Из какого металла контакты в реле
Обновлено: 17.05.2024
Материалы, используемые для изготовления электрических контактов
От материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надежность работы.
Требования, предъявляемые к материалам контактных соединений:
2. Стойкость против коррозии.
3. Стойкость против образования пленок с высоким r.
4. Малая твердость материала, для уменьшения силы нажатия.
5. Высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях.
7. Высокая дугостойкость (температура плавления).
8. Высокое значение тока и напряжения, необходимые для дугообразования.
9. Простота обработки и низкая стоимость.
Перечисленные требования противоречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям.
Для контактных соединений применяются следующие материалы:
В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может использоваться и для дугогасительных контактов. При малых контактных нажатиях (Р
Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Оксиды серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро используется 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, на который приваривается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую поверхность.
Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшими проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую оксидную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью.
Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится (не следует завышать контактное нажатие). Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.
Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют оксидных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление.
Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой температуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, 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.
Температуры плавления различных проводниковых материалов
Металлокерамика — 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 оксид кадмия, серебро — графит, серебро — графит — никель, медь — вольфрам, медь — молибден и др. Применяется металлокерамика для дугогасительных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также для главных контактов на номинальные токи до 600 А.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле
Контакты реле из неблагородных металлов (вольфрам, молибден, рений)
Как известно, устойчивость против эрозии разрывных контактов повышается с увеличением твердости и температур плавления, сублимации и кипения материала контактов, что связано с ростом прочности его межатомных связей. Поэтому для контактов, коммутирующих токи больше тока возникновения дуги и повышенные напряжения, наиболее подходящими являются более твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы типа твердых растворов: вольфрам, рений, молибден, платино-иридий, палладий-серебро и т. п.
Вольфрам отличается большой твердостью и хрупкостью, очень высокой температурой плавления и потому в несколько раз более устойчив против эрозии и переноса, чем платина. Контакты реле из вольфрама не свариваются, не поддаются механическому износу и обеспечивают очень большой срок службы при больших напряжениях и индуктивных нагрузках (при токе до 3-5 ампер).
Фотография 4. Вольфрамовые контакты реле РСАМ
Основным недостатком вольфрама является его подверженность атмосферной коррозии с образованием оксидных и сульфидных пленок, поэтому контакты из вольфрама имеют высокое переходное сопротивление и требуют больших контактных давлений (больше 40-60 Г), особенно при низких напряжениях. Иногда наблюдается отказ в работе вольфрамовых контактов после длительного их пребывания в условиях влажности и воздействия паров фенола, формальдегида, аммиака и других веществ вследствие интенсивной коррозии вольфрама.
Контакты из вольфрама не могут быть приклепаны непосредственно к контактным пружинам, они предварительно припаиваются или привариваются к стальной или медной «ножке», которая затем приклепывается к пружине. Посторонние примеси в вольфраме не должны превышать 0,2-0,5%. Более прочными и износоустойчивыми являются резаные (с продольным волокном) контакты. Они дают также более постоянное переходное сопротивление, чем штампованные.
В слаботочных реле применяется серебряно-вольфрамовый сплав 30% серебра – 70% вольфрама (ВС-70).
Вольфрамовые контакты встречаются у реле РСАМ, РКС-3, РС, М237, РВМ 2В-110, РПН, РП-4, РП-5, РП-7, 64П, РПС-33, РПС-11 и других.
Молибден имеет меньшую твердость, чем вольфрам, и более низкий минимальный ток дуги. Окислы молибдена образуют рыхлый осадок, вследствие чего проводимость контактов может внезапно нарушиться. Для защиты против образования непроводящих пленок контакты из вольфрама и молибдена следует помещать в вакуум, чистый водород или чистый азот.
Большую износоустойчивость при нагрузке 0,3 ампера и 160 вольт и очень больших сроках службы (10 9 циклов) имеют контакты из карбида вольфрама с небольшим содержанием кобальта.
Вольфрам и молибден из-за подверженности атмосферной коррозии непригодны для эксплуатации в условиях тропического климата; в этих условиях хорошим заменителем вольфрама является металл рений, близкий к вольфраму по своим свойствам, но более коррозионно-устойчивый и более пластичный.
Контакты из рения имеют более низкое переходное сопротивление в нормальных условиях; величина этого сопротивления сравнительно мало изменяется после длительного пребывания в условиях тропического климата и морской атмосферы, а также после нагрева при повышенных температурах до +1000° С. Однако эрозионная устойчивость рения значительно меньше, чем вольфрама.
Пары контактов реле из разных материалов
В вибрационных аппаратах (регуляторах напряжения, вибропреобразователях и т. п.) при токах, не превышающих 1,2 ампера, и сравнительно небольших давлениях иногда применяются пары контактов из разных материалов; например, вольфрам (на минусе) и серебро (на плюсе), вольфрам и серебро-никель (СН40) или молибден-серебро. В этом случае пленка окислов вольфрама пропитывается серебром, что значительно уменьшает переходное сопротивление и повышает надежность работы контактов. При больших токах и значительных давлениях применяется пара карбид вольфрама-серебро.
Например, контактная пара вольфрам-серебро, сплав ВС-70 (на минусе) и палладиево-циркониево-хромовый сплав (ПдСрХр-1) (на плюсе) значительно увеличивает срок службы поляризованных реле типа РП-4 в телеграфном режиме работы (работа на передачу).
Фотография 5. Пара контактов, вольфрам (неподвижный контакт) и серебро (подвижный контакт), силовое реле РС
Металлокерамические композиции (металлокерамические контакты)
Для контактов реле, работающих в особо тяжелых условиях длительное время при больших нагрузках, необходим материал, отличающийся большой износоустойчивостью, тугоплавкостью, малой эрозией, малой склонностью к привариванию, высокой электро- и теплопроводностью.
Сочетание всех этих свойств не встречается в контактных металлах и их сплавах, оно может быть достигнуто только в композициях.
Композиции изготовляются большей частью из смесей двух не сплавляющихся между собой компонентов методами металлокерамики (порошковой металлургии), путем спекания смеси порошков металлов без образования жидкой фазы с последующей механической обработкой (ковкой, прокаткой и т. п.) или прессопористых заготовок из порошка тугоплавкого металла (вольфрам, молибден) с последующей их пропиткой более легкоплавкими металлами (серебро, медь).
Стойкость композиции против эрозии основывается на том, что при расплавлении одного компонента он удерживается силами капиллярности в порах (скелете) второго, более тугоплавкого компонента, который к тому же препятствует свариванию контактов. Композиции, кроме того, не имеют склонности к иглообразованию.
Тугоплавкий скелет может быть образован не только металлами, но и карбидами, нитридами и даже окислами металлов, так как их электропроводность принципиально не имеет значения.
В композиции серебро-окись кадмия роль тугоплавкой составляющей играет окись кадмия. Окись кадмия отличается высокой электропроводностью, при температурах дуги она разлагается взрывообразно на кислород и пары кадмия (770° С). Это явление, по-видимому, оказывает выдувающее и деионизирующее действие.
Кроме того, применяются композиции серебро-карбид вольфрама, медь-карбид вольфрама и др.
Физические свойства металлокерамических композиций зависят от процента содержания составляющих компонентов.
Содержание тугоплавкого металла в композициях для контактов большей частью находится в пределах от 40 до 85% по весу.
Таблица 2. Физические параметры некоторых композиций для контактов реле
Твердость по Бринеллю
нВ, кг/мм 2
не менее
Композиция серебро-никель была разработана для контактов реле со сравнительно небольшими контактными давлениями взамен серебра и платины, непригодных при больших нагрузках (более 2-3 ампер) вследствие большой эрозии и сваривания. В особо ответственных случаях для исключения сваривания применяется пара контактов из композиций серебро-никель и графит-серебро, последние, кстати, очень часто применяют в релейно-контактной аппаратуре систем сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте (реле СЦБ, например, НПР, ДСР, НР, НРВ, ДСШ и другие).
Композиция серебро-никель (СН40, СН30) отличается малой твердостью, большой пластичностью (легко обрабатывается и вытягивается в виде проволоки) и небольшим переходным сопротивлением, однако она менее устойчива против эрозии, чем композиции СМО и СВ.
Композиция серебро-окись кадмия (СОК12, СОК15) имеет высокую электропроводность, малое переходное сопротивление контакта и малую твердость (легко прокатывается и штампуется).
Контакты из СОК12 и СОК15 изготовляются диаметром от 5 до 12 мм для нагрузок от 10 до 100 ампер; при больших нагрузках они в несколько раз более устойчивы, чем контакты из серебра.
Композиции серебро-молибден и серебро-вольфрам более устойчивы против эрозии, но имеют значительно большую твердость и требуют больших контактных давлений, чем композиции СН и СОК. Серебро-молибден (СМО60) имеет более низкое электросопротивление и легче обрабатывается, чем серебро-вольфрам.
Контакты из композиции СМО наиболее пригодны для работы при низких напряжениях и средних токах, а контакты из СВ лучше выдерживают работу при более высоких напряжениях.
Контакты из композиции серебро-окись меди СОМ10 при больших токах более устойчивы против эрозии и коррозии, чем контакты из СОК15.
Однородность свойств и устойчивость против эрозии контактов из композиций зависит от величины зерен порошков, поэтому диаметр зерен не должен превышать 20-30 микрон. Особенно тонкодисперсные смеси получаются при восстановлении предварительно осажденного вольфрамата или молибдената серебра.
Общим недостатком всех композиций является пониженная электропроводность, вследствие чего их следует применять в виде тонких пластин, напаянных на медные или стальные основания.
Заключение
В статье освещены далеко не все материалы и сплавы, применяемые для изготовления контактов электромагнитных реле, описаны лишь наиболее распространенные из них. Возможно, в следующих статьях некоторые из материалов будут рассмотрены более подробно и на конкретных примерах.
Также в одной из следующих статей речь пойдет о материалах, применяемых для изготовления контактных пружин реле.
Дополнительные материалы сайта
Список литературы
1. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Третье издание. Л.: Энергия, 1966
2. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Четвертое издание. Л.: Энергия, 1975
3. Элементы радиоэлектронной аппаратуры. Выпуск 44. Слаботочные реле. М.: Радио и связь, 1982
4. Шоффа В.Н. Герконы и герконовые аппараты. М.: МЭИ, 1993
Реле постоянного и переменного тока - особенности и отличия
В широком смысле слова, под реле понимают электронное или электромеханическое устройство, назначение которого — замыкать или размыкать электрическую цепь в ответ на определенное входное воздействие. Классическое реле — электромагнитное.
При прохождении электрического тока через обмотку такого реле, возникает магнитное поле, которое, воздействуя на ферромагнитный якорь реле, вызывает перемещение данного якоря, тогда как он, будучи механически связан с контактами, замыкает или размыкает их в результате своего перемещения. Таким образом при помощи реле можно осуществлять замыкание или размыкание, то есть механическую коммутацию внешних электрических цепей.
Электромагнитное реле состоит минимум из трех (главных) частей: неподвижного электромагнита, подвижного якоря и переключателя. Электромагнит, по сути, - катушка, намотанная медным проводом на ферромагнитный сердечник. В роли якоря обычно выступает пластина, изготовленная из магнитного металла, которая и призвана воздействовать на коммутирующие контакты или на группу таких контактов, собственно и формирующих переключатель реле.
По сей день электромагнитные реле находят самое широкое применение в устройствах автоматики, телемеханики, электроники, вычислительной техники, и во многих других областях, где необходимо автоматически осуществлять коммутацию. Практически реле используется как управляемый механический выключатель или переключатель. Для коммутации же больших токов используются специальные реле, называемые контакторами.
При всем при этом электромагнитные реле подразделяются на реле постоянного тока и на реле переменного тока, в зависимости от того, какого рода ток необходимо подать на обмотку реле, чтобы его переключатель сработал. Далее рассмотрим различия между реле постоянного тока и реле переменного тока.
Электромагнитное реле постоянного тока
Говоря о реле постоянного тока, как правило имеют ввиду нейтральное (не поляризованное) реле, которое одинаково реагирует на ток любого направления в его обмотке — якорь притягивается к сердечнику, размыкая (или замыкая) контакты. По исполнению якоря реле бывают с втяжным якорем или с поворачивающимся якорем, но в любом случае функционально данные изделия полностью схожи.
Пока в обмотке реле ток не течет, его якорь находится максимально далеко от сердечника благодаря действию возвратной пружины. В этом состоянии контакты реле разомкнуты (для нормально-разомкнутого реле или для нормально-разомкнутой контактной группы данного реле) либо замкнуты (для нормально-замкнутого реле или для нормально-замкнутой контактной группы).
При прохождении постоянного тока через обмотку реле, в сердечнике и в воздушном зазоре между сердечником и якорем реле создается магнитный поток, инициирующий магнитное усилие, механически притягивающее якорь к сердечнику.
Якорь перемещаясь, переводит контакты в состояние противоположное исходному — замыкает контакты, если в исходном состоянии они были разомкнуты, либо размыкает их, если исходное состояние контактов было замкнутым.
Если в реле присутствует две группы контактов противоположного исходного состояния, то те что были замкнуты — размыкаются, а те что были разомкнуты — замыкаются. Так работает реле постоянного тока.
Электромагнитное реле переменного тока
В некоторых случаях бывает так, что источником энергии для питания обмотки реле может выступать только переменный ток. Тогда ничего не остается, как использовать для коммутации реле переменного тока, то есть такое реле, обмотка которого способна воздействовать на якорь при пропускании через нее переменного, а не постоянного тока.
В отличие от реле постоянного тока, реле переменного тока тех же размеров и при аналогичном среднем значении магнитной индукции в его сердечнике, обеспечивает вдвое меньшее магнитное усилие на якорь, чем в реле постоянного тока.
Суть в том, что электромагнитное усилие, в случае переменного тока, если подать его на обмотку обычного реле, носило бы ярко выраженный пульсирующий характер, и обращалось бы в ноль два раза за период колебаний питающего переменного напряжения.
Значит якорь испытывал бы вибрацию. Но так получилось бы в том случае, если не применять дополнительные меры. И дополнительные меры применяются, как раз и формируя различия в конструкциях реле переменного и постоянного тока.
Реле переменного тока устроено и работает следующим образом. Переменный магнитный поток основной обмотки, проходя через часть сердечника с прорезью, разделяется на две части. Одна часть магнитного потока проходит через экранированную часть разделенного полюса (через ту, на которой установлен короткозамкнутый проводящий виток), тогда как другая часть магнитного потока направляется через неэкранированную часть разделенного полюса.
Поскольку в короткозамкнутом витке наводится ЭДС и соответственно ток, то магнитный поток данного витка (наведенного в нем тока) противодействует вызывающему его магнитному потоку, что приводит к тому, что магнитный поток в части сердечника с витком отстает по фазе от потока в части сердечника без витка на 60-80 градусов.
В результате суммарное тяговое усилие на якорь никогда не обращается в ноль, поскольку оба потока проходят через ноль в разные моменты времени, и в якоре не возникает сколь-нибудь значимой вибрации. Формируемое таким образом результирующее усилие на якорь оказывается в состоянии произвести коммутирующее действие.
Контакты в электроустановках и электрических аппаратах
Места соединения отдельных элементов, составляющих любую электрическую цепь, называются электрическими контактами .
Электрический контакт — соединение проводников, позволяющее проводить электрический ток. Проводники тока, образующие контакт, называются контактными телами или контактами положительными и отрицательными в зависимости от того, с каким полюсом источника тока они соединены.
Слово «контакт» означает «соприкосновение», «касание». В электрической системе, объединяющей различные аппараты, машины, линии и т. д., для их соединения используется огромное число контактов. От качества контактных соединений в значительной степени зависит надежность работы оборудования и системы.
Классификация электрических контактов
Электрические контакты бывают неподвижные и подвижные. Неподвижные контакты — разного рода разъемные и неразъемные, предназначены для длительного соединения проводников. Разъемные контакты осуществляются зажимами, болтами, винтами и т. п., неразъемные — пайкой, сваркой или клепкой. Подвижные контакты делятся на разрывные (контакты реле, кнопок, выключателей, контакторов и т. п.) и скользящие (контакты между коллектором и щетками, контакты коммутаторов, потенциометров и т. п.).
Простейший вид электрического контакта — контактная пара. Сложным видом контакта является, например, контакт, образующий двойное параллельное замыкание цепи или двойное последовательное замыкание (последний называется мостиковым). Контакт, переключающий цепь при срабатывании аппарата, называется переключающим. Переключающий контакт, разрывающий цепь в момент переключения, называется перекидным, а не разрывающий цепь в момент переключения — переходным.
В зависимости от формы электрические контакты делятся на:
точечные (острие — плоскость, сфера — плоскость, сфера — сфера), которые обычно используются в чувствительных приборах и реле, коммутирующих незначительные нагрузки;
линейные — имеют место при соприкосновении контактов в виде цилиндрических тел и при щеточных контактах;
плоскостные — в сильноточной коммутационной аппаратуре.
Контакты крепятся обычно на плоских пружинах, т. н. контактных (из нейзильбера, фосфористых и бериллиевых бронз и, реже, стали), к которым предъявляются высокие требования с точки зрения постоянства их механических качеств в течение всего срока службы аппарата, исчисляемого часто десятками и более млн. циклов. Выполненный в виде отдельного блока набор пружин, которые переключаются одновременно, образует контактную группу (или пакет).
Особенности работы электрических контактных соединений
Соприкосновение контактов происходит не по всей поверхности, а лишь в отдельных точках вследствие шероховатостей на поверхности контакта при любой точности ее обработки. Практически независимо от вида контактов соприкосновение контактных элементов всегда происходит по небольшим площадкам.
Объясняется это тем, что поверхность контактных элементов не может быть идеально ровной. Поэтому практически при сближении контактных поверхностей сначала в соприкосновение приходят несколько выступающих вершин (точек), а затем но мере увеличения давления происходит деформация материала контактов и эти точки превращаются в небольшие площадки.
Линии электрического тока, проходя от одного контакта к другому, стягиваются к этим точкам соприкосновения. Поэтому контакт вносит в коммутируемую им цепь некоторое дополнительное контактное сопротивление Rк.
Если поверхность контакта покрыта пленкой, то R к увеличивается. Однако очень тонкие пленки (до 50 А) не оказывают влияния на сопротивление контакта вследствие туннельного эффекта. Более толстые пленки могут разрушаться под влиянием контактного усилия или приложенного напряжения.
Электрический пробой пленок на контакте называется фриттингом. Если пленки не разрушены, то R к в основном определяется сопротивлением пленок. Сразу после зачистки контакта, а также при достаточных контактном усилии и напряжении в цепи контакта его сопротивление определяется главным образом сопротивлением областей стягивания.
Чем больше сила, приложенная к контактам, и мягче их материал, тем больше общая площадь соприкосновения контактных поверхностей и соответственно меньше активное электрическое сопротивление в месте стыка (в зоне переходного слоя между контактирующими поверхностями). Это активное сопротивление называется переходным.
Переходное сопротивление — один из основных параметров качества электрических контактов , так как оно характеризует количество энергии, поглощаемой в контактном соединении, которая переходит в теплоту и нагревает контакт. На переходное сопротивление могут оказывать сильное влияние способ обработки контактных поверхностей и их состояние. Например, быстро образующаяся пленка окиси на алюминиевых контактах может значительно увеличить переходное сопротивление.
При прохождении тока через контакты они нагреваются, причем наиболее высокая температура наблюдается на контактной поверхности из-за наличия переходного сопротивления. В результате нагрева контакта увеличивается удельное сопротивление материала контакта и соответственно переходное сопротивление.
Кроме того, повышение температуры контакта способствует образованию окислов на его поверхности , что в еще более значительной степени увеличивает переходное сопротивление. И хотя при повышении температуры материал контакта может несколько размягчаться, что связано с увеличением поверхности соприкосновения, в целом этот процесс может привести к разрушению контактов или их свариванию. Последнее, например, для размыкаемых контактов весьма опасно, так как в результате аппарат с этими контактами не сможет отключить цепь. Поэтому для разных типов контактов установлена определенная предельно допустимая температура при длительно протекающем через них токе .
Для уменьшения нагрева можно увеличить массу металла контактов и их охлаждаемую поверхность, что усилит теплоотвод. Чтобы снизить переходное сопротивление, необходимо повысить контактное давление, выбрать соответствующий материал и тип контактов.
Например, размыкаемые контакты, предназначенные для работы на открытом воздухе, рекомендуется изготавливать из материалов, слабо поддающихся окислению, или покрывать их поверхность антикоррозийным слоем. К таким материалам относится, в частности, серебро, которым можно покрыть контактные поверхности.
Медные неразмыкаемые контакты можно лудить (луженая поверхность труднее поддается окислению). Для тех же целей используют покрытие контактных поверхностей смазкой, например, вазелином. Хорошо предохраняются от коррозии без других специальных мер контакты, погруженные в масло. Это используется в масляных выключателях.
Работа любого электрического состоит из 4 этапов — разомкнутое состояние, замыкание, замкнутое состояние и размыкание, каждый из которых оказывает влияние на надежность контактирования.
В разомкнутом состоянии на электрический контакт воздействует внешняя среда и в результате на их поверхности образуются пленки.
В замкнутом состоянии, когда контакты прижаты друг к другу и через них проходит ток, они разогреваются и деформируются; при некоторых условиях, если контакты перегреются, может наступить сваривание.
При замыкании и размыкании контактов происходят мостиковые или разрядные явления, сопровождающиеся испарением и переносом металла контакт., изменяющим его поверхность. Кроме того, возможен механический износ контактов в результате ударов и скольжения друг по другу.
По мере сближения контактов на очень малых расстояниях, даже при сравнит, небольших напряжениях источника питания, градиент поля становится настолько большим, что электрическая прочность промежутка нарушается и наступает пробой. Если же на поверхности контактов имеются посторонние частицы, в особенности содержащие углерод, то при их соприкосновении происходит испарение и создаются условия для разряда.
Размыкание является обычно самым тяжелым этапом работы электрического контакта В зависимости от параметров цепи (R, L и С) и величины приложенного напряжения при размыкании возникают явления, вызывающие износ контактов. Если напряжение цепи больше напряжения U пл, при котором металл контактов плавится, то, т. к. при их расхождении уменьшается контактное усилие и, следовательно, площадь соприкосновения, будут расти сопротивление и температура.
Когда температуpa превысит точку плавления металла, между контактными поверхностями возникнет расплавленный металлический мостик, который постепенно растягивается и затем в наиболее горячем месте разрывается. Высокая температуpa при разрыве мостика облегчает возникновение разряда.
Самостоятельно мостик существует только в омических цепях при напряжениях источника питания ниже напряжения дугообразования. Если же в цепи имеется индуктивность, то вызываемые ею перенапряжения в момент разрыва тока способствуют возникновению при токах ниже токов дугообразования искры, а при токах выше токов дугообразования — дуги. Т. к. индуктивность в цепи имеется почти всегда, то мостики в большинстве случаев сопровождаются разрядом. Минимальное напряжение возникновения искры па электрическом контакте - 270—300 В.
Контакты любого типа должны обеспечить не только длительную работу без недопустимого перегрева в условиях нормального режима, но также и требуемую термическую и электродинамическую стойкость в режиме короткого замыкания. Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действием высокой температуры электрической дуги, которая образуется при их размыкании, и надежно замыкаться без приваривания и оплавления при включении на короткое замыкание. Рассмотренные выше меры способствуют также выполнению и этих требований.
Особенно хорошо сопротивляются разрушающему действию электрической дуги контакты из металлокерамики , которая представляет собой смесь измельченных порошков меди с вольфрамом или с молибденом и серебра с вольфрамом.
Такое соединение обладает одновременно хорошей электропроводностью вследствие использования меди или серебра и высокой температурой плавления благодаря использованию вольфрама или молибдена.
Есть и другой путь для устранения существующего противоречия, заключающегося в том, что материалы, обладающие хорошей электропроводностью (серебро, медь и др.), имеют, как правило, относительно низкую температуру плавления, а тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден) — низкую электропроводность. Это — использование двойной контактной системы , состоящей из параллельно включенных рабочих и дугогасительных контактов.
Рабочие контакты выполняют из материала с высокой электропроводностью, а дугогасительные контакты — из тугоплавкого материала. В нормальном режиме, когда контакты замкнуты, основная часть тока протекает через рабочие контакты.
При отключении цепи первыми размыкаются рабочие контакты, а затем дугогасительные. Поэтому фактически цепь разрывают дугогасительные контакты, для которых не представляет большой опасности даже ток короткого замыкания (при значительных токах короткого замыкания дополнительно используют специальные дугогасительные устройства).
При включении цепи сначала замыкаются дугогасительные контакты, а затем уже рабочие. Таким образом, рабочие контакты фактически полного разрыва или замыкания цепи не осуществляют. Это исключает опасность их оплавления и сваривания.
Для устранения возможности самопроизвольного размыкания контактов от электродинамических усилий при протекании токов короткого замыкания контактные системы конструируют так, чтобы электродинамические усилия при этих условиях обеспечивали дополнительное контактное давление, а для предотвращения возможного оплавления и сваривания контактов в момент включения цепи на короткое замыкание — ускоренное включение.
Для того чтобы при этом устранить опасность значительного упругого удара контактных поверхностей, используют предварительное нажатие контактов специальными пружинами . В этом случае обеспечивается и большая скорость включения, и устранение возможной вибрации, так как пружина заранее сжата и после касания контактов сила нажатия начинает нарастать не с нуля, а с некоторого определенного значения. режима, но также и требуемую термическую и электродинамическую стойкость в режиме короткого замыкания.
Подвижные размыкаемые контакты не должны также разрушаться под действием высокой температуры электрической дуги, которая образуется при их размыкании, и надежно замыкаться без приваривания и оплавления при включении на короткое замыкание. Рассмотренные выше меры способствуют также выполнению и этих требований.
Особенно хорошо сопротивляются разрушающему действию электрической дуги контакты из металлокерамики, которая представляет собой смесь измельченных порошков меди с вольфрамом или с молибденом и серебра с вольфрамом.
Основные конструкции контактов в электроустановках и электрических аппаратах
Конструкция неподвижных (жестких) неразмыкаемых контактных соединений должна обеспечивать надежное прижатие контактных поверхностей и минимальное переходное сопротивление. Шины лучше соединять несколькими болтами меньшего диаметра, чем одним большим, так как при этом обеспечивается большее число точек соприкосновения. При стягивании шин накладками переходное сопротивление ниже, чем при использовании сквозных болтов, когда в шинах требуется сверлить отверстия. Высокое качество контактного соединения дает сварка шин.
Подвижные размыкаемые контакты — основной элемент коммутационных аппаратов . В дополнение к общим требованиям для всех контактов они должны обладать дугостойкостью, способностью надежно включать и отключать цепь при коротком замыкании, а также выдерживать определенное число операций включения и отключения без механических повреждений.
Простейший контакт этого типа — рубящий плоский. При включении подвижный нож входит между неподвижными пружинящими губками. Недостаток такого плоского контакта заключается в том, что соприкосновение контактирующих поверхностей получается в нескольких точках из-за неровностей этих поверхностей.
Для получения линейного контакта на полосах ножа штампуют полуцилиндрические выступы, а для увеличения нажатия полосы сжимаются стальной пружинящей скобой. Контакты рубящего типа используют чаще всего в рубильниках и разъединителях.
Контактная часть пальцевого самоустанавливающегося контакта выполнена в виде пальцев, у пластинчатого — в виде пластин, у торцового — в виде плоского наконечника, у розеточного — в виде ламелей (сегментов), у щеточного — в виде щеток, набранных из упругих, тонких медных или бронзовых пластин.
Указанные контактные части (детали) в ряде конструкций могут изменять в ограниченных пределах свое положение относительно неподвижных контактов. Для их надежного электрического соединения предусматриваются гибкие токоведущие связи.
Упругость размыкающих контактов и необходимая сила давления достигаются обычно при помощи пластинчатых или спиральных пружин.
Пальцевые и розеточные контакты применяют в аппаратах напряжением выше 1000 В на различные токи в качестве рабочих и дугогасительных контактов, а пластинчатые — в качестве рабочих. Торцовые контакты применяют на напряжение 110 кВ и выше, на токи не более 1 - 1.5 кА в качестве рабочих и дугогасительных. Щеточные контакты используют в аппаратах на различные напряжения и значительные токи, но только в качестве рабочих контактов, так как электрическая дуга может повредить сравнительно тонкие пластинки щеток.
Читайте также: