Kontakti u električnim instalacijama i električnim aparatima

Spojne točke pojedinih elemenata koji čine bilo koji električni krug nazivaju se električni kontakti.

Električni kontakt — spajanje žica koje omogućuju prijenos električne struje. Stvaranje kontakta vodiča struje nazivaju se kontaktna tijela ili pozitivni i negativni kontakti, ovisno o tome na koji su pol izvora struje spojeni.

Riječ "kontakt" znači "dodir", "dodir". U električnom sustavu koji kombinira razne uređaje, strojeve, vodove i sl. koristi se ogroman broj kontakata za njihovo povezivanje. O kvaliteti kontaktnih veza uvelike ovisi pouzdanost opreme i rad sustava.

Klasifikacija električnih kontakata

Električni kontakti su fiksni i pokretni. Fiksni kontakti - sve vrste odvojivih i integralnih, dizajniranih za dugotrajno spajanje žica. Odvojivi kontakti izrađeni su stezaljkama, vijcima, vijcima itd., integralni - lemljenjem, zavarivanjem ili zakivanjem.Pomične kontakte dijelimo na isprekidane (kontakti releja, tipkala, prekidača, kontaktora i dr.) i klizne (kontakti između kolektora i četkica, kontakti sklopki, potenciometara i dr.).

Najjednostavnija vrsta električnog kontakta je kontaktni par. Teška vrsta kontakta je, na primjer, kontakt koji tvori dvostruko paralelno zatvaranje strujnog kruga ili zatvaranje dvostrukog niza (potonje se naziva sprezanje). Kontakt koji prebacuje strujni krug kada se uređaj aktivira naziva se preklopni. Preklopni kontakt koji prekida strujni krug u trenutku preklapanja naziva se sklopni kontakt, a neprekidni strujni krug u trenutku preklapanja naziva se prijelazni kontakt.

Ovisno o obliku, električni kontakti se dijele na:

• točka (vrh — ravnina, sfera — ravnina, sfera — sfera), koji se obično koriste u osjetljivim uređajima i relejima koji prebacuju manja opterećenja;

• linearni — nastaju na kontaktima u obliku cilindričnih tijela i na kontaktima četke;

• planarno — u rasklopnoj opremi velike struje.

Obično su kontakti pričvršćeni na ravne opruge, tzv kontaktne (izrađene od nikl srebra, fosforne i berilijeve bronce i rjeđe čelika), na koje se postavljaju visoki zahtjevi u pogledu postojanosti njihovih mehaničkih svojstava tijekom cijelog životnog vijeka uređaja, koji se često računa u desecima i više od milijun ciklusa. Skup opruga, izrađenih u obliku zasebnog bloka, koji se istovremeno prebacuju, čine kontaktnu grupu (ili paket).

Radne karakteristike električnih kontaktnih spojeva

Kontakt kontakata se ne događa na cijeloj površini, već samo na pojedinim točkama zbog hrapavosti kontaktne površine s bilo kakvom točnosti njegove obrade. Gotovo bez obzira na vrstu kontakta, kontakt kontaktnih elemenata uvijek se odvija na malim površinama.

To se objašnjava činjenicom da površina kontaktnih elemenata ne može biti savršeno ravna. Stoga u praksi, kada se dodirne površine približe jedna drugoj, prvo dolaze u dodir s nekoliko stršećih vrhova (točaka), a zatim, ali s povećanjem pritiska, dolazi do deformacije kontaktnog materijala i te se točke pretvaraju u mala igrališta.

Linije električne struje koje prolaze od jednog kontakta do drugog privlače se na te kontaktne točke. Dakle, kontakt unosi neki dodatni kontaktni otpor Rk u krug koji je njime povezan.

Ako je kontaktna površina prekrivena filmom, tada se R povećava. Međutim, vrlo tanki filmovi (do 50 A) ne utječu na kontaktni otpor zbog efekta tuneliranja. Deblji filmovi mogu puknuti pod utjecajem kontaktne sile ili primijenjenog naprezanja.

Električni kvar kontaktnih filmova naziva se friting. Ako filmovi nisu uništeni, tada je Rk uglavnom određen otporom filmova. Neposredno nakon skidanja kontakta, kao i uz dovoljnu kontaktnu silu i napon u kontaktnom krugu, njegov otpor je uglavnom određen otporom zona kontrakcije.

Što je veća sila primijenjena na kontakte i što je njihov materijal mekši, to je veća ukupna kontaktna površina kontaktnih površina i, prema tome, manje aktivna električni otpor na spoju (u zoni prijelaznog sloja između dodirnih površina). Ovaj aktivni otpor naziva se prijelazni otpor.

Prijelazni otpor — jedan od glavnih parametara kvalitete električnih kontakata, budući da karakterizira količinu energije apsorbirane u spoju kontakta, koja se pretvara u toplinu i zagrijava kontakt. Na kontaktni otpor može snažno utjecati način obrade kontaktnih površina i njihovo stanje. Na primjer, oksidni film koji se brzo stvara na aluminijskim kontaktima može značajno povećati kontaktni otpor.

Kada struja prolazi kroz kontakte, oni se zagrijavaju i najviša temperatura se opaža na površini kontakta zbog prisutnosti prijelaznog otpora. Kao rezultat kontaktnog zagrijavanja, otpor kontaktnog materijala i, sukladno tome, otpor prijelaza.

Osim toga, povećanje kontaktne temperature potiče stvaranje oksida na njegovoj površini, što još značajnije povećava prijelazni otpor. I premda se s povećanjem temperature kontaktni materijal može donekle omekšati, što je povezano s povećanjem kontaktne površine, općenito ovaj proces može dovesti do uništenja kontakata ili njihovog zavarivanja. Potonji je, na primjer, vrlo opasan za otvorene kontakte, jer kao rezultat toga uređaj s tim kontaktima neće moći isključiti krug. Stoga se za različite vrste kontakata određuje najveća dopuštena temperatura s dugom strujom koja teče kroz njih.

Da bi se smanjilo zagrijavanje, moguće je povećati masu metala kontakata i njihovu ohlađenu površinu, što će poboljšati odvođenje topline. Za smanjenje kontaktnog otpora potrebno je povećati kontaktni pritisak, odabrati odgovarajući materijal i vrstu kontakata.

Na primjer, otvorene kontakte namijenjene vanjskoj uporabi preporučuje se izraditi od materijala koji slabo oksidiraju ili prekriti njihovu površinu antikorozivnim slojem. Takvi materijali uključuju, posebice, srebro, koje se može koristiti za premazivanje kontaktnih površina.

Bakreni neraskidivi kontakti mogu se pokositriti (pokositrene površine teže oksidiraju). Za iste svrhe, kontaktne površine su prekrivene mazivom, na primjer, vazelinom. Kontakti uronjeni u ulje dobro su zaštićeni od korozije bez drugih posebnih mjera. Ovo se koristi u uljnim prekidačima.

Rad bilo kojeg električnog sklopa sastoji se od 4 stupnja — otvoreno stanje, kratki spoj, zatvoreno stanje i otvaranje, od kojih svaki utječe na pouzdanost kontakta.

U otvorenom stanju vanjska okolina djeluje na električni kontakt, a kao rezultat toga nastaju filmovi na njihovoj površini.

U zatvorenom stanju, kada su kontakti pritisnuti zajedno i kroz njih prolazi struja, oni se zagrijavaju i deformiraju; pod nekim uvjetima, ako se kontakti pregriju, može doći do zavarivanja.

Kada se kontakti zatvaraju i otvaraju, dolazi do fenomena mosta ili pražnjenja, praćenog isparavanjem i prijenosom metalnog kontakta, mijenjajući njegovu površinu. Osim toga, moguće je mehaničko trošenje. kontakti koji su rezultat sudaranja i klizanja jedan o drugi.

Kako se kontakti približavaju jedan drugome na vrlo male udaljenosti, čak i pri malim naponima izvora napajanja, gradijent polja postaje toliko velik da dielektrična čvrstoća razmaka pada i dolazi do kvara. Ako na površini postoje strane čestice, posebno one koje sadrže ugljik, tada kada dođu u dodir dolazi do isparavanja i stvaraju se uvjeti za odlaganje.

Otvaranje je obično najteži dio posla. električni kontakt Ovisno o parametrima strujnog kruga (R, L i C) i veličini primijenjenog napona pri otvaranju, javljaju se pojave koje uzrokuju trošenje Kontakti. Ako je napon strujnog kruga veći od napona Upl, pri čemu se metal kontakata topi, nakon njihovog odvajanja kontaktna sila se smanjuje, a time će se povećati površina kontakta, otpor i temperatura.

Kada temperatura prijeđe točku taljenja metala, rastaljeni metalni most će se formirati između kontaktnih površina, postupno se rastežući i zatim pucajući na najtoplijoj točki. Visoka temperatura pri puknuću mosta olakšava početak izbacivanja.

Sam most postoji samo u omskim krugovima pri naponu napajanja ispod napona luka. Ako u strujnom krugu postoji induktivitet, tada prenaponi uzrokovani njime u trenutku prekida struje doprinose pojavi iskre kod struja ispod struja luka, a kod struja iznad struja luka - luka. Budući da u strujnom krugu gotovo uvijek postoji induktivitet, mostove u većini slučajeva prati pražnjenje. Minimalni napon iskre na električnoj utičnici — 270-300 V.

Kontakti bilo koje vrste moraju osigurati ne samo kontinuirani rad bez neprihvatljivog pregrijavanja u normalnim uvjetima, već i potrebnu toplinsku i elektrodinamičku otpornost u načinu rada kratkog spoja. Pomični prekidni kontakti također ne bi trebali biti uništeni visokom temperaturom električnog luka koji nastaje kada se otvore, a pouzdano zatvoreni bez zavarivanja i taljenja kada su uključeni za kratki spoj. Gore navedene mjere također doprinose ispunjavanju ovih zahtjeva.

Metalokeramički kontakti, koji su mješavina usitnjenog bakrenog praha s volframom ili molibdenom i srebra s volframom.

Takav spoj istovremeno posjeduje dobra električna vodljivost zbog upotrebe bakra ili srebra i visokog tališta zbog upotrebe volframa ili molibdena.

Postoji još jedan način da se otkloni postojeća kontradikcija, a sastoji se u činjenici da materijali dobre električne vodljivosti (srebro, bakar itd.) u pravilu imaju relativno nisko talište, a vatrostalni materijali (volfram, molibden) niska električna vodljivost. Ovo je korištenje dvostrukog kontaktnog sustava koji se sastoji od paralelno povezanih radnih i lučnih kontakata.

Radni kontakti izrađeni su od materijala visoke električne vodljivosti, a lučni kontakti — od materijala otpornog na vatru. U normalnom načinu rada, kada su kontakti zatvoreni, većina struje teče kroz radne kontakte.

Kada je strujni krug bez napona, prvi se otvaraju radni kontakti, a zatim kontakti za lučenje.Dakle, zapravo, strujni krug se prekida lučnim kontaktima, za koje čak ni struja kratkog spoja ne predstavlja veliku opasnost (za značajne struje kratkog spoja dodatno se koriste posebni uređaji za lučenje).

Kada je krug uključen, prvo se zatvaraju lučni kontakti, a zatim radni kontakti. Stoga radni kontakti zapravo ne prekidaju niti potpuno zatvaraju krug. Time se eliminira opasnost od taljenja i zavarivanja.

Kako bi se uklonila mogućnost spontanog otvaranja kontakata iz elektrodinamički napori pri protjecanju struja kratkog spoja kontaktni sustavi izvedeni su tako da elektrodinamičke sile u tim uvjetima daju dodatni kontaktni pritisak i spriječavaju moguće taljenje i zavarivanje kontakata u trenutku uključivanja strujnog kruga kratkog spoja ubrzano preklapanje.

Da biste uklonili opasnost od značajnog elastičnog udara na kontaktnim površinama, upotrijebite prethodno utiskivanje kontakata posebnim oprugama... U ovom slučaju osigurana je i velika brzina prebacivanja i eliminacija mogućih vibracija, budući da je opruga unaprijed komprimiran i nakon dodirivanja kontakata, sila guranja počinje rasti ne od nule, već od određene određene vrijednosti. modu, ali i potrebni toplinski i elektrodinamički otpor u modu kratkog spoja.

Pomični prekidni kontakti također ne bi trebali biti uništeni visokom temperaturom električnog luka koji nastaje kada se otvore, a pouzdano zatvoreni bez zavarivanja i taljenja kada su uključeni za kratki spoj.Gore navedene mjere također doprinose ispunjavanju ovih zahtjeva.

Na razorno djelovanje električnog luka posebno su otporni kontakti izrađeni od metalne keramike, koja je mješavina usitnjenog bakrenog praha s volframom ili molibdena i srebra s volframom.

Takav spoj ima i dobru električnu vodljivost zbog upotrebe bakra ili srebra i visoko talište zbog upotrebe volframa ili molibdena.

Osnove izvedbe kontakata u električnim instalacijama i električnim uređajima

Konstrukcija fiksnih (krutih) neraskidivih kontaktnih spojeva mora osigurati pouzdano stezanje kontaktnih površina i minimalni kontaktni otpor. Gume je bolje spojiti s nekoliko manjih vijaka nego s jednim velikim jer se na taj način dobiva više dodirnih točaka. Kod spajanja guma kontaktni otpor je manji nego kod korištenja vijaka, kada je potrebno bušiti rupe u gumama. Visoka kvaliteta kontaktne veze osigurana je zavarivanjem sabirnica.

Pokretni prekidni kontakti — osnovni element rasklopnih uređaja... Osim općih zahtjeva za sve kontakte, moraju imati otpornost na luk, sposobnost pouzdanog uključivanja i isključivanja strujnog kruga u slučaju kratkog spoja, kao i izdržati određeni broj sklopnih operacija i gašenja bez mehaničkih oštećenja.

Najjednostavniji kontakt ove vrste je kontakt za ravno rezanje. Kada je uključena, pomična oštrica ulazi između fiksnih čeljusti opterećenih oprugom. Nedostatak ovakvog ravnog kontakta je što dolazi do kontakta dodirnih površina u više točaka zbog nepravilnosti tih površina.

Da bi se dobio linearni kontakt, na nožastim trakama se utiskuju polucilindrične izbočine, a da bi se povećao pritisak, trake se stisnu čeličnom stezaljkom s oprugom.Kod prekidača i rastavljača najčešće se koriste prekidni kontakti.

Kontaktni dio samoporavnajućeg prstnog kontakta izrađen je u obliku prstiju, u ploči - u obliku ploča, na kraju - u obliku ravnog vrha, u utičnici - u obliku lamela ( segmenti), u četkici - u obliku četkica od elastičnih, tankih bakrenih ili brončanih ploča.

Navedeni kontaktni dijelovi (dijelovi) u brojnim izvedbama mogu mijenjati, unutar ograničenih granica, svoj položaj u odnosu na fiksne kontakte. Za njihovu pouzdanu električnu vezu predviđeni su fleksibilni strujni priključci.

Stabilnost prekidnih kontakata i potrebna tlačna sila obično se postižu pomoću lisnatih ili zavojnih opruga.

Prsti kontakti i kontakti koriste se u uređajima s naponima iznad 1000 V za različite struje kao radni i lučni kontakti, a ravni kontakti koriste se kao radni kontakti. Krajnji kontakti koriste se za napone od 110 kV i više, za struje ne veće od 1 - 1,5 kA kao radni i lučni kontakti. Kontakti četkica koriste se u uređajima za različite napone i značajne struje, ali samo kao radni kontakti, budući da električni luk može oštetiti relativno tanke četkice.