Общая часть

Соединение выключателей, разъединителей, трансформаторов и прочих электротехнических изделий с линиями электропередачи (проводами, кабелями, токопроводами) осуществляется с помощью контактных соединений. Для коммутации электрической цени применяются замыкающие, размыкающие, переключающие контакты.

Слово контакт происходит от латинского слова contactus – прикосновение. Электрический контакт - соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи.

Основным требованием, предъявляемым к контактам, является надежность в пределах срока службы всей электроустановки в целом. Без повреждений допускать протекание токов в нормальном и аварийных режимах работы. Для этого он должен обладать способностью противостоять как воздействию окружающей среды, так и воздействию механических усилий от температурных деформаций и от электродинамических усилий, возникающих при протекании больших токов короткого замыкания.

Главным параметром электрического контакта является его сопротивление. Чем меньше сопротивление контакта (как и проводника), тем меньше выделяется тепловой энергии, влияющей на изоляцию электрооборудования, на механические свойства материала проводников и в целом на работу всей электроустановки.

Сопротивление зависит от материала и от обработки поверхности. Поверхность твердого тела не может быть идеально ровной. При самой тщательной обработке имеется некоторая волнистость и шероховатость. Если рассмотреть поверхность контакта под микроскопом, то видно, что контакт осуществляется по микровыступам (рисунок 1.1).Смятие таких выступов возможно только при больших силах нажатия.

Рисунок 1.1

Проведем опыт. Возьмем проводник, диаметром ≈ 5 мм и длинной ≈ 50 мм, подключим к источнику тока и измерим падение напряжения (рисунок 1.25). На малой длине оно ничтожно мало.

 

Рисунок 1.2

Разрежем проводник, соединим разрезанные части, подключим вольтметр и измерим падение напряжения. Оно увеличилось за счет сопротивления контакта.

U₁ - U₂ = I × ∆R, D (1.1)

где ∆R - контактное сопротивление R_K

Существует две причины возникновения контактного сопротивления:

1) Уменьшение сечения проводника в месте контактирования (за счет микровыступов).

2) Образование на контакте окисных пленок, удельное сопротивление которых выше, чем удельное сопротивление основного металла.

Контактное сопротивление определяется следующей зависимостью:

R_K = ε: pⁿ, (1.2)

где ε - величина, зависящая от материала, способа его обработки, состояния контактирующей поверхности;

p - сила, сжимающая эти контакты;

n - показатель степени, характеризующий число точек соприкосновения:

0.5 - для точечного контакта, 0.7 - для линейного контакта, 1 - для поверхностного контакта

Значения для ε:

Материал	ε x 10-3
медь
серебро	0,5
олово
алюминий	1,6
сталь

 

На рисунке 1.3 показан график зависимости сопротивления контакта от силы нажатия.

R_K1 и R_K2 - сопротивление контактов, выполненных из материалов с разной твердостью, например медь и алюминий.

C

Рисунок 1.3 – График зависимости сопротивления контакта от силы нажатия

При малых усилиях наблюдается резкое увеличение переходного сопротивления, так как общая действительная площадь соприкосновения меньше, чем при значительном нажатии контактов (микровыступы деформируются). При очень больших силах нажатия величина переходного сопротивления контактов меняется чрезвычайно незначительно. Кроме того, слишком большие силы нажатия вызывают чрезмерные напряжения в аппаратах и устройствах, что может привести к их разрушению.

Каждый металл характеризуется определенным оптимальным значением усилия, обеспечивающим предельное давление, выше которого величина переходного сопротивления практически не изменяется при дальнейшем возрастании силы нажатия контактов. Например, для медных контактов это давление приблизительно 49 - 98 МРа (50-100 кг/см²), а для контактов из стали около 588 МРа (600 кг/см²).

Чрезмерное нагревание контактов часто приводит к их окислению, окисные пленки большей части металлов увеличивают величину переходного сопротивления. Единственным материалом, применяющимся для изготовления контактов и имеющим окисную пленку такого же удельного сопротивления, как и сам металл, является серебро. Металлом, вообще не образующим окисных пленок, является платина.