Лекции_продолж

гатель вну
·треннего сгора
·ния (сокращённо ДВС)  это тип [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], в которой [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], преобразуется в механическую [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Двигатель внутреннего сгорания - это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу.
Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т.д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), ДВС очень широко распространены, например, на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Базовые двигателя электростанций

     Основным источником механической энергии в электроагрегатах являются тепловые двигатели, работающие на углеводородном топливе. Идея сжигания топлива внутри цилиндра поршневой машины взамен паровой машины возникла еще в конце XVIII века.      Построение первых двигателей внутреннего сгорания началось в середине XIX века. Первые двигатели работали на светильном газе.      Впервые в мире моряк русского флота капитан И.С. Костович в 1879 г. в военных целях разработал бензиновый двигатель для дирижабля. Это был двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе, установленный на дирижабле, мощностью 80 л.с. Двигатель характеризовался удельным весом 3 кг/л.с., что даже по современным достижениям довольно высокий показатель. Так, Россия стала пионером в применении двигателя внутреннего сгорания в военной технике. России также принадлежит первенство в создании мобильной дизель-электрической установки, которая в 1908 г. была построена в Петербурге на заводе «Русский дизель» и впервые установлена на подводной лодке «Минога». С 1908 года начинается бурное развитие мобильных дизель-электрических установок, применяемых на гражданском и военном флотах, как в России, так и за рубежом. В начале 20-х годов на Коломенском паровозостроительном заводе впервые был построен дизель-электрический агрегат для привода железнодорожного состава.      Начиная со второй половины 20 столетия бурное развитие связи, радиолокации, ракетной техники и автоматизированных систем управления в войсках потребовало для их электроснабжения применения стационарных и мобильных энергетических установок небольших мощностей (порядка 30-200 кВт). В таких энергетических установках в качестве первичного силового агрегата стали применять конвертированные ДВС на базе серийно выпускаемых автотракторных, танковых и судовых двигателей. Это широко известные всем дизельные двигатели [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], 4ч8,5/11 ("Рижский дизелестроительный завод", времён СССР),  [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и Д144 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], Д242, Д243, Д246, Д266 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], 1Д6 и 1Д12 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], ЯМЗ236, ЯМЗ238, ЯМЗ240(Ярославский моторный завод), дизели [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (Юждизельмаш, Украина). Нередко в последнее время при сборке электростанций используются двигателя зарубежного производства, среди бензиновых это чаще других Honda (Япония) и Briggs&Stratton (США), среди дизельных - Yanmar, Mitsubishi (Япония), Lombardini (Италия), Lister-Petter, Perkins, Cummins (Англия), Deutz (Германия).      Двигатель справедливо считается "сердцем" установки. Именно его ресурс определяет срок "жизни" электростанции: среднее время наработки на отказ у блока электрогенератора всегда в несколько раз выше, чем у мотора.      В большинстве случаев класс электростанции определяется используемым двигателем, а точнее, его моторесурсом. В частности, у высококачественного бензинового мотора время непрерывной работы до первого вероятного отказа исчисляется в среднем 3-5 тысяч часов, тогда как у упрощенного дешевого двигателя - всего лишь сотнями.      Дизельные двигатели , как правило обладают ресурсом значительно выше чем бензиновые, их потребление топлива экономичнее, да и само дизельное топливо дешевле бензина и допускает менее жесткие условия по хранению, однако электростанция собранная на базе дизельного двигателя в 1,5-2 раза дороже аналогичной по мощности , но собранной на базе бензинового двигателя. Поэтому выбор в пользу электростанции собранной на базе дизельного двигателя рационально делать в случае: - использование электростанции в качестве основного источника электропитания (по крайней мере в случаях длительного ее использования); - использование однородного вида топлива (наличие агрегатов работающих на дизельном топливе); электрических мощностях выше 10-12 кВА , на которых электростанции с бензиновыми двигателями практически не применяются.      Отличить высококлассный двигатель по внешним признакам не всегда просто. Если раньше на мини-электростанциях широко применялись моторы с боковым расположением клапанов, то теперь сплошь и рядом - верхнеклапанные, производительностью примерно на 30% выше. Критерием принадлежности агрегата выступает наличие у него или по крайней мере возможность комплектации топливным баком большой емкости. Тем самым производитель изначально предусматривает длительную непрерывную эксплуатацию генераторной установки.       Другой атрибут "классности" - частота замены масла. Для качественных моторов этот показатель не ниже 100 часов работы.       О многом способны поведать и "внутренности" двигателя. Например, если у него стенки цилиндра не чугунные, а алюминиевые, то перед вами мотор не высокого класса. Кроме того, обратите внимание на материал, из которого изготовлены фильтры (воздушный, топливный, масляный). У простых моделей, как правило, используется бумага, поэтому фильтры требуют периодической замены.
Принцип работы генераторов постоянного и переменного тока
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.  Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря. 
                                                  [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 1. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 полукольцо или коллекторная пластина; I рама проводника; 3 щетка генератора     Принципиальное устройство простейшего генератора переменного тока показано на рис. 4. В этом генераторе концы рамки проводника присоединяются каждый к своему кольцу, а к кольцам прижимаются щетки генератора. Щетки замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. При вращении рамки с кольцами в магнитном поле генератор даст переменный ток, изменяющий через каждые пол-оборота величину и направление. Такой переменный ток называется однофазным. В технике применяются генераторы трех- 
 
                                                   [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 2. Схема простейшего генератора переменного тока:  1 полюс электромагнита; 2 катушка возбуждения; 3 контактное кольцо; 4 щетка генератора; S внешняя цепь; 6 рамка проводника; 7 источник постоянного тока  фазного тока, которые по ряду причин являются наиболее удобными для использования. Простейший трехфазный генератор имеет три рамки (обмотки) проводов, сдвинутых относительно друг друга по окружности вращения на 120 °. Трехфазный ток изменяет свою величину и направление через каждые 120° оборота. Время на совершение одного колебания называется периодом, а число периодов в секунду частотой переменного электрического тока.

Генераторы электростанций.
Электрогенератор. Одно- или трехфазные генераторы. Их название вытекает из назначения - питать соответствующих потребителей. При этом к однофазным генераторам, вырабатывающим переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, можно подключать только однофазные нагрузки, тогда как к трехфазным (380/ 220 В, 50 Гц) и те, и другие (на приборной панели имеются соответствующие розетки, или клемные колодки). С однофазными электрогенераторами все более или менее ясно: главное - правильно "посчитать" всех своих потребителей, учесть возможные проблемы (например, высокие пусковые токи) и выбрать агрегат с соответствующей реальной выходной мощностью. При подключении к трехфазным генераторам трехфазных же нагрузок ситуация аналогичная. А вот при подключении к трехфазным генераторам однофазных потребителей возникает проблема, именуемая "перекосом фаз". Не углубляясь в технические подробности, сформируем два правила. Потребляемая мощность однофазной нагрузки не должна превышать 1/3 от номинальной трехфазной выходной мощности агрегата. Иными словами, 9-киловаттной трехфазной генераторной установкой можно запитать не более чем З- киловаттный однофазный обогреватель! При наличии нескольких однофазных нагрузок разница в их потребляемой мощности не должна превышать 1/3 от "перекоса фаз" ("перекос фаз" - та самая 1/3 из правила 1). Кстати, это идеальная величина, реализуемая для высококлассных электростанций. У агрегатов попроще данный параметр меньше.
Синхронные и асинхронные генераторы.
Если говорить популярно, то синхронный альтернатор конструктивно сложнее: например, у него на роторе находятся катушки индуктивности. Асинхронный генератор устроен гораздо проще: его ротор напоминает обычный маховик. Как следствие, такой генератор лучше защищен от попадания влаги и грязи (говорят, что он имеет "закрытую" конструкцию), и тут самое время вспомнить о классе защиты. Класс защиты. Он обозначается двумя буквами (IР) и двумя цифрами. Первая цифра означает: 0-защита отсутствует 1-защита от предметов > 50 мм 2-защита от предметов > 12 мм 3-защита от предметов > 2.5 мм 4-защита от предметов > 1 мм 5-защита от пыли Вторая цифра означает: 0-защита отсутствует 1-защита от вертикально падающих капель воды 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон 5-защита от струй воды со всех сторон Синхронные генераторы, как правило, соответствуют классу IР 23, тогда как асинхронные - IР 54. Впрочем, в последнее время практически у всех ведущих производителей появились инновационные синхронные агрегаты, удовлетворяющие IР54. Кроме защищенности, синхронные и асинхронные генераторы отличаются своими возможностями. Асинхронные генераторы. В силу простоты конструкции асинхронные электрогенераторы более устойчивы к короткому замыканию и более устойчивы к перегрузкам, выходное напряжение имеет меньше нелинейных искажений. Применение асинхронного генератора позволяет запитывать от агрегата не только промышленные устройства, не критичные к форме входного напряжения, но и электронную технику. Асинхронный генератор идеальный источник тока для подключения активной, или омической, нагрузки: ламп накаливания, бытовых электроконфорок, электронагревателей, электронных устройств, включая сварочные преобразователи, компьютерную и радио-технику и т.д. При подключении электромоторов и прочих индуктивных нагрузок необходим запас по мощности в 3-4 раза (при использовании функции СТАРТОВОЕ УСИЛЕНИЕ - в 1,5 - 2 раза).Перегрузка этих генераторов не допустима. Синхронный генератор. Данный тип генератора способен кратковременно, не более 1 сек., выдавать ток в 3-4 раза выше номинального и вырабатывает более "чистый" ток. Поэтому его рекомендуется использовать для питания индуктивных потребителей с т.н. "пусковыми токами" (электродвигателей, насосов, компрессоров, дисковых пил, прочего электроинструмента), а также для подключения сварочного аппарата. Кстати, на стабильность напряжения оказывает влияние и класс двигателя, а именно его способность поддерживать постоянные обороты (как правило, 3000 об/мин) при изменениях нагрузки, наличие специальных систем стабилизации , в частности AVR (автоматический регулятор напряжения). Наконец, в качестве конструктивного исполнения более предпочтительны электрогенераторы, не оборудованные щетками, так как они не требуют обслуживания и не создают помех.   Выходная мощность. Это один из самых главных параметров. Именно на него, прежде всего, обращает внимание потребитель. Здесь есть два "подводных камня": многие производители в каталогах приводят так называемую максимальную выходную мощность. Имейте в виду: этот параметр предусматривает кратковременную работу агрегата (в зависимости от фирмы интервал колеблется от нескольких секунд до нескольких минут). Реальная номинальная мощность обычно на несколько (иногда на десятки) процентов ниже; электростанция, как и любой другой прибор, обладает собственным cos?. Одни производители при указании выходной мощности его учитывают, а другие - нет. Во втором случае пользователю придется самому подсчитать реальную номинальную мощность, умножая приведенную в каталоге на cos
·.



Технические характеристики силовых генераторов отечественного производства, встраиваемых в дизельные электроагрегаты мощностью 30 кВт.
 
№ п/п
 
Силовой генератор Наименование показателя, размерность                 
                         Величины показателей силовых генераторов



                                       Типы силовых генераторов



                        ГС-30
ГС-30-50                          

Г40         
 
Г-30У2            
ДГФ-82-4Б
ДГФ-82-4К     
БГ-30
ОС-72

1
Тип генератора
бесконтактный с возбуждением
контактный со статической системой возбуждения
вращающийся выпрямитель, бесщеточный генератор с самовозбуждением
контактный со статической системой возбуждения

2
Состав
генератор, возбудитель, блок возбуждения
генератор и комплект блока аппаратуры
генератор с  возбудителем, блок управления
генератор, блок регулировки напряжения,блок коррекции напряжения, блок параллельной работы

3
Мощность, кВт
30
40
30

4
Обозначение
ГС-30
ГС-30-50
Г-40
Г-30-У2
ДГФ-82-4Б
ДГФ-82-4К
БГ-30
ОС-72

5
Род тока
переменный трехфазный

6
Схема соединения обмоток
звезда с выведенной нулевой точкой

7
Частота, Гц
50

8
Напряжение,В
400

9
Ток, А
54
72
54
54,1

10
Коэфициент мощности
0,8

 11
Частота вращения, об/мин 
        1500

 12
 Коэффициент полезного действия
    88
 88,5
88 
 88,5
89 

 13
Масса, кг 
    288
  400
 250
365 

 14  
 Габаритные размеры,мм  длина ширина высота  
    
470

450  

375 

450 



    521
  520
 425
540 



    634
  684
 575
695 

 15   
Геометрические размеры - присоединительный  фланец(диаметр замка посадочного), мм - размер конца вала присоединительного, мм - диаметр, мм - шпонка,мм    
    
470
  
450
 
375

540 



    105
   80
 85



        55



        16Р9

 16
Конструктивное исполнение по способу монтажа, ГОСТ 2479-79
    1М2001
  1М2001-1
  1М2001
  1М2001

 17 
 Степень защиты по ГОСТ 17494-87: - генератора - блока управления  
 
1Р21
 
1Р20
 
1Р22
 
1Р23



        1Р00

 18
 Способ охлаждения по ГОСТ 20459-87
    1С2
  1СА01
 1С01
 1СА01

 19
Диапазон регулирования напряжения,% 
        (+5.......-10)

 20
 Отклонение напряжения установившееся, 5%, не более
    + 0,5
  +  1,0
 + 0,5
 + 0,5

 21
 Точность поддержания напряжения 100% при номинальном изменении нагрузки, %
    +1,0
    +2,0

 22
 Переходное отклонение напряжения при сбросе-набросе 100% нагрузки, %
        +20,0

 23
 Время восстановления,с
    0,36
  1
 2,0
 2,0

 24
 Коэфициент небаланса линейных напряжений при симметричной нагрузке,%
    1,0
  1,5
 2,0
 1,0

 25
 Коэфициент небаланса линейных напряжений при не симметрии тока нагрузки в 25%
    8,0
  10,0
 10,0
 10,0

 26  
 Кратность токов при установившихся коротких замыканиях, не менее: - трехфазном - двухфазном - однофазном   
 
 
2,75
 
 
3,5
 
3,0
 
3,5



    3,5
4,25  
3,75 
4,25 



        1

 27
Запуск асинхронного двигателя мощностью, кВт 
    21
  20
  21

 28
Коэффициент искажения синусоидальности линейного напряжения, не более ,% 
    3,5
 10,0
   5,0

 29
Уровень вибрации: класс по ГОСТ 16921-82 
    2,8
  0,06
 4,5
4,5 

 30
Уровень шума: класс по ГОСТ16372-84 
    II
    I

 31
Уровень радиопомех по ГОСТ В.25803-83 для группы 
        3.1.6

 32
 Вид климатического исполнения по ГОСТ 15160-61
    У2  и  Т2
  У2
У2  и  Т2 
 У    Т

 33        
 Условия эксплуатации: - температура окр.воздуха, С - минимальная - максимальная - относит.влажность воздуха (без выпадения росы),% при температуре, С - механические воздействия по ГОСТ17516-72 для группы - запыленность воздуха,г/м3 - крен до,град - дифферент до, град -высота над уровнем моря,м         
     У2  и  Т2
   У2
  У2  и  Т2 
  У    Т



    -50..-20
  -50
-50..-20 
 -50



    +50..+55
  +55
+50..+55 
+50..+55 



    У2  и  Т2
  У2
 У2  и  Т2 
 У    Т



    98
98  
98 
 100



    25  и  35
25  
25  и  35 
 25  25



      М18
 М30
М30 



       0,5
 00,5



       28,5
 30,0



15



4300
3000
3000
4000

 34    
Показатели надежности: - назначенный ресурс до первого капитального ремонта, ч  - наработка на отказ,ч, при доверительной вероятности - среднее время восстановления,ч - средний срок службы до списания, лет - средний срок сохраняемости, лет     
         40



      8000 
 10000
 11000



      4
 2
 1



        не менее 15



        не менее 10

 35 
 Гарантия изготовителя: - гарантийный срок эксплуатации, лет - при гарантийной наработке,ч  
 
 10



        10000

 36
Удельная масса, кг/кВт 
    9,6
13,3  
 8,3
12,0

 37
Параллельная работа между собой и сетью 
        допускается




Автоматика электростанций.
   Блок автоматики дизель - генераторной установки (ДГУ) предназначен для автоматического резервирования электроснабжения потребителей путем переключения между основной питающей сетью (ОПС) и резервной питающей сетью (РПС). При нарушениях в параметрах ОПС (например, "обрыв фазы" или "перекос фазы"), блок автоматики выдает команду на запуск ДГУ , после выхода ДГУ на номинальный режим работы подключается нагрузка потребителя.     Блок автоматики продолжает контролировать параметры ОПС и РПС. Если через некоторое время контролируемые значения основной питающей сети восстановятся, блок автоматики в течение некоторого интервала времени (программируется) контролирует параметры ОПС и, если они в норме, отключает потребителя от РПС и переводит на питание от ОПС. ДГУ продолжает работать в режиме охлаждения, а после охлаждения выдается команда на остановку дизеля. При отклонении контролируемых параметров в работе самой ДГУ происходит остановка дизеля и загорается соответствующая индикация аварии. Блок автоматики позволяет следить за падением уровня или давления масла, повышением температуры охлаждающей жидкости, изменение числа оборотов двигателя. Состав блока автоматики ДГУ: - программируемый контроллер; - два контактора автоматического включения резерва (АВР) с электрической и механической блокировкой от одновременного срабатывания; - зарядное устройство аккумулятора; - автоматы защиты; - подогреватель охлаждающей жидкости (масла). В блоке автоматике дополнительно могут размещаться счётчик моточасов, различные таймеры, система для управления удалёнными ДГУ. Блоки автоматики и контроля имеют возможность подключения как к однофазной, так и к трёхфазной основной питающей сети. Для пользователей обычно предоставляется следующие возможности: - программирование и контроль значений верхней и нижней границы напряжения ОПС; - программирование и контроль значений верхней и нижней границы напряжения и частоты, выдаваемого генератором. - контроль состояния аварийных датчиков давления масла и температуры охлаждающей жидкости во время работы ДГУ; - контроль состояния аккумулятора; - программирование и контроль значения верхней границы постоянного напряжения, выдаваемого генератором зарядки; - индикация обрыва ремня зарядного генератора; - подключения трёх дополнительных дискретных аварийных входов, а также кнопки аварийной остановки; - контроль, отображение и программирование значений токовых нагрузок генератора; - автоматической синхронизации и параллельной работы с сетью; - сброс нагрузки в аварийных ситуациях. Блок автоматики может подключаться к любой дизельной или любой бензиновой генераторной установке. Единственное требование к установке - наличие электрического или пневматического стартера.
Степени автоматизации. ГОСТ 14228-80 1.На двигателях отвечающих 1-ой степени автоматизации, должен выполняться следующий минимум операций: -автоматическое регулирование частоты вращения; -автоматическое регулирование температуры в системах охлаждения и (или) смазки; -автоматическое регулирование напряжения (для ДГУ); -местное и (или) дистанционное управление пуском, остановом, предпусковым и послеостановочными операциями, а также частотой вращения (нагружением) и реверсированием; -автоматический подзаряд аккумуляторных батарей, обеспечивающих пуск и (или) питание средств автоматизации (при электростартерном пуске); -автоматическая аварийно-предупредительная сигнализация и защита.; -индикация значений контролируемых параметров на местном (дизельном) щитке и (или) на дистанционном пульте; 2. На двигателях отвечающих 2-й степени автоматизации, помимо операций, указанных в п.1, должно обеспечиваться выполнение следующих операций: -дистанционное автоматизированное и (или) автоматическое управление пуском, -остановом , предпусковым и послеостановочными операциями; -дистанционное автоматизированное и (или) автоматическое управление частотой вращения (нагружением) и реверсированием при его наличии; -автоматический приём нагрузки при автономной работе или выдача сигнала о готовности к приёму нагрузки (для ДГУ); -автоматизация совместной работы двигателей, в то числе автоматический приём нагрузки в ходе синхронизации при параллельной работе дизель-генераторов между собой или с внешней сетью; -автоматическое поддержание двигателя в готовности к быстрому приёму нагрузки; -автоматическое регулирование вязкости тяжелого топлива и автоматизированное управление переходом с одного вида топлива на другой; -автоматизированный экстренный пуск и (или) останов; -исполнительная сигнализация. 3. На двигателях, отвечающих 3-й степени автоматизации, помимо операций, указанных в п.2 , должно обеспечиваться выполнение следующих операций: -автоматическое пополнение расходных емкостей: топлива ,масла, охлаждающей жидкости и сжатого воздуха; -автоматизированное и (или) автоматическое управление вспомогательными агрегатами и (или) отдельными операциями обслуживания двигателя.
4. На двигателях , отвечающих 4-й степени автоматизации, помимо операций, указанных в пп. 2 или 3 , должно обеспечиваться выполнение одной или нескольких дополнительных операций: -централизованное управление двигателем с помощью управляющих машин; -централизованный автоматический контроль; -автоматизированное и (или) автоматическое техническое диагностирование состояние двигателя в целом или его отдельных частей.

Особенности конструкции некоторых зарубежных и отечественных дизелей
     Особенности работы дизелей на различных топливах определили и те конструктивные изменения, которые позволяют серийный дизель сделать многотопливным. Чтобы дизель мог нормально работать как на дизельном топливе, так и на легких топливах, необходимо выполнить ряд требований. Прежде всего необходимо обеспечить надежное и устойчивое сгорание топлива независимо от его сорта на всех скоростных и нагрузочных режимах двигателя. Это достигается подогревом воздуха на всасывании, применением турбонаддува, обеспечением соответствия угла опережения впрыска сорту топлива и режиму работы двигателя, поддержанием нормального теплового режима двигателя. Снижение мощности, вызываемое применением топлива с меньшим удельным весом и изменением его фракционного состава, должно быть компенсировано изменением хода рейки насоса высокого давления при максимальной подаче, созданием надежной, исключающей парообразование топлива системы питания путем повышения давления топлива в топливопроводах низкого давления, обеспечения циркуляции топлива в системе для удаления образовавшихся паров топлива, установки надежной топливной аппаратуры, в которой имеется подвод смазки к плунжерным парам, дренаж топлива от плунжерных пар в бак, подвод смазки в картер топливного насоса. Наконец, необходимо обеспечить надежный запуск двигателя путем увеличения цикловой подачи топлива в момент запуска, подогрева всасываемого воздуха от постороннего источника тепла, повышения пусковых оборотов двигателя и повышения степени сжатия. Ниже рассматриваются некоторые, наиболее интересные конструктивные решения, обеспечивающие дизелям многотопливные качества Зарубежные многотопливные двигатели Двигатели с непосредственным впрыском      Во многих странах (США, ФРГ, Франции и др.) наиболее рас пространенными стали многотопливные двигатели фирмы МАН работающие по М-процессу. Одной из ранних моделей дизелей, работающих по М-процес является двигатель МАН Д1246М2Т1, который был использован в качестве прототипа для создания ряда многотопливных двигателей фирмы МАN. Двигатель представляет собой быстроходный шестицилиндровый четырехтактный дизель непосредственного впрыска жидкостного охлаждения с турбонагнетателем. Поршни этого двигателя отлиты из алюминиевого сплава. В днищах поршней располагается камера сгорания, обеспечивающая пленочное смесеобразование (М-процесс). В горловине камеры сгорания имеется прорезь, через которую топливо впрыскивается форсункой на стенку камеры сгорания под острым углом. Впускные клапаны имеют ширмы высотой 8,8 мм с углом 107°, обеспечивающие интенсивное вращение воздуха вокруг осей цилиндров в направлении впрыска топлива. Угловое положение клапанов фиксируется. Вращательное движение воздуха сохраняется во время такта сжатия и несколько усиливается вблизи ВМТ вследствие вытеснения воздуха из зазоров над поршнем. Весь воздух вытесняется в камеру сгорания, имеющую диаметр горловины значительно меньший диаметра цилиндра. Наиболее высокая температура воздуха наблюдается в средней части камеры сгорания по ее оси. Днище поршня охлаждается маслом, поступающим из масляной магистрали через форсунки с диаметром отверстия 1,5 мм. Масляное охлаждение поршня способствует равномерному постепенному испарению топлива с поверхности пленки и предотвращает термический распад и преждевременное полное окисление топлива. Подача масла к поршню несколько ускоряет прогрев всего масла, находящегося в картере двигателя, при запуске холодного двигателя. Топливный насос высокого давления (ТНВД) снабжен муфтой опережения впрыска. Она служит для первоначальной установки угла опережения впрыска путем изменения углового положения вала насоса относительно привода. С увеличением числа оборотов коленчатого вала муфта автоматически увеличивает угол опережения впрыска по углу поворота коленчатого вала. Форсунки конструкции Бош закрытого тип выполнены с конической уплотняющей поверхностью. Направляющая игла распылителя форсунки расположена в зоне, удаленной от камеры сгорания, что предотвращает смолообразование на сопловой части форсунки. Такая конструктивная особенность этих форсунок оказалась весьма важной при разработке многотопливных модификаций двигателей МАН с пленочным смесеобразованием. Кроме того, расположение направляющей иглы распылителя в зоне менее высоких температур дает возможность уменьшить размеры сопловой части. Система подачи воздуха состоит из турбонагнетателя, впускного трубопровода, двух воздухоочистителей и устройства для подогрева воздуха. Воздух засасывается через металлическую гофрированную трубу сбоку радиатора. При этом используется скоростной напор встречного потока воздуха при движении автомобиля. Турбонагнетатель импульсного типа. В трубопровод, соединяющий нагнетатель с впускным коллектором, встроен трубчатый охладитель воздуха (теплообменник). Охлаждающая жидкость поступает к охладителю от водяного насоса. Для облегчения запуска двигателя при низких температурах служит устройство для подогрева воздуха. С помощью сжатого воздуха, поступающего из воздушного ресивера тормозов, топливо подается из форсунки, распыляется и воспламеняется от свечи накаливания. Подогреватель включается общим включателем для сжатого воздуха и электрического тока. В случае отсутствия воздуха в системе пневматических тормозов необходимое давление обеспечивается при первых оборотах двигателя посредственно из нагнетательного трубопровода компрессора. Подогреватель работает на дизельном топливе. Он нагревает воздухоочиститель и впускные каналы. После достаточного прогрева впускной системы двигатель запускается от электростартера.      Многотопливный двигатель МАН D1246МV3А представляет собой четырехтактный дизель с непосредственным впрыском. Его прототипом является дизель МАН D1246МVТ1, в отличие от которого двигатель МАН D1246МV3А не имеет турбонаддува, а для обеспечения многотопливности, улучшения пусковых качеств при низких температурах и устойчивой работы на малых нагрузках внесен ряд изменений в его конструкцию. На топливном насосе высокого давления (ТНВД) предусмотрено два положения упора на рычаге управления подачей топлива: одно положение для работы на топливах, близких к дизельному топливу, второе для работы на бензине и других топливах, по фракционному составу близких к бензину. Прокачивать систему питания необходимо в том случае, если двигатель запускают в горячем состоянии при работе на бензине или других топливах, близких к бензину по фракционному составу, в южных районах. Кроме того, двигатель имеет эффективную систему перепуска топлива в бак из фильтра тонкой очистки, топливного насоса высокого давления и форсунок. Для облегчения запуска на двигателе установлен электрофакельный подогреватель. Многотопливная модификация двигателя МАН имеет более высокую степень сжатия по сравнению с прототипом этого двигателя (23 вместо 17). Степень сжатия увеличена за счет уменьшения объема камеры сгорания.В двигателе имеется устройство, позволяющее осуществить изменение направления воздуха, поступающего в цилиндры, уменьшение интенсивности его вихревого движения, а следовательно, тепловых потерь в период запуска.      Многотопливный двигатель МАН D0026МV1А разработан для многоосного автомобиля предназначенного для эксплуатации в условиях жаркого климата. Охлаждение поршней маслом, как и на двигателе МАН D1246M2T1 осуществляется форсунками, смонтированными на главной масляной магистрали. К каждой плунжерной паре топливного насоса высокого давления, а также к плунжерной паре топливоподкачивающего насоса подводится масло из системы смазки двигателя через внешний гибкий маслопровод и фильтр дополнительной тонкой очистки масла. В подводящем маслопроводе вмонтирован обратный клапан, исключающий попадание топлива в масляную магистраль. Уменьшению парообразования в топливной системе способствует повышенное охлаждение всасывающей полости насоса высокого давления топливом благодаря увеличению производительности подкачивающего насоса. Избыточное топливо перепускается в топливный бак через редукционный клапан. На рычаге регулятора насоса установлен двухпозиционньтй ограничитель хода рейки. Форсунки закрытого типа имеют распылители с одним отверстием диаметром 0,53 мм. Давление впрыска в данном многотопливном двигателе повышено до 210 кгс/см2. Использование двухдырчатых, а также однодырчатых форсунок (на некоторых моделях двигателей) с большим диаметром сопловых отверстий в сочетании с расположением направляющих игл распылителей в зоне, удаленной от камеры сгорания, является важным преимуществом многотопливньнх двигателей с пленочным смесеобразованием Это уменьшает возможность закоксования сопла, т. е. повышает эксплуатационную надежность двигателя.    В последнее время фирмой Интернационал начат выпуск новых многотопливных двигателей моделей DV-462 и DV-550 для грузовых автомобилей. Эти двигатели максимально унифицированы с ранее изготовлявшимися карбюраторными V-образнымй двигателями. Благодаря этому блоки цилиндров дизелей имеют такие же габаритные размеры, как и блоки карбюраторных двигателей, и большинство деталей их унифицировано. Конструкция многотопливных двигателей DV-462 и DV-550 имеет много интересных особенностей. Двигатели весьма компактные и легкие: удельный вес их равен соответственно 3,1 и 2,8 кг/л.с. Компактность и малый вес получены за счет применения почти квадратной размерности (отношение хода поршня к диаметру цилиндра) и широкого использования алюминиевого литья. Удельные расходы топлива составляют для модели DV-462 165 г/л. с. ч при 1600 об/мин и 181 г/л. с. ч при 3200 об/мин. Основная идея при выпуске этих многотопливных двигателей заключается в создании двигателей с высокой экономичностью и долговечностью, габариты которых не выходили бы за пределы больших V-образных карбюраторных двигателей и обеспечивали бы их взаимозаменяемость.       В американских многотопливных двигателях Континенталь LDS-427, АWDS-1790 и др. используется также М-процесс. Продолжая развитие многотопливных двигателей с М-процессом, фирма Континенталь применила автоматический компенсатор изменения максимальной мощности двигателя в зависимости от плотности (вязкости) топлива. Это позволяет обеспечить номинальную мощность двигателя при работе на любых топливах. На двигателях фирмы Континенталь применяются впускные трубопроводы с подогревом охлаждающей водой и пламенный догреватель впускного трубопровода упрощенной конструкции для облегчения запуска двигателя при низких температурах окружающего воздуха. На многотопливных двигателях фирмы Континенталь АWDS - 1100 примен поршень с регулируемой степенью сжатия, который позволяет форсировать двигатель с 550 л. с. до 825 л. с. при тех же оборотах коленчатого вала, увеличивая литровую мощность с 30 л. с./л до 45 л. с./л. Степень сжатия в зависимости от нагрузки автоматически изменяется от 12 до 22 ед. Многотопливные двигатели фирмы Заурер DG-Р конструктивно интересны тем, что в них применен двухфазный впрыск. В многотопливном двигателе этой фирмы без наддува для увеличения температуры конца сжатия степень сжатия повышена до 25 ед. В двигателе с наддувом степень сжатия уменьшена до 18,5 ед. Для предупреждения выгорания металла при использовании легких топлив камера сгорания подвергается специальной обработке. Благодаря уменьшению фазы впуска несколько повысились коэффициент наполнения и давление конца сжатия на пусковом числе оборотов. На двигателе увеличен угол опережения впрыска топлива для обеспечения работы двигателя на легких топливах. Для уменьшения парообразования бензинов в топливную систему введен дополнительный топливоподкачивающий насос с электроприводом, прокачивающий топливо в системе питания под давлением 0,3 кгс/см2 , а после запуска двигателяпод давлением 2,5 кгс/см2. В плунжерной паре предусмотрены дренаж топлива и масляный затвор. Упор максимального выдвига рейки топливного насоса регулируется из кабины водителя в зависимости от сорта применяемого топлива. При работе на высоковязком топливе более тяжелом, чем дизельное топливо, предусмотрен перепуск его, минуя фильтр тонкой очистки топлива. Предкамерные двигатели    Многотопливные двигатели фирмы Даймлер-Бенц ОМ-321, ОМ - З15 ОМ-326 созданы на базе стандартного предкамерного дизеля этой фирмы .Предкамерный дизель по сравнению с двигателями с непосредственным впрыском более приспособлен к использованию расширенного ассортимента топлив. Высокое тепловое состояние предкамеры в конце сжатия обеспечивает достаточно интенсивное протекание предварительных химических реакций и 6ыстрое воспламенение топлив даже с пониженной самовоспламеняемосты. У многотопливных двигателей Даймлер-Бенц степень сжатия повышена по сравнению с базовыми дизелями на 26 ед. Для предкамеры и ее вставки применен более жаростойкий материал. Кроме того, материалы повышенного качества использованы для изготовления клапанов н направляющих втулок клапанов, обеспечивающие герметичность клапанов при весьма продолжительной эксплуатации даже на этилированных бензинах. Улучшено уплотнение головки цилиндра с учетом повышенных температур сгорания, имеющих место при применении легких топлив, путем введения так называемого огнезащитного кольца, предохраняющего окантовку прокладки головки цилиндров. Усовершенствованы так же свечи накаливания, применяемые для облегчения запуска двигателя в условиях низких температур. Топливная система и аппаратура у этого двигателя также имеют конструктивные изменения, аналогичные описанным выше для двигателей фирмы МАN.      Многотопливный двигатель FIAT 203Р создан в результате коренного изменения конструкции камеры сгорания стандартного дизеля фирмы Фиат. За исключением головки блока цилиндров, все остальные детали многотопливных и стандартных дизелей унифицированы. Камера сгорания многотопливного двигателя Фиат 203Р является по своему типу разделенной камерой сгорания с широкой горловиной, сближающей ее с двигателем, имеющим непосредственный впрыск. Характерным является то, что многотопливный двигатель фирмы Фиат рассчитан на применение легких топлив только при условии присадки к ним до 510% стандартного дизельного топлива или 35% смазочного масла. Фирма утверждает, что добавка масла улучшает условия смазки топливной аппаратуры и нет нужды в ее модернизации. Кроме того, добавка масла благоприятно сказывается на ускорении окисления топлив, имеющих высокую температуру самовоспламенения. Вихрекамерные двигатели      По приспособленности к работе на различных топливах вихрекамерные дизели занимают промежуточное положение между дизелями с непосредственным впрыском и предкамерными. Американская фирма Геркулес вместо традиционных предкамерных стала выпускать несколько типов вихрекамерных двигателей, предназначенных для работы на различных топливах. В этих двигателях применяются вставки из жаростойкой стали в предкамере, расположенной в головке блока. Температура вставки изменяется в зависимости от скорости и направления движения воздуха. Часть топлива, впрыскиваемая вдоль горячей поверхности вставки, испаряется, обеспечивая управляемое сгорание с минимальной жесткостью и хорошим воспламенением топлива, имеющего низкое октановое число. Форма камеры сгорания двигателя способствует эффективному завихрению воздуха, устраняя необходимость заширмления впускных клапанов или изменения воздухоподводящих каналов. Особенностью двигателя является, весьма низкий удельный расход топлива (165 Г/л. с. ч), почти одинаковый с расходом топлива дизеля с непосредственным впрыском. Степень сжатия многотопливной модификации двигателя равна 18, обычного серийного дизеля 17. В систему питания многотопливного двигателя внесены изменения, способствующие нормальной работе на легких топливах: дренаж топлива в плунжерной паре, циркуляция его в системе и подвод смазки к кулачкам распределительного валика насоса высокого давления.      У многотопливного двигателя фирмы Дейтц F6L714 вихревая каiера выполнена из специального чугуна и заделана в головку цилиндров из алюминиевого сплава, что в сочетании с автоматической системой регулирования температуры охлаждающего воздуха обеспечивает возможность более точно регулировать температурное состояние внутренней поверхности стенок камеры сгорания. Степень сжатия у двигателя повышена до 21,5 ед. Прокладка головки цилиндра отсутствует. Температура воздуха регулируется изменением числа оборотов воздуходувки, что влечет за собой соответствующее изменение расхода воздуха. С этой целью привод воздуходувки охлаждающего воздуха снабжен регулируемой гидромуфтой. Количество масла гидромуфте изменяется с помощью термостата, расположенного в потоке охлаждающего воздуха на выходе из двигателя. Действие системы регулирования подачи охлаждающего воздуха дополняется также автоматическим регулированием температуры всасываемого воздуха, которое существенно влияет на температуру конца сжатия. В качестве источника тепла для подогрева всасываемого воздуха используются отработавшие газы. Подогрев осуществляется в выпускном коллекторе, выполненном в виде теплообменника. Подогрев применяется только на частичных нагрузках или при непрогретом двигателе и автоматически выключается после достижения рабочей температуры двигателя. Двигатели с противоположно движущимися поршнями      Оппозитное расположение цилиндров создает предпосылки для удовлетворительной работы двигателя на различных топливах: оно обеспечивает повышенную среднюю температуру цикла благодаря пониженной теплоотдаче в систему охлаждения. Небольшие конструктивные изменения превращают эти двигатели в многотопливные. Наиболее интересными двигателями такого типа, успешно работающими на топливах широкого диапазона, являются двухтактный двигатель Рутс ТS-3 и семейство двухтактных двигателей фирмы Роллс-ройс. Отечественные многотопливные двигатели      На базе отечественных серийных дизелей ЯМЗ-238, А-401, А-712 и А-650 созданы их многотопливные модификации.      Многотопливные двигатели ЯМЗ-2З8М отличаются от базовой модели конструктивными усовершенствованиями отдельных элементов системы питания топливом. В топливном насосе высокого давления двигателя ЯМЗ-238М в отличие от серийного насоса во втулке плунжерной пары выполнена дренажная канавка с отверстием, под нижний бурт втулки плунжерной пары устанавливается уплотнитель, в корпусе насоса дополнительно выполнена система дренажных отверстий для отвода просочившегося по плунжерной паре легкого топлива, на кулачковом валу установлена специальная кулачковая шайба для привода подкачивающего насоса. Система питания многотопливного двигателя отличается от системы питания серийного диаеля наличием топливоподкачивающего насоса с электроприводом и дренажной трубки.      Многотопливные двигатели А-401М, А-712М и А-650М по своей конструкции и принципам обеспечения многотопливности мало чем отличаются один от другого. У двигателей А-650М в отличие от двигателей А-401М и А-712М имеется система подогрева воздуха. Системы питания многотопливных двигателей отличаются от системы питания серийных дизелей увеличенным давлением в топливопроводах низкого давления. На некоторых моделях двигателей масло дается не от головки блока, а от штуцера подвода масла к правой головке. Это изменение введено с целью исключить возможность образования масляных пробок в изгибах трубки в холодное время года.      Во всех системах питания топливом отечественных многотопливных двигателей входит агрегат БЦН-1. Он представляет собой топливоподкачивающий насос центробежного типа с электроприводом, предназначенный для повышения давления (создание подпора) топлива на входе в топливоподкачивающий БНК-12ТК. Температуру воздуха, поступающего в цилиндры, можно повысить установкой металлического кожуха на выпускном трубопроводе. Потерю мощности в связи с работой на бензине следует компенсировать установкой насос-форсунок повышенной производительности. Присадки к легким топливам добавляются для повышения их октанового числа. Так, добавление к бензину 25% обычного моторного масла обеспечивает более мягкую работу дизеля и повышает его мощность на 4-6%. Некоторое улучшение рабочего процесса дизеля при этом объясняется тем, что мелко распыленные капельки масла, имеющие более низкую температуру самовоспламенения, воспламеняются значительно раньше основной массы топлива и в последующем служат очагами, обеспечивающими равномерное сгорание всей рабочий смеси. При добавлении к бензину моторного масла дизель работает мягче, индикаторная диаграмма получается полнее, чем при работе на чистом бензине. Еще более благоприятно протекает сгорание при добавлении в бензин присадки изопропилнитрата. Добавление к бензину 1,5% пропилнитрата понижает максимальное давление сгорания в дизеле ЯАЗ-204 до 5456 кгс/см2 и жесткость его работы.




1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ    Электрическим контактом называется такое соединение двух проводников, при котором обеспечивается надежное прохождение электрического тока. Электрический контакт должен передавать энергию электрического тока от одного аппарата или прибора к другому без заметных потерь. Для получения, надежного электрического контакта к контактирующим поверхностям необходимо прикладывать некоторое сжимающее усилие, позволяющее довести размеры проводящей ток поверхности до нужной величины. Электрические контакты при коммутации электрических цепей работают в самых различных условиях, пропуская токи от долей микроампера до тысяч и десятков тысяч ампер. Естественно поэтому, что конструкция, форма, размеры контактных поверхностей, материалы, применяемые для их изготовления, могут быть самыми разнообразными.    Электрические контакты принято разделять на три вида: неподвижные, скользящие и разрывные. Классификация электрических контактов проведена в зависимости от условий их работы в цепях электрического тока, т. е. от характера коммутации тока. Неподвижные контакты либо вовсе не коммутируют ток, создавая постоянное соединение, либо коммутируют его редко. К неподвижным контактам относят неразъемные (сварные, паяные) и разъемные (зажимные, штепсельные) контакты. Характерной особенностью неподвижных сварных и паяных контактов является отсутствие заметного износа и длительный срок службы. Незначителен износ и зажимных контактов, чего нельзя сказать о штепсельных контактах, имеющих ограниченный срок службы. Примером сварных контактов может служить соединение проводов воздушных линий и жил кабелей. Паяные контакты широко используются при монтаже многих видов электрорадиоэлементов в электрических аппаратах и приборах. Зажимные контакты применяются в аппаратуре токораспределения низкого и высокого напряжения (шины токораспределительных щитов, пультов управления и т. п.). Штепсельные разъемы также получили большое распространение. Они соединяют электрические цепи отдельных узлов блоков, приборов, аппаратов в наземной стационарной и подвижной аппаратуре, а также в бортовой аппаратуре самолетов. Скользящие контакты обеспечивают непрерывную коммутацию тока между подвижной и неподвижной частями электрических машин, аппаратов и приборов. К скользящим контактам относятся, например, коллектор, кольца и щетки в электрических машинах, обмотки и ползунки в реостатах и потенциометрах. Скользящим контактам электрических машин свойственны непрерывное трение и быстрый износ контактирующих поверхностей. Разрывные контакты периодически коммутируют цепи электрического тока производят их замыкание, размыкание, переключение. для разрывных контактов характерна работа в сложных условиях замыкания и разрыва электрической цепи. При этом, как правило, возникает дуговой или искровой процесс, что ведет к постепенному разрушению материала контактных поверхностей. Разрывные контакты могут разрушаться в результате: - коррозии, возникающей при химической реакция во время появления искры или дуги; - эрозии, т. е. переноса металла с контакта на контакт при прохождении электрического тока; - износа, вызываемого своеобразием характера работы разрывных контактов, ударами и трением одного контакта о другой. Работа большого числа электрических приборов (реле, контакторов, выключателей) основана на использовании разрывных контактов. 2. НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ   Надежность работы электро- и радиотехнических устройств и, в частности, электрических контактов это свойство сохранять непрерывную работоспособность со стабильностью не ниже разрешенной техническими условиями. Иначе, надежность это безотказность в работе. Надежность электрического контакта определяется как вероятность Р выполнения им основной задачи, например замыкания какой-то цепи в течение заданного времени. Надежность контактов при их работе не гарантируется полностью; возможны отказы, вызываемые химическими (образование непроводящих пленок), тепловыми, электрическими (перегрев и разрушение) и механическими (разрушение) причинами. Возможные отказы в работе электрических контактов трудно прогнозировать. Как правило, они относятся к случайным явлениям. К внезапному отказу в работе могут привести количественные и качественные изменения как внутри контактной пары, так и вне ее (коррозия, эрозия, чрезмерное увеличение тока или температуры, удары, толчки, вибрация). Кроме внезапных отказов наблюдаются явления постепенного нарастания дефекта, приводящие к прекращению работы контакта. Суммарная надежность Р контакта может быть определена как произведение надежности при действии внезапных отказов Рво на надежность при действии постепенных отказов Рпо, а именно: Р = Рво х Рпо. При определении качества электрического контакта также важен и параметр, называемый долговечностью и и определяющий время, в течение которого электрический контакт выполняет возложенные на него функции, заметно не ухудшая параметров, заданных техническими условиями. Нарушение работоспособности электрических контактов может быть вызвано: отсутствием графика профилактических работ или невыполнением по утвержденному графику работ по осмотру, чистке и регулировке контактов, а также плохим или неквалифицированным выполнением этих работ; недопустимым изменением режимов работы контактов в частности пропусканием через контакты токов короткого замыкания и токов, превышающих разрешенные техническими условиями; механическим износом, истиранием, переносом металла с контакта на контакт, осыпанием и испарением материала во время дуговых процессов. Большое влияние на интенсивность отказов оказываю климатические условия и механические воздействия. Для некоторых видов контактных систем найдены уравнения, позволяющие определять интенсивность отказов в зависимости от эксплуатационных параметров, величин коммутируемого тока и числа коммутационных операций. 2. УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ   Надежность работы электрических контактов в основном зависит от их конструкции, но часто электрические узлы, приборы и аппараты выходят из строя вследствие недостаточно правильной эксплуатации, нарушения установленного графика профилактики и ремонта. На надежность электрических контактов существенно влияют среда, в которой они находятся и работают, а также различные механические воздействия. Ремонт узлов, приборов, аппаратов и установленных в них электрических контактов бывает текущий и капитальный. Текущий ремонт включает в себя работы, не вызывающие необходимости разборки аппаратуры и приборов. Например, в электрических машинах замена износившихся щеток новыми, пришлифовка их, промывка, шлифовка и полировка коллектора проводятся при текущем ремонте. Капитальный ремонт обычно связан с длительной остановкой и разборкой аппаратуры. Так, проточка коллектора или колец требует разборки машины и относится к капитальному ремонту. Планово-предупредительный осмотр и ремонт контактов, а в необходимых случаях замена их повышают надежность работы узлов, приборов и аппаратуры. Надежность особенно возрастает в том случае, когда обслуживающий персонал знаком с основами теории работы контактов всех видов, умеет быстро находить и устранять дефекты, возникающие при их работе. Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу электрических контактов. Влажность воздуха в разных климатических поясах и в разное время года неодинакова. Повышенная влажность одна из основных причин, которая может нарушить нормальную работу контактов. Понижает надежность работы контактов и загрязнение воздуха в виде дымов и пыли. Если влага может вызвать коррозию, контактов, то дымы приводят к покрытию поверхности контактов не проводящими ток пленками, а твердые частицы пыли способны изолировать контакты относительно друг друга на короткое или продолжительное время. На скорость протекания коррозионных процессов и образование окисных пленок влияет температура окружающей среды (чем выше температура, тем активнее эти процессы). Отрицательно влияют на надежность работы электрических контактов пониженное атмосферное давление, ультрафиолетовые и другие излучения Солнца, морской туман, морская вода, а также грибковые и бактериальные воздействия. Наиболее сложны условия эксплуатации электрических контактов в тропических областях, где очень высоки температура и влажность воздуха. В такой среде процесс коррозии идет особенно быстро. Многие электрические контакты в процессе эксплуатации подвергаются непрерывным или периодически возникающим механическим воздействиям: ударам, линейным ускорениям, вибрациям. Создаваемые при этом ускорения достигают иногда десятков и сотен . Наиболее чувствительны к механическим воздействиям разрывные и скользящие контакты, что необходимо учитывать при их эксплуатации. МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ Процессы, протекающие при работе электрических контактов, отличаются большой сложностью. На них влияют физико-химические свойства примененных материалов, окружающая среда, механические и электрические нагрузки. Поэтому к материалам, предназначенным для изготовления контактов, предъявляют следующие требования: механический (истирание), химический (коррозия) и электрический износ (эрозия) должны быть минимальными. Кроме того, материалы должны обладать достаточной электро- и теплопроводностью и иметь минимальную способность к свариванию. Контактные материалы в большинстве своем лишь частично удовлетворяют перечисленным требованиям. Например, некоторые материалы, обладая хорошей электро- и теплопроводностью, не имеют достаточной твердости и быстро окисляются. При расчете и изготовлении электрических контактов выбирают материал, наиболее полно удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары. Для электрических контактов используются: твердая медь - для изготовления пластин коллекторов электрических машин, токоведущих деталей электрической аппаратуры, шин распределительных устройств, кабельных наконечников, токоведущих деталей электроустановочной арматуры, щеточных контактов, зажимных и присоединительных болтов и винтов; мягкая медь для изготовления проводов воздушных линий связи и линий сильного тока, жил кабелей и электрорадиомонтажа; латунь для изготовления токоведущих деталей электроаппаратуры (винтов, губок рубильников, предохранителей) и электроустановочной арматуры, крепежных деталей электрической аппаратуры и наконечников; бронза для изготовления коллекторных пластин и токоведущих деталей электроустановочной арматуры; алюминий для изготовления проводов воздушных линий связи и жил кабелей, шин электрической аппаратуры; сталь для изготовления проводов воздушных линий связи, гнезд, токоведущих частей специальной электротехнической аппаратуры; серебро, а также другие благородные и редкие металлыдля разрывных контактов аппаратов, контакторов постоянного и переменного тока, контактов электромагнитных реле управления; сплавы типа константан, нихром, фехраль, хромаль для регулируемых сопротивлений; электротехнический уголь и графит для изготовления щеток электрических машин, угольных реостатов. Это далеко не полный перечень проводниковых материалов, применяемых для изготовления различных электрических контактов (постоянных, скользящих и разрывных). 2.СТРОЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. Металлы и их сплавы имеют кристаллическое строение, т. е. их атомы образуют правильные геометрические объемные формы решетки. В пространственной кристаллической решетке атомы металла располагаются по определенному закону более или менее плотно в зависимости от физических свойств металла. Наиболее распространены в природе четыре типа кристаллических решеток: кубическая объемно-центрированная, кубическая гранецентрированная, гексагональная и простая тетрагональная. От типа решетки и расстояния между атомами зависит величина внутренних связей атомов. Прочность твердых кристаллических веществ зависит от вида связи соседних атомов. Наиболее распространены следующие четыре вида связи. Ковалентную, или гомеополярную, связь имеют многие кристаллические тела неорганического происхождения, для этой связи характерно объединение части электронов из соседних атомов. Это приводит к устойчивой законченной структуре внешнего слоя. Ковалентную связь имеют кристаллические решетки кремния, германия. Для изготовления электрических контактов используют черные и многие цветные металлы и их сплавы, а также углерод в виде графита, угля и углеродистых соединений. Из цветных металлов для контактов применяют: тяжелые металлы медь, олово, свинец, цинк, никель, кадмий; легкие алюминий; малые ртуть, висмут, кобальт; благородные золото, платина, серебро и редкие вольфрам, молибден, родий, палладий. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ 1. ОБЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Современная теория электрических контактов еще разрабатывается и не все физические явления, происходящие между контактами, до конца исследованы и объяснены. Тем не менее многие теоретические вопросы уже разрешены, а имеющийся опыт позволяет давать полезные рекомендации по эксплуатации и ремонту электрических контактов. Общая теория электрических контактов распространяется на все виды практически применяемых контактов неподвижных, скользящих и разрывных. Теория основывается на понятиях о контактной поверхности, области стягивания, сопротивлении стягивания, тепловых эффектах, пленках потускнения, контактном давлении и других положениях, характеризующих работу контактов любого назначения и вида. Работа большинства электрических контактов тесно связана с дуговым и искровым процессами, затрудняющими эксплуатацию контактов, поэтому в общей теории электрических контактов рассматриваются также явления дугообразования и методы борьбы с ними. 2. КОНТАКТНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ В технике под поверхностью понимают границу между реально существующими телами и окружающей их средой. Простейшая форма поверхности плоскость. Практически невозможно получить строго заданную форму поверхности, часто в этом и нет необходимости. Всякая реальная плоскость может быть представлена как часть некоторой криволинейной поверхности с очень большим радиусом кривизны. Следовательно, такая поверхность обладает определенной стрелой прогиба. Величина прогиба в основном зависит от метода изготовления поверхности и условий ее работы. Стрела прогиба характеризует величину отклонения реальной плоскости от идеальной; ее значение обычно колеблется в пределах от нескольких миллиметров до миллионных долей миллиметра. Поверхность реальных плоскостей обычно имеет волнистость с крупным шагом. С помощью оптического или электронного микроскопа можно увидеть и более сложные построения отдельных микрогеометрических элементов поверхности. В технике поверхности принято делить на ровные гладкие, ровные шероховатые и неровные. Лишь некоторые поверхности оптических приборов условно могут быть отнесены к гладким. Поверхности электрических контактов, как правило, являются шероховатыми. В зависимости от назначения все поверхности сводят в две группы А и Б. Поверхности группы А в процессе эксплуатации действуют активно, т. е. работают на износ, воспринимают нагрузки, испытывают трение. Это детали со сравнительно хорошей макро- и микрогеометрией. К ним относятся и поверхности электрических контактов. Поверхности группы Б в процессе эксплуатации пассивны, т. е. они не взаимодействуют с другими поверхностями, однако улучшают внешний вид изделий и защищают их от коррозии. Долговечность электрических контактов электро- и радиоустройств в значительной мере определяется качеством их поверхности. Качество поверхности зависит от чистоты (микрогеометрии) и физико-химических свойств металла в тонких верхних слоях (твердость, микроструктура, остаточные напряжения и т. п.). Форма неровностей поверхности значительно влияет на следующие эксплуатационные свойства электрических контактов: износоустойчивость трущихся поверхностей, усталостную прочность, сопротивляемость эрозии, коррозионную устойчивость. Так как абсолютно гладкие поверхности получить невозможно, то практически поверхности двух соединенных электрических контактов соприкасаются между собой лишь в некоторых точках. При сжатии контактных металлических поверхностей происходит раздавливание металла в местах выступов (шероховатостей) и превращение их в маленькие поверхности очаги проводимости, или пропускания тока. Зона полной проводимости находится в месте наибольшего давления между контактами; при этом частицы металла либо плотно входят друг в друга, либо прижаты друг к другу. Зона неполной проводимости состоит из поверхностей, покрытых очень тонкими пленками (толщиной в один или несколько атомов, молекул). Через такие пленки благодаря туннельному эффекту электроны могут переходить из одного металл в другой, точнее, от одной контактной поверхности к другой. Следует отметить, что туннельный эффект имеет место при работе многих типов электрических контактов. Зона непроводимости начинается там, где невозможен туннельный эффект, где пленки окисления (потускнения) имеют значительную толщину. Деформации контактных поверхностей могут быть как упругими, так и пластическими. При упругих деформациях, возникающих при сравнительно небольших силах сжатия, выступающие участки поверхностей входят в механическое соприкосновение. Пластические деформации возникают тогда, когда давление на контактирующие поверхности возрастает настолько, что достигается предел упругости, В результате появляется остаточная деформация, материал начинает течь. Величина деформации обратно пропорциональна твердости металла, Одни металлы хорошо сопротивляются оказываемому на них давлению, так как они достаточно тверды, другие плохо, так как они пластичны, легко деформируются, образуя большое количество очагов проводимости значительных размеров. Пластичные металлы предпочтительнее для использования в качестве электрических контактов. Очаги проводимости в них дают более надежный электрический контакт, так как возникают значительные по размерам зоны полной проводимости. 3. ОБРАЗОВАНИЕ ПЛЕНОК НА КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ На поверхностях электрических контактов, соприкасающихся с атмосферой, образуются пленки. Как правило, эти пленки имеют сложный химический состав. Одним из компонентов пленки является металл контакта, другим кислород, сера и прочие химические реагенты, оседающие на поверхности металла. Например, атомы кислорода сначала создают на поверхности металлов тонкую одноатомную пленку сцепления, которая со временем и при повышении температуры утолщается. Толщина образующихся пленок зависит от химической активности металлов, степени их очистки и полировки, состояния и химического состава среды, в которой находятся контакты. Так, в чистом воздухе окисная пленка алюминия имеет толщину 1015 нм, а цинка лишь 0,50,6 нм. Нижеприведенные цифры говорят о скорости проникновения в глубину металлов атмосферной коррозии. Она составляет: для свинца4 мкм/год, алюминия 8 мкм/год, меди и олова 12 мкм/год, цинка 50 мкм/год и железа 200 мкм/год. Физико-химические процессы, идущие при образовании различных пленок, отличаются друг от друга, поэтому пленки принято разделять на адгезионные, пленки потускнения, пассивирующие, водяные и пленки граничной смазки. Адгезионные пленки. Пленки этого вида имеют относительно малую толщину, не превышающую 2,5З нм. Благодаря действию туннельного эффекта они не являются изоляторами цепи электрического тока. Если толщина пленки превышает 2,5З нм, туннельный эффект прекращается, а электроны уже не могут преодолеть достаточно большой потенциальный барьер и пленка становится диэлектриком. Пленки потускнения. Эти пленки, как правило, относятся к диэлектрическим пленкам. Их появление на поверхности чистых металлов приводит к потере последними блеска, вследствие чего такие пленки и названы пленками потускнения. Очень часто создаются две разновидности пленок потускнения: окисные пленки (соединение металла с кислородом воздуха) и сульфидные пленки (соединение металла с серой). Сопротивление пленок потускнения зависит (помимо остальных факторов) от строения кристаллической решетки металла. Обычно пленки, образующиеся на поверхности металла, имеют неравномерную толщину. Молекулы кислорода, соприкасаясь с поверхностью металла, сначала связываются с металлом наиболее слабыми, остаточными связями силами Ван-дер-Ваальса. Как известно, эти силы значительно слабее сил металлических связей, образующих твердые кристаллические тела металлов за счет связи положительных ионов (ядер) с валентными электронами. Однако дальнейшее продолжение процесса окисления может изменить характер связей, так как атомы кислорода, проникая в кристаллическую решетку металла, способны создавать более или менее прочные решетки из окислов. Процесс образования окисной пленки идет по следующей схеме: кислород осаждается на поверхности металла, атомы металла диффундируют в пленку кислорода, происходит химическая реакция, заканчивающаяся появлением молекул окисла. Повышение температуры способствует ускорению процесса диффузии и образования окисных пленок. Этот процесс активизируется также в случае возникновения искро- и дугообразования, при длительном прохождении тока и длительном нахождении электрических контактов в среде, богатой кислородом или другими активными реагентами. На поверхностях некоторых металлов окисные пленки создаются чрезвычайно быстро (доли секунд или секунды), на других они формируются в течение минут. Предельная толщина пленки зависит от химической активности металла с кислородом. Многие металлы, часто используемые для изготовления контактов, покрываются пленками потускнения. Так, например, на поверхности никеля при невысоких температурах окисная пленка формируется очень медленно, но в среде с высокой температурой толщина ее может быстро увеличиваться. В конце концов постепенное утолщение пленки приводит к разрыву электрической цепи. Соединение концов проводов из алюминия и обеспечение при этом надежного электрического контакта задача довольно сложная, так как образование непроводящей электрический ток плотной окисной пленки толщиной до 1015 нм происходит с большой скоростью длится лишь десятки секунд. Латунь сравнительно легко окисляётся, поэтому использование ее для изготовления контактов нежелательно. Бронза при нормальной температуре заметно не окисляется. На поверхности вольфрама изолирующие пленки не образуются, если температура среды не достигает больших величин. Золото, даже при высокой температуре, заметному окислению не подвержено. На его поверхности может образовываться лишь тонкий слой адгезионной пленки. Платина не окисляется, но при соединении с некоторыми газами углеводородного характера может создавать на своей поверхности полуизоляционные пленки, приводящие к некоторому увеличению контактного сопротивления. Серебро окисляется весьма незначительно. Окисные пленки на серебре непрочны и легко снимаются как под действием повышенной температуры, так и механических усилий. Значительно более опасными и прочными являются пленки, образуемые серебром с серой и ее соединениями, особенно в присутствии влаги. Серебро при этом тускнеет, на его поверхности появляются темные пятна. Однако при определенных механических сдавливающих усилиях пленка потускнения на серебряных контактах может разрушаться, в результате чего появляются очаги проводимости (пропускания). Существует ряд способов снятия пленок потускнения с поверхности металлов в целях улучшения электрического контакта. Слой пленки можно счищать напильниками, наждачной бумагой, снимать химическими методами. Кроме того, возможно разрушение пленок с помощью встряхивания, вибраций, приложения ударных или статических сдавливающих усилий. Такие методы называются искусственным старением. Поскольку часто адсорбированный на поверхности металла кислород бывает связан с металлом лишь незначительными, остаточными силами Ван-дер-Ваальса, то пленки в сами по себе с течением времени могут растрескиваться и отваливаться, что ведет к улучшению электрического контакта. Этот процесс постепенного улучшения контакта при длительной его эксплуатации называется естественным старением. Помимо рассмотренных выше методов естественного и искусственного старения и разрушения пленок потускнения известно явление электрического пробоя пленок фриттинг, также приводящее к восстановлению электрической цепи. Так, если толщина пленки потускнения весьма значительна и составляет, например, З040 нм, удельное электрическое сопротивление образованного диэлектрического слоя будет велико (101000 Мом см). В этом можно убедиться, если подвести напряжение к двум сторонам пленки потускнения и включить в цепь амперметр и вольтметр. Установив минимальное напряжение, например, менее одного вольта, можно увидеть, что ток цепи практический отсутствует (составляет доли или единицы микроампер). Если затем увеличивать напряжение, то при каком-то его значении произойдет резкое увеличение тока в цепи. Этог эксперимент позволяет сделать вывод, что при определенной величине напряжения происходит электрический пробой диэлектрической пленки и восстановление очагов проводимости (пропускания). Пробой пленки потускнения есть процесс разрушения диэлектрика и появления канала, заполненного проводящими ток электронами и ионами. В месте пробок возникает высокая температура, металл расплавляется, проникает через пленку потускнения и создает мост для электрического тока. Пробой пленок потускнения происходит в тот момент, когда напряженность электрического поля на границах пленки достигает величины 110 Мв/см. Если энергия электрического пробоя относительно небольшая и не приводит к расплавлению металла в месте пробоя, то около очагов пробоя пленка потускнения лишь как бы тает (утоньшается), отчего площадь освобожденной от пленки поверхности электрического контакта несколько увеличивается. Пассивирующие пленки. Промежуточными по проводимости между адгезионными пленками и пленками потускнения являются пассивирующие пленки. Пассивирующие пленки иногда создаются на поверхностях некоторых металлов с валентностьхо 2 и более (например, цинка). Толщина таких пленок более или менее постоянна и равна 1,01,5 нм, однако электрическое сопротивление пассивирующих пленок несколько изменяется со временем в зависимости от степени влияния туннельного эффекта. Водяные пленки. Водяные пленки могут образовываться на поверхностях всех металлов, но их толщина для разных металлов неодинакова. Если относительная влажность в атмосфере превышает 7080%, то вода адсорбируется на поверхности металла, создавая слой толщиной до 5 нм на благородных металлах и до 10 нм на других металлах. Вода, появившаяся на поверхности металла, растворяет его верхние слои; при этом ионы металла уходят в воду. По истечении некоторого времени дипольные молекулы воды, несущие электрические заряды, создают на поверхности металла электрическое поле и переводят некоторое количество ионов металла в раствор, после чего они уже не могут более поддерживать разность потенциалов, достаточную для продолжения процесса движения ионов, и последний прекращается. Так создается состояние динамического равновесия и образуется водяная пленка определенной толщины. Несколько иначе идет процесс образования пленки на поверхности железа. Молекулы располагаются на сравнительно больших расстояниях друг от друга, создавая бугорки, под которыми легко продолжается этот же процесс. Бугорки постепенно растут, становятся тяжелее и без труда отваливаются от поверхности металла. Если влажность атмосферы, в которой находится кусок железа, значительна (8090%), такой процесс может продолжаться непрерывно. Описанное явление называется коррозией железа или ржавлением. Изделия из железа, подвергающиеся ржавлению, постепенно становятся все тоньше, металл в конце концов рассыпается на отдельные куски и переходит в окружающее пространство в виде мелких частиц пыли коричневого цвета. Скорость коррозионных процессов связана с климатом и характером местности. Например, в сельской местности с умеренным климатом железо коррозирует со скоростью около 2,6 мкм/год, в городах того же пояса со скоростью 200 мкм/год, а в тропическом поясе на берегу моря до 620 мкм/год. 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТОВ И ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА НИХ Электрические разрывные контакты могут находиться в одном из трех возможных положений: контакты замкнуты и ток без затруднений проходит через них; - контакты разомкнуты, находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, между ними имеется значительный по толщине слой диэлектрика, например воздуха, и прохождение тока поэтому исключается; контакты были замкнуты и началось их размыкание или контакты были разомкнуты и началось их сближение до появления между ними наименее возможного расстояния называемого зазором. В этом случае, хотя прямого металлического контакта еще нет, все же может создаться цепь электрического тока благодаря возникновению в зазоре между контактами искрового или дугового процесса. В третьем возможном положении контактов величина тока может быть непостоянной, а поэтому режим работы контактов при наличии зазора называется нестационарным, или неустановившимся переходным. При конструировании контактов стараются рассчитать их так, чтобы длительность неустановившегося режима работы была минимальной. В идеальных замкнутых контактах вся геометрическая поверхность является проводником электрического тока. В реальных замкнутых контактах ток проводят отдельные очаги проводимости (пропускания), поэтому электрическая проводимость реальной поверхности во много раз меньше электрической проводимости идеальной поверхности. В случае идеальных контактов их электрическое переходное сопротивление можно было бы не принимать во внимание вследствие его малости. Однако поскольку электрический ток проходит лишь через очаги проводимости (пропускания), линии электрического тока не могут распределяться равномерно по всей геометрической поверхности контактов. Они вынуждены стягиваться к местам расположения очагов проводимости (пропускания) и искривляться. Естественно, что стягивание и уплотнение линий тока ведет к увеличению электрического сопротивления прохождению тока в очагах проводимости (пропускания). Это добавочное сопротивление принято называть сопротивлением стягивания. Когда поверхность, проводящая ток, составляется из многих очагов проводимости (пропускания), результирующее сопротивление стягивания определяется как величина, обратная сумме проводимостей отдельных очагов. Во многих случаях определение сопротивления стягивания представляет собой трудную задачу, так как приходится учитывать очень сложную форму отдельных очагов проводимости (пропускания), находить размеры очагов, расстояния между ними и одновременно считаться с неравномерностью их расположения на контактной поверхности. К тому же сопротивление каждого очага проводимости (пропускания) меняется с изменением температуры поверхности контактов и со временем. Если же на поверхности очагов проводимости (пропускания) появляются пленки, например пленки потускнения, рабочая поверхность очагов вследствие этого уменьшается и еще более усиливается эффект стягивания линий тока. Создается дополнительное сопротивление, вызываемое пленками потускнения, расположенными на поверхностях обоих контактов. Следовательно, контактное сопротивление Rконт это добавочное сопротивление поверхности контактов, появляющееся за счет сужения участков, проводящих ток, как вследствие наличия лишь отдельных очагов проводимости (пропускания), и вследствие появления на них пленок потускнения. Если известны величина добавочного переходного контактного сопротивления Rконт и проходящий через контакты ток I, можно определить добавочное падение напряжения на контактах от эффекта стягивания линий тока: Ucт = IRконт. В идеальном случае, когда два контакта соединены между собой по всей геометрической поверхности, т. е. отсутствуют линии стягивания и пленки потускнения, переходное контактное падение напряжения будет определяться как Uпер = IRпер, где переходное контактное сопротивление Rпер намного меньше Rконт. Так как последний случай практически не реален, то, измеряя переходное падение напряжения между контактами, фактически находят величину добавочного падения напряжения Uст. Атмосферные и другие воздействия могут приводить к многократному увеличению добавочного переходного контактного сопротивления вследствие коррозии. 5. ИНДУКТИВНОСТЬ И ЕМКОСТЬ КОНТАКТОВ Стягивание линий тока в пучки, проходящие через очаги пропускания, не может не увеличивать индуктивности контактов. Обозначив индуктивность контактов при отсутствии стягивания линий тока к очагам проводимости (пропускания) через L1, а реальную индуктивность в состоянии стягивания линий тока через L2, можно определить увеличение индуктивности за счет стягивания как Lдоб=L2 - L1. Индуктивность контактов весьма незначительна. При пропускании, например, через разрывные контакты переменного тока действует поверхностный эффект, заключающийся в увеличении электрического сопротивления контактов, так как линии тока вытесняются из внутренней части контактов к поверхности, а следовательно, эффективное сечение их уменьшается. Между контактами имеется емкость, которая зависит от поверхности контактов, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды. Наличие емкости может приводить к возникновению сил электростатического притяжения между контактами. 6. ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ КОНТАКТОВ ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО СЖАТИЯ Размеры контактной поверхности, а следовательно, и электрическая проводимость прямо пропорциональны величине механического усилия сжатия, приложенного к контактам. Характер изменения проводимости при малых, средних и больших контактных усилиях несколько различается, но во всех случаях сдавливание контактов ведет сначала к упругой, а затем к пластическои деформации; естественно, что вместе с изменением сдавливающего усилия изменяется внутреннее напряжение в металле. Контактная проводимость определяется путем измерения величины тока протекающего через контакты, и падения напряжения между ними, после чего находится величина проводимости. Электрическая проводимость контактов при малом сжатии Малым принято называть такое сжатие контактов, при котором прикладываемые механические усилия составляют тысячные и сотые доли грамм-силы. У контактов из разных металлов характер возрастания электрической проводимости при увеличении контактного усилия неодинаков возможны скачки роста проводимости, замедление и даже прекращение ее увеличения. Контактные пары (из однородных или разнородных металлов) по-разному реагируют на изменения сдавливающего усилия, например, кривые зависимости проводимости от сжатия для серебряных контактов нисколько не похожи на кривые для платиновых, никелевых, золотых или других контактных пар. Однако характер проходящих при этом процессов у них общий: сначала разомкнутое состояние контактов, затем небольшое нажатие на них, вызывающее только упругие деформации и появление электрической проводимости за счет туннельного эффекта, и, наконец, значительные нажатия, приводящие к пластическим деформациям, сопровождающимся раздавливанием пленок потускнения и образованием большого числа очагов проводимости (пропускания). При дальнейшем увеличении сдавливающих усилий плавно или скачкообразно возрастает число очагов пропускания. Контакты из некоторых металлов (например, из золота) способны при определенных условиях не только плотно сдавливаться, но и прилипать друг к другу, что без труда можно увидеть, если снизить приложенное давление. Проводимость при этом может и не уменьшиться. Контакты из магнитных материалов (например, никелевые) способны удерживаться притянутыми друг к другу после уменьшения или снятия сдавливающего усилия не только из-за прилипания или холодной сварки, но также вследствие намагничивания. Электрическая проводимость контактов при среднем сжатии Под средним сжатием понимают такое сжатие, когда контакты сжимаются с силой от долей грамм-силы до ста грамм-силы. Характер деформации поверхностей контактов, количество и скорость образования очагов пропускания в каждом конкретном случае зависят от геометрической формы контактов, выбранных для их изготовления материалов, степени полировки поверхностей. Тщательная полировка поверхностей приводит (при прочих равных условиях) к возникновению преимущественно упругих деформаций. Электрическая проводимость контактов при большом сжатии При большом сжатии на контакты воздействуют силы давления от сотен грамм-силы до десятков килограмм - силы. Характер улучшения проводимости контактов при возрастании сжатия до больших значений такой же, как и для контактов, работающих при среднем сжатии. Большие усилия приводят к пластическим деформациям контактов, к раздавливанию металла контактов, отчего электрический контакт значительно улучшается. Явление это объясняется тем, что во многих случаях пленки потускнения имеют относительно хрупкую структуру и под влиянием больших усилий не способны, так же как и чистый металл, деформироваться пластически, а поэтому разрушаются, растрескиваются, отчего образуется большое число новых очагов проводимости (пропускания). Проводимость контактов, находящихся под большим сжатием, более стабильна во времени, чем проводимость контактов, к которым приложены средние и тем более малые сдавливающие усилия. 7. ПРИЛИПАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ Два разрывных контакта, сжатых некоторое время, могут прилипнуть друг к другу и остаться в таком положении после снятия усилия сжатия. Это явление объясняется совпадением структур кристаллических решеток обоих контактов, а также тепловыми эффектами, происходящими внутри материала контактов. Возможно прилипание контактов как не нагреваемых электрическим током, так и нагреваемых. Прилипание контактов, не нагреваемых током Прилипание электрических контактов после снятия сжатия объясняется повышением пластичности материала, приводящей к увеличению рабочей поверхности контактов. Обычно процесс прилипания сопровождается усиленной взаимной диффузией атомов, в результате чего возрастают ковалентные и металлические связи между атомами и между кристаллическими решетками материалов обоих контактов. Способность к прилипанию у разных металлов различна. Каждый из металлов, применяемых для изготовления контактов, обладает большей или меньшей силой прилипания. В одних случаях при прилипании преобладаю силы, вызванные высокой температурой, в других большие силы межатомного сцепления. Роль температур в процессе прилипания заключается в этом случае лишь в побочной функции размягчителя материала. Пластичные металлы могут прилипать друг к другу и без повышения температуры. Особенно легко прилипают друг к другу контакты, изготовленные из очень ковкого, пластичного металлазолота. При сжатии контактов и их пластической деформации неминуемо происходит сдвиг или скольжение поверхностных слоев кристаллической решетки каждого из металлов контакта. Сдвиг и скольжение приводят к появлению новых граней и связей между кристаллическими решетками металлов. Прилипание контактов возможно лишь в случае применения чистых металлов, на поверхности которых отсутствует слой окисной или иной пленки. При наличии пленок эффект прилипания ослабляется или полностью прекращается, В то же время разъединение контактов из абсолютно чистых отожженных благородных металлов, например платины или золота, возможно лишь после приложения больших усилий, почти равных и иногда даже превосходящих по величине усилия, которые необходимы для разрушения монолитной структуры металла. Силы прилипания столь значительны, что в технике используются при холодной сварке. до начала холодной сварки поверхности очищаются и рифлятся, а затем сжимаются до получения пластической деформации и взаимного соединения кристаллических решеток обоих контактов. Прилипание контактов, нагреваемых током Процесс прилипания электрических контактов облегчается и ускоряется при пропускании через них тока. Если величина тока достаточна, то происходит размягчение, а в ряде случаев и плавление отдельных частиц материала контактов. При этом пленки потускнения, если они образовались на поверхности контактов, могут частично или полностью разрушатся, обнажая чистый металл, что ведет к увеличению рабочей поверхности контактов, а следовательно, к повышению прочности прилипания в сваривания контактов. Прилипание контактов из разных металлов начинается с момента размягчения более твердого металла.
Электрические реле, описание.

нциклопедии и технические словари определяют реле (англ. Relay - смена, эстафета; франц. relais, от relayer – сменять, заменять) как устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Любое релейное устройство, как и реле для коммутации электрических цепей, состоит из релейного элемента (с двумя состояниями устойчивого равновесия) и группы электрических контактов, которые замыкаются (или размыкаются) при изменении состояния релейного элемента.      Реле широко применяются в устройствах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации и т.д. Наиболее распространены коммутационные реле, реле давления, перемещения, расхода, реле времени, защитные реле.      Таким образом, реле как любой элемент технического устройства может быть представлен в виде конструктивного элемента по преобразованию энергии Х, поступившей на вход, в энергию Y на выходе элемента. Задача, решаемая таким элементом, определяется характером функциональной зависимости между выходной и входной величинами: Y = f (X). В этой связи элементы могут подразделяться на датчики, усилители, стабилизаторы, двигатели, реле и др.      Релейный элемент – простейшее переключательное устройство с двумя (или больше) состояниями устойчивого равновесия, каждое из которых может скачком сменяться другим под влиянием внешнего воздействия (например, изменения температуры, давления, электрического напряжения, освещенности, силы звука). Уровень воздействия, при котором изменяется состояние релейного элемента, называется порогом срабатывания.     Физическое явление, используемое в релейном элементе, определяет его принцип действия, конструкцию и основные характеристики. В зависимости от физической природы воздействия различают электрические, механические, тепловые, оптические, магнитные и акустические релейные элементы; наиболее распространены электрические релейные элементы. Часто для восприятия воздействия неэлектрических величин релейные элементы дополняются измерительными преобразователями соответствующих величин. В конструкции релейного элемента можно выделить воспринимающий орган, который реагирует на внешнее воздействие, исполнительный орган – для передачи воздействий от релейного элемента вовне и промежуточный – перерабатывающий и передающий воздействия от воспринимающих органов к исполнительным.     В общем виде релейный элемент представляет собой техническое устройство, в котором при определенном значении (даже плавно измененяемой) входной величины энергии сигнала выходная величина энергии (даже может быть и другого вида) принимает скачкообразно фиксированное число значений. Здесь имеется ввиду скачкообразное изменение Y не во времени, а в зависимости от величины Х. Такая зависимость Y = f (X) имеет форму петли (кусочно-линейная функция) и называется релейной характеристикой.      Реле времени – устройство, контакты которого замыкаются (или размыкаются) с некоторой временной задержкой после получения управляющего сигнала. Задержку можно регулировать произвольно, влияя на скорость изменения физической величины, воздействующей на релейных элемент реле времени от момента поступления сигнала до достижения порога срабатывания. В электрических реле времени используются различные схемы задержки, основанные на замедлении нарастания или убывания силы тока (напряжения) в электрических цепях, содержащих конденсаторы, индуктивные катушки и резисторы; применяются также реле времени, основанные на счетчиках импульсов. В термических реле времени используются тепловые процессы в телах, нагреваемых электрическим током (например, деформация биметаллических пластин). В пневматических реле времени задержка создается изменением скорости истечения газа (воздуха) из резервуара. Время срабатывания реле времени от нескольких миллисекунд до нескольких часов.       В общем случае срабатывание любого реле происходит с некоторой временной задержкой после получения управляющего сигнала. Однако существует специальный класс релейных устройств – реле времени, у которых задержку срабатывания (от нескольких миллисекунд до нескольких часов) можно регулировать.   В зависимости от выполняемой задачи на выходе релейного элемента он может быть коммутационным и не коммутационным (шаговый электродвигатель, электрозвонок и т.д.).     Реле, как коммутационное устройство (КУ), относится к группе автоматических коммутационных устройств (АКУ), управляемых дистанционно.   Непосредственно человеком управляются неавтоматические КУ: электрические кнопки, тумблеры, клавиатуры; водяные или воздушные клапаны и т. д.   Современная классификация реле     В зависимости от физической природы входного (управляющего) сигнала реле подразделяются на механические (сила, давление, скорость, ускорение), магнитные, тепловые, оптические, электрические (ток, напряжение, мощность, сопротивление).     Электрические реле наиболее распространенный тип реле, широко применяемый в измерительной технике, телефонии и радиоэлектронной аппаратуре.   В свою очередь электрические реле в зависимости от наличия или отсутствия механического перемещения в самом устройстве делятся на реле электромеханические и статические электрические (коммутационные с бесконтактным выходом: полупроводниковые, электронные, оптоэлектронные и т. д.).   Электромеханические реле в зависимости от происходящих внутри реле явлений: могут быть электромагнитными, электротепловыми, электрогидродинамическими и т. п.   Среди многообразия релейных устройств, применяемых в технике, электромагнитные реле, как и ранее, занимают ведущее положение.     Классификация электромагнитных реле.     Электромагнитные реле в современной технике могут рассматриваться как подкласс электромагнитных механизмов, имеющих подвижный якорь. Существуют нерелейные электромагнитные механизмы: шаговые устройства, вибраторы, муфты и т. п. Электромагнитные реле – релейные электромагнитные механизмы.   К электромагнитным реле относятся традиционные реле с неподвижной обмоткой электромагнита и ферромагнитным якорем, а также магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные электромагнитные реле. Некоторые типы электромагнитных реле не имеют самостоятельного якоря, функции которого выполняют магнитоуправляемые контактные детали (герконовые реле) или подвижный сердечник обмотки (плунжерный тип реле).   Электромагнитные реле, как и другие электрические реле, по роду управляющего и коммутируемого тока могут быть постоянного и (или) переменного тока.   Обычные конструкции контактной системы электромагнитных реле позволяют коммутировать как постоянный, так и переменный ток с частотами до сотен килогерц. Специальные конструкции контактной системы (согласованное волновое сопротивление ввода–вывода тока, уменьшенная паразитная емкость и т. п.) обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов до нескольких гигагерц.   По чувствительности входного сигнала и величине коммутируемого тока электромагнитные реле подразделяют на сверхчувствительные (10-7 – 10-10 Вт) реле, регистрирующие сверхмалые токи, а также высоко- и нормально чувствительные слаботочные (10-6 – 25 А).   Более мощные реле, коммутирующие токи более 50 А и напряжения более 1000 В, называются, соответственно, контакторами и высоковольтными реле.   Слаботочные реле стали в настоящее время самостоятельным классом электрических реле, включающим в себя наиболее распространенные электромагнитные реле с подвижным якорем, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и слаботочные [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. К классу слаботочных реле относят также и другие виды неэлектрических слаботочных реле, например, тепловые реле. Термины и определения для электрических реле даны в ГОСТ 16022 и ГОСТ 14312. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Простейшее герконовое реле с замыкающими контактами состоит из двух контактных сердечников с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой), размещенных в стеклянном герметичном баллоне, заполненном либо инертным газом, либо чистым азотом, либо сочетанием азота с водородом. Давление внутри баллона герконового реле 0.4ё0.6*10^5 Па.      Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон герконового реле устанавливается внутри обмотки управления, питаемой постоянным током. При подаче тока в обмотку герконового реле возникает магнитное поле, которое проходит по контактным сердечникам через рабочий зазор зазор между ними и замыкается по воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом магнитный поток при прохождении через рабочий зазор образует тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой.      Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают золотом, радием, паладием или (на худой конец) серебром. При отключении тока в обмотке электромагнита герконового реле сила исчезает, и под действием сил упругости контакты размыкаются.       В герконовых реле отсутствуют детали, подвергающиеся трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода, пружины и токопровода. Для уменьшения размеров намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, используя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах применяются магнитные экраны. Пружины герконов не имеют предварительных натягов, поэтому включение их контактов происходит без периода трогания. Если в герконах наряду с электромагнитом используется постоянный магнит, то герконы из нейтральных переходят в поляризованные.       В отличии от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит от параметров контактных пружин, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом.      Из-за технологической погрешности коэффициента возврата герконовые реле имеют большой разброс от 0,3 до 0,9. С целью увеличения коммутационного тока и номинальной мощности герконовые реле имеют дополнительные дугогасительные контакты. Такие реле называются герметичные силовые контакты или герсиконы. Промышленностью выпускаются герсиконы от 6,3 до 180 А. Частота включений в час достигает 1200. С помощью герсиконов осуществляется пуск асинхронных двигателей мощностью до 3 кВт. Особый класс герконов – реле на ферритах, которые обладают свойством памяти. В таких реле для переключения в катушку необходимо подать импульс тока обратной полярности с целью размагничивания ферритного сердечника. Они называются герметизированные запоминающие контакты или гезаконы. Преимущества герконовых реле 1. Полная герметизация контакта позволяет их использовать герконовые реле в различных условиях влажности, запыленности и т. д. 2. Простота конструкции, малая масса и габариты. 3. Высокое быстродействие, что позволяет использовать герконовые реле при высокой частоте коммутаций. 4. Высокая электрическая прочность межконтактного промежутка. 5. Гальваническая развязка коммутируемых цепей и цепей управления герконовых реле. 6. Расширенные функциональные области применения герконовых реле. 7. Надежная работа в широком диапазоне температур (-60ё+120°С). Недостатки герконовых реле 1. Низкая чувствительность у МДС управления герконовых реле. 2. Восприимчивость к внешним магнитным полям, что требует специальных мер по защите от внешних воздействий. 3. Хрупкий баллон герконовых реле, чувствительный к ударам. 4. Малая мощность коммутируемых цепей у герконов и герсиконов. 5. Возможность самопроизвольного размыкания контактов герконовых реле при больших токах. 6. Недопустимое замыкание и размыкание коатактов герконовых реле при питании переменным напряжением низкой частоты. Герконовые реле, выпускаемые отечественными производителями      За десятилетие фактического простоя отечественной релейной промышленности рынок России заполнялся зарубежными герконовыми реле (преимущественно китайскими, тайваньскими, германскими), их использование стало привычным, их заложили в старые разработки и в то немногое, что сейчас появляется в системах автоматики, измерительной техники и т. п.      В основном герконовые реле конструктивно выполняются на базе геркона с обрезанными выводами, находящегося внутри обмотки управления, с герконом и катушкой, приваренными к выводам технологической рамки достаточно сложного контура, которые после опрессовки специальной пластмассой и вырубки перемычек на рамке образуют собственно реле (скажем, в стандартном корпусе DIP). Для защиты логической микросхемы от перенапряжений обмотка управления реле шунтируется демпфирующим диодом.       Извечная проблема поиска компромисса между двумя взаимоисключающими требованиями к таким реле высокое контактное нажатие и чувствительность здесь практически не решается из-за отсутствия обеспечения высокой магнитной проводимости для концентрации магнитного потока (создающего электромагнитную силу) в межконтактном зазоре геркона реле, то есть из-за невыполнения основного требования к конструкциям магнитной системы. Обрезка выводов геркона, резко снижающая параметры магнитной системы таких реле, практически не компенсируется введением магнитных экранов (10–15 % выигрыша против потери 60–70 % чувствительности и, соответственно, мощности управления).      ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (ОАО «РЗМКП»), разработав реле РГК-41и РГК-48, частично устраняющие указанные недостатки (в основном за счет подбора геркона), в настоящее время начал выпуск простых каркасных герконовых реле открытого типа РГК-49, РГК-50 и реле, по нашему мнению, следующего поколения РГК-53, в котором сконцентрированы основные достоинства герконов и устранены недостатки их размещения в реле.       Герконовые реле РГК-53, управляемые логической микросхемой серии ТТЛ, коммутировали в электрическую цепь с активной нагрузкой в режиме 6 В 10 мА без отказов вплоть до 10 млн циклов коммутации. Герконовое реле РГК-53 будет незаменимо в аппаратуре, для которой особенно важны как габариты и масса реле, так и мощность, потребляемая управлением. Эти герконовые реле имеют определенные преимущества по сравнению со своими аналогами, выпускаемыми фирмами Китая и Тайваня, хотя и изготавливаются на одних и тех же герконах (например, МКА14103 производства РЗМКП).        При едином производственно-технологическом цикле «геркон–реле» имеется возможность оперативного вмешательства в технологический процесс изготовления собственно геркона как по вопросам качества и надежности, так и для специального отбора «релейных» герконов по информативным параметрам, используемым при изготовлении герконов спецназначения. Например, при подборе групп чувствительности для конкретного паспорта реле (практически не влияющего на внутризаводскую себестоимость конечного изделия) можно получить значительный выигрыш в габаритах (высоте) реле.


Тепловое реле перегрузки используется при коммутации электроцепей. Главным образом, тепловое (биметаллическое или механическое) реле перегрузки применяется для электрозащиты энергопотребителей, преимущественно электрических двигателей, от перегруженности, обрыва фазы в электрической сети, чрезмерно продолжительного пуска и самозаклинивания вращающейся части двигателя.                               [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]   
      В основе действия теплового реле (биметаллического) – правило преобразовывания термических потоков в действие механизма. При выполнении функции следует размыкание/замыкание электроконтактов и реализуется коммутирование электрической цепи. Подобное преобразовывание тепла в работу реле осуществляется вследствие изгибания диска (пластины), сделанного из 2-х неоднородных металлических слоев. Металлы диска характеризуются разными коэффициентами линеечного расширения, зависимыми от температурного режима. Ввиду того, что нагревание электродвигателя оценивается по его электротоку, подразумевается защищенность от перегрузки, находящейся в зависимости от электротока. Исчезновение фазы либо перегруз приводят к превышению электротока электродвигателя. Ток возрастает более заданной величины и воздействует на компоненты нагрева. Нагревающийся 2-металлический диск (пластины), встроенный в тепловое реле, в итоге деформирования через расцепительную механику заставляет действовать дополнительные контакты. Блок-контакты через электроконтактор обесточивают энергопотребитель.      Примечательно, что включаемые электрические моторы производят 10-кратные токовые перегрузки. А выключаемые электродвигатели передают в электроцепь сверхвысоковольтные импульсы. Это затрудняетвыбор теплового реле перегрузки, подходящего к применению в электрической сети.      Современное реле перегрузки можно описать как непростой прибор, наделенный большим количеством параметров. Различные техпараметры определяют допустимость использования теплового реле в конкретных электроцепях. К подобным параметрам причисляют:      Ток электроцепи: АС – переменный, DC – постоянный. Цифры после АС или DC (от 1 до 23) указывают на эксплуатационный режим теплового реле. Чем меньше цифра, тем проще рекомендуемый режим.      Разновидность нагрузки для сертифицирования ведущих электроконтактов механизма (сила электротока и эксплуатационное напряжение).      Период срабатывания. Климатизационные требования, обуславливающие устойчивое действие теплового реле перегрузки. Это такие характеристики воздуха, как влажность и температура.      Присутствие вспомогательных функций: автовключение электроцепи после аварийно-предохранительного обесточивания, допустимость смены восстановительных режимов (автоматический/ручной). Реле перегрузки, представленные на рынке, по большей части зарубежного производства. От российских фирм КОРУМ ТРЕЙДИНГ рекомендует тепловое реле (реле перегрузки) многочисленной серии РТЭ. Устройства серии РТЭ, что производит компания EKF, по своим техпараметрам ничем не хуже аналогичных тепловых реле перегрузки от именитых заграничных производителей. Убедиться в этом можно, взглянув на такие эксплуатационные параметры реле перегрузки (теплового реле) РТЭ (EKF), как: - интервал регулирования по току от 0,63 до 93 А; - эксплуатационное напряжение до 660V; - диапазон рабочих температур от -40°С до +70; - класс расцепления – десятый; - уровень защищенности – IP 20.
Реле времени реле, предназначенное для создания независимой выдержки времени и обеспечения определенной последовательности работы элементов схемы. Реле времени применяется в случаях, когда необходимо автоматически выполнить какое-то действие не сразу после появления управляющего сигнала, а через установленный промежуток времени.

Принципы работы
1. Реле времени с электромагнитным замедлением применяются только при постоянном токе. Помимо основной обмотки реле этой серии имеют дополнительную короткозамкнутую обмотку, состоящую из медной гильзы. При нарастании основного магнитного потока, он создает магнитный поток в дополнительной обмотке, который препятствует нарастанию основного магнитного потока. В итоге, результирующий магнитный поток увеличивается медленнее, время «трогания» якоря уменьшается, чем обеспечивается выдержка времени. Этот вид реле времени обеспечивает выдержку времени при срабатывании от 0,07 с до 0,11 с, при отключении от 0,5 с до 1,4 с. 2. Реле времени с пневматическим замедлением имеет специальное замедляющее устройство пневматический демпфер, катаракт. Регулировка выдержки осуществляется изменением сечения отверстия для забора воздуха. Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки. 3. Реле времени с анкерным или часовым механизмом работает за счет пружины, которая заводится под действием электромагнита и контакты реле срабатывают только после того, как анкерный механизм отсчитает время, выставленное на шкале. Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,1 до 20 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки. 4. Моторные реле времени предназначены для отсчета времени от 10 с до нескольких часов. Оно состоит из синхронного двигателя, редуктора, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактов. Работа электронных реле времени основана на переходных процессах в разрядном контуре RC или RL. «Релейная защита энергетических систем» Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Энергоатомиздат 1998
Реле скорости электронное РС-Э
 
Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1. НАЗНАЧЕНИЕ 1.1 Реле скорости электронное РС-Э (в дальнейшем – РС-Э) предназначено для автоматического контроля и сигнализации частоты вращения коленчатых валов главных и вспомогательных дизелей и дизель-генераторов судов неограниченного района плавания, а также коленчатых валов стационарных дизелей и дизель-генераторов. 1.2 РС-Э служит для замены реле скорости РС.3М 4Ж4.547.009. 1.3 РС-Э обеспечивает выдачу дискретных сигналов замыканием (размыканием) контактов реле при превышении частотой вращения коленчатого вала пороговых значений (уставок). 1.4 РС-Э соответствует климатическому исполнению В, категория размещения 2 по ГОСТ 15150-69. 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ 2.1 Максимальная частота вращения РС-Э - 4000 об/мин; 2.2 Цикл измерения: 500 об/мин – 480 мс, 1350 об/мин – 177 мс, 1700 об/мин – 141 мс. 2.3 Класс точности (основная и дополнительная погрешность) РС-Э - 0,5. 2.4 РС-Э питается от: - аккумуляторной батареи напряжением 24В с отклонениями в пределах от плюс 30 до минус 25%; - аккумуляторной батареи с параллельно подключенным выпрямителем с номинальным выходным напряжением (27,2±0,82) В с коэффициентом пульсации не более 8%. 2.5 Номинальные частоты уставок дискретных сигналов: “Уст. 1” - 500 об./мин; “Уст. 2” - 1350 об./мин; “Уст. 3” - 1700 об./мин. Примечание - Возможна поставка РС-Э с другими частотами уставок дискретных сигналов по требованию заказчика. 2.6 Электрические параметры контактов реле: - напряжение постоянного тока любой полярности - 6,0-31,2 В; - сила тока от 0,01 до 0,5 А; - характер нагрузки - активный. 2.7 РС-Э работоспособен при: 1) воздействии пониженной рабочей температуры окружающей среды минус 10°С; 2) воздействии повышенной рабочей температуры окружающей среды +55°С; 3) относительной влажности воздуха 95±3% при температуре +25°С; 4) воздействии вибрации в диапазоне частот от 2 до 100 Гц: - при частотах от 2 до 25 Гц - с амплитудой перемещения ±1,6мм; - при частотах от 25 до 100 Гц - с ускорением 4,0 g. 5) ударах с ускорением ±5,0 g и частоте в пределах от 40 до 80 ударов в минуту. 6) воздействии магнитного поля напряженностью 400 А/м, образованного как переменным током частотой 50Гц, так и постоянным током при любом направлении поля; 2.8 Уровень напряжений радиопомех, создаваемых РС-Э на зажимах электропитания, не превышает 90 дБ, на частотах от 0,01 МГц до 1000 МГц. 2.9 Степень защиты РС-Э от попадания внутрь твердых посторонних тел и воды по ГОСТ 14254-80 - IР22. 2.10 Мощность, потребляемая РС-Э, не более 2,5 Вт. 2.11 Масса, не более – 1,4 кг. 2.12 Габариты, мм - 134 х 132. 2.13 Средняя наработка на отказ – 100 000 ч. 2.14 Срок службы - 12 лет. 3. КОМПЛЕКТНОСТЬ РС-Э комплектуется согласно таблице 1. Таблица 1 Наименование Обозначение Кол. Реле скорости электронное РС-Э ААРЛ.402141.002 1 Розетка 2РМДТ24КУН10Г5В1В ГЕ0.364.126ТУ 1 Паспорт ААРЛ.402141.002ПС 1 Техническое описание и инструкция по эксплуатации ААРЛ.402141.002ТО 1 4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ РС-Э состоит из: - корпуса; - пластины, жестко закрепленной на вращающемся валу; - датчика Холла; - электронной платы; - соединителя. Работа РС-Э основана на измерении периода вращения коленчатого вала дизеля и дизель-генератора. 5. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ 5.1 Техническое обслуживание РС-Э проводится эксплуатирующей организацией в объеме, установленном настоящей инструкцией. 5.2 Техническое обслуживание РС-Э включает в себя: - осмотр внешнего состояния РС-Э; - промывку поверхности контактов соединителя РС-Э. 5.2.1 Осмотр внешнего состояния РС-Э производится один раз в год и включает в себя: - очистку поверхности РС-Э от пыли и масла; - проверку наличия и целостности пломб; - проверку крепления. 5.2.2 Промывка поверхности контактов соединителя проводится один раз в год в следующей последовательности: - расстыковать соединитель; - продуть поверхность контактов соединителя сжатым воздухом; - промыть поверхность контактов соединителя спиртом этиловым ректификованным техническим; - просушить поверхность контактов соединителя на открытом воздухе в течение 10-15 минут. Примечания: 1. Промывка контактов соединителя проводится кистью типа КФ-2,5. 2. При промывке поверхности контактов соединителя затекание спирта в корпус соединителя не допускается. 6. ПРАВИЛА ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ 6.1 РС-Э хранить в упаковке завода-изготовителя в сухом вентилируемом помещении при температуре от минус 50°С до +60°С. 6.2 Транспортирование РС-Э производить в закрытом транспорте при температуре от минус 50°С до +60°С. 6.3 В зимнее время распаковку производить в отапливаемом помещении. Для исключения оседания влаги на РС-Э ящики следует открывать лишь после того, как РС-Э примут температуру окружающей среды.
 
                          [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
 
                             Рис.1 Реле скорости электронное РС-Э

Устройство задержки пуска дизель-генератора ДГА-48
 
     При кратковременных пропаданиях сети переменного тока (менее 0,5 сек.), в автоматике щитов управления ЩДГА-Б и ЩАВ - Б дизель генератора ДГА – 48 не предусмотрена временная задержка. Это приводит к необоснованно частым пусками остановкам дизеля, ускорению износа деталей пускового механизма, расходу горючего. Кроме этого, каждый пуск дизеля требует значительного расхода энергии от стартерных аккумуляторов. А если такие пропадания повторяются через небольшие промежутки времени, то аккумуляторы не успевают набрать необходимую ёмкость, т.к. они находятся, в основном, в режиме постоянного подзаряда небольшим током, что может повлечь за собой незапуск дизеля, когда при длительном пропадании это действительно необходимо. Учитывая всё это была разработана и внедрена схема задержки команды на запуск дизель генератора на 3 секунды.                  
                             [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]           Работает схема следующим образом. В блоке контроля напряжения БКН ЩАВ-Б на выходе элемента Э 26 В (9,11 вывод) присутствуют : есть напряжение на сборных шинах - "1", нет напряжения - "0". При пропадании хотя бы одной из фаз логический "0" по цепи № 261 практически мгновенно подаёт команду на запуск. Если в разрыв этой цепи (точки "А" и "В") включить схему задержки (см. схему) то происходит следующее. Логическая "1" элемента Э 26 В удерживает отрицательным потенциалом в открытом состоянии транзистор Т1, включённый в цепь герконового реле ГР, который своими замкнутыми контактами имитирует логическую "1" на проводе № 261. Одновременно заряжается конденсатор С1. При пропадании хотя бы одной из фаз транзистор некоторое время, за счёт заряда ёмкости С1, находится в открытом состоянии. Если напряжение в сети появилось раньше 2 секунд, логическая "1" снова подзаряжает конденсатор и команда на запуск дизеля не проходит. Но если сетевое напряжение не появляется более 3 секунд, то конденсатор почти полностью разряжается, Т1 закрывается и разомкнутые контакты ГР имитируют логический "0", т.е. команда на запуск дизеля. Время задержки выбирается подбором ёмкости С1 и сопротивлением R1. Герконовое реле можно изготовить самостоятельно. На края баллончика геркона одеваются отрезки полихлорвиниловой трубки подходящего диаметра (бортики) и наматывается провод диаметром 0,05 - 0,1 мм. до заполнения. Учитывая тот факт, что устройство находится в условиях ощутимой вибрации во время работы дизеля, обмотку рекомендуется заливать клеем или лаком. Переключатель SA1 включён в схему с целью оперативно восстановить цепь "А-В" в исходное состояние в случае неисправности устройства.

Измерение сопротивления заземляющего устройства электроустановки.
     Основное правило защиты от поражения электрическим током базируется, как известно, на двух главных принципах: опасные токоведущие части не должны быть доступными, а доступные проводящие части не должны быть опасными. Причем указанные принципы должны соблюдаться как в нормальных эксплуатационных условиях, так и при наличии неисправности. В основу первого принципа положена электрическая изоляция, в основу второго – заземление, т.е. преднамеренное электрическое соединение доступных проводящих частей электроустановки с заземляющим устройством. Под заземляющим устройством понимают совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Характеристикой заземлителя является сопротивление растеканию тока с элементов заземлителя в землю, или для краткости просто сопротивление растеканию; характеристикой заземляющего устройства – его сопротивление, равное сумме сопротивлений растеканию заземлителя и заземляющих проводников. От правильного измерения сопротивления заземляющего устройства зависит, с одной стороны, качество защиты от поражения электрическим током, с другой – затраты на сооружение заземлителя. Действительно, может оказаться так, что измеренное сопротивление будет соответствовать норме, а фактическое окажется выше и заземляющее устройство защиту не обеспечит. И наоборот, нередко фактическое сопротивление заземляющего устройства соответствует норме и защита от поражения электрическим током обеспечена, а измеренное значение сопротивления не соответствует норме и приходится зря затрачивать средства на забивку в землю дополнительных электродов с целью доведения сопротивления заземляющего устройства до нормы. Известны различные способы и устройства для измерения сопротивления заземлителя (см. монографию С.И. Кострубы «Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств», М.: Энергоатомиздат, 1983, брошюру В.С. Азарова и Ю.М. Куприяновича «Эксплуатационный контроль условий электробезопасности на подстанциях», М.: Изд-во МГОУ и др.). Традиционно применяемый способ На практике сопротивление заземляющего устройства чаще измеряют по методу амперметра и вольтметра, суть которого понятна из рис. 1. Заключается она в следующем. Через заземлитель З заземляющего устройства и вспомогательный токовый электрод Т пропускают электрический ток через амперметр 1 от специального источника измерительного электрического тока (генератора) 2. Возникающее при этом электрическое напряжение на заземляющем устройстве измеряют вольтметром 3, включенным между заземляющим устройством и вспомогательным потенциальным электродом П.
                                               [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
                                                Рис. 1 Принципиальная схема измерения                                                 сопротивления заземляющего устройства                                                 методом амперметра и вольтметра. Искомое сопротивление определяют по следующей формуле: Rзу=U/I где U – напряжение, измеренное вольтметром, В; I – ток, измеренный амперметром, А. Устройство для осуществления указанного способа измерения содержит амперметр 1, источник измерительного электрического тока (генератор) 2 и вольтметр 3, а также вспомогательные токовый Т и потенциальный П электроды. Кроме того, оно содержит две катушки с длинными проводами, одну из которых используют для соединения амперметра и источника измерительного тока с токовым электродом, а вторую для соединения вольтметра с потенциальным электродом. Перед проведением измерений электроды забивают в землю, а после измерений их извлекают из земли. Размещать электроды следует на достаточно большом расстоянии как от заземлителя З заземляющего устройства, так и друг от друга. Теоретически каждое из этих расстояний должно быть равно бесконечности. Кроме того, в земле в зонах между заземлителем и электродами не должно быть металлических коммуникаций, искажающих картину электрического поля. Существенным недостатком указанного широко распространенного способа являются значительные погрешности измерения. Они обусловлены, с одной стороны, конечными расстояниями между электродами и заземлителем, с другой – наличием в земле, особенно в больших городах, различного рода металлических трубопроводов, оболочек кабелей и других металлических коммуникаций. Помимо наличия погрешностей при измерениях, указанный способ сравнительно сложный и относительно дорогой, поскольку требует наличия источника измерительного тока, токового и потенциального электродов, длинных соединительных проводников. Кроме того, он весьма трудоемкий, так как связан с необходимостью переноски источника измерительного электрического тока (генератора), тяжелых катушек с проводами и электродов, которые к тому же нужно погружать в землю, а затем извлекать из земли. Измерение сопротивления можно упростить Автор поставил перед собой задачу повысить точность измерения и одновременно существенно упростить и удешевить способ измерения. В результате использования предлагаемого нового способа в электрических сетях напряжением до 1000 В существенно повышается точность измерения за счет принципиально иной электрической схемы измерения, что приводит также к упрощению и удешевлению устройства для измерения сопротивления заземляющего устройства. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в новом способе измерения сопротивления заземляющего устройства ток на заземляющее устройство подают через калиброванный резистор с водяным охлаждением непосредственно от фазного провода электрической сети напряжением до 1000 В так, как это показано на рис.2
 
                                              [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]                                               Рис.2 Принципиальная схема измерения                                               сопротивления заземляющего устройства                                               с использованием калиброванного                                               резистора с водяным охлаждением.
На нем цифрой 1 показаны фазные провода L1, L2 и L3, цифрой 2 – защитный провод PE, 3 – вольтметр, 4 – выключатель, 5 – калиброванный резистор с водяным охлаждением, 6 – земля, 7 – заземлитель заземляющего устройства. Ток, проходящий через заземляющее устройство, определяют по сопротивлению калиброванного резистора и напряжению на нем как частное от деления напряжения на сопротивление. Напряжение на заземляющем устройстве определяют по фазному напряжению электрической сети и напряжению на калиброванном резисторе как разность между фазным напряжением и напряжением на калиброванном резисторе, а искомое сопротивление заземляющего устройства определяют по следующей формуле: Rзу = Rкр(Uф-Uкр)/Uкр где Rкр – сопротивление калиброванного резистора; Uф – фазное напряжение электрической сети; Uкр – напряжение на калиброванном резисторе. Необходимость в водяном охлаждении резистора 5 продиктована тем, что его мощность составляет сотни ватт и если не применять водяное охлаждение, то он просто сгорит. Пример Приведем конкретный пример осуществления указанного способа измерения сопротивления заземляющего устройства. Вначале отсоединяют заземлитель 7 заземляющего устройства от защитного провода 2 электрической сети (от провода РЕ). Между заземлителем 7 и одним из фазных проводов 1 электрической сети напряжением 380/220 В (в данном случае проводом L3) включают вольтметр 3 (выключатель 4 при этом находится в разомкнутом состоянии) и измеряют фазное напряжение электрической сети. Пусть оно будет равно 218 В. Затем включают выключатель 4 и тем самым параллельно вольтметру 3 подключают калиброванный резистор 5 с водяным охлаждением. Допустим, его сопротивление равно 50 Ом, а показание вольтметра после подключения резистора (включения выключателя 4) упало с 218 В и стало равным 185 В. Искомое сопротивление заземлителя будет равно: Rз = Rкр(Uф-Uкр)/Uкр = 50(218-185)/185 = 8,9 Искомое сопротивление равно 8,9 Ом. В приведенной формуле подсчета искомого сопротивления заземляющего устройства не учтено сопротивление заземления нейтрали трансформатора на подстанции и связанных с нею PE и PEN проводов. Сделано это преднамеренно, исходя из двух следующих соображений. Во-первых, сопротивление заземления нейтрали на порядок ниже измеряемых сопротивлений (по действующим ПУЭ оно для сетей напряжением 380/220 В не должно превышать 4 Ома, а сопротивление повторного заземления нулевого провода, т.е. измеряемого сопротивления, – 30 Ом). Но поскольку проводимость заземления нейтрали складывается из проводимости заземлителя, расположенного непосредственно у нейтрали, и проводимостей множества заземлителей, расположенных вдоль каждой отходящей от подстанции линии и служащих для повторных заземлений PE и PEN проводов, то общее сопротивление заземления нейтрали в действительности много меньше (в подавляющем большинстве случаев оно меньше 1 Ома). Неучет его, как показывает практика, приводит к погрешности не выше 10%, но зато существенно упрощает процедуру измерения. Во-вторых, при разработке требований к нормированию сопротивлений заземляющих устройств для пятого и шестого изданий ПУЭ (автор принимал в этой работе непосредственное участие) был принят во внимание тот факт, что уровень электробезопасности у потребителя растет с увеличением сопротивления нейтрали, а не с его уменьшением, как считалось ранее. Поэтому то, что в приведенной выше формуле не учитывается сопротивление заземления нейтрали, автоматически ведет к получению измеренного значения сопротивления заземляющего устройства с небольшим запасом с позиции обеспечения электробезопасности. Это значит, что фактическое сопротивление заземляющего устройства заведомо никогда не будет выше измеренного. Таким образом, если измеренное значение будет соответствовать нормируемому, то электробезопасность у потребителя при прочих равных условиях наверняка будет обеспечена. Преимущества, доказанные практикой Всесторонняя проверка эффективности рассмотренного метода в хозяйственных условиях была проведена в организации «Агроэлектробезопасность», созданной при ВИЭСХ. С этой целью были приобретены несколько сотен серийно выпущенных мощных нагрузочных калиброванных резисторов сопротивлением 48 Ом с водяным охлаждением типа НР-64/220. С их помощью было выполнено более тысячи измерений сопротивлений заземляющих устройств, предназначенных для повторного заземления нулевого провода электрической сети напряжением 380/220 В. Измерения проводились в различных почвенно-климатических зонах страны. Результаты сравнивались с данными, полученными другими методами измерений, в том числе компенсационным методом на малом измерительном токе (прибор М-416), методом, использующим большой измерительный ток, создаваемый тиристорным короткозамыкателем (прибор ЭК-0200), методом, использующим измерение напряжения на заземляющем устройстве при помощи достаточно удаленного потенциального электрода. Эффективность методов проверялась также путем решения системы уравнений с собственными и взаимными сопротивлениями всех заземлителей, включая заземлители, служащие для заземления нейтрали трансформатора на подстанции. Метод, основанный на применении калиброванного резистора с водяным охлаждением, оказался достаточно точным. Его погрешность не превышает +10%, т.е. результат измерений всегда будет либо точным, либо с небольшим запасом по безопасности. Проверка также показала, что находящиеся в земле в зоне размещения заземлителя протяженные металлические коммуникации никак не влияют на результаты измерений, проводимых с помощью калиброванного резистора. Это и понятно, ведь картина электрического поля в земле, благодаря отсутствию токового измерительного электрода, будет при проведении измерения точно такой же, как и в аварийном режиме, при котором заземляющее устройство выполняет свою защитную функцию. Все другие методы измерений, в которых используются токовые измерительные электроды, могут приводить к большим ошибкам из-за изменения под воздействием находящихся в земле протяженных металлоконструкций взаимных сопротивлений между токовым электродом и заземлителем. Для уменьшения ошибок при измерениях обычно увеличивают значение измерительного тока (используют приборы ИКС-50, ИКС-1, ЭК-0200 и др.), но источники тока при этом имеют большую массу. Даже у такого слаботочного прибора, как М-416, масса на порядок выше, чем у калиброванного резистора с водяным охлаждением, но, естественно, без воды. 6 литров обычной водопроводной воды заливают в место проведения измерений, а затем выливают. Качество воды при этом не играет никакой роли, поскольку материал резистора заключен в герметичную оболочку и непо-средственно с охлаждающей водой не контактирует.       Сергей Коструба, действительный член (академик) Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ), главный научный сотрудник лаборатории электробезопасности Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), д.т.н. Статья «Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок» («Новости электротехники» № 1(13) 2002)




Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 23691445
    Размер файла: 475 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий