2.2. Физические свойства материалов для изготовления контактов. Из каких материалов изготавливаются контактирующие элементы электрических аппаратовпринцип работы, типы, защита контактов
Разновидности контактовИзвестны 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 контактовРаботу 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 дугаПри 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
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.
pue8.ru Материалы, используемые для изготовления электрических контактовОт материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надежностьработы. Требования, предъявляемые к материалам контактных соединений: 1. Высочайшая электропроводность и теплопроводимость. 2. Стойкость против коррозии. 3. Стойкость против образования пленок с высочайшим r. 4. Малая твердость материала, для уменьшения силы нажатия. 5. Высочайшая твердость для уменьшения механического износа при нередких включениях и отключениях. 6. Малая эрозия. 7. Высочайшая дугостойкость (температура плавления). 8. Высочайшее значение тока и напряжения, нужные для дугообразования. 9. Простота обработки и низкая цена. Перечисленные требования противоречивы, и практически нереально отыскать материал, который удовлетворял бы всемэтим требованиям. Для контактных соединений используются последующие материалы:
В коммутирующих контактах медь используется при нажатиях выше 3 Н для всех режимов работы, не считая длительного. Для длительного режима медь не рекомендуется, но если она использована, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может употребляться и для дугогасительных контактов.При малых контактных нажатиях (Р Серебро. Очень неплохой контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, кроме дугостойкости при значимых токах. При малых токах обладает неплохой износостойкостью. Оксиды серебра имеют практически такую же проводимость, как и незапятнанное серебро. Серебро употребляется для основных контактов в аппаратах на огромные токи, для всех контактов длительного режимаработы. В контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле,контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок — вся деталь производится из меди либо другого материала, на который приваривается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую поверхность. Алюминий. По сопоставлению с медью обладает существенно наименьшими проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что значительно ограничивает его применение. Может употребляться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся либо армируются медью. Следует, но, подразумевать невысокую механическую крепкость алюминия, вследствие чего соединения могут с течением времени ослабеть и контакт нарушится (не следует завышать контактное нажатие).Для коммутирующих контактов алюминий непригоден. Платина, золото, молибден. Используются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют оксидных пленок. Контакты из этих металлов имеют маленькое переходное сопротивление. Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высочайшейтемпературе плавления владеют высочайшей электронной износостойкостью. Вольфрами сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, и другие используются при малых токах для контактов с большой частотой размыкания. При средних и огромных токах они употребляются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и поболее. Металлокерамика — механическая смесь 2-ух фактически не сплавляющихся металлов, получаемая способом спекания консистенции их порошков либо пропиткой 1-го расплавом другого. При всем этом один из металлов имеет неплохую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким макаром, соединяет высшую дугостойкость с относительно неплохой проводимостью. Более всераспространенными композициями металлокерамики являются: серебро — вольфрам, серебро — молибден, серебро — никель, серебро оксид кадмия, серебро — графит, серебро — графит — никель, медь — вольфрам, медь — молибден и др. Применяется металлокерамика для дугогасительных контактов (композиции с серебром в главном для переменного тока)на средние и огромные отключаемые токи, также для основных контактов на номинальные токи до 600 А. elektrica.info 6.Электрические контакты (общие сведения, режимы работы)Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток между ними. Соприкасающиеся проводники называются контактами или контакт-деталями. Как бы тщательно не были обработаны поверхности соприкосновения контактов, электрический ток проходит между ними только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как получить абсолютно гладкую поверхность практически не возможно. Сопротивление в области касания, обусловленное явлениями стягивания линий тока, называется переходным сопротивлением контакта. Режимы работы контактов А) Включение цепиПри включении эл. аппаратов в их контактных системах могут происходить следующие процессы: 1) вибрация контактов; 2) эрозия на поверхности контактов в результате образования электрического разряда между ними. Контакты во включенном состоянии В этом режиме следует различать два случая: через контакты проходит длительный номинальный ток и через контакты проходит ток КЗ В) Отключение цепи В процессе размыкания контактов контактное нажатие уменьшается, переходное сопротивление возрастает. И за счет этого растет температура точек касания. В момент разъединения контакты нагреваются до температуры плавления между ними возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем расхождении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает либо дуговой, либо тлеющий разряд. При высокой температуре происходит интенсивное окисление и распыление металла контактов в окружающем пространстве, перенос металла с одного электрода на другой и образование пленки. Износ, связанный с окислением и образованием на электродах пленок химических соединений материала контактов со средой, называется химическим износом или коррозией. Для борьбы с эрозией контактов на токи от 1 до 600 А предпринимаются следующие меры: ‑‑‑ сокращается длительность горения дуги с помощью дугогасительных устройств; ‑‑‑ устраняется вибрация контактов при включении; ‑‑‑ применяются дугостойкие материалы контактов. 7.Электрические контакты (конструкция контактов, материалы)к материалам контактов современных электрических аппаратов применяются следующие требования: 1.высокие электрическая проводимость и тепло проводимость; 2.высокая коррозийная стойкость в воздушной и других средах; 3.стойкость против образования пленок с высоким электрическим сопротивлением; 4.малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия; 5.высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключеньях; 6.малая эрозия; 7.высокая температура плавления; 8.высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования; 9.простота обработки, низкая стоимость. Наиболее распространенными материалами являются:‑‑‑ медь: Достоинства: высокая удельная проводимость и теплопроводность. Недостатки: низкая температура плавления, на воздухе покрывается слоем оксидов; ‑‑‑ серебро:Достоинства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, пленка имеет малую механическую прочность, малое переходное сопротивление. Недостатки: малая дугостойкость и недостаточная твердость; ‑‑‑ алюминий:Достоинства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, малая масса. Недостатки: образование на воздухе и в других средах пленок с высокой механической прочностью и сопротивлением; низкая дугостойкость; малая механическая стойкость, электрохимическая коррозия. Конструкция твердометаллических контактов а) неподвижные разборные и неразборные контакты Такие контакты служат для соединения неподвижных токоведущих деталей шин, кабелей и проводов. Эти детали могут находиться как внутри аппарата, так и вне его.В последнем случае они служат для присоединения аппарата к источнику или нагрузке б) подвижные неразмыкающиеся контактные соединения. Такие соединения используются либо для передачи тока с подвижного контакта на неподвижный, либо при небольшом перемещении неподвижного контакта пол действием подвижного. Наиболее простым соединением такого типа является гибкая связь, изготавливаемая из медной ленты или многожильного жгута из медных жил. При больших ходах и больших номинальных токах применяются контактные соединения в виде скользящих токосъемов. в) разрывные контакты. Контакты многих аппаратов разрывают связь с током, большим, чем минимальный ток дугообразования Iд. Возникающая электрическая дуга приводит к быстрому износу контактов.. для надежного гашения дуги, образующейся при отключении, необходимо определенное расстояние между неподвижным и подвижным контактами, которое выбирается с запасом. Расстояние между неподвижным и подвижным контактами в отключенном состоянии называется зазором контактов. Существуют следующие виды контактов: 1) контактный узел с перекатыванием подвижного контакта; 2)неподвижный розеточный контакт; 3) щеточный контакт; 3) пальцевый самоустанавливающийся контакт недостатками твердометаллических контактов 1.С ростом длительного номинального тока возрастают необходимое значение контактного нажатия, габариты и масса контактов. При токах 10 ка и выше резко увеличиваются масса и габариты;2.Эрозия контактов ограничивает износостойкость аппарата;3.Окисление поверхности, возможность приваривания контактов понижают надежность аппарата. При больших токах КЗ контактные нажатия достигают больших значений, что увеличивает необходимую мощность привода, габариты и массу аппарата Преимущества ЖМК над твердометаллическими контактами: 1.Малое переходное сопротивление и высокие допустимые плотности тока на поверхности раздела жидкий металл – электрод, что позволяет резко сократить габаритные размеры контактного узла и контактное нажатие; 2.Отсутствие вибрации, припаивания, залипания и окисления контактов при их коммутации; 3.Возможность разработки коммутационных аппаратов на новом принципе; 4.Возможность работы ЖМК при высоких внешних давлениях, высоких температурах, в глубоком вакууме.Недостатками ЖМК являются: 1.Обычно применяемые контактные материалы галий и его сплавы с другими металлами требуют предварительного прогрева контактов до момента включения, так как температура окружающей среды может быть ниже температуры затвердевания этих материалов; 2.Большинство аппаратов с ЖМК требуют определенного расположения в пространстве и подвержены влиянию сторонних механических воздействий (ударов, вибраций), что затрудняет их применение. studfiles.net 2.2. Физические свойства материалов для изготовления контактовПроцессы, 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. При расчете и изготовлении электрических контактов выбирают материал, наиболее полно удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к работе данной контактной пары. Медь удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионностойкости. Окислы меди имеют низкую проводимость. Медь самый распространенный контактный материал, используется как для разборных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях применяют антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей. Медь может использоваться и для дугогасительных контактов. Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Окислы серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро применяется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы, в контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок, вся деталь выполняется из меди или другого материала, а на рабочей поверхности контакта приваривается серебряная накладка. Алюминий. По сравнению с медью обладает меньшей проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую окисную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится. Для коммутирующих контактов алюминий непригоден. Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют окисных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины с иридием. Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой температуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам ‑ молибден, вольфрам ‑платина, вольфрам ‑ платина ‑ иридий и другие применяются при малых токах для контактов с большой частотой размыкания. При средних и больших токах они используются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и более. Металлокерамика – это механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого. При этом один из металлов имеет хорошую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает, высокую дугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро ‑ вольфрам, серебро ‑ молибден, серебро ‑ никель, серебро ‑ окись кадмия, серебро ‑ графит, серебро ‑ графит ‑ никель, медь ‑ вольфрам, медь ‑ молибден и др. Применяется металлокерамика в качестве дугогасительных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также как главные контакты на номинальные токи до 600 А. Применение контактных материалов: - твердая медь используется 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 и кабелей линий электропередач и связи; - 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 и кабелей линий электропередачи; - сталь для изготовления проводов воздушных линий связи, гнезд, токоведущих частей специальной электротехнической аппаратуры; - серебро, а также другие благородные и редкие металлы для 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). studfiles.net Контакты в электроустановках и электрических аппаратах
Слово «контакт» значит «соприкосновение», «касание». В электронной системе, объединяющей разные аппараты, машины, полосы и т. д., для их соединения употребляется большущее число контактов. От свойства контактных соединений в значимой степени зависит надежность работы оборудования и системы. Систематизация электронных контактов По предназначению и условиям работы контакты можно поделить на две главные группы —неразмыкаемые и размыкаемые контакты. Неразмыкаемые контакты, в свою очередь, разделяется нанедвижные и подвижные контакты. В недвижных неразмыкаемых контактах отсутствует перемещение одних контактных частей относительно других (к примеру, болтовые соединения шин), в подвижных происходит их скольжение либо качение. Размыкаемые контакты — подвижные.
Примером линейных контактов может служить соприкосновение 2-ух цилиндров с параллельными осями, а точечных — 2-ух сферических поверхностей. Особенности работы электронных контактных соединений Фактически независимо от вида контактов соприкосновение контактных частей всегда происходит по маленьким площадкам. Разъясняется это тем, что поверхность контактных частей не может быть совершенно ровненькой. Потому фактически при сближении контактных поверхностей поначалу в соприкосновение приходят несколько выступающих вершин (точек), а потом но мере роста давления происходит деформация материала контактов и эти точки преобразуются в маленькие площадки. Чем больше сила, приложенная к контактам, и мягче их материал, тем больше общая площадь соприкосновения контактных поверхностей и соответственно меньше активное электронное сопротивление в месте стыка (в зоне переходного слоя меж контактирующими поверхностями). Это активное сопротивление именуется переходным. Переходное сопротивление — один из главных характеристик свойстваэлектронных контактов, потому что оно охарактеризовывает количество энергии, поглощаемой в контактном соединении, которая перебегает в теплоту и нагревает контакт. На переходное сопротивление могут оказывать сильное воздействие метод обработки контактных поверхностей и их состояние. К примеру, стремительно образующаяся пленка окиси на дюралевых контактах может существенно прирастить переходное сопротивление.
Не считая того, увеличение температуры контакта содействует образованию окислов на его поверхности, что в еще больше значимой степени наращивает переходное сопротивление. И хотя при повышении температуры материал контакта может несколько размягчаться, что связано с повышением поверхности соприкосновения, в целом этот процесс может привести к разрушению контактов либо их свариванию. Последнее, к примеру, для размыкаемых контактов очень небезопасно, потому что в итоге аппарат с этими контактами не сумеет отключить цепь. Потому для различных типов контактов установлена определеннаямаксимально допустимая температура при продолжительно протекающем через их токе. Для уменьшения нагрева можно прирастить массу металла контактов и их охлаждаемую поверхность, что усилит теплоотвод.Чтоб понизить переходное сопротивление, нужно повысить контактное давление, избрать соответственный материал и тип контактов. К примеру, размыкаемые контакты, созданные для работы на открытом воздухе, рекомендуется изготавливать из материалов, слабо поддающихся окислению, либо покрывать их поверхность противокоррозийным слоем. К таким материалам относится, а именно, серебро, которым можно покрыть контактные поверхности. Медные неразмыкаемые контакты можно лудить (луженая поверхность сложнее поддается окислению). Для тех же целей употребляют покрытие контактных поверхностей смазкой, к примеру, вазелином. Отлично предохраняются от коррозии без других особых мер контакты, погруженные в масло. Это употребляется в масляных выключателях.
В особенности отлично сопротивляются разрушающему действию электронной дуги контакты изметаллокерамики, которая представляет собой смесь размельченных порошков меди с вольфрамом либо с молибденом и серебра с вольфрамом. Такое соединение обладает сразу неплохой электропроводностью вследствие использования меди либо серебра и высочайшей температурой плавления благодаря использованию вольфрама либо молибдена. Есть и другой путь для устранения имеющегося противоречия, заключающегося в том, что материалы, владеющие неплохой электропроводностью (серебро, медь и др.), имеют, обычно, относительно низкую температуру плавления, а тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден) — низкую электропроводность. Это — внедрениедвойной контактной системы, состоящей из параллельно включенных рабочих и дугогасительных контактов. Рабочие контакты делают из материала с высочайшей электропроводностью, адугогасительные контакты — из тугоплавкого материала. В обычном режиме, когда контакты замкнуты, основная часть тока протекает через рабочие контакты.
При включении цепи поначалу замыкаются дугогасительные контакты, а потом уже рабочие. Таким макаром, рабочие контакты практически полного разрыва либо замыкания цепи не производят. Это исключает опасность их оплавления и сваривания. Для устранения способности самопроизвольного размыкания контактов отэлектродинамических усилий при протекании токов недлинного замыкания контактныесистемы конструируют так, чтоб электродинамические усилия при этих критерияхобеспечивали дополнительное контактное давление, а для предотвращения вероятногооплавления и сваривания контактов в момент включения цепи на куцее замыкание — ускоренное включение. Для того чтоб при всем этом убрать опасность значимого упругого удара контактных поверхностей,употребляют предварительное нажатие контактов особыми пружинами. Вэтом случае обеспечивается и большая скорость включения, и устранение вероятнойвибрации, потому что пружина заблаговременно сжата и после касания контактов сила нажатияначинает нарастать не с нуля, а с некого определенного значения. режима, нотакже и требуемую тепловую и электродинамическую стойкость в режиме недлинногозамыкания. Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действиемвысочайшей температуры электронной дуги, которая появляется при их размыкании, инакрепко замыкаться без приваривания и оплавления при включении на куцеезамыкание. Рассмотренные выше меры содействуют также выполнению и этих требований. В особенности отлично сопротивляются разрушающему действию электронной дуги контакты из металлокерамики, которая представляет собой смесь размельченных порошков меди с вольфрамом либо с молибденом и серебра с вольфрамом. Такое соединение обладает сразу неплохой электропроводностью вследствие использования меди либо серебра и высочайшей температурой плавления благодаря использованию вольфрама либо молибдена.
Главные конструкции контактов в электроустановках и электронных аппаратах Конструкция недвижных (жестких) неразмыкаемых контактных соединений должна обеспечивать надежное прижатие контактных поверхностей и малое переходное сопротивление. Шины лучше соединять несколькими болтами наименьшего поперечника, чем одним огромным, потому что при всем этом обеспечивается большее число точек соприкосновения. При стягивании шин накладками переходное сопротивление ниже, чем при использовании сквозных болтов, когда в шинах требуется сверлить отверстия. Высочайшее качество контактного соединения дает сварка шин.
Подвижные размыкаемые контакты — основной элемент коммутационных аппаратов. В дополнение к общим требованиям для всех контактов они должны владеть дугостойкостью,способностью накрепко включать и отключать цепь при маленьком замыкании, также выдерживать определенное число операций включения и отключения без механических повреждений. Простой контакт этого типа — рубящий тонкий. При включении подвижный ножик заходит меж недвижными пружинящими губами. Недочет такового плоского контакта состоит в том, что соприкосновение контактирующих поверхностей выходит в нескольких точках из-за неровностей этих поверхностей. Для получения линейного контакта на полосах ножика штампуют полуцилиндрические выступы, а дляроста нажатия полосы сжимаются металлической пружинящей скобой. Контакты рубящего типа употребляют в большинстве случаев в рубильниках и разъединителях.
Контактная часть пальцевого самоустанавливающегося контакта выполнена в виде пальцев, у пластинчатого — в виде пластинок, у торцового — в виде плоского наконечника, у розеточного — в виде ламелей (частей), у щеточного — в виде щеток, набранных из упругих, тонких медных либо бронзовых пластинок. Обозначенные контактные части (детали) в ряде конструкций могут изменять в ограниченных границах свое положение относительно недвижных контактов. Для их надежного электронного соединения предусматриваются гибкие токоведущие связи. Упругость размыкающих контактов и нужная сила давления достигаются обычно с помощью пластинчатых либо спиральных пружин. Пальцевые и розеточные контакты используют в аппаратах напряжением выше 1000 В на разные токи в качестве рабочих и дугогасительных контактов, а пластинчатые — в качестве рабочих. Торцовые контакты используют на напряжение 110 кВ и выше, на токи менее 1 — 1.5 кА в качестве рабочих и дугогасительных. Щеточные контакты употребляют в аппаратах на разные напряжения и значимые токи, но исключительно в качестве рабочих контактов, потому что электронная дуга может разрушить сравнимо тонкие пластинки щеток. elektrica.info Классификация электрических аппаратовЭлектрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами. Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ. До 1 кВ делятся на аппараты ручного, дистанционного управления, аппараты защиты и датчики. Электрические аппараты классифицируются по ряду признаков: 1. по назначению, т. е. основной функции выполняемой аппаратом, 2. по принципу действия, 3. по характеру работы 4. роду тока 5. величине тока 6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше) 7. исполнению 8. степени защиты (IP) 9. по конструкции Особенности и области применения электрических аппаратов Классификация электрических аппаратов в зависимости от назначения: 1. Аппараты управления, предназначены для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости вращения, напряжения, тока электрических машин, станков, механизмов или для пуска и регулирования параметров других потребителей электроэнергии в системах электроснабжения. Основная функция этих аппаратов это управление электроприводами и другими потребителями электрической энергии. Особенности : частое включение, отключение до 3600 раз в час т.е. 1 раз в секунду. К ним относятся электрические аппараты ручного управления - пакетные выключатели и переключатели, рубильники, универсальные переключатели, контролеры и командокотролеры, реостаты и др., и электрические аппараты дистанционного управления - электромагнитные реле, пускатели, контакторы и т. д. 2. Аппараты защиты, используются для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания. К ним относятся плавкие предохранители, тепловые и токовые реле, автоматические выключатели и др. 3. Контролирующие аппараты, предназначены для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся датчики. Эти аппараты преобразуют электрические или неэлектрические величины в электрические и выдают информацию в виде электрических сигналов. Основная функция этих аппаратов заключается в контроле за заданными электрическими и неэлектрическими параметрами. К ним относятся датчики тока, давления, температуры, положения, уровня, фотодатчики, а также реле, реализующие функции датчиков, например реле контроля скорости (РКС), реле времени, напряжения, тока.. Классификация электрических аппаратов по принципу действия По принципу действия электроаппараты разделяются в зависимости от характера воздействующего на них импульса. Исходя из тех физических явлений, на которых основано действие аппаратов, наиболее распространенными являются следующие категории: 1. Коммутационные электрические аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой или удаленных друг от друга для разрыва электрической цепи (рубильники, переключатели, …) 2. Электромагнитные электрические аппараты, действие которых зависит от электромагнитных усилий, возникающих при работе аппарата (контакторы, реле, …). 3. Индукционные электрические аппараты, действие которых основано на взаимодействии тока и магнитного поля (индукционные реле). 4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения). Классификация электрических аппаратов по характеру работы По характеру работы электрические аппараты различают в зависимости от режима той цепи, в которой они установлены: 1. Аппараты, работающие длительно, 2. предназначенные для кратковременного режима работы, 3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки. Классификация электрических аппаратов по роду тока По роду тока: постоянного и переменного. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам Особенно многообразны конструктивные разновидности современных аппаратов, в связи с этим различны и требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов. Они зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности аппаратов. Изоляция электрического аппарата должна быть рассчитана в зависимости от условий возможных перенапряжений, которые могут возникнуть в процессе работы электрической установки. Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения номинального тока нагрузки, должны иметь высокую механическую и электрическую износоустойчивость, а температура токоведущих элементов не должна превышать допустимых значений. При коротких замыканиях токоведущая часть аппарата подвергается значительным термическим и динамическим нагрузкам, которые вызваны большим током. Эти экстремальные нагрузки не должны препятствовать дальнейшей нормальной работе аппарата. Электрические аппараты в схемах современных электротехнических устройств должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием, универсальностью. Общим требованием по всем видам аппаратов является простота их устройства и обслуживания, а также их экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей). Режимы работы электротехнических устройств Номинальный режим работы - это такой режим, когда элемент электрической цепи работает при значениях тока, напряжениях, мощности указанных в техническом паспорте, что соответствует наивыгоднейшим условиям работы с точки зрения экономичности и надежности (долговечности). Нормальный режим работы - режим, когда аппарат эксплуатируется при параметрах режима незначительно отличающихся от номинального. Аварийный режим работы - это такой режим, когда параметры тока, напряжения, мощности превышают номинальный в два и более раз. В этом случае объект должен быть отключен. К аварийным режимам относят прохождение токов короткого замыкания, тока перегрузки, понижение напряжения в сети. Надежность – безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации. Свойство электрического аппарата выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования. Исполнение электрических аппаратов по степени защиты Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.
Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54. Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения: 1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже). 2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24 3. Водозащищеные IP55, IP56 4. Пылезащищеные IP65, IP66 5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды 6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды. Климатическое исполнение электрических аппаратов определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море. Категории размещения электрических аппаратов: 1. На открытом воздухе, 2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе, 3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), 4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха, 5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги) Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия. Выбор электрических аппаратов Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу, при решении которой должны учитываться:
studfiles.net Электрические контактыОсновные понятияСлово контакт означает соприкосновение, касание. Две детали, предназначенные для проведения тока и находящиеся в соприкосновении, принято называть контактными частями или, короче, контактами. В контактах, подлежащих рассмотрению, электрическая проводимость обеспечивается обычно при наличии давления на контактные части, создаваемого винтами или пружинами. В электрической системе - машинах, аппаратах, линиях и т. д. имеется огромное количество контактов. Качество контактов имеет прямое отношение к надежности электрического оборудования. Контакты низкого качества часто являются источником повреждений и нарушений нормальной работы установки. По своему назначению и условиям работы контакты, рассматриваемые здесь, могут быть разделены на две основные группы - неразмыкаемые и размыкаемые. Неразмыкаемые контакты в свою очередь делятся на:
Контакты можно также классифицировать по роду соприкасающихся поверхностей. Различают контакты плоские, линейные и точечные. Плоский контакт образуется при соприкосновении плоских контактных деталей, например плоских шин. Линейный контакт может быть образован двумя цилиндрами с параллельными осями или цилиндром и плоскостью. Точечный контакт может быть образован двумя сферическими поверхностями или двумя скрещенными под прямым углом цилиндрами. Понятия плоского, линейного и точечного контактов условны, поскольку они предполагают наличие идеальных поверхностей. В действительности соприкосновение между контактными частями во всех случаях происходит по небольшим площадкам. Поверхность твердого тела не может быть идеально ровной. При самой тщательной обработке имеется некоторая волнистость и шероховатость. Если бы материал контактов был бесконечно твердым, соприкосновение имело бы место в нескольких точках. В действительности под действием приложенной силы происходит деформация материала и первоначальные точки прикосновения превращаются в небольшие площадки. С увеличением силы, приложенной к контактам, увеличивается число контактных «точек» и их общая площадь. Давление по площадке распределяется неравномерно. При этом металл деформируется частично пластически, частично упруго. Зависимость между силой Р, приложенной к контактам, и контактной поверхностью sд, воспринимающей давление, имеет следующий вид: Р = psд, (1) где р - среднее удельное давление, зависящее от кривизны поверхности контактных частей, их волнистости, приложенной силы и модуля упругости материала. Контактная поверхность, воспринимающая давление, во много раз меньше кажущейся поверхности контактов sк, легко поддающейся измерению. На поверхности металла обычно имеется тонкий инородный слой большей или меньшей толщины, препятствующий непосредственному соприкосновению металла контактов. Этот слой состоит из адсорбированных газов, жиров. окислов и пр. Получить действительно чистые контакты чрезвычайно трудно. Для этого они должны быть очищены механически и затем подвергнуты длительному нагреванию в вакууме. При такой обработке поверхностный слой, включая оксиды, разлагается и контакты становятся чистыми. Однако в воздухе на чистых металлических контактах немедленно осаждаются вода, а также кислород и другие газы. При смыкании контактов часть этого осадка выжимается. На поверхности остается молекулярный слой (пленка), способный выдержать значительное давление. Этот тонкий слой (до 30 А (А - ангстрем; 1 А = 10-8 см)), препятствующий соприкосновению металлов, не нарушает проводимости. Прохождение тока объясняется туннельным эффектом - способностью электронов преодолевать потенциальный барьер, если толщина слоя невелика (аналогично прохождению света через тонкий металлический лист). Сопротивление тонкой пленки из адсорбированных газов сравнительно мало. При длительном нахождении контактов на воздухе на их поверхности образуется относительно толстый инородный слой, состоящий из оксидов, сульфитов, хлоридов и друг их соединений. Скорость образования инородного слоя зависит от температуры, влажности воздуха и наличия химических агентов. Благородные металлы, например серебро, также подвержены окислению, однако процесс окисления протекает медленнее, слой менее прочен и легко разлагается при нагревании. Слой оксидов является практически непроводящим. Однако под давлением он может быть частично разрушен, так как металл способен деформироваться пластически, сохраняя сцепление; слой же оксидов не может следовать этой деформации вследствие хрупкости. Поэтому при давлении на контакты происходит скалывание инородного слоя, появляются трещины, в которые проникает металл, образуя проводящие контактные точки. По мере увеличения давления число контактных точек и проводящая поверхность sп увеличиваются. При наличии скольжения между контактами образование трещин облегчается, так как при этом появляются касательные напряжения и происходит срез. Чем толще инородный слой, тем труднее проникновение металла в трещины. Из сказанного следует, что контактная поверхность, воспринимающая давление, состоит из участков:
Рис.1. Поверхность плоского контакта: sк - кажущаяся поверхность;sд - поверхность, воспринимающая давление;sп - проводящая поверхность На рис.1 схематически показаны поверхности: кажущаяся, воспринимающая давление и проводящая применительно к плоским контактам. В общем случае sк > sд > sп. В некоторых случаях sк = sд = sп. В ряде случаев невозможно разграничить эти поверхности. Сопротивление контактаПонятие сопротивление контакта нуждается и разъяснении. Само название показывает, что речь идет о сопротивлении пограничного (контактного) слоя. Однако это не совсем так. Можно тщательно очистить контакты, удалить слой инородных веществ и все же контакт будет обладать сопротивлением вследствие ограниченного числа и малого размера контактных точек. Линии тока в теле контактных деталей отклоняются от направления, которое они имели бы, если бы вся кажущаяся поверхность соприкосновения была проводящей, что ведет к увеличению сопротивления. Это дополнительное сопротивление тела контактов в области сужения линий тока, а не пограничного слоя получило название сопротивления сужения или стягивания. Оно составляет основную часть сопротивления контакта, поскольку сопротивление тонкой пленки из адсорбированных газов незначительно. Таким образом, сопротивление контакта состоит из двух частей - сопротивления сужения Rс и сопротивления пленки Rпл: R = Rс + Rпл (2) Выражение (2) справедливо и для окисленных контактов, хотя их сопротивление значительно больше вследствие меньшего числа и меньших размеров контактных точек.
Рис.2. Схемы, поясняющие понятие сопротивления сужения: а - линии тока и эквипотенциальные поверхности в цилиндрических контактахс одной точкой соприкосновения;б - то же в сплошном стержне с теми же размерами Поясним понятие сопротивление сужения контакта на примере контактов в виде цилиндрических стержней из одного материала, соприкасающихся торцами. Допустим, что контакты имеют лишь одну контактную «точку» в виде круглой площадки, расположенной в центре кажущейся поверхности соприкосновения и свободной от инородного слоя. В этом случае линии тока и эквипотенциальные поверхности имеют вид, показанный на рис.2,а. Сопротивление между двумя эквипотенциальными поверхностями, достаточно удаленными oт контактной площадки, например между точками m и n, равно Rmn = U/I Теперь представим себе цилиндрический стержень из того же материала и с теми же размерами, что и контакты А1 и А2, вместе взятые (рис.2,б). Такой стержень отличается от соприкасающихся контактов А1 и А2 только отсутствием стыка. Линии тока здесь не искривлены. Пусть сопротивление стержня между точками m и n равно R'mn. Тогда сопротивление сужения контактов А1 и А2 составит: Rc = Rmn - R'mn В области сужения линий тока градиент напряжения относительно велик, а за ее пределами мал. Следовательно, R'mn мало по сравнению с Rmn и нет необходимости в точном определении точек m и n, между которыми измерено напряжение. Более того, сопротивлением R'mn можно пренебречь и определить сопротивление сужения контакта как сопротивление между двумя точками, расположенными в областях с относительно малым градиентом напряжения.
Рис.3. Схема полубесконечного контакта с плоской контактной точкой Аналитическое определение сопротивления сужения представляет значительные трудности даже для контактов простейшей формы, поскольку электрическое поле в проводниках с ограниченными размерами сложно. Задача может быть решена для точечного контакта, если допустить, что контактная площадка круглая с радиусом а и размеры контактов велики по сравнению с размерами контактной площадки. В этом случае эквипотенциальные поверхности представляют эллипсоиды (рис.3). Плотность тока неодинакова на контактной площадке: она резко увеличивается по краям (цифры у линий тока указывают доли тока, который проходит через пространство, ограниченное поверхностью, образованной этой линией при вращении ее вокруг оси контактов). Выражение для сопротивления сужения в рассматриваемой схеме имеет следующий вид: Rс = р/(2а) (3) Таким образом, сопротивление сужения Rс зависит от удельного сопротивления материала контактов р и линейных размеров контактной площадки. Размер а входит в (3) в первой степени, что не должно вызывать сомнений. Действительно, большая часть сопротивления сужения связана с относительно небольшим объемом, прилегающий к контактной площадке. Площадь основания этого объема пропорциональна а2, а высота примерно равна а. Следовательно, сопротивление рассматриваемого объема пропорционально а/а2 = 1/а. Сопротивление многоточечного контакта при наличии n контактных точек с радиусом a, равномерно расположенных на достаточном расстоянии друг от друга, равно: Rc = р/(2аn) (4) По мере увеличения числа контактных точек сопротивление сужения стремится к нулю, несмотря на то что при этом поверхность каждой точки также стремится к нулю. Зависимость сопротивления контакта от давления. По мере увеличения силы, приложенной к контактным частям, сопротивление контакта уменьшается. Это объясняется увеличением числа контактных точек и общей проводящей поверхности. Зависимость сопротивления контакта от приложенной силы является сложной и может быть найдена лишь для частного случая - точечного контакта, образованного сферой и плоскостью или двумя цилиндрами с одинаковыми радиусами. Под действием силы Р, направленной по прямой, соединяющей центры кривизны, первоначальное точечное касание перейдет в касание по круглой площадке с радиусом a. Давление распределяется по контактной площадке неравномерно: наибольшее давление имеет место в центре площадки, где оно в 1,5 раза больше среднего давления; у краев площадки давление равно нулю. По мере увеличения силы P давление на контактной площадке увеличивается, и когда последнее достигает значения, соответствующего твердости материала, начнется пластическая деформация, сначала в центре площадки, а при дальнейшем увеличении давления - по всей площадке. При достаточно большой силе можно принять, что давление по всей площадке одинаково и равно твердости материала контактов, т.е. Р = σтπа2 (5) где σ - твердость материала контактов по Бринеллю. Из выражения (5) видно, что радиус контактной площадки при большом давлении и пластической деформации пропорционален корню квадратному из силы Р. Следовательно, сопротивление контакта согласно (3) пропорционально силе давления в степени -1/2: Rc = P-1/2 при малом давлении и упругой деформации сопротивление контакта пропорционально силе давления в степени -1/3 т.е. Rc = P-1/3 Эти выражения хорошо согласуются с результатами опытов, если контакты чистые. Зависимость сопротивления линейного и плоского контактов от давления не может быть представлена аналитически, поскольку число и размеры контактных точек неизвестны. Опытом установлено, что сопротивление плоского контакта зависит от удельного сопротивления и твердости металла, обработки поверхности и силы, приложенной к контактным частям. Важно, что сопротивление контакта не зависит от кажущейся поверхности соприкосновения. Достоинство точечного и линейного контактов заключается в том, что их проводимость удовлетворительна при относительно небольшой приложенной силе. Это существенно важно для контактов коммутационных аппаратов, где сила определяет требуемую мощность привода. Плоские контакты имеют широкое применение в неразмыкаемых неподвижных соединениях, где силы могут быть очень большими. Сопротивление окисленных контактовКак указано выше, слой оксидов, образующийся на контактной поверхности, является непроводящим. Несмотря на это, проводимость окисленных контактов может оказаться удовлетворительной вследствие: 1) частичного механического разрушения слоя оксидов, о чем было сказано раньше, или 2) электрического его пробоя. Опыты, произведенные с разъединителями для наружной установки с точечными контактами, показали, что толстый инородный слой не разрушается при включении разъединителя. При включении под напряжение происходит электрический пробой инородного слоя и возникает дуговой разряд. В получающиеся при этом тончайшие каналы проникает расплавленный металл. Образуются проводящие нити, диаметр которых оценивают приблизительно в 400 А. Описанное явление наблюдалось на контактах, выполненных из любых металлов и при любом составе слоя. Напряжение пробоя зависит от температуры плавления металла и толщины слоя. Если последняя невелика, то критическое напряжение составляет всего несколько вольт. Однако при большой толщине слоя оно может достигнуть нескольких сотен вольт. В установках с напряжением свыше 1000 В образование электрического контакта происходит именно этим путем. Нагревание контактовПри прохождении тока через контакт наибольшая температура имеет место на контактной поверхности. По мере удаления от этой поверхности в глубь тела, контакта температура быстро уменьшается. Измерить температуру контактной поверхности (например, с помощью термопары) невозможно. Однако ее можно определить косвенно, путем измерения падения напряжения в контакте. Зависимость между напряжением U и превышением температуры θ контактной поверхности над температурой в точках, удаленных от этой поверхности, в установившемся состоянии можно найти, основываясь на аналогии между электрическими и тепловыми полями. Эта зависимость, достаточно сложная при учете всех факторов, может быть легко найдена, если принять удельное электрическое сопротивление и теплопроводность материала контактов постоянными, т.е. не зависящими от температуры. Контакты предполагаются чистыми. Следовательно, между контактными поверхностями никакого сопротивления не существует. Такие контакты можно рассматривать состоящими из целого куска металла. Тепло, выделяющееся в области сужения линий тока, распространяется от контактной поверхности в тело контактов. Вследствие полной симметрии контактных частей обмен тепла между ними отсутствует. Отдача тепла в тонкий слой воздуха между контактами ничтожно мала. При указанных допущениях зависимость между напряжением U и превышением температуры контактной поверхности θ над температурой в точках, удаленных от этой поверхности, имеет следующий вид:
где р и λ - соответственно удельное электрическое сопротивление и удельная теплопроводность материала контактов, принимаемые постоянными. Более точная связь между U и θ с учетом зависимости р и λ от температуры имеет следующий вид:
Выражения (6) и (7), справедливые для контактов с любой формой поверхности, имеют большое практическое значение, поскольку они позволяют определить максимальную температуру в контакте и судить о качестве контакта по значению падения напряжения в нем. Ниже приведены значения U и θ, вычисленные с помощью (7) и справедливые для контактов из любых металлов, поскольку произведение рλ Для всех металлов приблизительно одинаково: U, В ........ 0,03 ... 0,12 ... 0,30 ... 0,43 θ,°С ........ 16 ..... 180 .... 700 .... 1065 Для медных контактов превышение температуры на 180°С соответствует началу размягчения металла, а превышение температуры на 1065°С - его плавлению. Температура контактных частей в точках, удаленных от контактной поверхности, принята равной 18°С. Зависимость сопротивления контакта от температуры. Выражение для сопротивления точечного контакта (3) справедливо при ничтожно малом токе, не способном заметно нагреть контакт. Если ток велик, контакты нагреваются и сопротивление контакта увеличивается вследствие увеличения удельного сопротивления металла. Допустим, что при некотором токе I температура контактных деталей в точках, удаленных от контактной поверхности, равна ʋ. Если бы температура в области сужения, в том числе и на контактной поверхности, была также равна ʋ, то сопротивление контакта Rʋ можно было бы определить из выражения (3), положив р соответствующим температуре ʋ. Однако температура в области сужения отличается от ʋ. Она увеличивается по мере приближения к контактной поверхности и достигает здесь максимального значения ʋmax. Поэтому сопротивление контакта при токе I отличается от его сопротивления, которое имел бы контакт, если бы температура во всей области сужения была одной и той же. Оно может быть определено из приближенного выражения
где Rθ - сопротивление контакта при температуре контактной поверхности, равной ʋmax = ʋ + θ; Rʋ - сопротивление контакта в предположении одинаковой температуры в области сужения, равной ʋ;θ = ʋmax - ʋ - превышение температуры контактной поверхности над температурой в точках, удаленных от нее; ɑ - температурный коэффициент удельного сопротивления. Поскольку сопротивление Rθ представлено как функция максимального превышения температуры, множитель при θ равен не ɑ, а только 2/3ɑ.
Рис.4. Зависимость сопротивления контакта от превышения температуры Зависимость (8) справедлива до тех пор, пока размеры контактной точки неизменны. Если ток настолько велик, что температура контактной поверхности достигает температуры размягчения металла, размеры контактной точки увеличиваются и сопротивление контакта уменьшается. Это видно из характеристики R(U) (рис.4), определяющей зависимость между сопротивлением контакта R и напряжением U. следовательно, и превышением температуры θ. Характеристика относится к одноточечному контакту, образованному скрещенными медными стержнями при некотором давлении. Кривая АВС рассчитана по уравнению (8) в предположении постоянства контактной поверхности. Участок АВ этой кривой может быть получен также из эксперимента. В точке В, соответствующей превышению температуры около 180°С, начинается размягчение металла. Контактная площадка увеличивается и сопротивление контакта уменьшается (участок BD представляет спад размягчения). После этого кривая вновь поднимается (участок DE), однако наклон кривой здесь меньше наклона кривой ВС вследствие продолжающеюся размягчения. В точке Е температура контакта достигает температуры плавления. Дальнейшее повышение напряжения невозможно, так как при этом контактные части сближаются, размер контактной площадки увеличивается, а сопротивление уменьшается (участок EF представляет собой спад плавления). При уменьшении напряжения (тока) можно получить ветвь FG, параллельную СВА, что доказывает постоянство контактной площадки вследствие происшедшего сваривания контактных частей. Плавление и сваривание размыкаемых контактов - явления весьма опасные, поскольку они могут явиться причиной отказа аппарата отключить цепь. Конструкции контактовКонтакты электрических машин, аппаратов, проводников должны проводить номинальные (продолжительные) токи в течение неограниченного времени; при этом температура контактных частей не должна выходить за установленные пределы (см. табл.1). Это требование обеспечивают выбором соответствующих материалов, числа контактных точек и давления на контактные части. Таблица 1 Допустимые температуры для изоляционных материаловв наиболее нагретых точках при нормальном режиме
Контакты должны быть также стойкими при КЗ, когда количество выделяющегося тепла резко увеличивается, а электродинамические силы уменьшают давление в контактах. Наличие электродинамических сил объясняется сужением линий тока при подходе к контактной точке и, как следствие, взаимодействием противоположно направленных токов. Контакты выключателей должны не только проводить номинальные токи и обладать достаточной электродинамической и термической стойкостью в положении «включено». Они должны также противостоять разрушительному действию дуги, возникающей при отключении тока, и обеспечивать надежное включение на КЗ. Неразмыкаемые неподвижные контакты
Рис.5. Соединение плоских шин с помощью болтов Эти контакты выполняют обычно с помощью болтов (рис.5). Чтобы обеспечить надежность контактов, необходимо создать условия для сцепления металла. Для этого поверхности контактов должны быть тщательно очищены и давление в контактах должно быть достаточным, чтобы деформация металла была пластичной. При этих условиях металл образует монолитную массу и контакт сохраняет проводимость неограниченное время. Если сцепление металла отсутствует, контакт получается ненадежным. так как с течением времени вследствие текучести материала контактов (в особенности это относится к алюминию) давление в контакте уменьшается. Этому способствуют периодические деформации вследствие изменения температуры, а также вибрации. Контакт получает возможность «дышать», т.е. затягивать воздух, который приходит в соприкосновение с проводящей поверхностью. При этом происходит окисление металла и постепенное увеличение сопротивления контакта. Сцепление металла в контактных точках препятствует этим нежелательным явлениям. В болтовых соединениях контактные точки сосредоточены около отверстий для болтов, где металл деформируется пластически. Проводимость контакта определяется числом болтов, их диаметром и материалом. Чем больше диаметр болтов и выше предел прочности материала, тем больше давление в контакте и число контактных точек (при соответствующей затяжке болтов). Диаметр болтов выбирают в зависимости от размеров полос, а число болтов лежит в пределах 1-6. Широкое применение получили стальные болты с пределом прочности при растяжении 200-250 МПа. Однако недостаток стали заключается в том, что ее коэффициент линейного расширения меньше коэффициента расширения проводниковых материалов. Вследствие этого при повышении температуры в болтах возникают дополнительные напряжения. Если затяжка болтов чрезмерно велика, появляются остаточные деформации и давление в контакте ослабевает. Для повышения надежности контактных соединений под болты устанавливают тарельчатые пружинные, а также плоские шайбы. Пружинные шайбы компенсируют температурные расширения материалов и поддерживают давление в болтовом соединении на необходимом уровне. Длину перекрытия полос выбирают с таким расчетом, чтобы на ней размещалось необходимое число болтов. Обычно она превышает толщину полосы в 10 раз. Обработку поверхности контакта производят грубым напильником (шлифование нецелесообразно). Чтобы уменьшить окисление металла, алюминиевые шины перед обработкой покрывают слоем вазелина. После сборки контакта, швы покрывают асфальтовым лаком или краской. В последнее время для соединения алюминиевых шин в РУ широко применяют сварку. Такие соединения обладают высокой механической прочностью и хорошей проводимостью. Однако у шин из закаленных алюминиевых сплавов в зоне сварного шва происходит разупрочнение материала и снижение прочности до 50% номинальной. Размыкаемые контакты выключателей и разъединителей. Конструкции этих контактов весьма разнообразны - в зависимости от их назначения, номинального тока и токов термической и динамической стойкости аппаратов.
Рис.6. Торцевые контакты масляного выключателя: 1 - неподвижный контакт;2 - подвижный контакт;3 - контактная траверса;4 - пружина На рис.6 показаны так называемые торцевые контакты масляною выключателя, предназначенные для номинального тока 1000 А, а также для применения в качестве дугогасительных. Они являются одноточечными контактами; давление в них создается пружинами. При большом номинальном токе прибегают к многоточечным контактам, образованным группой медных или латунных пластин особой формы, получивших название пальцев или пластин. Их укрепляют на основании (колодке) и снабжают пружинами (рис.7).
Рис.7. Пальцевые контакты: 1 - колодка;2 - пальцы;3 - пружины;4 - подвижный контакт В положении «включено» подвижный контакт в виде клина входит в зазор между пальцами и прижимается к ним пружинами. Переход тока от подвижных пальцев к колодке происходит через выступы пальцев а. Применяют также гибкие связи из тонких медных полос. Число пар пальцев выбирают в соответствии с номинальным током. Пальцевые контакты предназначены только для проведения продолжительного тока. Они получили применение в разъединителях, а также в выключателях в качестве главных контактов.
Рис.8. Розеточный контакт выключателя На рис.8 показан многоточечный контакт розеточного типа, предназначенный для выключателей. Подвижный контакт 1 выполнен в виде стержня круглого сечения. Неподвижный контакт содержит 20 пластин 2 с пружинами 3, расположенными по окружности. Пластины заключены в латунный стакан 4, верхний край которого защищает их от оплавления дугой. Переход тока от основания неподвижного контакта 5 к подвижному стержню происходит в точках m и n. Заметим, что в пальцевых и розеточных контактах электродинамические силы, возникающие в области сужения линий тока и ослабляющие давление в контактах, частично компенсируются взаимодействием одинаково направленных токов в пальцах и пластинах. Во многих выключателях контактная система разделена на главные контакты, предназначенные для проведения продолжительного тока, и дугогасительные контакты, воспринимающие всю тяжесть отключения цепи через дугу, а также включения на КЗ. Дугогасительные контакты выполняют из металлокерамических сплавов вольфрама или молибдена с медью и серебром, обладающих достаточной электрической проводимостью и способностью противостоять высокой температуре дуги. При отключении выключателя сначала размыкаются главные контакты, потом - дугогасительные. При включении выключателя последовательность замыкания контактов обратная. Чтобы обеспечить надежное включение на КЗ, увеличивают скорость движения контактов (мощность привода). Увеличивают также давление в контактах. В положении «отключено» контактные пружины должны быть частично напряжены с тем, чтобы в процессе включения по мере хода подвижных контактов давление быстро увеличивалось до максимального значения. Контакты разъединителей не подвержены действию дуги. Их выполняют из меди и латуни. Для защиты от окисления контакты покрывают тонким слоем серебра. Неразмыкаемые подвижные контактыВ контактах этого типа контактные части перемещаются одна относительно другой, но не размыкаются. Такие контакты встречаются в выключателях и разъединителях. Они заменяют менее надежные гибкие соединения.
Рис.9. Скользящие неразмыкаемые контакты Применение получили два типа неразмыкаемых контактов, а именно: скользящие и роликовые. Примером скользящих контактов могут служить контакты воздушного выключателя (рис.9), в котором верхний контакт 1 соединен с неподвижным латунным стаканом 2 через Z-образные пластины 3, расположенные по окружности в два яруса. Пластины снабжены пружинами 4, прижимающими их к контакту и стакану.
Рис.10. Неразмыкаемые роликовые контакты Устройство контактов роликового типа показано на рис.10. Подвижный контактный стержень 1 перемещается вверх и вниз вдоль своей оси; при этом сохраняется контакт с неподвижными стержнями 2 через конические ролики 3, посаженные на оси и снабженные пружинами 4. Контакты между роликами и стержнями являются точечными. Число роликов выбирают в соответствии с номинальным током. www.gigavat.com | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
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.
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. 
Медь. Удовлетворяет практически всем вышеперечисленным требованиям, кроме коррозионной стойкости. Оксиды меди имеют низкую проводимость. Медь — часто встречающийся контактный материал, употребляется как для разборных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях используют противокоррозионные покрытия рабочих поверхностей.
Места соединения отдельных частей, составляющих всякую электронную цепь, именуютсяэлектронными контактами. 
По роду соприкасающихся поверхностей различают также плоские, линейные и точечные контакты.Плоские контакты образуются при соприкосновении плоских контактных частей (плоских шин и т. п.).
При прохождении тока через контакты они греются, при этом более высочайшая температура наблюдается на контактной поверхности из-за наличия переходного сопротивления. В итоге нагрева контакта возрастаетудельное сопротивление материала контакта и соответственно переходное сопротивление.
Контакты хоть какого типа должны обеспечить не только лишь долгосрочную работу безнедопустимого перегрева в критериях обычного режима, но также и требуемуютепловую и электродинамическую стойкость в режиме недлинного замыкания. Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действием высочайшейтемпературы электронной дуги, которая появляется при их размыкании, и накрепкозамыкаться без приваривания и оплавления при включении на куцее замыкание. Рассмотренные выше меры содействуют также выполнению и этих требований.
При выключении цепи первыми размыкаются рабочие контакты, а потом дугогасительные. Потому практически цепь разрывают дугогасительныеконтакты, для которых не представляет большой угрозы даже ток недлинногозамыкания (при значимых токах недлинного замыкания дополнительно употребляют особые дугогасительные устройства).
(6)
(7)
(8)
