять граф1Т. Остинки граф1ту е менш теплопров!дними Н!ж матриця 1 тому опорна точка дуги перем!шуеться по поверхн! контакту, поражаючи найменш теплопровиш частники граф;ту, що в кшцевому результат! приводить до дестаб!Л!заш'1 дуги. В пар! з цим материалом застосовують м^дь або ср!бло-Н1Кель, шр сприяе прискоренню руху. дуги.

У ряд! праць подан1 результати наукових досл1джень щодо можливост! зам!ни контакт!в на основ! ср!бла м1дними контактами. В результат! перев!рки в!дпов1дних теоретичних ппотез у вимикачах типу Е1_ (Шмеччина) з ном!нальною силою струму 200-800 А на головних ! дугогасильних контактах одержаний поэи-тивний результат, як у лабораторних умовах, так ! в виробничих. Замша ср!блом!стких контактов на М1ДН1 у вимикачах стала мож-ливою завдяки особливостям конструкт!' контактних систем. По-верхня рухомого контакту цих вимикач1в мае форму нашвсфери. нерухомого - форму конуса, що приводить до часткового ковзання

контактiB, а внасл!док таких м!кроперемщень досягаеться руйну-вання оксидних шавок на поверхш контакт ування.

Сформульован! основш завдання досл!джень.

2.3 Другий розд!Л "Програма i методики експеуйменталъних достдхекь" дисерташйно! роботи присвячений розробщ методик та лабораторних стенд1в для випробування електричних апарат!в з розробленими контактними матер1алами. Ероз1йна ст1йкють визна-чалась шляхом к1льк1сно1 ощнки эм1ни маси контагамв за визна-чене число комутацШ електричного кола у трьох режимах роботи: комутащя номшального струму в режим! АС-3; комутатя струму в!дс!чки електромагштного розчшлювача; комутащя струм^в гра-нично'1 комуташйно'! здатность

Розроблена лабораторна установка для випробування контакт-них апарат iв у режим! комутащ! АС-3. Бона складаеться з джере-ла змшного струму, апарату, на який встановлюють експеримен-тальш контакти, трифазного активно-шдуктивного навантаження. блоку керування та комплекту вим!рювальних прилад!в.

Для випробовування контакт!в на ероз!йну ст1йк1сть при струмах комутацП' б1льших 80 А була розроблена лабораторна установка синтетичних випробувань, в як1й процес комутащ i та протшання струму в замкненому стан1 контакпв е результатом дп дек1лькох джерел струму.

Для досл1дження короткочасних процес!в, як1 не повторюють-ся, створений обчислювально-вим1рювальний комплекс на баз1 персонально! ЕОМ, до складу якого входять персональна ЕОМ з набором стандартного перифер1йного обладнання, аналого-цифровий пе-ретворювач, цифро-аналоговий перетворювач та !нтерфейс зв'язку.

Для проведения М1кроструктурних досл!джень використовували скануючий електронний мжроскоп Скан S4-10 з мшроренгеноспект-ральною гриставкою Link System - 29n.

У ход1 досл!джень визначались такой г 1нпа ф!вичн1 пара-метри контакт 1 в: питомий електричний от р. тверд! сть, питома вага, контатний оп1р, температура нагр!вання шд час роботи, стШкють проти зварювання та ш.

2.4 У третьоыу роздии "ЕксперкментальШ досл1дження роботи контактних вуал! в та розробка заход^в для вилучення в них морогощнних метал/в" дисертащйно!' роботи описан1 результати теоретичних досл!джень роботи автоматичних вимикач1в а новими контактними матер!алами на основ! шд! в с!льськогосподарських електроустановках

Вивчались режими роботи низьковольтних комутащйних апа-рат1в у 6 господарствах, як1 розташован! в р1зних регюнах Укради. В загальному обстежено б!ля 9800 апарат!в. Результати обстемэнь утворюють дискретний вар1ац1йний ряд, як! з найб1ль-шою ймов1рн!стю описуються розпод!лом Грамма-Шарлье. Функшя роз ПО714 тг читчтц. - >0

Теоретичний розпод1л числа апарат1в у залежност! в!Д числа комутащй та ¿х процентний склад зображет на рис. 1 та 2.

с1льськогосподарського виробництва за частотою комутацгй пере-важну б!льш1сть складають апарати з максимальною комутац!йною здатнютю 50 тис. цикл!в з розрахунку на 10 р!чний перюд експ-луатацГь Таким чином, для потреб електроустановок аяьського господарства сл!д розширити номенклатуру електричних апарат!в, як! б в1др!знялися по класу зносост!йкост1 в сторону 11 обгрун-тованого зменшення.

Зроблена спроба замши сер!йних контактних матер1ал1в новими материалами, як! не м1стять в своему склад! ср1бло. Осно-

Досл!дження показали, що 1а-за специф!чних особливостей

1 Ю 20 30 40 60 60 70 Тис. ¿мк. /00 а-—

Рис. I. Розпод1л числа апаратив /лг / в залежностх В1Д числа комутац1й /п / за розрахунковий 10 р1чний перхоц експлуатацп

Рис. 2. 1Гроцентний склад числа апаратхв в залежностх

В1ц числа комутвц1й, необх1.цного для 10 ручного ресурсу роботи

- «г-

вою таких матер1шив е м!дь та мол!бден, який не вэаемод1е 8 М1ддю Н1 в твердому, ш в Едкому стат, шдвшцуе аначно твердють, мщнють та дугост!йк1сть. Для ста01л1зац11 контактного опору Сули введен! легукш домипки триоксиду молЮдену Ш03

1 граф! ту. Щ домияки також шдвищують електроероз1йну ст1йк1сть 1 знижують силу зварювання.

Мехашзм формування композит 1 1з Мо 1 Си визначаеться про-цесами, як1 проходять на поверхнях розпод1лу фаз, а саме, змо-чуванням та агдез1ею. В1дсутн1сть взаемод!!' М1ж компонентами композит 1 Ш-Си 1 неповне розикання мш на поверхн! молЮде-ну утруднюе отримання безпористих матер!ал!в. Тому для кращо! взаемодИ' на мели роздхлу Си-Мо в композишю вводиться никель в межах 0,8-1 % мае. Легування нтелем суттево впливае на механизм руйнування контакпв,' що визначае Ух електроерозхйну стШкють.

При горшнг електрично!' дуги граф1т нагр1ваеться до темпе-ратури 3700 °С 1 вище, субЛ1муе 1 переходить у вшовлювальний газ СО, СО^, який з дугового каналу 1 простору навколо нього забирав кисень, що в к!нцевому результат! запоб1гае окислению робочо'! поверхт контакт!в ! скорочуе час горшня дуги, внасл!док чого стабшзуеться контактний ошр ! зменшуеться ероз!я. Крш цього граф1т знижуе ймов1рн1сть 1 зусилля зварювання контактов.

Введения триоксиду молибдену Мо05 зб!льшуе швидкють пе-рем!щення дуги на поверхн1 контакту ! видувае п з поверхн!. Це

о

в!дбуваеться внаелдок субл1мацП ЫоС^при температур! 650 С, який значно збхльшуеться в об'ем! в газов1й формь В газовой форм! молекули МоО^при температур! 900-1000вС пол!меризукггься у б]льш с клади 1 сполуки, що забирав частину енерп'1 дуги. По-тенщал ЮнгзацП МэС^ значно видай, нш в атом!в Си 1 Мо, що

деюшауе дугу 1 скорочуе час V1 горшш. Все це приводить до зменшення окисления робочо! поверхн! контакт1в 1 збер)ганню стабтного контактного опору.

Одночасне введения Мо, Мо03, N1, С в певних сшвв! дношеннях

надае материалу так1 властивост!, як1 необх!дн! для матер!ал1в автоматичних вимикач!в.

Для визначення шри впливу х1М1чно-активних елемешмв на контактний оп1р проводилися спещальн! досл!дження у клша-тичшй камер! !3 спешаяьною герметичною приставкою, яка дозволяв шдтримувати визначену концентратю агресивних газ1в та паралелыю в виробничих умов ах.

Отнка !нтенсивност1 росту посторонни включень зд1йснюва-лась шляхом вим1рювання контактного опору.

Досл1дження роботи контакпв у нормально атмосфер! при комутат!' струму 50 А напругою 380 В показало значне зб!лыпення контактного опору за 1500 цикл1в напрацювань при подаяьшому йо-го зменыенш. Оскьпьки летюч! елементи N1, домшки граф!ту 1 триоксиду моЛ(бдену складають невеликий процент по в!дношенню до м1Д! 1 молибдену, то взаемод!я мш ! мол1бдену з навко-лиишм середовищем служить фактором, який визначае значения контактного опору в автоматичних вимикачах.

2. 5 У четвертому роздал дисертаца "Результата теоретичная та експершентальиих дос.идженъ 1 ¡х анализ" наведен 1 мате-матичн! модел! теплових процес1в контактних вузл1в.

Для розраху1Шв температурних шшв контакпв прийнята щшндрична модель, яга розроблена . С.Н.Хартим.

У щй модел1 реальна плода контакту эашиметься !деальним цил1 ндром з несктченою тепловою 1 електричною пров1дн1стю, струм 1 тепловий потж направлеш вздовж рад1альних л1Н1й. Так як товшина оксидних 1Швок досить мала, то можна вважати IX

0 2 4 6 ¡Тис.6ик./2

Рис. 3. Флуктущя перех1дного опору контактних матер1ал!в на основ1 мш, (Си-Мо-МоО^-С): а) при робот1 в атмосферу яка не мютить агресив-них газ!в; б) при робот1 в агресивному середовищ!.

О /00 200 600 400 ¿мх. 600

N--

Рис. 4. Флуктущя перех1дного опору контактних матер1ал1в на основ1 МШ. (Сц-Мо-МоОл-С) у автоматичних ви-микач1в АЕ 2056 при комутащ 1 струм1в короткого замикання.

практично в1дсутн1ми та допускати, да тепловий ошр зосередже-ний на поверхш, при переход1 в1д одного електроду до 1ншого температура эм1нюеться скачком на величину Т2(Ь,и - Ь, Ь).

При комутац1'1 великих струм!в потж енерп'1 дуги, викли-кае досить великий перепад температур, що призводить до плавления, випаровування та розбризгування металу. Нел1н1йна задача теплопров1дност1 металу розв'язуеться з врахуванням плавления 1 випаровування анал1тичними наближеними методами з використанням числового 1нтегрування.

Нестащонарне температурне поле Т(г,гЛ) контакту, на яке Д1е тепловий пот1к Р(г,Ъ) дуги з опорним рад1усом г9, плавиться 1 випаровуеться починаючи з моменту часу , описуеться нас-тупним р1внянням:

<*Т - 1г(с1гТ ^ о(Т ы'т \

в Облает!: 6 > 1„, г >0; г > О {в о<Х<с{@ }

при таких умовах:

ыг г > ли,

- Л

¿н

I- Ко1г 1""

де: Тп- температура плавления; л,с(. - коеф1щенти тепло- i температуропров1дност1; z-^(r,t) - р!вняння гранит зони розплаву; a(t) - рад!ус розплавлено'1 зони.

Енерпя дуги W витрачаеться на нагр!вання до температури плавления на плавления контактного матер1алу Q^ w " <V Q/Mi

Пот1к теплоти, який витрачаеться на фазов1 перетворення виэначаеться э р1вняння:

QCr.t) - q,(r,t) + Q*(r.t),

oil

де: noTiK теплоти, який 1де на плавления: C„(r,t)- L—г,,

" *> Ott

пот 1 к теплоти, який 1де на випаровування:

N-L i G (r,t)- -—z.-ехр(- ),

8 т0 т0

Кьчькють тепла, яка необх!дна для нагр1вання поверхн1 контакту до температури плавления Тпл за час t визначаемо 18 р1вняння теплопровшюстх, вважаючи, шо джерело тепла те на поверхш контакту S на в1дстан1 1 В1д протилежног гран!, з яко'1 проходить теплов!ддача у навколишне середовище.

oirfr.i) о(гТ(х, ¿) ,

. ' ' - а ' ' ' (t > 0; 0 < х < )

oL i oll*

Граничн! умови Т(х,0)=0, Т(—,t)=0, toöto перепад температур маси контакту у середовипц, в початковий момент р1вний нулю. Piвняння тепловхддач! э протилежно! сторони контакту

dTix.i) .. ' ' — + H-T-(ti,t) - о: Ы X

де: oL -Л/су» - коефниент температуропров1дност1; с - питома теплоемшсть матер1ала (isoxopna);

°С

{ 60

дТ И

30 20 10 \ о

2056

О

-т-1-г-

1 2

5 мОм• б"

с

Рис.О. Перевищення темпер*тури конгчкт1в «втомятичних вими-К«Ч1В в Э"ле!кност1 ввд величини конт°ктного опору; ——- - теоретичн1 дти,---- експерииентлыи

д°нх.

&0

О

-1-1-1---1-1-1-1

40 60 3О А /00 I —-

Рис.б.З'лежн1сть.електричноI ероэп контакт¿в явтомптичних вимик".ч1в вгд величини струму комутяцЛ; — - теоретики д?.н1,--- експериментплыи цчнь

г

Л - коефицент теплопров1дност! (Вт/м. град);

Н-с^/уО - в1дносний коефицент теплообмшу;

d - коеф1Щент теплообмшу ( Br/м2. град.)

Величина електрично! ероз!! визначаеться за величиною маси розплавленого металу.

Для розв'язання вищеприведено! системи р1внянь розроблена програма в середовищ1 прикладних математичних програм MathCAD (система автоматизащ! проектування науково-техн1чних задач) для персонально! ЕОМ типу IBM AT/PC.

Темлератури контактно! поверхн1, величина електрично! ероз1! для автоматичних вимикач1в представлен! на рис. 5 та Б.

2.6 У п'ятоиу. розд! Л1 "Розробка ааход! в яш направленi на шдвищення експлуатащйно1 надШносп автоматичних вимикашв i энижзння в них KiJibKocTi с pi QHOBMi с тких mrepiaJiiB" дисертащ! описан! TexHi4Hi та орган !зашйш заходи для шдвищення експлуатащйно! над1йност1 автоматичних вимикач1в i зниження в них вм!сту дорогощнних метал1в.

Для практичного використання .розроблених контактних ма-TepianiB пропонуеться технолог1я ремонту контактних вузл1в, яка повн!стю виключае використання матер!ал1в на ochobi ср!бла.

Встановлення нових контакт1в проводиться шляхом паяння твердими припоями на машинах точкового контактного зварювання !з зварювальним струмом 8-24 кА. Перед паянням проводиться шдготовка поверхонь: механ!чна обробка, обезжирення, створення рельефно! поверхн! з виступами висотою 0,1-0,2 мм. Особливютю технолог!! е застосування спещально розроблених припо!в з Шдвищеним питомим опором. Таким е пришй у вигляд1 стр1чки 8 порами, щр займають до 807. об'ему матер!алу 1 заповнеш легко-летючим флюсом. Таке виконання припою забезпечуе 10-50 разове зростання його питомого опору у пор1внянн1 з питомим опором йо-

"Налагадження "

'"Перекрка "

и

^^АЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ;

Риск 7. Осцилограми напруги га струму при перевгрцй захииних пристроив зг!цно а. с. № 1778813 зм пит амплйудних значень сили випробувального струму.

" Нсиагодження "

"ЛереИрка'

и

1 -К ^_П1 I' К Е_Ц.Д_Ц/

11 Р М \ц 'I

v . v '' ^

Рис. 8. Осцилограми напруги та струму при прревгрцх эахисних пристрохв зг1цно а.с. № 1778813 зм1Ною середньоквадра-тичних значень сили випробувального струму за лер!Од

го складових, щр приводить до миттевого розплавлення припою, шсля чого флюс випаровуеться, ошр зменшуеться, щр приводить до створення над1йного та мщного електричного контакту.

Експлуатащйна над1йн1сть контактних вузл!в у значн!й М1р1 залежить В1д роботи !нших вузл1в автоматичного вимикача, 1 в першу чергу В1д роботи розч!плювач!в.

Для шдвищення точност! 1 достов1рност! перев1рки захисних пристро1В розроблений новий спос!б !'х перев1рки. В його основ1 лежить класичний спосЮ перев1рки, зпдно якого через розчшлю-вач! апарапв пропускають струм, больший струму уставки, в1дпов1дного розчшлювача, при цьому вишрють величину сили струму та час. спрацювання'апарату, контролюючи вшовишсть вим1ряних величин захисшй характеристик!, роблять висновки про стан апарату.

Суттевими в1дм1ННостями розробленого способу е: - миттеве встановлення величини випробувального струму;

•- забеспечення !мпульсу випробувального струму задано! тривалоси, яка в!дпов1дае каталожному часу спрацювання захис-ного апарату.

Встановлення величини випробувального струму проводиться при 1мпульсному характер! проходжеиня струму при умов!, шр се-редньоквадратичне значения сили струму не повинне перевищувати струм уставки захисного апарату (Ь), (рис. 7, рис. 8):

Т} 4 £ ) 'л г/г л о

Розв'язок цього р1вняння дае змогу визначити стввшошен-ня м!ж тривалютю 1мпульсу струму (Т^) ! перюдом струму (Т):

* = 1/1Нсн = иТь/Г

Для практично!' реал!аац1'! способу розроблений електронний

ПрИСТр!Й.

- 19 -

Для малих господарств, де в б!льшост! випадк!в в!дсутн! .ипробувальш стенди розроблений спос1б прискорено'1 перев1рки [ристро'1В захисту асинхронних електродвигушв (риа. 9). .'уттевою тдиттстю розробленого способ у е те, що струм пере->антаження отримують шляхом створення штучного неповнофазного >ежиму живлення електродвигуна за рахунок вимикання одн1е! 8 заз статорно1 обмотки В1д мере ли живлення на певний час, який 1е повинен перевищувати наперед визначеного значения (1).

к3 I2

г 1

Ь - 0,685-(Ь, / 1п.-) -1п

/ хп.-) -xii -

вол 2 2 2

1 1 '

Лопустимий час роботи електродвигуна у неповнофазному ре-гагм! визначений на основ! розв'язку ршмння теплового стану.

Застосування даного способу дае змогу спростити перев!рку 1 зменшити Г! трудомюткють та соб1вартють.

Розроблений новий спос1б очищения поверхн1 контакпв авто-матичних вимикач!в шляхом випалввання короткочасним потужним дуговим розрядом шд час розмикання контакпв. Дуговий- розряд забезпечують пропусканиям через замкнут! контакти струму, у 1,25-2 рази б!льшого в1д струму В1ДС!чки електромагн1тного розчтлювача.

Особлив ють техшчного ршення полягае в тому, шд в самому автоматичному вимикач! зосереджен1 основн1 механ!зми, як1 синх-рон1зують та визначають тривал1сть гмпульсу струму ! дугового розряду, а саме:

- електромагн!тн1 розч1плювач1, як1 при проходженн1 через них струму, величина якого б1льша струму В1дс1чки, приводить протягом 10 мс в дш мехашзм вимикання апарату;

-механ1зм дугогасшня, який разом з механизмом вимикання забезпечуе задану тривалють електрично'! дуги.

Гц ,3803

~ зы, 50Гц, 380 В А | В | ^

Рис. 9. Схеми електричн1 принципиальна прискорено'1 пере-В1рки 1 налагодження эахисних пристро'х'в шляхом:

а) штучного створення двофазного режиму живлення;

б) штучного створення однофазного режиму живлення.

50Гц, 380В

А \в I

8 ¡2

/6 20 Вмк28 N

Рис. 10. Очищения поверхшь контакт в за допомогою

влектрично! дуги комутацп струм!в короткого замикання: а/ с ема електрична принцпшальна; б/ зале.-.нють контактного опору В1Д к1лькост1 кому-тац! й

0

Як показують проведет експериментальш дослиження для очищения поверхнх контактування достатньо 10-20 вмикань автоматичного вимикача.

3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА В11СНОВ1СИ РОБОТИ

Проведет теоретичн1 та експериментальш дослиження роботи автоматичних вимикач1в в умовах тваринницьких ферм i комплекс! в дозволяють зробити наступиi ochobhi висновки:

1. Електричн1 апарати, що випускаються промисловхстю i широко эастосовуються у е^льськогосподарському виробництв! не В1ДП0В1дають вимогам щодо захисту В1Д впливу агресивного навко-лишнього середовища.

2. Розроблеш лабораторш установки для дослиження елект-роероз!йно'1 CTiftKOCTi контакпв та методики досл1джень. Для досл!дження швидкопропкаючих npoueciB, як1 не повторюються створений обчислю&ально-вим^рювальний комплекс на баз! персонально!' ЕОМ типу IBM PC/AT та програмне забеспечення на мов! програмування високого р!вня "Турбо-Паскаль 6.0".

3. Проведен! дослиження фактичних режим!в роботи комута-Шйних anapaTiB с1льськогосподарського виробництва дозволяють зробити висновок, що з метою суттевого зменшення витрат доро-гоцшних метал! в необх^дно:

- виготовляти контактш вузли з ресурсом по знососпйкосп в1дпов!дно до фактичних режимов роботи шльськогосподарського технолог1чного обладнання, величина якого повинна бути для б1льшост1 anapaTiB на порядок меншою в пор1внянн1 з апаратами в промисловост i;

-розробляти схеми керуЕання технолопчним обладнанням з М1Н1мальиою шльтстю пар контакпв, використовуючи при цьому можливостi додаткових контакпв та розчшлювач^в для виконання функшй ^локування, захисту та сигнал1за!Ш'.

4. Експериментальш дослиження роботи сер!йних

ср1бновм1стких контактних матер!ал1в показали, що при наявност! х1м1чно-активних елемент!в вони в!дзначаються шдвищений пе-рех!дним опором.

5. Роэроблений новий спечений контактний матерiал на основ! м1д! (патент N1792445). Проведен! лабораторн1 i виробнич1 досл1дження ноеого матер1алу з метою ошнки електроероз^йног cTiftKOOTi, ст1йкост1 проти зварювання, тривалоси горшня дуги, а також ренгеноспектральн! досл1дження та MexaHi4Hi випробуван-ня. Результата досл1джень та випробувань дозволяють зробити висновок шрдо можливостi застосування нового матер1алу для ви-готовлення контакт!в комуташйних апарат!в, що працюють в умо-вах с1льськогосподарського в'иробництва.

6. Розроблен! математичн1 модел1 теплових процес!в безпо-середньо для контактних вузл1в автоматичних вимикач!в та в!дпо-В1дне програмне забеслечення для реал!зацг! названих моделей.

7. Розроблена технолопя ремонту контактних вузл!в з ви-користанням розроблених спечених контактних матер!ал!в на ocobi м1Д1, яка повнютю виключае використання с!бновм!стких матер!а-л!в (A.c. N 1770995 МКИ 5 Н01Н 11/04). Названа технолопя впро-ваджена на Меджибожському ремонтно-транспортному шдприемств!, Ки'!вському ремонтно-експлуатац!йному депо N1, Ки'!вських ремонт-них майстернях.

8. Роэроблений новий cnociö nepeBipra захисних пристроив та пристр1й для його зд!йснення, (а. с. N А. с. N 1778813 МКИ 5 Ю1Н 69/01), суттевими в!дм1нностями якого е:

- миттеве встановлення величини випробувального струму;

- забеспечення !мпульсу випробувального струму задано! тривалост!, яка в1дпов!дае каталожному часу спрацювання захис-ного апарату.

9. Роэроблений cnociö прискорено! nepeBipra захисних пристро'!в трифазних електродвигутв, (A.c. N 1718293, МКИ 5 Н

01 Н 59/01, Н 1)2 Н 7/00).

10. Розроолений спосЮ очищения поверхн! контактування електричних контактов електричною дугою при комутацП штучно створених струм!в в!дс1чки електромагштних розч!плювач!в (А. с. N 17Б6970 ЫКИ 5 ГО1Н 73/04, 1305В 23/02).

4. ОсноваI результата досергадП опубл1 ко вал 1 в таких роботах:

1. А. с. СССР N 1718293 ЫКИ 5 Н 01 Н 69/01, Н 02 Н 7/09. Способ проверки и настройки электротепловых реле защиты трёхфазных асинхронных электродвигателей. ЕТ. Лут, С. И Коха-новский, В. А. Наливайко, а В. Гинтаутас, С. Г. Самсокенко. Заявл. 12.06.90 г. Опубл. 07.03.92. бюл. N9.

2. А. с. СССР N 1746416 Н 01 Н 1/02. Бимыеталдический электрический контакт Брате рская Г. Н., Кохаиовский С. П.,- Донцова Т. А., Наливайко а А., Ыэлетко И. Е Заявл. 05.10.90. Опубл. 07. 07.92. бюл. N 25.

3. А. с. СССР N 1677723. Спеченный материал на основе меди для электрических контактов. ЫКИ 5 Н 01 Н 1/02, С22 С 9/00. 15.05.91 Братерська Г. М., Кохатвський С. П Донцова Т. О., Наливайко а А., коробський а Е Заявл. 01.11.89. Опубл. 15.09.91. бюл. N 34.

4. А. с. СССР N 1775739. Контактная пара. МКИ 5 Ш1Н 1/04, С22С 9/00. Братерська Г. М., Кохашвський С. П., Донцова Т. А., Сагач М. Ф., Наливайко Е А. Радько I. П. Заявл. 12.09.90, опубл. 15.11.92. бюл. N42.

Б. А. с. СССР N 1690601. Контактная пара низковольтного электрического аппарата. ЫКИ 5 Ю1Н 1/04, С22С 9/00. Братерська Г. М.; Кохан1вський С. П., Донцова Т. А., Наливайко Е А. Заявл. 23.12.88, опубл. 8.07.91. бюл. N32.

6. А. с. СССР N 1770995. ЫКИ 5 ГО1Н 11/04. Способ восстановления контактов низковольтных электрических аппаратов. С. П. Кохан1вський. С. Г. Самсоненко, ЕА. Наливайко. Заявл. 24.06.90, опубл. 22.07.92. бюл. N39.

7. А. с. СССР N 1778813 Способ проверки низковольтных ва-щитных аппаратов Шшин Е I., Луг 11Т Кохан1вський С. Е, Наливайко ЕА., Саысоненко С.Г. МКИ Б Ю1Н 69/01. Заявл. 9.07.90, опубл. 1.08.92. бш. N29.

8. А. с. СССР N 1766970. Способ очистки электрических контактов автоматического выключателя. Наливайко ЕА. ЫКИ Б Ю1Н 73/04, 605В 23/02. Заяв. 29.12.90, опубл. 22.04.92. бюл. N31.

9. Патент N 1792446. Спеченый материал для электрических контактов на основе меди. Братерська Г. М., Кохашвський С. П., Донцова Т. А., Наливайко ЕА., Коробський ЕЕ, Ьфачковський А.Ы. ЫКИ 6 Ю1Н 1/02, С22С 9/00 Заявл. 03.07.91. опубл. 30.01.93, бюл. N4.

- 26 -

10. Братерская Г. Е , Кохановский С. П., Наливайко а А., До-цова Т. А. Влияние эксплуатационных факторов на рабту контактов автоматических выключателей электроустановок животноводческих ферм //Состояние и перспективы развития производства аппаратов низкого напряжения: Тез. док. VI Всесоюзной научн. - техн. конф. Харьков, 1990 С. 63-64.

11. Влияние энегии электрической дуги на надежность контактов электромагнитных пускателей типа ПШМ200 / Кохановский С.П. , Наливайко ЕА., Коробский ЕЕ //' Электрические контакты. Пути повышения качества и надежности. - Киев: ИШ АН УССР. 1987. С. 63-67.

12. Вплив х1м1чного середовища на роботу комутащ йних апа-рат1в. Кохан1вський С. Е . Наливайко ЕА., Коробський ЕЕ Проб-яеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення Теэи допов1-дей науково'! конференци професорсько-викладацького складу та асп!рант1в, К., УДАУ, 1993. С. 76.

13. Кохан1вський С. П., Наливайко Е А. Техн1чне обслугову-вання та ремонт силового електрообладнання. -К.: " Урожай, 1990.-112 С.

14. Кохан1вський С. Е , Наливайко Е А., Радько I. П. Ремонт 1 в1дновлення електромагн1тних контактор1в 1мпортного виробниц-тва. / АПК, техн!ка, прогрес. N 5 1992. С. 31-33.

16. Сагач М. Ф., Братерская Г. Е , Кохановский С. Е , Наливайко Е А., Коробский Е Е Повышение надёжности коммутационных аппаратов в животноводческих помещениях // Задачи трибологии в проблеме повышения качества, надёжности и долговечности машин: Теэ. докл. Республиканской конференции Киев, 1990 С. 36.

16. Синхронизированная установка для исследования коммутации тока. Кохановский С. П., Наливайко Е А., Лут Е Т. / Известия высших учебных заведений. Энергетика. N 1, 1990. С. 66-67.

- 26 - .

НАЛИВАЙКО В. А. Повьпдение эксплуатационной надежности, уменьшение содержания драгоценных металлов в автоматических выключателях, работающих в составе электроустановок животноводства.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.02 - электрификация сельского хозяйства, Национальный аграрный университет, Киев, 1995.

Защищается 16 научных работ, из них „8 авторских свидетельств и 1 патент;:, которые содержат теоретические и экспериментальные исследования работы автоматических выключателей в электроустановках животноводства с использованием спеченных контактных материалов на основе меди, способы повышения их эксплуатационной надежности при техническом обслуживании и ремонте.

Применение разработанных контактных материалов позволяет исключить использование серебросодержащих материалов на стадии ремонта, а реализация способов технического обслуживания - уменьшить затраты труда в 1.5-2 раза, повысить качество технического обслуживания.

Nalyvaiko W. А.

Promotion of exploitation's reliable, decrease of contents costly metals in the automatic switchs, which function in the structure of electical installation of cattle breeding.

Disserrtation, which has aim to abtain scientific degree of candidate tecnikal sciences, on the speciality 05.20.02 -electrification of the. agriculture, National agrarian university, Kiev, 1995.

\ 6 scientific workes is protecting, from which .8 authors sertficate and 1 patents, which contains theoretical and experimental investigation of automatic switch's action in cattle breeding's electrical instalation with using the conglomerate contacts materials on'the basic of copper, metohods of promotlo anc repair.

Application of processes contacts materials is alio to exclud« wing materials which contains silver during repair, and realisms the methods of technical expluatation is allow to decrease expense: of labour in 1.5-2 times, to promote quality of technica exploitation.

Ключов! слова: електрообладнання тваринництва, автоматични, ■ вимикач, контактн1 вуз ли, спечет контактт матер 1али на основ Mifli, експлуатащйна над1йнють.

УВК НАУ зак. 267 т»Р. 100 _10Э5г.