Лекция №4. Контакты электрических аппаратов

Электрический контакт-место прохождения тока из одной токоведущей части в другую. В электрических аппаратах контактами называют токоведущие детали, при соприкосновении которых замыкается электрическая цепь. Контакты аппаратов подразделяются на коммутирующие, замыкающие и размыкающие цепи в процессе работы электрооборудования и неразмыкаемые контактные соединения токоведущих частей (шин, проводников, гибких соединений), связь между которыми осуществляется механическими способами крепления (болтовыми и винтовыми соединениями, пайкой и другими способами). В замкнутом положении коммутирующие контакты сжаты с определенным усилием (контактным нажатием), создаваемым контактными пружинами.

В зависимости от вида контактирующих поверхностей различают точечные, линейные и плоскостные контакты.

При точечном контакте контактирующие поверхности соприкасаются в точке. Например, при соприкосновении таких поверхностей как сфера-сфера, сфера-плоскость, вершина конуса-плоскость и т. п. Физическая картина контактирования здесь представляет собой только одну точку-площадку.

При линейном контакте контактирующие поверхности соприкасаются по линии. Например, при соприкосновении таких поверхностей как цилиндр-цилиндр (по образующей), цилиндр- плоскость, тор-плоскость и т. п. Физическая картина контактирования здесь представляет собой ряд точек-площадок (минимум две), расположенных на одной линии.

При плоскостном контакте контактирующие поверхности соприкасаются по поверхности. Физическая картина контактирования здесь представляет собой ряд точек-площадок (минимум три), расположенных на этой поверхности.

В пределах поверхности соприкосновения контактов контакт происходит лишь на отдельных участках, площадь которых во много раз меньше номинальной (кажущейся) поверхности соприкосновения. При этом в пределах этих отдельных участков истинный металлический контакт происходит также лишь на отдельных участках из-за наличия здесь различных пленок. Вследствие этого, ток проходит не по всей поверхности соприкосновения, а через отдельные контактные пятна. Таким образом в зоне электрического контакта наблюдается относительно большое сопротивление, так называемое переходное сопротивление электрического контакта (R_к).

Эмпирически для контактов всех видов установлена следующая зависимость:

, (46)

где k - коэффициент переходного сопротивления, зависящий от материала контактов, Ом Н; m - показатель, определяющий степень зависимости переходного сопротивления от контактного нажатия F, Н.

Зависимость переходного сопротивления от контактного нажатияприведена на рис. 13.

Рис 13. Зависимость переходного сопротивления от контактного нажатия

Как видно из рисунка переходное сопротивление с увеличением контактного нажатия снижается, так как по мере роста нажатия увеличивается площадь соприкосновения контактов вследствие деформации отдельных неровностей на соприкасающихся поверхностях. При дальнейшем увеличении нажатия материал контактов деформируется в меньшей степени, площадь соприкосновения возрастает медленнее, и уменьшение переходного сопротивления замедляется (кривая 1). Характер изменения переходного сопротивления при уменьшении контактного нажатия несколько иной (кривая 2), что обусловлено наличием остаточной деформации неровностей на контактирующих поверхностях. Следует отметить, что переходное сопротивление прежде всего зависит от контактного нажатия и в значительно меньшей степени – от площади соприкосновения контактов.

Зависимость переходного сопротивления от температуры (Q) приведена на рис.14.

Рис. 14. Зависимость переходного сопротивления от температуры

С увеличением температуры нагрева контакта переходное сопротивление возрастает вследствие повышения удельного электрического сопротивления контактного материала (участок 1). Одновременно с возрастанием температуры увеличивается суммарная поверхность соприкосновения, так как облегчается деформация микронеровностей вследствие снижения механической прочности контактного материала, и переходное сопротивление уменьшается скачкообразно (участок 2). Далее переходное сопротивление снова возрастает (участок 3), а затем резко падает (участок 4) при температуре плавления материалов контактов, когда происходит сваривание контактов.

Зависимость переходного сопротивления от состояния контактной поверхности. Шлифовка поверхности не снижает, а наоборот увеличивает переходное сопротивление, по сравнению с обработкой напильником. При шлифовке бугорки на поверхности становятся более пологими и смятие их затрудняется.

Зависимость переходного сопротивления от материала контактов. Переходное сопротивление чрезвычайно чувствительно к окислению поверхности ввиду того, что оксиды многих металлов (например, меди) являются плохими проводниками. У медных открытых контактов вследствие окисления переходное сопротивление может увеличиться в тысячи раз. Для медных контактов необходимо применять меры борьбы с окислением их рабочих поверхностей.

Оксиды серебра, напротив, имеют электрическую проводимость близкую к проводимости чистого серебра. При повышенных температурах они разрушаются. Поэтому переходное сопротивление из серебра, а также из серебросодержащих металлокерамик с течением времени практически не изменяется. Коммутирующие контакты, длительно работающие под током не выключаясь, выполняются, как правило, из серебра или серебросодержащих металлокерамик.

Материалы большей механической прочности имеют большие переходные сопротивления и требуют большего контактного нажатия. Чем выше электропроводность и теплопроводность материала, тем ниже переходное сопротивление.

Нагрев контактов при длительном прохождении номинального тока.

Материал контактов	Медь-медь	Алюминий-алюминий	Сталь-сталь
Время окисления при 70° С, дни			57,5
Степень увеличения сопротивления

Работоспособность контактов во многом определяется тепловыми процессами в них. Переходное сопротивление представляет собой источник дополнительных джоулевых потерь. Поэтому температура контактов всегда выше температуры прилегающих к ним проводников. С повышением температуры увеличивается интенсивность образования оксидных пленок на контактных поверхностях. Если оксидные пленки достаточно прочны, то переходное сопротивление может возрасти до недопустимой величины, при которой температура контактов будет опасной как для изоляции аппарата, так и для самих контактов.

Зависимость степени увеличения сопротивления контактов от времени окисления приведена в табл.1.

Таблица 1

Зависимость степени увеличения сопротивления контактов от времени окисления

Таким образом, допустимая температура контактов, при длительном прохождении номинального тока, определяется температурой, исключающей их интенсивное окисление. Допустимая температура контактов лежит в пределах 75^оС (медные контакты тяговых аппаратов) 120^оС (серебреные контакты тяговых аппаратов).

Нагрев контактов при прохождении тока короткого замыкания.

Прохождение тока к.з. через замкнутые контакты сопровождается резким возрастанием температуры в контактной площадке и возникновением усилий самопроизвольного размыкания контактов, что может привести е их свариванию. Возникающие вследствие искривления линий тока электродинамические усилия снижают контактное нажатие, в результате чего резко возрастает переходное сопротивление, а следовательно, и температура в точке касания. Если усилия отброса превалируют, то происходит самопроизвольное размыкание контактов, и между ними возникает короткая дуга. Происходит сваривание контактов. Сваривание контактов может произойти и без возникновения дуги, когда через замкнутые контакты протекают значительные токи перегрузки или к.з вызывающие большой рост температуры.

Сваривание контактов может воспрепятствовать отключению коммутационного аппарата и привести к тяжелым последствиям.

Надёжность работы аппарата зависит от размера раствора, контактного нажатия, провала и притирания контактов.

Раствор контактов - это расстояние между контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов в разомкнутом положении. Размер раствора выбирают из условий гашения электрической дуги.

Контактное нажатие – это сила, с которой подвижной контакт должен давить на неподвижный, чтобы обеспечить нормальную работу аппарата. Под провалом понимают расстояние, на которое смещается подвижный контакт при полном замыкании контактов. По мере износа контактов провал и контактное нажатие уменьшаются. Притирание – это перемещение линии касания подвижного контакта по поверхности неподвижного контакта.

Вопросы для самопроверки:

· Как различают контакты в зависимости от вида контактирующих поверхностей?

· Что такоепереходное сопротивление электрического контакта?

· Зависимость переходного сопротивления от контактного нажатия?

· Зависимость переходного сопротивления от температуры?

· Зависимость переходного сопротивления от материала контактов?

· Нагрев контактов при длительном прохождении номинального тока.

· Нагрев контактов при прохождении тока короткого замыкания.

· Раствор контактов, контактное нажатие, притирание.

Дата добавления: 2014-01-20