Trošenje električnih kontakata

Tijekom rada, sklopni kontakti se često uključuju i isključuju. To dovodi do habanja. Dopušteno je trošenje kontakata kako ne bi došlo do kvara uređaja do kraja vijeka trajanja.

Trošenje kontakta je uništavanje radne površine kontakata s promjenom njihova oblika, veličine, težine i smanjenjem uronjenosti.

Trošenje električnih kontakata, koje nastaje pod utjecajem mehaničkih čimbenika, naziva se mehaničko trošenje... Mehaničkom trošenju izloženi su kontakti rastavljača — uređaja koji bez opterećenja otvaraju električni krug. Trošenje se očituje u obliku gnječenja i spljoštenja krajnjih kontakata i trošenja reznih kontaktnih površina.

Kako bi se smanjilo mehaničko trošenje, pomični ili fiksni kontakti opremljeni su oprugom koja pritišće kontakt do kraja u isključenom položaju uređaja, čime se eliminira mogućnost vibracija kontakta.U uključenom položaju, kontakt, koji ima oprugu, odmiče se od graničnika, a opruga pritišće kontakte jedan na drugi, stvarajući kontaktni pritisak.

Najintenzivnije trošenje događa se pod utjecajem električnih čimbenika, uz strujno opterećenje. Ovo trošenje naziva se električno trošenje ili električna erozija.

Najčešća mjera trošenja električnog kontakta je volumetrijski ili gubitak težine kontaktnog materijala.

Kontakti dizajnirani za uključivanje električnih krugova pod opterećenjem podložni su mehaničkom i električnom trošenju. Osim toga, kontakti se troše zbog stvaranja filmova na njihovoj površini različitih kemijskih spojeva iz materijala kontakta s okolinom, što se naziva kemijsko trošenje ili korozija.

Kada se električni krug komutira s električnim opterećenjem, na kontaktima se javlja električno pražnjenje koje se može pretvoriti u snažno električni luk.

Zatvaranje procesa trošenja

Kada se kontakti dodiruju u procesu njihovog zatvaranja, kontakt opruge se odbacuje natrag pod utjecajem elastičnih sila. Može postojati nekoliko odbijanja kontakta, tj. uočena je kontaktna vibracija s prigušenom amplitudom. Amplituda vibracija se smanjuje sa svakim sljedećim udarcem. Vrijeme odbijanja je također smanjeno.

Vibracija kontakata kada je uređaj uključen: x1, x2 — amplituda odbijanja; t1, T2, T3 — gubljenje vremena

Kada se kontakti izbace, formira se kratki luk, koji topi kontaktne točke i isparava metal. U tom slučaju stvara se povećani tlak metalnih para u zoni kontakta i kontakt "visi" u strujanju tih para.Povećava se vrijeme zatvaranja kontakta.

Istrošenost električnih kontakata pri uključenju ovisi o početnom utisku u trenutku kontakta kontakata, krutosti opruge koja stvara kontaktni pritisak te o fizikalnim svojstvima materijala kontakta.

Početno guranje kontakata u trenutku njihovog dodira — to je sila koja se suprotstavlja odbijanju kontakata kada se sudare. Što je ova sila veća, manja će biti amplituda i vrijeme odbijanja, manja će biti vibracija kontakata i njihovo trošenje. Kako se krutost opruge povećava, odbijanje kontakta se smanjuje i trošenje kontakta se smanjuje.

Što je viša točka taljenja kontaktnog materijala, to je manje trošenje kontakta. Što je veća struja u sklopljenom krugu, veće je trošenje kontakata.

Otvoreni proces trošenja

U trenutku otvaranja kontakata, kontaktni pritisak se smanjuje na nulu. U tom slučaju raste kontaktni otpor i povećava se gustoća struje na posljednjoj točki kontakta. Kontaktna točka se topi i formira se prevlaka (most) rastaljenog metala između divergentnih kontakata, koji se zatim prekida. Između kontakata može doći do iskrenja ili luka.

Pod utjecajem visoke temperature tijekom izbacivanja, dio metala kontaktne prevlake isparava, dio se izbacuje iz kontaktnog zazora u obliku prskanja, a dio se prenosi s jednog kontakta na drugi. Na kontaktima se uočavaju pojave erozije - pojava kratera na njima ili lijepljenje metala.Istrošenost kontakata ovisi o vrsti i veličini struje, trajanju gorenja luka i materijalu kontakata.

Kod istosmjerne struje prijenos materijala s jednog kontakta na drugi događa se intenzivnije nego kod izmjenične struje, budući da se smjer struje u krugu ne mijenja.

Pri niskim strujama, erozija kontakata uzrokovana je uništenjem kontaktne prevlake ne u sredini, već bliže jednoj od elektroda. Češće se uočava prekid kontaktnog istmusa na anodi - pozitivnoj elektrodi.

Opaža se prijenos metala na elektrodu dalje od tališta, obično na katodu. Preneseni metal skrućuje se na katodi u obliku oštrih izbočina koje pogoršavaju uvjete kontakta i smanjuju razmak između kontakata u otvorenom stanju. Količina erozije proporcionalna je količini električne energije koja je prošla kroz kontakte tijekom pražnjenja iskre. Što je veća struja i vrijeme gorenja luka, veća je erozija kontakata.

Pri velikim strujama u industrijskim električnim mrežama često dolazi do stvaranja luka između otvorenih kontakata. Trošenje kontakta luka ovisi o mnogim čimbenicima. Među njima se mogu osvetiti sljedeći čimbenici: mrežni napon, vrsta i veličina struje, jakost magnetskog polja, induktivitet strujnog kruga, fizikalna svojstva materijala kontakta, frekvencija sklopke ciklusa, priroda kontakta kontakta, brzina otvaranja kontakta.

Električni luk između kontakata zapali se pri određenoj vrijednosti napona.U prisutnosti uređaja za gašenje luka koji uzrokuju kretanje luka, luk će se miješati s kontakata kada se pojavi međukontaktni razmak od 1 - 2 mm, koji nije povezan s veličinom napona. Stoga je trošenje kontakta praktički neovisno o naponu. Minimalne vrijednosti napona pri kojima se javlja električni luk za niz metala koji se koriste kao kontakti dane su u tablici. 1.

Tablica 1. Minimalni napon i struja luka za odabrane metale

Parametri kruga Materijal kontakta Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimalna struja, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimalni napon, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Trošenje kontakta se povećava kako raste prekidna struja. Ova ovisnost je blizu linearne. Istodobno, promjena struje dovodi do promjene vanjskog magnetskog polja, što utječe na prirodu trošenja kontakta. Trošenje kontakta je intenzivnije na istosmjernoj struji, što je povezano s kašnjenjem gašenja luka. Kod istosmjerne struje kontakti se troše neravnomjerno.

Kretanje luka u uređajima za gašenje luka događa se u magnetskom polju koje stvara žica kojom teče struja. Kako se jakost magnetskog polja povećava, povećava se brzina kretanja referentnih točaka luka. Pritom se kontakti manje zagrijavaju i tope, a trošenje se smanjuje. Međutim, kada se između otvorenih kontakata pojavi prevlaka rastaljenog metala, povećanje jakosti magnetskog polja povećava elektrodinamičke sile koje nastoje izbaciti rastaljeni metal iz kontaktnog razmaka.To dovodi do povećanog trošenja kontakata.

Na trošenje kontakta utječe induktivitet kruga jer je povezan s vremenskom konstantom kruga i brzinom promjene struje. U krugu konstantne struje, povećanje induktiviteta može smanjiti trošenje kada su kontakti zatvoreni jer struja raste sporije i ne doseže maksimalnu vrijednost kada kontakti padnu.

U krugu izmjenične struje povećanje induktiviteta može povećati ili smanjiti trošenje kratkog spoja. Ovisi o tome kada su kontakti odbačeni. Kada se kontakti otvore, induktivitet kruga utječe na trošenje ako utječe na struju i vrijeme gašenja luka.

Intenzivnije trošenje uočeno je u kontaktima izrađenim od čistih kontaktnih materijala (bakar, srebro), a značajno se smanjuje u kontaktima izrađenim od legura s vatrostalnim komponentama (bakar - volfram, srebro - volfram).

Srebro ima relativno visoku otpornost na trošenje pri strujama do 63 A, pri strujama od 100 A i više otpornost na habanje opada, a pri strujama od 10 kA postaje jedan od najmanje otpornih materijala.

Trošenje kontakta povećava se s povećanjem učestalosti uključivanja. Što se uređaj češće uključuje, kontakti se više zagrijavaju i smanjuje se njihova otpornost na eroziju. Povećanje brzine otvaranja kontakta skratit će vrijeme stvaranja luka i smanjiti trošenje luka na kontaktima.

Parametri električnih kontakata (greška, rješenje, tlak) i priroda kontakta (točkasti ili planarni kontakt, iskrivljeni kontakt) utječu i na mehaničko i na električno trošenje.Na primjer, s povećanjem kontaktne otopine povećava se njihovo trošenje, jer se povećava oslobađanje toplinske energije u cilindru luka.

Istrošeni električni kontakti mogu dovesti do lošeg kontakta i gubitka kontaktnih veza. To može uzrokovati prijevremeni kvar sklopnog uređaja. Na trošenje kontakta utječe njihovo odbacivanje pod utjecajem elektrodinamičkih sila.

Shterbakov E.F.