Материалы для контактных соединений

К материалам контактов предъявляются следующие требования:

-                 высокая электрическая проводимость и большая теплопроводность;

-                 стойкость против коррозии в воздухе и других газах;

-                 стойкость против образования окисных плёнок с высоким удельным сопротивлением;

-                 малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия;

-                 высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях;

-                 малая электрическая эрозия;

-                 высокая дугостойкость (температура плавления);

-                 высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

-                 простота обработки, низкая стоимость.

Для контактных соединений применяются следующие материалы, свойства которых рассмотрены ниже.

Медь. Положительные свойства: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволяет применять при частых включениях и отключениях.

Недостатки: низкая температура плавления, на воздухе образуется плёнка прочных окислов, имеющих высокое сопротивление, требует больших сил нажатия. Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывается электролитическим способом слоем серебра толщиной 20—30 мкм. На главных контактах иногда ставятся серебряные пластинки (в аппаратах, включаемых относительно редко). Применяется как материал для плоских и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, контак-торов, автоматов и др. Вследствиенизкойдугостойкостинежелательно применение в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час.

Серебро. Положительные свойства: высокая электропроводность и теплопроводность, плёнка окислов серебра имеет малую механическую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки. Устойчивость контакта и малое переходное сопротивление являются характерными свойствами серебра.

Отрицательные свойства: малая дугостойкость и недостаточная твердость серебра препятствуют использованию его при наличии мощной дуги и при частых включениях и отключениях. Применяется при токах до 20 А.

Алюминий. Этот материал имеет достаточно высокую электрическую проводимость и теплопроводность. Благодаря малой плотности токоведущая часть круглого сечения из алюминия на такой же ток, как и медный проводник, имеет почти на 48% меньшую массу. Это позволяет уменьшить массу аппарата.

Недостатки алюминия: образование на воздухе и в активных средах плёнок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением; низкая дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра); малая механическая прочность; при контакте с медью образуется пара, подверженная сильной электрохимической коррозии. В связи с этим при механическом соединении с медью алюминий должен покрываться тонким слоем меди электролитическим путем либо оба металла необходимо покрывать серебром.

Вольфрам. Положительными свойствами вольфрама являются высокая дугостойкость, большая стойкость против эрозии и сваривания. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его при частых включениях и отключениях.

Недостатками вольфрама являются: высокое удельное сопротивление, малая теплопроводность, образование прочных оксидных и сульфидных пленок. В связи с высокой механической прочностью и образованием пленок вольфрамовые контакты требуют большой силы нажатия.

Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют окисных плёнок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины с иридием, молибденом или палладием.

Металлокерамические материалы. Рассмотрение свойств чистых металлов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем требованиям, предъявляемым к разрывным контактам.

Материалы, обладающие желаемыми свойствами, получают методом порошковой металлургии. Металлокерамика – это механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков при высокой температуре и давлении. Физические свойства металлов при изготовлении металлокерамических контактов сохраняются. Дугостойкость керамике сообщается такими металлами, как вольфрам, молибден. Для получения низкого переходного сопротивления контакта в качестве второго компонента используют серебро или медь. Наиболее распространёнными композициями металлокерамики являются: серебро – вольфрам; серебро – молибден; серебро – никель; серебро – окись кадмия; серебро – графит; серебро – окись меди и др.

12.Сваривание электрических контактов. Использование контактов при условии, что напряжение Uк не превзойдёт напряжения Uр возможно лишь в слаботочных (слаботоковых) аппаратах. В сильнотоковых аппаратах, предназначенных для работы в режимах короткого замыкания, условие или привело бы к необходимости создания чрезмерно больших усилий сжатия контактов. Поэтому в сильнотоковых аппаратах не исключено расплавление -пятна в замкнутом состоянии контактов, что может привести к свариванию контактов так, как это происходит при точечной электросварке.

Износ контактов.Под износом контактов понимают разрушение рабочей поверхности коммутирующих контактов, приводящее к изменению их геометрической формы, размера, массы и т.д. Износ, происходящий под действием электрических факторов, называется электрическим износом – электрической эрозией контактов. Износ под действием механических факторов здесь не рассматривается, он обычно много меньше электрического

При размыкании сила, сжимающая контакты, снижается до нуля, резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Площадка сильно разогревается, и между расходящимися контактами образуется контактный перешеек (мостик) из расплавленного металла, который в дальнейшем рвется.Эффектные меры борьбы с эрозией состоят в создании симметричных тепловых режимов мостика, например, подбором соответствующих контактных пар.Коммутационная износостойкость аппарата, его способность выполнять определенное число коммутаций тока контактами в заданных условиях отключения цепи.Она выражается предельным для аппарата числом коммутационных циклов. Механическая износостойкость аппарата определяется его способностью выполнять определенное число операций отключения и отключения без тока в цепи главных контактов. Дуговой износ контактов – это выгорание материала контактов под воздействием электрической дуги.Контактное нажатие – сила, сжимающая контакты в месте их соприкосновения. Различают начальное нажатие в момент начального соприкосновения контактов, когда провал равен нулю, и конечное нажатие при полном провале контактов. По мере износа контактов уменьшается провал, а, следовательно, и допол-нительное сжатие пружины. Конечное нажатие приближается к начальному. Таким образом, начальное нажатие является одним из основных параметров, при котором контакт должен сохранять работоспо-собность.

13.Геркон

   герметизированный переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала, соприкасающимися под действием магнитного поля. Различают Г., работающие на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи (см. рис.). Внутри баллона, диаметр которого не превышает 6,25 мм и длина 50 мм, создаётся вакуум или газовая среда (азот, аргон, водород) различного давления. При определённой напряжённости магнитного поля электромагнита или постоянного магнита свободные концы пружины (чаще из пермаллоевой проволоки), находящиеся на расстоянии нескольких десятых или сотых миллиметра, притягиваются друг к другу и замыкают контакт. При уменьшении напряжённости пружины упругой силой возвращаются в исходное положение, и контакт размыкается. Максимальная мощность, переключаемая контактами Г.,

Типы герконов: a — на замыкание; б — на переключение; в — на замыкание в поляризованном реле (1 — постоянный магнит для удержания контакта в замкнутом состоянии; 2 — обмотка электромагнита для размыкания контакта; 3 — обмотка электромагнита для замыкания контакта).