Contacte in instalatii electrice si aparate electrice

Punctele de conectare ale elementelor individuale care alcătuiesc orice circuit electric se numesc contacte electrice.

Contact electric - conexiune de fire care permit transportul unui curent electric. Formarea de contacte a conductoarelor de curent se numește corpuri de contact sau contacte pozitive și negative, în funcție de polul sursei de curent la care sunt conectate.

Cuvântul „contact” înseamnă „atingere”, „atingere”. Într-un sistem electric care combină diverse dispozitive, mașini, linii etc., un număr mare de contacte sunt folosite pentru a le conecta. Fiabilitatea echipamentului și funcționarea sistemului depind în mare măsură de calitatea conexiunilor de contact.

Clasificarea contactelor electrice

Contactele electrice sunt fixe și mobile. Contacte fixe - toate tipurile de detașabile și integrale, concepute pentru conectarea pe termen lung a firelor. Contactele detașabile sunt realizate prin cleme, șuruburi, șuruburi etc., integrale — prin lipire, sudură sau nituire.Contactele mobile se împart în întrerupte (contacte ale releelor, butoane, întrerupătoare, contactoare etc.) și culisante (contacte între colector și perii, contacte întrerupătoare, potențiometre etc.).

Cel mai simplu tip de contact electric este o pereche de contacte. Un tip dificil de contact este, de exemplu, un contact care formează o închidere de circuit dublu paralel sau o închidere dublă în serie (aceasta din urmă se numește cuplare). Contactul care comută circuitul atunci când dispozitivul este acționat se numește comutare. Un contact de comutare care întrerupe circuitul în momentul comutării se numește contact de comutare, iar neîntreruperea circuitului în momentul comutării se numește contact tranzitoriu.

În funcție de formă, contactele electrice sunt împărțite în:

• punct (sus — plan, sferă — plan, sferă — sferă), care sunt utilizate în mod obișnuit în dispozitivele și releele sensibile care comută sarcini minore;

• liniar — apar la contacte sub formă de corpuri cilindrice și la Contacte perii;

• planar — în echipamentele de comutare cu curent mare.

De obicei contactele sunt atașate la arcuri plate, așa-numitele contact (din nichel argint, bronz fosfor și beriliu și mai rar din oțel), care sunt supuse unor cerințe ridicate privind constanța proprietăților lor mecanice pe toată durata de viață a dispozitivului, calculată adesea în zeci și peste un milion de cicluri. Un set de arcuri, realizate sub forma unui bloc separat, care sunt comutate simultan, formează un grup de contact (sau pachet).

Caracteristicile de performanță ale conexiunilor electrice de contact

Contactul contactelor nu are loc pe întreaga suprafață, ci numai în puncte individuale datorită rugozității suprafeței de contact cu orice precizie a prelucrării acesteia. Aproape indiferent de tipul de contacte, contactul elementelor de contact are loc întotdeauna pe suprafețe mici.

Acest lucru se explică prin faptul că suprafața elementelor de contact nu poate fi perfect plană. Prin urmare, în practică, atunci când suprafețele de contact se apropie una de cealaltă, ele intră mai întâi în contact cu mai multe vârfuri (puncte) proeminente și apoi, dar odată cu creșterea presiunii, apare deformarea materialului de contact și aceste puncte se transformă în mici locuri de joacă.

Liniile de curent electric care trec de la un contact la altul sunt atrase de aceste puncte de contact. Prin urmare, contactul introduce o rezistență suplimentară de contact Rk în circuitul conectat de acesta.

Dacă suprafața de contact este acoperită cu o peliculă, atunci R crește. Cu toate acestea, peliculele foarte subțiri (până la 50 A) nu afectează rezistența la contact datorită efectului de tunel. Filmele mai groase se pot rupe sub forța de contact sau stresul aplicat.

Defecțiunea electrică a filmelor de contact se numește fritting. Dacă filmele nu sunt distruse, atunci Rk este determinată în principal de rezistența filmelor. Imediat după îndepărtarea unui contact, precum și cu o forță de contact și o tensiune suficientă în circuitul de contact, rezistența acestuia este determinată în principal de rezistența zonelor de contracție.

Cu cât forța aplicată contactelor este mai mare și materialul acestora este mai moale, cu atât suprafața totală de contact a suprafețelor de contact este mai mare și, în consecință, cu atât este mai puțin activă. rezistență electrică la joncțiune (în zona stratului de tranziție dintre suprafețele de contact). Această rezistență activă se numește rezistență tranzitorie.

Rezistența tranzitorie - unul dintre principalii parametri ai calității contactelor electrice, deoarece caracterizează cantitatea de energie absorbită în compusul de contact, care se transformă în căldură și încălzește contactul. Rezistența de contact poate fi puternic influențată de modul în care sunt tratate suprafețele de contact și de starea acestora. De exemplu, o peliculă de oxid care se formează rapid pe contactele de aluminiu poate crește semnificativ rezistența de contact.

Când curentul trece prin contacte, acestea sunt încălzite și se observă cea mai mare temperatură pe suprafața de contact datorită prezenței rezistenței de tranziție. Ca rezultat al încălzirii prin contact, rezistența materialului de contact și, în consecință, rezistența tranziției.

În plus, o creștere a temperaturii de contact favorizează formarea de oxizi pe suprafața sa, ceea ce crește și mai semnificativ rezistența tranzitorie. Și deși odată cu creșterea temperaturii, materialul de contact se poate înmuia oarecum, ceea ce este asociat cu o creștere a suprafeței de contact, în general, acest proces poate duce la distrugerea contactelor sau sudarea acestora. Acesta din urmă, de exemplu, este foarte periculos pentru contactele deschise, deoarece, ca urmare, dispozitivul cu aceste contacte nu va putea opri circuitul. Prin urmare, pentru diferite tipuri de contacte, se determină o temperatură maximă admisă cu un curent lung care curge prin ele.

Pentru a reduce încălzirea, este posibilă creșterea masei de metal a contactelor și a suprafeței lor răcite, ceea ce va îmbunătăți disiparea căldurii. Pentru a reduce rezistența de contact, este necesar să creșteți presiunea de contact, alegeți materialul adecvat și tipul de contacte.

De exemplu, contactele deschise destinate utilizării externe se recomandă să fie realizate din materiale ușor oxidabile, sau să le acopere suprafața cu un strat anticoroziv. Astfel de materiale includ, în special, argintul, care poate fi utilizat pentru acoperirea suprafețelor de contact.

Contactele din cupru indestructibile pot fi cositorite (suprafețele cositorite sunt mai greu de oxidat). În aceleași scopuri, suprafețele de contact sunt acoperite cu un lubrifiant, de exemplu, vaselina. Contactele imersate în ulei sunt bine protejate împotriva coroziunii fără alte măsuri speciale. Acesta este utilizat în întrerupătoarele de circuit de ulei.

Funcționarea oricărui sistem electric constă din 4 etape - stare deschisă, scurtcircuit, stare închisă și deschidere, fiecare dintre acestea afectând fiabilitatea contactului.

În stare deschisă, mediul extern acționează asupra contactului electric și, ca urmare, pe suprafața lor se formează pelicule.

În stare închisă, când contactele sunt presate împreună și curentul trece prin ele, acestea se încălzesc și se deformează; în anumite condiții, dacă contactele se supraîncălzi, pot apărea suduri.

Când contactele se închid și se deschid, apar fenomene de punte sau de descărcare, însoțite de evaporarea și transferul contactului metalic, modificându-i suprafața. În plus, este posibilă uzura mecanică. contacte rezultate din lovire și alunecare unul împotriva celuilalt.

Pe măsură ce contactele se apropie unul de celălalt la distanțe foarte mici, chiar și la tensiuni mici ale sursei de energie, gradientul câmpului devine atât de mare încât rezistența dielectrică a golului se descompune și are loc defectarea. Dacă la suprafață există particule străine, în special cele care conțin carbon, atunci când acestea intră în contact, are loc evaporarea și se creează condițiile de eliminare.

Deschiderea este de obicei cea mai grea parte a muncii. contact electric În funcție de parametrii circuitului (R, L și C) și de mărimea tensiunii aplicate la deschidere, apar fenomene care provoacă uzură Contacte. Dacă tensiunea circuitului este mai mare decât tensiunea Upl, în cazul în care metalul contactelor se topește, după separarea acestora, forța de contact scade și deci aria de contact, rezistența și temperatura vor crește.

Când temperatura depășește punctul de topire al metalului, între suprafețele de contact se va forma o punte de metal topit, care se întinde treptat și apoi se rupe în punctul cel mai fierbinte. Temperatura ridicată la ruperea punții facilitează inițierea ejecției.

Puntea în sine există doar în circuitele ohmice la tensiuni de alimentare sub tensiunea arcului. Dacă există o inductanță în circuit, atunci supratensiunile cauzate de aceasta în momentul întreruperii curentului contribuie la apariția unei scântei la curenții sub curenții de arc și la curenții de deasupra curenților de arc - arcuri. Deoarece există aproape întotdeauna inductanță în circuit, punțile sunt în cele mai multe cazuri însoțite de o descărcare. Tensiunea minimă de scânteie la priza electrică - 270-300 V.

Contactele de orice tip trebuie să asigure nu numai funcționare continuă fără supraîncălzire inacceptabilă în condiții normale, ci și rezistența termică și electrodinamică necesară în modul de scurtcircuit. Contactele de rupere mobile nu trebuie, de asemenea, distruse de temperatura ridicată a arcului electric care se formează atunci când sunt deschise și închise în mod fiabil, fără sudură și topire, atunci când sunt pornite pentru un scurtcircuit. Măsurile discutate mai sus contribuie și ele la îndeplinirea acestor cerințe.

Contacte metalo-ceramice, care este un amestec de pulberi de cupru zdrobite cu wolfram sau molibden și argint cu wolfram.

Un astfel de compus posedă simultan conductivitate electrică bună datorita folosirii cuprului sau argintului si a punctului de topire ridicat datorat folosirii tungstenului sau molibdenului.

Există o altă modalitate de a elimina contradicția existentă, care constă în faptul că materialele cu conductivitate electrică bună (argint, cupru etc.), de regulă, au un punct de topire relativ scăzut, iar materialele refractare (wolfram, molibden) au o conductivitate electrică scăzută. Aceasta este utilizarea unui sistem de contact dublu constând din contacte de operare și de arc conectate în paralel.

Contactele de lucru sunt realizate din material cu conductivitate electrică ridicată și contacte cu arc - din material rezistent la foc. În modul normal, când contactele sunt închise, cea mai mare parte a curentului trece prin contactele de lucru.

Când circuitul este dezactivat, contactele de operare se deschid mai întâi, urmate de contactele de arc.Prin urmare, de fapt, circuitul este întrerupt de contactele arcului electric, pentru care nici măcar curentul de scurtcircuit nu prezintă un mare pericol (pentru curenți semnificativi de scurtcircuit se folosesc suplimentar dispozitive speciale de arc electric).

Când circuitul este pornit, contactele de arc sunt închise mai întâi, urmate de contactele de operare. Astfel, contactele de operare nu rup de fapt sau nu închid complet circuitul. Acest lucru elimină pericolul de topire și sudare.

Pentru a elimina posibilitatea deschiderii spontane a contactelor din eforturi electrodinamice atunci când curg curenți de scurtcircuit, sistemele de contact sunt proiectate astfel încât forțele electrodinamice în aceste condiții să asigure o presiune suplimentară de contact și să prevină posibila topire și sudare a contactelor în momentul pornirii circuitului de scurtcircuit, comutare accelerată.

Pentru a elimina pericolul unui impact elastic semnificativ asupra suprafețelor de contact, folosiți prepresarea contactelor cu arcuri speciale... În acest caz, se asigură atât o viteză mare de comutare, cât și eliminarea eventualelor vibrații, întrucât arcul este pre- comprimat și după atingerea contactelor, forța de împingere începe să crească nu de la zero, ci de la o anumită valoare specificată. modul, dar și rezistența termică și electrodinamică necesară în regim de scurtcircuit.

Contactele de rupere mobile nu trebuie, de asemenea, distruse de temperatura ridicată a arcului electric care se formează atunci când sunt deschise și închise în mod fiabil, fără sudură și topire, atunci când sunt pornite pentru un scurtcircuit.Măsurile discutate mai sus contribuie și ele la îndeplinirea acestor cerințe.

Contactele din metal ceramică, care este un amestec de pulberi de cupru zdrobite cu wolfram sau cu molibden și argint cu wolfram, sunt deosebit de rezistente la acțiunea distructivă a unui arc electric.

Un astfel de compus are atât o conductivitate electrică bună datorită utilizării cuprului sau argintului, cât și un punct de topire ridicat datorită utilizării tungstenului sau molibdenului.

Proiectări de bază ale contactelor în instalațiile electrice și dispozitivele electrice

Construcția îmbinărilor de contact fixe (rigide) indestructibile trebuie să asigure o fixare fiabilă a suprafețelor de contact și o rezistență minimă la contact. Este mai bine să conectați anvelopele cu mai multe șuruburi mai mici decât cu unul mare, deoarece acest lucru oferă mai multe puncte de contact. La conectarea anvelopelor, rezistența de contact este mai mică decât la utilizarea șuruburilor, atunci când este necesară forarea unor găuri în anvelope. Calitatea înaltă a conexiunii de contact este asigurată de sudarea barelor colectoare.

Contacte de rupere mobile — un element de bază al dispozitivelor de comutare... În plus față de cerințele generale pentru toate contactele, acestea trebuie să aibă rezistență la arc, capacitatea de a porni și opri circuitul în mod fiabil în cazul unui scurtcircuit, precum și să reziste la un anumit număr de operațiuni de comutare și oprire fără deteriorare mecanică.

Cel mai simplu contact de acest tip este un contact de tăiere plat. Când este cuplată, lama mobilă intră între fălcile fixe cu arc. Dezavantajul unui astfel de contact plat este că contactul suprafețelor de contact are loc în mai multe puncte din cauza neregularităților acestor suprafețe.

Pentru a obține un contact liniar, pe benzile cuțitelor sunt ștanțate proeminențe semicilindrice, iar pentru a crește presiunea, benzile sunt comprimate cu o clemă de oțel cu arc.Contactele de întrerupere sunt cel mai des folosite la întrerupătoarele și separatoarele.

Partea de contact a contactului cu degetul auto-aliniat este realizată sub formă de degete, în placă - sub formă de plăci, la capăt - sub formă de vârf plat, în priză - sub formă de lamele ( segmente), în perie — sub formă de perii din plăci elastice, subțiri de cupru sau bronz.

Părțile (piesele) de contact specificate într-un număr de modele pot modifica, în limite limitate, poziția lor față de contactele fixe. Sunt furnizate conexiuni electrice flexibile pentru conexiunea electrică fiabilă.

Stabilitatea contactelor de rupere și forța de compresiune necesară se realizează de obicei prin intermediul arcurilor lamelare sau elicoidale.

Contactele cu degete și contactele sunt utilizate în dispozitivele cu tensiuni de peste 1000 V pentru diferiți curenți ca contacte de operare și de arc, iar contactele plate sunt utilizate ca contacte de funcționare. Contactele de capăt sunt utilizate pentru tensiuni de 110 kV și mai mari, pentru curenți care nu depășesc 1 — 1,5 kA ca contacte de operare și arc. Contactele perii sunt utilizate în dispozitive pentru diferite tensiuni și curenți semnificativi, dar numai ca contacte de lucru, deoarece un arc electric poate deteriora periile relativ subțiri.