Контактные явления в электрических аппаратах

Тема 4

Контактная система является одной из наиболее существенных частей электроаппарата, от надежной работы которой существенно зависит работоспособность всего аппарата.

Электрический контакт – это сопротивление тел, обеспечивающее протекание тока в электрической цепи.

Конструктивный узел, с помощью которого в процессе работы аппарата производятся периодические замыкания и размыкания электрической цепи, называется электрическим контактным соединение.

Контактное соединение состоит в большинстве случаев из подвижного и неподвижного элементов.

Поверхность соприкосновения проводников носит название контактной поверхности.

Наличие шероховатости и волнистости поверхности соприкосновения контактов приводит к тому, что соприкосновение контактов всегда совершается в отдельных точках. Их количество зависит от нагрузки (силы сжатия контактов), температуры, механических свойств контактного материала и его геометрических очертаний.

Благодаря нажатию контактов вершины выступов деформируются и образуются площади действительного касания контактов.

В результате стягивания линий тока к площадкам касания их длина увеличивается, а сечение проводника, через которое фактически проходит ток, уменьшается, что вызывает увеличение сопротивления.

Такое сопротивление называется переходным сопротивлением стягивания контакта R _ст. Оно пропорционально удельному сопротивлению материала контакта r, корню квадратному от временного сопротивления на смятие этого материала s и обратно пропорционально корню квадратному из силы контактного нажатия Р _конт

Как видно из приведенного графика с ростом контактного нажатия Р _конт переходное сопротивление уменьшается. При многократных замыканиях и размыканиях контактов кривые не повторяют друг друга, так как в каждом случае касание происходит в различных точках.

Таким образом, полное сопротивление контактного соединения состоит из двух составляющих: сопротивление собственного материала контактных элементов и переходного сопротивления в месте их соприкосновения, т.е.

.

На величину переходного сопротивления оказывает влияние ряд факторов:

- влияние материала контакта.

Величина напряжения смятия s при смятии материала от прижатия поверхностей контактов S внешней силой F зависит от твердости используемого материала

.

Медь является одним из наиболее распространенных проводниковых материалов, применяемых для контактов аппаратов.

При применяемых покрытиях твердых металлов мягкими (меди – оловом, серебром, стали – кадмием и цинком) s уменьшается, а действительная контактная поверхность увеличивается, вследствие чего R _перех падает при том же усилии нажатия.

Величина переходного сопротивления изменяется в зависимости от удельного сопротивления материала контактов, уменьшаясь при снижении последнего.

- влияние температуры.

Энергия, выделяющаяся при прохождении тока через контактные элементы, частично превращается в тепловую, нагревая их в процессе работы и рассеиваясь в окружающую среду.

Чрезмерный нагрев контактов часто приводит к их окислению, причем оксидные пленки большей части металлов неэлектропроводны и увеличивают величину переходного сопротивления.

Единственным материалом, имеющим оксидную пленку такого же удельного сопротивления, как и сам металл, является серебро.

Металлом, вообще не образующим оксидных пленок, является платина.

С повышением температуры контактов окисления обычно увеличивается и для большинства металлов становится существенным, начиная с температуры +(70 – 75)⁰С.

Особенно значительно повышение температуры контактов при к.з. в цепи. В условиях к.з. происходит деформация материала и изменение формы контактов, снижения их механической прочности и других свойств. Для ряда аппаратов размеры контактов определяются возможностью работы при токах к.з. При определении предельно допустимой для аппарата величины тока к.з. длительностью прохождения тока принимают равной 1,5 или 10 сек.

Предельно допустимая кратковременная температура контактов при к.з. для контактов из меди – 200-300⁰С, для контактов из алюминия – 150-200⁰С.