Эрозия и износ контактов

В процессе работы под действием электрических и механических факторов происходит износ контактов, который связан с изменением их размеров, формы и массы. Износ возникает как при отключении, так и при включении цепи и приводит к уменьшению провала контактов.

При включении цепи, когда подвижный и неподвижный контакты сближаются, возрастает напряженность электрического поля между контактами и при определенном расстоянии между ними происходит пробой воздушного промежутка. В аппаратах низкого напряжения пробой возникает при расстояниях, измеряемых долями миллиметра. Так как в последующие моменты времени контакты замыкаются, то возникшая искра в другие формы газового разряда не развивается.

При большой напряженности электрического поля проявляется действие автоэлектронной эмиссии. Электроны катода бомбардируют анод и вызывают его износ. Металл анода откладывается на катоде в виде тонких игл. Физическое явление, при котором под действием электрического разряда происходит направленный перенос металла одного контакта на другой, называется электрическим износом или эрозией.

При размыкании контактов контактное нажатие уменьшается, возрастает переходное сопротивление, в результате чего растет температура точек касания. В момент расхождения контактов она может достигать температуры плавления материала и между контактами появляется мостик из расплавленного металла. При дальнейшем расхождении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи возникает тлеющий или дуговой разряд. Под действием высокой температуры дуги контакты окисляются, а часть материала контактов распыляется в окружающее пространство и переносится с одного контакта на другой.

Износ контактов, связанный с окислением, образованием на электродах пленок химических соединений материала контактов со средой, называется химическим износом или коррозией.

При размыкании контактов, рассчитанных на малые токи, при напряжениях и токах меньше пределов дугообразования износ вызывается в основном плавлением контактных точек и переносом материала контакта с анода на катод. В результате на аноде образуется впадина, а на катоде бугорок (эрозия).

В цепи, рассчитанной на малые токи, где ток и напряжение больше пределов дугообразования, возникает дуга. В этом случае ионизация молекул газа вызывает бомбардировку и разрушение катода ионами газа. Происходит перенос металла с катода на анод.

Если при размыкании контактов на средние и большие токи напряжение и ток больше пределов дугообразования, то разрушение контактов происходит в основном от термического действия дуги. В этом случае под действием высокой температуры происходит испарение и разбрызгивание материала обоих контактов и часть металла переносится с одного контакта на другой.

Таким образом, при дуговом разряде имеет место перенос металла с катода на анод, при искровом наоборот — с анода на катод, т. е. электрический износ кантактов связан с видом разрядов. Он также зависит в большей степени от параметров электрической цепи, в которую включены контакты.

Перенос металла с анода на катод называется положительной эрозией, а с катода на анод — отрицательной. Мерой эрозии является потеря массы или объема контакта. Эрозия зависит от материала контакта и растет с увеличением тока, напряжения и времени горения дуги. Благородные металлы (золото, серебро), стойкие против коррозии, сильно подвержены эрозии, а медь, вольфрам, молибден являются более эрозиостойкими.

Рис. 1.2.21. Схемы для уменьшения эрозии контактов

Основными мерами борьбы с эрозией являются: сокращение времени горения дуги за счет применения дугогасительных устройств, устранение вибрации при включении, применение металлокерамики и эрозиостойких материалов для контактов. В цепях с током до нескольких ампер для уменьшения эрозии шунтируют индуктивности разрываемой цепи вентилем или резистором, а контакты — резистором и емкостью (рис. 1.2.21). В схеме, представленной на рис. 1.2.21, а, через контакт проходит только ток нагрузки, так как величина обратного тока диода незначительна. При размыкании цепей, содержащих индуктивность, создается ЭДС самоиндукции, которая может превысить напряжение зажигания дуги. В схеме на рис. 1.2.21, а при размыкании контактов возникает переходный ток I, который, протекая через шунтирующий диод, предотвращает наведение высокой ЭДС самоиндукции.

В схеме на рис. 1.2.21, б при большой скорости нарастания напряжения на контактах ток ответвляется в конденсатор, а ток между контактами будет меньше. Наличие конденсатора снижает скорость нарастания напряжения на контактах и уменьшает разряд. Однако при замыкании цепи возможна эрозия за счет энергии конденсатора, разряжающегося на контакты. Для ограничения разрядного тока последовательно с емкостью включается резистор r. Путем соответствующего подбора С и r эрозия контактов в схеме может быть значительно уменьшена.

Кроме электрического износа контакты подвергаются и механическому износу. При замыкании происходит соударение контактов, перекатывание и проскальзывание. Это приводит к расплющиванию, истиранию контактных поверхностей, т.е. механическому износу. Износ контактов в значительной мере зависит от силы их взаимного нажатия и числа замыканий в единицу времени. С увеличением этих факторов износ будет происходить быстрее. Обычно механический износ относительно невелик и составляет не более 3% электрического износа,