Конструкция твёрдометаллических контактов

Общие сведения

Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток. Соприкасающиеся проводники называются контакт-деталями или просто контактами.

Как бы ни была тщательно обработана поверхность соприкосновения контактов, электрический ток проходит из одного контакта в другой только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как абсолютно гладкой поверхности нельзя получить ни при каком методе ее обработки.

Режимы работы контактов

а) Включение цепи.При включении контактов могут иметь место следующие процессы:

1) вибрация контактов;

2) эрозия в результате образования разряда между сходящимися контактами

б) Проведение тока 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.При размыкании контактов сила нажатия уменьшается, переходное сопротивление возрастает, и поэтому растет температура точек касания. В момент разъединения контактов температура достигает температуры плавления и между контактами возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает либо дуговой разряд, либо тлеющей.

Это приводит к интенсивному окислению, распылению материала контактов в окружающее пространство, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок, что влечет износ контактов.

Износ, связанный с окислением, образованием на электродах пленок химических соединений материала контактов со средой называется химическим износом или коррозией. Перенос материала с анода на катод называется положительной эрозией и наоборот отрицательной эрозией.

Направление эрозии и форма износа контактных поверхностей зависят от вида разряда и величины тока.

г) Способы уменьшения износа контактов.Основными средствами борьбы с эрозией в аппаратах на токи от 1 до 600 А являются:

1. сокращение длительности горения дуги за счет применения дугогасительных устройств;

2. устранение вибрации при включении;

3. применение дугостойких контактных материалов.

Для контактов, управляющих токами от долей ампера до нескольких ампер, применяются схемные методы уменьшения эрозии. Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схемы для уменьшения износа контактов

Вся электромагнитная энергия цепи при отключении выделяется в дуговом промежутке. Исследования показали, что чем меньше эта энергия, тем меньше эрозия контактов. В схеме рис. 2.2,а электромагнитная энергия, накопленная на индуктивности L , тратится в активных сопротивлениях r и R В связи с широким выпуском высококачественных диодов рекомендуется схема рис. 2.2,б. В этой схеме контакты нагружаются только током  и обратным током диода D. При отключении магнитный поток в системе начинает падать. При этом обмотка будет закорочена на сопротивление диода в проводящем направлении. Для схемы рис. 2.2,в выполнено условие отсутствия искрового разряда, если

Однако с уменьшением r растет ток, который должен отключаться другими контактами для полного обесточивания цепи. Хорошие результаты дает схема рис. 2.2,г. Наличие конденсатора уменьшает ток между контактами, так как в конденсатор ответвляется ток, равный ; где U - напряжение на контактах. Наличие емкости снижает скорость нарастания напряжения на контактах, в результате чего разряд может прекратиться. При замыкании цепи возможна сильная эрозия за счет энергии конденсатора, разряжающегося на промежуток. Для ограничения тока разрядки ставится сопротивление r.

При правильном выборе r и C эрозия должна отсутствовать.

Для обеспечения гашения дуги и уменьшения обгорания контактов сильноточные аппараты (контакторы, автоматы, высоковольтные выключатели) снабжаются дугогасительными камерами.

С этой же целью подвижный контакт должен иметь определенную скорость движения и определенный ход в зависимости от конструкции аппарата и его номинального напряжения.

Материалы контактов

К материалу контактов предъявляются следующие требования:

1. Высокие электрическая проводимость и теплопроводность.

2. Стойкость против коррозии во воздухе ж других газах.

3. Стойкость против образования пленок с высоким удельным со­противлением.

4. Малая твердость для уменьшения необходимой силы нажатия.

5. Высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях.

6. Малая эрозия.

7. Высокая дугостойкость (температура плавления).

8. Высокие значения тока и напряжения, необходимых для ду-гообразования.

9. Простота обработки, низкая стоимость.

К таким материалам относятся медь, серебро, алюминий, вольфрам, металлокерамические материалы. Данные материалы имеюткак положительные стороны, так и недостатки. Поэтому, исходя из этого, каждый из перечисленных материалов применяется с учетом большего эффекта по перечисленным требованиям.

Конструкция твёрдометаллических контактов

а) Жесткие. Контакты служат для неподвижного соединения токоведущих деталей. Сюда относятся шинные соединения, соединения кабелей, места присоединения аппаратов цени. В процессе эксплуатации оба контакта связываются с помощью болтов, либо с помощью горячей или холодной сварки.

б) Неразмыкающиеся контактные соединения подвижных элементов. Такие соединения используются либо для того, чтобы передать ток с подвижного контакта на неподвижный, либо для того, чтобы дать возможность элементу неподвижного контакта тлеть небольшое перемещение под действием подвижного контакта. Наиболее простым соединением такого типа является гибкая связь. При больших ходах подвижных контактов к больших номинальных токах применяются скользящие и роликовые токосъемы.

в) Разрывные контакты. Конструкция разрывных контактов определяется значениями , , тока КЗ, режимом работы, назначением

аппарата и рассмотрена в разделах, посвящённых устройству различных аппаратов.