Почему контакты выключателей делали с серебром - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Почему контакты выключателей делали с серебром

Автоматические выключатели

Об энергии короткого замыкания

С момента изобретения мощных источников тока началась и история развития автоматического выключателя. В чем, собственно, заключается проблема – щелк и все, цепь разомкнута. Но на самом деле все гораздо сложнее. По электрическому проводу может течь огромная, по своей разрушающей возможности, энергия. И именно автоматический выключатель должен сделать разрыв в цепи и при этом остаться неповрежденным.

Если говорить о простом размыкании, сделанным при выключенных потребителях электроэнергии, то все довольно просто. Никаких подводных камней нет. Самый сложный случай – была какая-то авария, и автоматический выключатель сам отключился. Что в таких ситуациях происходит чаще всего? Вы правильно ответили – открывается электрощиток, и рычажок автомата переводится в верхнее положение.

Если причина аварии не была устранена или хотя бы не «отгорела» , то происходит еще одна авария, только происходит она не где-нибудь , а прямо перед вами – внутри корпуса автоматического выключателя.

Энергию короткого замыкания можно примерно оценить, имея точные данные по проекту электроснабжения помещения. Но это будет просто приблизительная оценка. Реальное короткое замыкание в проводке квартиры – это всегда искры, хлопок и обгорание материалов в зоне действия дуги. Именно в таких условиях контакты автоматического выключателя работают и остаются целыми. Это достигается разными способами и путями.

Материалы для автоматических выключателей

Бытует мнение, что наилучшим материалом для контактов автоматических выключателей, является серебро. Для контактов – несомненно , но именно для простых контактов. Серебро имеет много положительных качеств и востребовано в электротехнике.

Два отрицательных момента портит его идеальную картинку – это довольно высокая цена и низкая температура плавления. При 960 градусах по Цельсию изделии из этого благородного металла превратятся в лужицу расплава.

Если вернуться к возможной температуре в зоне действия дуги короткого замыкания, то это – около 6000°С . Это очень высокая температура и серебро в чистом виде расплавиться за очень короткое время.

Что бы этого избежать, для изготовления контактов применяются различные сплавы и покрытия. Идеального материала для контакта еще не придумали. К этим материалам, или композициям из них, предъявляются требования, противоречивые по своей природе. Но эти требования вполне логичны :

  • Устойчивость к механическому износу;
  • Коррозия и электрический износ так же должны быть минимальными ;
  • Максимально возможная электропроводность и теплопроводность ;
  • Максимальная устойчивость к свариванию.

Все контактные материалы могут не полностью удовлетворяют всем предъявляемым к ним требованиям. Например, многие материалы, обладают хорошей электропроводностью и теплопроводностью, но не имеют достаточной твердости или подвержены окислению.

При разработке и изготовлении электрических контактов выбирают то материал или группу материалов, которые наиболее полно удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары. Для электрических контактов и деталей автоматически выключателей наиболее часто используются традиционные для электротехники материалы : твердая и мягкая медь, латунь для изготовления токоведущих деталей аппаратуры, сталь и , естественно, благородные и редкие металлы. Без них качественный контакт получить не удается. Это типовой перечень проводниковых материалов, которые находят самое широкое применение при изготовлении электрических контактов.

Форма контактов

Современная теория электрических контактов еще разрабатывается. Даже не все физические явления, происходящие между контактов, до конца исследованы и объяснены. Но на многие вопросы уже получены ответы, и наработанный опыт позволяет сформировать общая теория электрических контактов.

Поверхность можно определить, как границу между реально существующими телами и окружающей их средой. Простейшей формой поверхности принято считать плоскость, но ее практически невозможно получить.

Всякую плоскость можно представить как часть некоторой прямолинейной поверхности с очень большим радиусом кривизны. И по этому такие поверхности обладают некоторой стрелой прогиба. Величина этого прогиба зависит как от метода изготовления поверхности, так и от условий ее работы. Стрела прогиба характеризует величину отклонения реальной плоскости от идеальной. Поверхности реальных плоскостей имеют волнистости. С помощью микроскопа можна увидеть и более сложные построения отдельных элементов поверхности.

Поверхности можно разделить на три группы :

Многие поверхности оптических приборов, с некоторой натяжкой, можно отнести к гладким. Поверхности электрических контактов наиболее часто являются шероховатыми. Долговечность электрических контактов, в значительной мере, определяется качеством обработки их поверхности, которое зависит от чистоты и свойств применяемого металла.

Форма неровностей поверхности значительно влияет на следующие эксплуатационные свойства электрических контактов :

  • Износоустойчивость трущихся поверхностей ;
  • Усталостную прочность ;
  • Сопротивляемость эрозии ;
  • Коррозионную устойчивость.

Гладкие и совершенно параллельные поверхности получить, в принципе, невозможно. По этому поверхности двух соединенных электрических контактов соприкасаются между собой лишь в некоторых точках. В случаи повышение сжатия контактных поверхностей происходит раздавливание и деформация металла в местах выступов и превращение их в маленькие поверхности с отличным пропусканием тока. Зона полной проводимости находится вместе наибольшего давления между контактами.

Зона неполной проводимости состоит из совокупности частей поверхности, покрытых пленками окислов. Электроны могут переходить через такие пленки, благодаря туннельному эффекту. От одной контактной поверхности к другой.

Зона полной непроводимости начинается там, где туннельный эффект уже невозможен. В этих зонах пленки окисления имеют значительную толщину.

При сравнительно небольших силах сжатия выступающие участки поверхностей входят в механическое соприкосновение. Это упругие деформации. Есть и пластические деформации, возникающие в случае, когда давление на контактирующие поверхности возрастает настолько, что достигается предел упругости. А в результате появляется остаточная деформация.

Одни метали хорошо сопротивляются оказываемому на них давлению, так как они достаточно тверды, другие – плохо, так как они пластичны. Пластичные металлы, и серебро в этом списке в самом начале, предпочтительнее для использования в качестве электрических контактов. Но есть еще требования износостойкости, и тут мягкие материалы уже завершают список.

Борьба с окислением

На поверхностях практически всех электрических контактов образуются пленки. Эти пленки имеют сложный химический состав. Компонентами пленки является металл контакта, кислород, сера и прочие химические элементы. Например. Атомы кислорода сначала создают на поверхности металлов тонкую атомную пленку сцепления, которая со временем и с повышением температуры утолщается.

Толщина возникающих пленок зависит от таких фактов :

  • Химической активности металлов ;
  • Степени их очистки и полировки ;
  • Химического состава среды, в которой находятся контакты ;
  • Температуры и многих других факторов.

Так, в чистом воздухе окисная пленка алюминия имеет толщину 10-15 нм, а цинка – 0,5 – 0,6 нм. Эти цифры дают представление о скорости проникновения в глубину металлов атмосферной коррозии. Она составляет :

  • Для свинца – 4 мкм/год ;
  • Для алюминия – 8 мкм/год ;
  • Для меди и олова – 12 мкм/год ;
  • Для цинка – 50 мкм/год ;
  • Для железа – 200 мкм/год.

Если толщина пленки превышает 2,5 – 3 нм, туннельный эффект прекращается. При этом электроны уже не могут преодолеть достаточно большой потенциальный барьер, и пленка становится диэлектриком.

Пленки потускнения

Эти пленки плохо проводят электрический ток и относятся у диэлектрическим пленкам. Они появляются на поверхности чистых металлов и легко определяются – по потере металлического блеска поверхности. Окисные пленки могут возникать из-за соединения металла с кислородом воздуха, а сульфидные пленки – и из-за металла с серой.

На поверхности некоторых металлов окисные пленки создаются чрезвычайно быстро, буквально за доли секунды или секунды, на других они формируются в течение минуты.

На поверхности никеля окисная пленка формируется достаточно медленно, но при повышении температуры толщина ее может быстро увеличиваться. В конце концов, постепенное утолщение пленки приводит к разрыву электрической цепи.

Бронза при нормальной температуре заметно не окисляется.

Поверхность контакта из вольфрама практически не покрывается пленками окисления.

Золото, даже при высокой температуре, заметному окислению не подвержено. Платина не окисляется. Правда, при соединении з некоторыми газами может создавать на своей поверхности пленки, которые несколько ухудшают проводимость в месте контакта.

Серебро окисляется, но совсем мало. Окисные пленки на серебре легко снимаются. Значительно более опасными и прочными являются пленки, образуемые серебром с серой и ее соединениями, особенно в присутствии влаги. Серебро при этом тускнеет, и на его поверхности появляются пятна темного цвета. Но при достаточных механических сдавливающих усилиях эта пленка потускнения может разрушиться, и появятся очаги проводимости.

Существует ряд способов снятия пленок потускнения с поверхности металлов в целях улучшения электрического контакта. Например, разрушения пленок с помощью ударного воздействия или сильного сдавливания. Это называется искусственным старением. Пленки и сами по себе с течением времени могут растрескиваться и отваливаться. Это приводит к улучшению электрического контакта. Процесс некоторого улучшения контакта при его эксплуатации, называется естественным старением.

Зависимость электрической проводимости контактов от механического сжатия

Размеры контактной поверхности, а , следовательно, и электрическая проводимость, существенно зависят от силы сжатия. Характер изменения проводимости малых, средних и больших контактных усилиях несколько различается, но во всех случаях сдавливание контактов ведет начала к упругой, а затем – к пластической деформации.

Проводимость контактов, находящихся под большим сжатием, более стабильна во времени, чем проводимость контактов, к которым приложены средние и , тем более, малые сдавливающие усилия.

Но возникает другая проблема – прилипание контактных поверхностей друг к другу. Пластичные металлы могут прилипать друг к другу и без повышения температуры. А при нагреве эти процессы значительно усиливаются. 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. При прохождение электрического тока через области контакта с окисными пленками, они могут полностью разрушиться, и тогда область контакта будет состоять из чистого металла. Возникают условия для прилипания и даже сваривания контактов.

Перейдем к чистой практике

Теория и практика на примере рассмотрения автоматического выключателя идут рука об руку. Выбор автомата затруднен богатством представленного предпочтения, и производитель уже определен, то осталось выбрать номинал и тип. Это уже проще. Но сначала про сам автоматический выключатель (рис.1), что в нем есть и для чего.

Рис.1. Устройство автоматических выключателей

Независимо от номиналов самого выключателя, хоть он рассчитан для работы в линии 10 ампер, хоть 63 ампера, его устройство практически одинаково.

Корпус автоматического выключателя выполнен из пластика, не поддерживающего горение. Про воздействие высокой температуры, это материал может оплавиться, может потерять форму, но он не горит и даже при сильном нагреве не может стать источником возгорания.

Контактная пара состоит из неподвижного и подвижного контакта. Форма и материал его тщательно подбираются, исходя из требуемого режима работы. Катушка электромагнитного расцепителя имеет необходимое сечение провода и требуемое количество витков для расчетного тока срабатывания в режиме короткого замыкания.

Рычаг управления позволяет включать и отключать автоматический выключатель. Дугогасящая камера вступает в работу только в экстремальных ситуациях, когда при разрыве контактов возникла мощная электрическая дуга, и ее энергию необходимо погасить.

Биметаллическая пластина служит, своего рода измерительным инструментом, и определяет силу тока, текущего в линии. Регулировочный винт предназначен ТОЛЬКО для заводских настроек. Именно про его помощи возможна точная подстройка автоматического выключателя на заданные номиналы срабатывания. Для подсоединения линии к автоматическому выключателю предназначены винтовые зажимы.

Это очень важно, так как автоматический выключатель должен сработать при аварийной ситуации, а не стать самим источником ее. В книге намеренно не расписываются свойства автоматических выключателей разных серий, все эти данные есть в любом каталоге. Тип, марка, номинал – все это всегда указывается в проектах. И что-то изменять здесь не стоит.

Чтобы автоматический выключатель прослужил долго – его надо правильно установить. Обычно все проблемы возникают только от плохо затянутых контактов. Периодическая инспекция электрического щита, выявление мест локального нагрева и протяжка контактов позволит избежать проблем с электроснабжением.

Материалы для электрических контактов

Общая характеристика

Электрические контакты должны свободно коммутировать токи от до 109 А при напряжении от до 106 В. По конструктивному исполнению, если исключить переходные формы, электрические контакты можно разбить на три группы:

Читайте также:  Дверки для ванной вместо занавесок

— подвижные, функция которых замыкать и размыкать цепь при кратковременной либо длительной коммутации тока;

— скользящие, в которых происходит перемещение контактирующих поверхностей относительно друг друга без нарушения электрического контакта;

— неразъемные, в которых в процессе работы не происходит разъединения контактирующих поверхностей.

Требования к материалам электрических контактов

Материалы для коммутирующих контактов должны удовлетворять следующим основным требованиям: быть коррозионностойкими, стойкими против электрической эрозии и износа; не свариваться; обладать высокой механической износостойкостью, особенно на истирание; легко обрабатываться давлением и металлорежущим инструментом, а также прирабатываться друг к другу; обладать высокими теплофизическими характеристиками; иметь низкую стоимость.

Контактные сплавы на основе золота

Сплавы на основе золота предназначены для коммутации электрического тока до 5 А (в зависимости от конструкции прибора).

Контактные сплавы на основе золота отличаются высокой надежностью контактирования при низких электрических нагрузках. Наиболее полно контактные материалы характеризуются испытаниями в смешанной атмосфере, содержащей H2S, SO2 и NO2. При этом наблюдается увеличение контактного сопротивления всех сплавов, особенно резкое у сплавов с высоким содержанием Ag. Их не рекомендуется применять при повышенных требованиях к надежности контактирования.

Контактные сплавы на основе металлов платиновой группы

Контакты из чистой платины обладают низким и стабильным переходным сопротивлением, но подвержены мостиковой эрозии. Стойкость к эрозии и свариванию выше у сплавов Pt с Ni и Ir. Вместо сплавов Pt—Ir можно применять более экономичные сплавы Pt—Ru. Pd в качестве контактного материала в основном используют в виде гальванических покрытий и в сплавах с Ag. RIi применяют для покрытий прецизионных контактов. Толщина покрытия зависит от требований к механическому износу и составляет

Области применения контактов

Ag—Pd: сигнальная аппаратура, телефонные реле, телефонные номеронабиратели, регуляторы напряжения, управление флюоресцентными лампами, бензино- и маслоизмерители, защитные устройства электродвигателей, органы телевизионного управления, выключатели холодильников и термостатов.

Ag-Pt: радиоаппаратура, приборы автоматики и настройки радио, радиовибраторы и устройства питания от сети радио, электромагнитные счетчики.

Pt—Ir: прецизионные реле, работающие без дуги; кассовые машины, пожарные сигнализаторы, телеграфные реле, малогабаритные и миниатюрные реле радиоэлектроники, регуляторы скорости, магнето авиационные, автомобильные и морские, пирометры, вибропреобразователи, промышленные регуляторы электронапряжения, электробритвы, термостаты и нагреватели, сигнальные реле.

Pt—Rh: магнето постоянного и переменного тока; термопары.

Pt—Ni: телеграфная и телефонная аппаратура.

Pt—Ru: регуляторы скорости, кассовые машины, пожарные сигнализаторы, бензино- и маслоизмерители, контрольные реле электрооборудования в авиации, регуляторы напряжения, магнето авиационные и морские, регуляторы освещения, реле железнодорожной сигнализации, термостаты и нагреватели, сигнальные реле.

Pd—Ag: прецизионные реле, сигнальная аппаратура, гнезда телефонных коммутаторов, телефонное оборудование, токосъемники потенциометров, промышленные регуляторы напряжения, звуковые реле, реле уличных сигналов.

Pd—Ag—Ni: часы, скользящие контакты прецизионных потенциометров, термостаты и нагреватели, сигнальные реле.

Pd—Ir; Pd—Ru: звуковое реле, вибрационные регуляторы напряжения и числа оборотов, вибрационные преобразователи, выпрямители.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ HA ОСНОВЕ ЗОЛОТА

Материал

Область применения

Форма применения

Антикоррозионная защита серебряных контактов, миниатюрные контактные заклепки, шары и штеккеры

Гальванические и напыленные покрытия, металлургическое золото

Твердое золото Ni или Со)

Дорожки контактов скольжения, поворотные переключатели, штеккерные разъемы

Слабонагруженные контакты в телефонной сети, транзисторных цепях, контакты штепсельных разъемов

Цельносплавные и плакированные заклепки, контактные шары

Контактные пружины, подвижные контакты слаботочных реле

Цельносплавные и плакированные контакты, контактные шары

Au—Co5 ( гетероген ный ); Au—Ni5; Au— Ag26-Ni3

Устойчивые к переносу материала контакты реле, датчиков световой сигнализации, измерительных приборов, электрических часов

Заклепки, плакированные контакты, контактные шары

Контакты для специальных реле и измерительных приборов

Контактные сплавы на основе серебра

Чистое серебро редко используют для коммутирующих контактов. Вместо него в настоящее время применяют сплавы твердого Ag (до 3 % неблагородного легирующего компонента), которые обладают высокой эрозионной стойкостью и стойкостью к свариванию. Реже применяют сплавы Ag с Zn и Cd, а также с высоким содержанием Cu. Вместо них целесообразно использовать гетерогенные материалы, получаемые внутренним окислением (ВО) сплавов Ag. Метод ВО целесообразен также для упрочнения сплавов Ag—Pd .

Основным недостатком серебра как контактного материала является образование токонепроводящей пленки из сульфидов серебра в атмосфере, содержащей сернистые соединения. Стойкость серебра к потускнению повыщается при легировании Cd, Sb, Zn, Sn. Однако при низких электрических нагрузках эти сплавы имеют недопустимо высокое контактное сопротивление и в этих случаях рекомендуется применять сплавы Ag—Pd. Контактное сопротивление этих сплавов уменьшается с увеличением содержания Pd, а стойкость к эрозии минимальна у сплава Ag—10Pd.

Электролитические сплавы Ag с Ni и Со отличаются высокой механической износостойкостью и применяются для покрытий скользящих контактов. Покрытия из сплавов Ag—Pd отличаются стабильным и низким переходным сопротивлением во влажной среде и в раз более износостойки, чем чистое серебро.

При I =10÷15 А, U =380 В хорошие эксплуатационные характеристики у контактов из сплавов Cu—Ag—Cd, содержащих Ag, их рекомендуется использовать вместо материалов с высоким содержанием Ag, например вместо металлокерамики СН30м.

Широко применяют контакты из различных композиций Ag—МеО, получаемых внутренним окислением сплавов. После ВО значительно

Наиболее широко в электротехнике применяют сплавы Ag—CdO CdO). Эффективность ВО повышается при окислении в кислороде при повышенном давлении и в атомарном кислороде.

При этом, помимо увеличения производительности процесса, улучшается стойкость к свариванию, уменьшается разрывное усилие при сваривании и обгорание за счет диспергирования оксидных частиц.

Добавки Be, Ce, Sc, Ba, Y, In, Ga, Sb, Sn, Те увеличивают стойкость к электрической эрозии материалов Ag—CdO, кроме того, добавки Be, Ce, Sc, La, Y, Ga ускоряют процесс ВО. Легирование Ca, Ni, Ti применяют для сдерживания роста зерна при ВО.

Основные области применения контактных серебряных сплавов

Ag: реле, сигнальная аппаратура, контакты вспомогательных цепей, термостаты, бытовые приборы, нагреватели воды, телефонная и телеграфная аппаратура, электроосаждение на контактные детали для электронной техники.

Твердое Ag: реле, магнитные пускатели, бытовые приборы, вспомогательные контакты автоматических выключателей.

Ag—Cu: реле, сигнальная аппаратура, светотехнические выключатели.

Ag—Cu—Ni: реле уличных сигналов, автомобильные и железнодорожные сигнальные реле, тепловые выключатели, преобразователи тока, авиационные реле и выключатели, управление флюоресцентными лампами, регуляторы освещения.

Ag—Cd: реле, бензо- и маслоизмерители, выключатели, стартеры, выключатели перегрузки холодильников и термостатов, тепловые выключатели.

Ag—Cd—Ni; Ag—Cd—Ni—Fe: реле — регуляторы напряжения.

Ag—Pd: сигнальная аппаратура, телефонные реле и номеронабиратели, бензо- и маслоизмерители, защитные устройства электродвигателей, органы телевизионного управления, контактные кольца.

Ag—Pt: радиоаппаратура, приборы автоматики, электромагнитные счетчики.

Ag—Mg—Ni; Ag—Au—Mg—Ni; Ag—Mg—Zr; Ag—Mg—Ni—Zr; Ag—Pd—Mg: заменители контактов из сплавов Pd—Ir, Au—Pd—Pt, Au—Ni, Au—Pt в малогабаритных и миниатюрных электромагнитных реле радиоэлектроники.

Ag—CdO: магнитные пускатели, реле среднего и тяжелого режима, автоматические терморегуляторы, контролеры электровозов и троллейбусов, концевые выключатели, бытовые приборы, кнопки управления.

Ag—CuO: сильно нагруженные контакты постоянного и переменного тока, авиационные реле среднего и тяжелого режима, автоматические предохранители, переключатели тепловозов. Порошковые контактные материалы

В тех случаях, когда применение метода ВО технически неоправданно для производства гетерогенных материалов Ag—MeO, применяют метод порошковой металлургии. Так же как при ВО, технология производства порошкового материала оказывает значительное влияние на дисперсность структуры и эксплуатационные характеристики контактного материала.

Помимо стандартных материалов Ag—CdO и Ag—CuO, известны материалы с высокой стойкостью к обгоранню и свариванию и со стабильным контактным сопротивлением: Ag-10 % ZnO и Ag—5 % PbO. Очень высокой стойкостью к обгоранию обладает материал Ag—10 % SnO2. При использовании этого материала вместо Ag—12 % CdO гарантируемый срок службы при I =1000 А обеспечивается при уменьшении объема контакта на

Псевдосплавы Ag—Ni отличаются высокой пластичностью (при Ni), что позволяет плакировать ими медь и медные сплавы. По стойкости к обгоранию они значительно превосходят серебряные сплавы, но уступают материалам Ag—CdO различного состава и способа производства.

Псевдосплавы Ag—Ni применяют в качестве материала подвижного контакта в паре с неподвижным контактом из Ag—С в автоматических выключателях. Такое сочетание обеспечивает приемлемую эрозионную стойкость и стойкость к свариванию контактной пары.

Контактное сопротивление композиций Ag—W и Ag—WC снижается с увеличением силы тока вследствие разрушения поверхностных пленок. Стойкость к обгоранию композиций Ag—WC несколько выше, чем Ag—W, и часто подвижный контакт из Ag—WC используется в паре с неподвижным контактом из Ag—W при тяжелых режимах работы.

Наиболее высокая стойкость к свариванию у материалов Ag—С, Ag—W и Ag—CdO

Композиция Ag—MoS2 обладает высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения в паре с бериллиевой бронзой и может использоваться для изготовления скользящих контактов.

Дисперсноупрочненное золото является перспективным контактным материалом, так как обладает низким контактным сопротивлением, стойко к обгоранию и свариванию. Материал, содержащий до 1 % (объемн.) дисперсного оксида, обладает высокой прочностью и пластичностью, а электрические свойства его практически соответствуют свойствам чистого золота.

При упрочнении золота оксидами значительно возрастает стойкость к механическому износу.

Области применения псевдосплавов на основе серебра для контактов

Ag—Ni: средненагруженные контакторы и магнитные пускатели, установочные и универсальные автоматические выключатели, реле цепей сигнализации и автоматики железных дорог, реле сварочных машин, контакторы автопогрузчиков, регуляторы напряжения, бытовые автоматические предохранители, светорегуляторы.

Ag—С; установочные и универсальные автоматические выключатели, электроутюги с терморегуляторами, реле сигнализации железных дорог, переключатели диапазонов и выключатели радиоприемников, вспомогательные контакты воздушных выключателей.

Ag—Ni—С: установочные и универсальные автоматические выключатели (в паре с контактами из AgNi).

Ag—W: магнитные пускатели и контакторы с большой частотой включений, выключатели бытовых электроприборов, барабанные переключатели, кнопки управления, высоковольтные переключатели, центробежные регуляторы оборотов электродвигателей постоянного тока, контакты мощных регулирующих трансформаторов, устройства питания радиоприемников, вибраторы, стартеры, кассовые аппараты, тяжело-нагруженные реле и выключатели авиационного оборудования. Контактные материалы с волокнистой структурой

Композиционные материалы с волокнистой структурой являются наиболее современными в технологии изготовления контактных материалов. Значительное упрочнение достигается при армировании серебра волокнами вольфрама, молибдена, никеля, стали. Известны результаты по упрочнению серебра монокристаллическими нитями A l 2 O3 и Si3N4. Степень упрочнения при армировании зависит от параллельности волокон в матрице, расстояния между волокнами, их непрерывности и объемного содержания. Композиционные материалы обладают сильной анизотропией свойств и при ориентации волокон перпендикулярно контактной поверхности можно достичь уменьшения обгорания и сваривания контактных материалов. У серебра, армированного непрерывными волокнами никеля, более чем на 50 % снижается обгорание по сравнению с обычным порошковым материалом. При этом волокнистый материал обладает гораздо большей пластичностью и выдерживает большую степень деформации при высадке заклепок, чем спеченный материал. Существенное улучшение контактных свойств достигается при использовании монокристаллических нитей графита вместо его порошка при производстве материалов на базе A g —С.

Перспективно применение армированных материалов для контактных пружин. Армированные серебряные материалы обладают наилучшими сочетаниями пружинных свойств и электропроводности среди используемых в настоящее время материалов для контактных пружин.

Материалы, содержащие дисперсные оксиды, после экструзии или волочения также приобретают волокнистую структуру с расположением волокон вдоль продольной оси полуфабриката. Контакты из таких материалов с расположением волокон перпендикулярно поверхности контактирования в зависимости от вида оксида в ряде случаев имеют более высокую стойкость к свариванию и обгоранию, чем порошковые материалы; при этом уменьшается время воздействия электрической дуги на поверхность контактирования.

Направленной кристаллизацией получен сплав Ag—28 % Cu с волокнистой структурой, обладающей высокой стойкостью к свариванию.

Контакты низковольтных аппаратов

Содержание статьи:

  • виды контактов;
  • переходное сопротивление, которое определяет качество сцепления;
  • материалы для контактов;
  • рекомендации по эксплуатации размыкающихся контактов;

  • чем обусловлено применение серебра:
    • низкая скорость окисления под воздействием атмосферного кислорода и озона;
    • что даёт низкое переходное сопротивление, которое незначительно изменяется во времени;
    • из-за низкой температуры плавления применяют металлокерамические контакты с включением Ag.

Контакты для низковольтной аппаратуры (НВА)

Под низковольтными аппаратами понимаются автоматические выключатели, пускатели и контакторы, а также рубильники (выключатели-разъединители).

Контактом или контактным соединением называют соединение двух токопроводящих элементов, которое производится при помощи сжатия. Зачастую, пару контактов составляют – подвижный и неподвижный (или малоподвижный) контакт.

Контактные соединения разделяют на следующие группы:

  • неразмыкающиеся контактные соединения (при нормальной работе не разъединяются, только во время ремонтных или профилактических мероприятий – болтовые соединения);
  • размыкающиеся контактные соединения (контакты низковольтных аппаратов, коммутирующие цепь);
  • скользящие контактные соединения (контакты перемещаются друг относительно друга без потери сцепления, например, шарнирное присоединение ножей рубильника с неподвижными контактами).
Читайте также:  Как пользоваться игольчатым валиком для гипсокартона?

Виды контактов, встречающиеся в автоматических выключателях и контакторах:

  • главные контакты (или главная контактная группа);
  • дугогасительные контакты (контакты, предназначенные для гашения электрической дуги);
  • вспомогательные контакты (или дополнительные контакты, или блок-контакты).

Практически во всей, массово выпускаемой, низковольтной аппаратуре главные контакты играют роль дугогасительных.

Раздельные главные и дугогасительные контакты имеются у автоматического выключателя Электрон и контактора серии КТ.
Вспомогательные контакты (поставляется как дополнительная заказная опция) служат для сигнализации положения главных контактов.

Переходное сопротивление контактов

Одним из наиболее важных параметров для оценки качества контактного соединения является его переходное сопротивление. Снижение переходного сопротивления, приводит к снижению выделяемого тепла при протекании тока. Проводимый ток в основном ограничивается заданной максимальной температурой. Следовательно, чем ниже переходное сопротивление, тем обеспечен лучший контакт.

На практике определяют значение падения напряжения на контактном соединении, через которое высчитывают переходное сопротивление: Rп = ∆Un / In.

Факторы, влияющие на переходное сопротивление следующие:

  • контактное сжатие;
  • форма контактов в месте соприкосновения;
  • окисление контактов;
  • вибрационные нагрузки.

Контактное сжатие.
Самая тщательная обработка поверхности контактов всё равно оставит микронеровности. Тогда металлический контакт возникает в одной либо нескольких точках. Чтобы обеспечить более полное прилегание поверхностей контактов, создают сжимающую силу, которая сдавливает микроскопические бугорки.

Форма контактов в месте соприкосновения.
Кинематика низковольтного аппарата, а также выполняемые им функции определяют поверхности контактного соединения. По характеру контакта выделяют три вида контактных соединений:

  • точечный контакт рис. а (ток проходит сквозь точку);
  • линейный контакт рис. б (ток протекает по совокупности точек – линию);
  • плоскостной либо многоточечный контакт рис. в (ток течёт сквозь несколько точек).

На рисунках показаны виды контактов:
1 – остриё + плоскость; 2 – остриё + сфера; 3 – сфера + плоскость; 4 – две сферы;
5 – призма + плоскость; 6 – цилиндр + плоскость; 7 – два цилиндра;
8 – две плоскости.
Точечный контакт характерен для блок-контактов, где не столь важно качество сцепления и мал проводимый ток (не выше 10А), усилие сжатия до 5 Н.

Линейный контакт характерен для большинства главных контактов автоматических выключателей, пускателей, контакторов и рубильников, сжимающее усилие до 500 Н.

Многоточечный контакт характерен для неразъёмных болтовых соединений, сжимающее усилие до 5 000 Н. Например, место присоединения кабеля и контактного вывода аппарата, либо электротехнической шины и вывода.

Окисление контактных поверхностей.
Все металлы под воздействием атмосферного кислорода и озона окисляются. Наличие оксидной плёнки может существенно повлиять на переходное сопротивление, которое может возрасти в сотни раз.

Приведём примерное изменение переходного сопротивления при температуре +35⁰С (данные союзной лаборатории Смурова). Приведенный коэффициент α прямо пропорционален переходному сопротивлению.

Материал контактовПродолжительность окисления, сутокКоэффициент αВозрастание переходного сопротивления, раз
до окисленияпосле окисления
медь (Cu)21,10∙10 -4180∙10 -4164
олово (Sn)121,56∙10 -4110∙10 -477
серебро (Ag)1000,50∙10 -411∙10 -422

Как видно, серебро является наиболее предпочтительным материалом для контактов, эксплуатирующихся в продолжительном режиме. Когда выбраны медные контакты (зачастую, из-за относительно низкой стоимости), применяют регулярное смыкание и размыкание контактов для механического стирания оксидной плёнки либо скользящее контактное соединение.

Вибрация.
Вибрационные нагрузки возникают повсеместно, где монтируется низковольтная аппаратура. Например, автоматические выключатели устанавливаются в распределительные щиты, которые монтируются в промышленных цехах; пускатели устанавливаются поблизости с управляемыми асинхронными электрическими двигателями.

Наиболее опасны вибрации, которые направлены по той же линии, что и сжимающее усилие в контактах; а также вибрации, которые могут привести к резонансу крепёжных элементов и контактов. Если сила от вибрации превысит значение сжимающей силы, то произойдёт кратковременное расцепление. При больших токах это грозит свариванием контактов, при малых токах – их обгоранием.

Материалы, применяемые для контактов

Медные контакты
Наиболее распространённым материалом для контактов является медь. Ключевые факторы: высокая электропроводность, хорошая твёрдость, тугоплавкость, а также высокая коммутационная износостойкость. Главным недостаток – быстрое образование оксидной плёнки со значительным возрастанием переходного сопротивления.

Серебряные контакты
Лучший материал для коммутационных аппаратов, работающих в продолжительном режиме. Теплопроводность и электрическая проводимость наилучшая среди металлов. Окисление очень медленное, окислы имеют достаточную проводимость. Отрицательные факторы – плохая коммутационная износостойкость (быстрое выгорание или разбрызгивание серебра), высокая цена.

Вольфрамовые контакты
Механическая прочность вольфрама стабильна в широком диапазоне температур, а также значительно превышает ту же характеристику других контактных материалов. Вольфрам устойчив к высоким температурам электрической дуги (тугоплавкий материал). Отрицательные стороны – подвержен окислению, обладает высокой ценой, переходное сопротивление в разы больше серебряного или медного электрического сопротивления. Основное применение – контакторы с низким амперажём с высокой частотой включений и отключений.

Графитовые контакты
Графит имеет высокое удельное сопротивление и обладает самой высокой температурой эксплуатации. Графитовые контакты применяются в автоматических регуляторах напряжения и отличаются тем, что не свариваются и могут включать большие токи. Износ очень быстрый, что приводит к образованию копоти.

Металлокерамические контакты
Так как у многих массовых коммутационных аппаратов главные контакты совмещены с дугогасительными, то и накладываются противоречивые требования – малое переходное сопротивление, стойкость к высоким температурам электрической дуги, малая подверженность коррозии. Ни один из чистых металлов либо сплавов не проходит проверки. Поэтому нашли выход – гетерогенные сплавы, которые сохраняют свойства отдельно взятых компонентов.

Наиболее простыми двухкомпонентными металлокерамическими контактами работают составы металла с высокой электрической проводимостью в сочетании с маленькой температурой плавления (медь либо серебро) и тугоплавкого металла (молибден или вольфрам). В итоге получается тугоплавкий скелет с вставками из металла с высокой электрической проводимостью. При воздействии дуги, серебро плавиться, но не разбрызгивается, а удерживается в металлокерамике силами смачивания.

Металлы измельчают до получения порошка с частицами порядка 40 мк, затем смешивают, прессуют и запекают при температурах 800 – 900⁰С.
Наибольшее распространение получили сочетания: серебро + окись кадмия (второй материал может заменяться: вольфрамом, молибденом, никелем, графитом), а также медь + графит.

Для обеспечения хорошей электропроводности в месте соединения металлокерамической пластины с контактной деталью, внутреннюю сторону покрывают подслоем серебра (до 1 мм).

Размыкающиеся контакты

По условия работы контакты низковольтных аппаратов распределяют по трём группам:

  • контакты, включающие и отключающие электрические цепи без тока (например, контакты разъединителей). Износ происходит из-за механических факторов, обеспечивают протекание номинального электрического тока либо кратковременное протекание сверхтока;
  • контакты, которые включают и отключают ток при очень малых значениях напряжения (до нескольких вольт). Например, контакты контакторов ускорения. При работе подвержены не только механическому износу, но и незначительному электрическому износу (возникновение искры);
  • контакты, которые коммутируют ток при номинальном напряжении (контакты автоматических выключателей, пускателей и контакторов, рубильников).

Остановимся на последней группе.
Основная задача таких контактов обеспечить беспрепятственное протекание номинального тока и сверхтока (короткие замыкания, перегрузки). Изнашиваются контактные группы в основном из-за выгорания и разбрызгивания материала при гашении электрической дуги, механические факторы играют второстепенную роль. Повторное включение допустимо после остывания контактов.

Интенсивность исчезновения контактного материала зависит от силы отключаемого тока, применяемого материала, способа гашения дуги. При включении, некоторое время контакты вибрируют, что тоже может привести к износу.

Наиболее тяжёлые условия у тех контактов, которые смыкаются во время протекания аварийных токов. Проявляется сильный отброс контактов друг от друга из-за электродинамических сил, рождается мощная электрическая дуга. Близкие условия у контакторов, запускающих мощные электрические двигатели, пусковые токи могут отличаться от номинальных на порядок.

Важными факторами, за которыми нужно следить во время эксплуатации являются:

  • начальное и конечное сжатие (в основном обеспечивается пружиной, которую следует регулярно менять);
  • провал контактов (расстояние между точкой сцепления и положением, которое занимает подвижный контакт при отсутствии неподвижного);
  • состояние контактных поверхностей;
  • наличие проскальзывания или переката, если они гарантируются кинематической схемой.

Посеребренные и металлокерамические контакты не следует зачищать напильником. Зачищают лишь заметные бугорки и остывшие брызги металла. После каждого аварийного отключения следует протереть поверхности ветошью смоченной в бензине для устранения гари. Зачастую, приработанные контакты проводят ток лучше, чем новые. Не следует употреблять какую-либо смазку, так как она сгорает и оставляет копоть на контактах.

Развёрнутая информация по уходу за контактами, измерению контролируемых величин находится в книге, указанной ниже (практические рекомендации со страницы 35).

Список использованной литературы
Образцов В. А. Уход за контактами низковольтных аппаратов. – Ленинград: ГосЭнергоИздат, 1959 – 61 с.
Книга в свободном доступе на странице прайс-лист.

Почему контакты выключателей делали с серебром

2.3. Металлы и сплавы для электрических контактов

Различают три основные группы этих проводниковых мате­ри­­алов: для токоведущих и упругих элементов контактных устройств; для изготовления слаботочных контактов; для сильноточных контактов.

Проводниковые материалы для токоведущих и упругих элеме­н­тов контактных устройств. Для изготовления контактов-деталей (штырей и гнезд) при­бо­рных разъемов и упругих элементов пе­ре­­ключателей и якор­ных реле используют латуни и бронзы.

Латуни – это сплавы системы Cu-Zn с содержанием 10. 40% ци­­нка. Цинк кристаллизуется в ГПУ решетку и характеризуется ог­ра­ниченной растворимостью в меди. Практическое применение на­­шли сплавы Л85 и Л80, содержашие 15 и 20% Zn, со­от­ве­т­ст­вен­­­­но. Удельное сопротивление латуней r =(0,05. 0,06) × 10 -6 Ом × м, что в 3 раза превышает сопротивление чистой меди. Латунь хо­ро­­­шо обрабатывается дав­ле­нием, паяется и сваривается. Об­ла­да­­­ет сравнительно невысокими упругими свойствами, которые, выше чем у чистой меди.

Бронзы характеризуются более высокими упругими свой­ст­ва­ми, чем ла­­туни. К бронзам относятся сплавы системы Cu-Sn (3. 6% Sn). Находят также применение алю­ми­ни­­е­­вые бронзы Cu-Al (около 5% Al), а также кремнистые бронзы Cu-Si (1. 3% Si). Оло­во, алюминий, кремний, так же, как и цинк, об­­­ладают огра­ни­чен­ной растворимостью в меди. Для улучше­ния ха­­­рактеристик бронз в них, кроме перечисленных элементов, до­ба­­­вляют в не­боль­шом количестве фосфор, цинк, никель, ма­р­га­нец, железо.

Сплавы бронзы в технической документации обозначаются бу­к­ва­ми Бр с указанием дополнительных легирующих элементов и их ко­нцентрации. При этом пользуются следующими условными обоз­на­чениями легирующих элементов: О-олово, А-алюминий, К-кре­м­ний, Ф-фосфор, Ц-цинк, Н-никель, Мц-марганец, Ж-железо, Б-бе­риллий, Т-титан.

Широкое практическое применение нашли бро­нзы марок БрОЦ4-3 (содержит 4% Sn и 3% Zn), БрА7 (7% Al), БрКМц3-1 (3% Si и 1% Mn), БрБ2 (2% Be) – бериллиевая бронза. После тер­мо­обработки изделия из бронзы имеют в 1,25. 1,5 раза более вы­сокий модуль упругости, чем латуни. Однако удельное элек­т­ри­ческое сопротивление лент, пру­жин, токоведущих деталей из бро­нзы выше, чем у латуни при­мерно в 2 раза и составляет (0,09. 0,27) × 10 -6 Ом × м.

Для изготовления нетоковедущих элементов контактных уст­ройств используют прецизионные (т. е. точные) пружинные сплавы и ста­­­ли на основе железа марок 36НХТЮ (36% Ni, остальное Fe, Cr, Ti, Al), 40КНХМВ (40% Co, остальное Fe, Ni, Cr, Mo, W) и др. От­ме­­­тим, что в отличие от обозначений бронз в обозначениях марок спла­вов на основе железа ис­по­ль­зу­­ется несколько иная система ко­ди­­­рования легирующих эле­ме­н­тов, входящих в состав сплава, в час­т­­ности, Х-хром, Ю-алюминий, К-кобальт, М-молибден, В-воль­ф­рам.

Материалы для изготовления слаботочных контактов. Ла­ту­н­ные и бронзовые контакты в процессе эксплуатации до­во­­­ль­но бы­стро покрываются изолирующими пористыми плен­ка­ми оки­с­лов, прорастающими вглубь сплава, а также суль­фид­ны­ми (сер­ни­стыми) пленками, возникающими вслед­­ствие хи­ми­чес­ко­го ре­а­ги­рования материала контакта-детали с серой, всегда при­сут­ст­ву­ющей в атмосфере промышленных предприятий и го­родов. По­­явление плохо прово­дящих электрический ток пленок ведет к зна­­­чительному воз­растанию переходного со­про­тивления в месте кон­­та­к­ти­ро­вания контактов-деталей. По­э­тому контакты из ла­ту­ни и брон­зы малопригодны для со­е­ди­не­ния и коммутации эле­к­три­­­ческих цепей, в которых протекают не­большие токи (менее 0,5 А) при малых напряжениях (8. 25 В) на разомкнутых кон­та­к­тах. Электрические контакты, пред­на­зна­ченные для ком­му­тации ма­лых токов (коммутируемый ток око­ло 10 -8 . 10 -6 А) на­зывают “сухи­ми” контактами.

Читайте также:  Какая мойка на кухню лучше и практичнее?

Для снижения переходного сопротивления латунные и бро­н­­­зо­вые контакты-детали покрывают тонким слоем специаль­ного ко­н­­тактного металла с высокой температурой плавления, устой­чи­­­вого к влиянию окисления. Слой защитного металлического по­­­крытия наносится на поверхность контакта-детали обычно пу­­тем электрохимического осаждения. Толщина покрытия со­с­та­­вляет 1. 10 мкм. Для улучшения адгезии (прилипания) на по­ве­р­хность латунного контакта предварительно эле­к­тро­хи­ми­че­с­ким способом наносится слой чистой меди толщиной 1. 2 мкм. Ме­­ханические свойства (например, износостойкость) эле­к­тро­ли­ти­­ческих покрытий гораздо выше, чем объемных материалов.

В при­­борных разъ­емах для покрытий обычно используются зо­ло­то, серебро, палладий, сплав серебро-палладий.

Наиболее широкое применение получили контактные по­к­ры­­­тия из серебра (Ag). Используется серебро марок Ср999. 999,9. Се­­ребро является полублагородным металлом. Это мягкий ма­­те­ри­ал белого цвета, кристаллизующийся в ГЦК ре­шетку. Те­м­пе­ра­­тура плавления серебра равна 960,5 о С, удельное эле­к­т­ро­­со­п­ро­тивление составляет 0,016 × 10 -6 Ом × м, плотность 10,5 × 10 3 кг/м 3 . Не­до­стат­ком серебра является склонность к образованию те­м­ных пле­нок сульфида Ag2S в результате взаимодействия с вла­­жным се­ро­во­дородом. Добавление палладия в количестве 20% (сплав СрПд-20) повышает коррозионную стойкость сере­б­ра.

Золото (Au) применяют для покрытий при очень высоких тре­­­­­бо­­ва­ниях к надежности электрического контакта. Исполь­зу­е­т­ся зо­­лото марок Зл999. 999,9. Золото пластичный металл жел­­­то­го цвета, кристаллизуется в ГЦК решетку. Температура пла­­в­ле­ния золота равна 1063 о С, удельное электросопротивление равно 0,022 × 10 -6 Ом × м, плот­ность 19,3 × 10 3 кг/м 3 . Для увеличения тве­р­до­с­ти и износостойкости золотого покрытия применяются сплавы си­­­с­темы золото-серебро, например ЗлСр600-400 (60% Au, 40% Ag), а также сплавы системы золото-никель ЗлН95-5 (95% Au, 5% Ni). Применяется также золотое покрытие с зернами графита, что не только повышает износостойкость покрытия, но и снижа­ет ко­э­­ффициент трения при соединении или разъединении контактов-деталей разъема.

Палладий (Pd) не относится к благородным металлам, но об­ла­­дает хорошими электрическими свойствами и в 4. 5 раз де­ше­в­ле, чем золото. В качестве контактного покрытия используется па­­л­ладий марок Пд99,7. 99,8. Палладий кристаллизуется в ГЦК ре­­­шетку, температура плавления равна 1554 о С, удельное элек­т­ро­­со­п­ро­тив­ление составляет 0,1 × 10 -6 Ом × м, а плотность 12,2 × 10 3 кг/м 3 . Недостатком палладиевого покрытия яв­ляется склонность к образованию на его поверхности изо­ли­ру­ющих органических пленок при взаимодействии с ор­га­ни­чес­ки­ми соединениями.

Для изготовления покрытий разрывных электрических кон­та­­ктов коммутационных устройств (переключателей и реле) чи­с­тые металлы обычно не применяются, что связано с тре­бо­ва­ни­я­ми к повышенной износостойкости контактных материалов. Ко­н­­та­к­ты переключателей и реле должны иметь высокую твер­до­сть, сла­бую эрозию (разрушение поверхности) при ком­му­та­ции эле­ктри­чес­ких цепей с током. В данном случае широкое при­ме­­не­ние на­хо­дят сплавы систем Ag-Au, Ag-Cd, Ag-Pt, Ag-Pd-Cu, Au-Ag, Au-Ag-Mg-Ni.

В чистом виде для покрытия разрывных контактов ис­по­ль­зу­­­ет­ся лишь платина (Pt). Платина – это пластичный металл бе­ло­­го цве­та, кристаллизующийся в ГЦК решетку. Температура пла­в­ле­­ния платины составляет 1773 о С, удельное эле­к­т­ро­со­про­ти­в­ле­ние достигает 0,105 × 10 -6 Ом × м, плотность равна 21,4 × 10 3 кг/м 3 . На воз­ду­хе платина не окисляется и не образует сер­нис­тых пле­нок. Твер­дость платины почти в два раза выше, чем у серебра и зо­ло­та. Платина имеет пониженную способность к ду­го­об­ра­зо­ва­нию при размыкании контактов, находящихся под элек­т­ри­чес­ким на­п­ряжением, и является одной из лучших ос­нов при по­лу­че­нии кон­тактных сплавов. Практическое при­ме­не­ние получили спла­вы систем Pt-Ni, Pt-Ir и Pt-Rh. Никель, ири­дий и родий об­ра­зуют с платиной твердые растворы.

Иридий (Ir) – редкий металл, кристаллизующийся в ГЦК ре­­шетку, имеет температуру плавления 2410 о С и удельное элек­т­ро­­­­­­­сопро­тив­ле­ние 0,054 × 10 -6 Ом × м. Плотность иридия 22,4 × 10 3 кг/м 3 , а твердость почти в четыре раза выше, чем у платины. До­ба­­­­­вка иридия в платину в количестве 10. 25% позволяет по­лу­чить сплавы марок ПлИ-10 (10% Ir) и ПлИ-25 (25% Ir). Кон­та­к­т­ные сплавы этих марок характеризуются повышенной тве­р­до­с­тью и увеличенным в 2 раза удельным элек­тро­со­про­ти­в­ле­ни­ем по сра­внению с платиной.

Родий (Rh) применяется как самостоятельный контактный ма­те­­риал. По своим характеристикам он близок к иридию, но га­ль­ва­нические покрытия из родия обладают исключительной тве­р­до­стью и износостойкостью. Их твердость в 10 раз выше, чем у се­ребра или золота. Поэтому родий используется для по­кры­тия ко­нтактов-деталей герметизированных контактов (гер­ко­нов), из­готавливаемых из железо-никелевых сплавов.

В таблице 2.2 приведены значения основных физических параметров часто применяемых контактных материалов и сплавов.

Проводниковые материалы для сильноточных контактов. В ко­­н­тактных устройствах, предназначенных для силь­ното­ч­ных це­пей, в которых протекают токи более 0,5 А (при на­пря­же­нии на ра­­­зомкнутых контактах более 25 В), кон­та­­кты-де­­­тали используются преимущест­вен­но из ком­по­зи­ци­он­ных ма­те­ри­­алов, получаемых методами порошковой ме­тал­лу­р­гии.

Основные физические параметры контактных материалов [18]

Электрические контакты: принцип работы, типы, защита контактов

Электрические контакты — это соприкасающиеся поверхности материалов, обладающие электропроводностью и соединяющие между собой несколько токоведущих элементов в электрической цепи. Это может быть также приспособление, которое обеспечивает соединение и переход электрического тока из одной контактирующей детали в другую.

Разновидности контактов

Известны 3 разновидности контактов: неразъемный контакт (соединение двух шин болтом), скользящий (с помощью реостата) и коммутирующий.

По форме контакты бывают

  • точеные, они, в основном, используются для малых токов, при этих контактах происходит небольшое нажатие, а для того, чтобы уменьшить сопротивление контактов, применяются не окисляющиеся драгоценные металлы;
  • линейные, с большой степенью нажатия и контактированием по линии, для производства этих контактов используется медь;
  • поверхностные, применяются с большой степенью нажатия для контактирования при больших токах между двух поверхностей.

Электрические контакты также бывают подвижные и неподвижные.

  • Подвижные контакты в процессе работы замыкаются, соединяясь между собой, либо размыкаются, разъединяясь с помощью механического или электромеханического привода, при этом устройства между собой остаются надежно скреплены.

В процессе работы неподвижных контактов, токоведущие надежно и плотно соединенные между собой элементы не перемещаются друг относительно друга.

Чтобы создать замкнутую электрическую цепь, нужно произвести несколько контактов.

Одним из примеров подвижного контакта является устройство рычажного контакта, рассчитанное на средние и большие токи, в котором в качестве материала применяется медь.

  • Шарнирный контакт, где неподвижный элемент и подвижный элемент соединяются между собой с помощью силы, воздействующей на рычаг, может служить еще одним примером подвижного контакта.
  • Скользящие контакты — это еще одна разновидность подвижных контактов, у которых, как и в щеточноколлекторном устройстве электрических машин постоянного тока, один элемент перемещается относительно других.

Также к подвижным контактам можно отнести герметизированные магнитоуправляемые контакты или герконы, простейший пример которых представляет собой запаянную стеклянную колбу миниатюрного размера, с двумя плоскими впаянными контактными пружинами, состоящими из мягкой магнитной стали.

Если эти герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) поместить в созданное обмоткой или постоянным магнитом магнитное поле, то их пружины будут намагничиваться и затем притягиваться друг к другу.

В это время происходит замыкание контактов и, как следствие, может замкнуться электрическая цепь. Контакты из-за силы упругости пружин разомкнутся только после полного исчезновения магнитного поля. Поверхности пружин на контактах покрываются тонким слоем драгоценного металла, имеющего малое удельное электрическое сопротивление (платина, золото, серебро).

С помощью герконов можно производить коммутации в электрических цепях при малых значениях тока от 0,5 до 1А. Колбу геркона вакуумируют или заполняют инертным газом.

Элементы геркона имеют малую массу и высокое быстродействие контактов от 0,5 до 1,0 мс.

Износоустойчивость — это самое важное из свойство герконов. У некоторых видов герконов количество переключений может достичь до двух тысяч в секунду, а срабатываний до сотен миллионов.

Герсиконы — это герметические магнитоуправляемые силовые контакты, являющиеся разновидностью герконов, которые позволяют произвести коммутации в электрических цепях при значениях тока 60А, 100А или 180А и при напряжении 220 440В.

Интересное видео о физике электрических контактов смотрите ниже:

Электрическое сопротивление контактов

Работу контактов определяет переходное электрическое сопротивление, которое зависит от площади контактирования. Чтобы уменьшить переходное сопротивление контактов, необходимо увеличить силу прижатия контактов.

В зависимости от силы переходного сопротивления, ток в цепи, вызывает нагрев контактов, который, в свою очередь, способствует увеличению переходного сопротивления и приводит к еще большему нагреву.

Таким образом достигается допустимый максимум рабочей температуры, находящийся в пределах от 100 до 120°С. По мере увеличения значения номинального тока коммутирующего аппарата, контактное переходное сопротивление должно уменьшаться с помощью повышения контактного нажатия, при этом обязательно необходимо увеличить поверхность охлаждения.

Состав материала из которого изготавливают токоведущие элементы контактов содержит материалы с минимальным удельным электрическим сопротивлением — серебро, медь или металлокерамические композиции.

Искрение на контактах и электрическая дуга

При значительных напряжениях и токах во время размыкания электрической цепи, между расходящимися контактами, образуется электрический разряд. В это же время, в площадке контактирования, при расхождении контактов происходит резкий рост переходного сопротивления и разогрев контактов до их расплавления и образования контактного перешейка из расплавленного металла.

В результате высокой температуры, контакты могут разогреваться и рваться, при этом металл контактов испаряется, а между контактами образуется ионизирующий проводящий воздушный промежуток, в котором под воздействием высокого напряжения, возникает электрическая дуга, которая снижает быстродействие коммутационного аппарата и способствует дальнейшему разрушению контактов.

Чтобы прекратить появление дуги, нужно увеличить сопротивление в цепи с помощью увеличения расстояния между контактами, или применить специальные меры для ее погашения.

Разрывная или коммутируемая мощность контактов — это произведение предельных значений тока и напряжения в цепи, при которых на минимальном расстоянии, между контактами электрическая дуга не образуется.

Электрическая дуга гаснет, когда в цепях переменного тока мгновенное значение тока достигнет нуля и может вновь появиться, если напряжение на контактах будет расти быстрее, чем произойдет восстановление электрической прочности промежутка между контактами.

В любом случае, в цепи переменного тока дуга неустойчива, а разрывная мощность контактов выше в несколько раз, чем в цепи постоянного тока.

В маломощных электрических аппаратах электрическая дуга на контактах появляется редко, но очень часто происходит опасное для чувствительных аппаратов искрение или пробой изоляционного промежутка. Пробой образуется в слаботочных цепях во время быстрого размыкания контактов и может привести к ложным отключениям и значительно сокращает срок службы контактов. С целью уменьшения искрения, применяются устройства искрогашения.

Ещё одно интересное видео об электрических контактах:

Устройства искро- и дугогашения


Самый эффективный способ для гашения электрической дуги — это ее охлаждение с помощью соприкосновения с изоляционными стенками специальных камер, которые отбирают теплоту дуги или за счет ее перемещения в воздухе.

В современных аппаратах широкое распространение получили дугогасительные камеры с узкой щелью и магнитным дутьем.

Дугу можно рассматривать как проводник с током; если его поместить в магнитное поле, то возникнет сила, которая вызовет перемещение дуги. При своем движении дуга обдувается воздухом; попадая в узкую щель между двумя изоляционными пластинами, она деформируется и вследствие повышения давления в щели камеры гаснет (рис. 2.4).

Щелевая камера образована двумя стенками 1, выполненными из изоляционного материала. Зазор между стенками очень мал. Катушка 4, включенная последовательно с главными контактами 5, возбуждает магнитный поток Ф, который направляется ферромагнитными наконечниками 2 в пространство между контактами. В результате взаимодействия дуги и магнитного поля появляется сила F, вытесняющая дугу к пластинам 7.

Эта конструкция дугогасительной камеры применяется и на переменном токе, так как с изменением направления тока изменяется направление потока Ф, а направление силы F остается неизменным.

Для уменьшения искрения на маломощных контактах постоянного тока применяют включение диода параллельно нагрузочному устройству (рис. 2.5). При этом цепь после коммутации (после отключения источника) замыкается через диод, таким образом уменьшается энергия искрообразовния.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector