Kontakty v elektrických inštaláciách a elektrických prístrojoch

Body spojenia jednotlivých prvkov, ktoré tvoria akýkoľvek elektrický obvod, sa nazývajú elektrické kontakty.

Elektrický kontakt — spojenie vodičov, ktoré umožňujú prenášať elektrický prúd. Vytvorenie kontaktu prúdových vodičov sa nazýva kontaktné telesá alebo kladné a záporné kontakty v závislosti od toho, ku ktorému pólu zdroja prúdu sú pripojené.

Slovo "kontakt" znamená "dotyk", "dotyk". V elektrickom systéme, ktorý kombinuje rôzne zariadenia, stroje, linky atď., sa na ich pripojenie používa obrovské množstvo kontaktov. Spoľahlivosť zariadenia a prevádzka systému do značnej miery závisí od kvality kontaktných spojení.

Klasifikácia elektrických kontaktov

Elektrické kontakty sú pevné a pohyblivé. Pevné kontakty - všetky typy odnímateľných a integrálnych, určené na dlhodobé pripojenie vodičov. Odnímateľné kontakty sa vyrábajú pomocou svoriek, svorníkov, skrutiek atď., integrálne - spájkovaním, zváraním alebo nitovaním.Pohyblivé kontakty sú rozdelené na prerušované (kontakty relé, tlačidiel, spínačov, stýkačov atď.) A posuvné (kontakty medzi kolektorom a kefami, kontakty spínačov, potenciometrov atď.).

Najjednoduchším typom elektrického kontaktu je pár kontaktov. Náročným typom kontaktu je napríklad kontakt tvoriaci dvojitý paralelný uzáver obvodu alebo dvojitý sériový uzáver (druhý sa nazýva spojka). Kontakt, ktorý spína obvod pri aktivácii zariadenia, sa nazýva prepínací. Spínací kontakt, ktorý preruší obvod v čase spínania, sa nazýva spínací kontakt a neprerušenie obvodu v čase spínania sa nazýva prechodový kontakt.

V závislosti od formy sa elektrické kontakty delia na:

• bod (vrchol — rovina, guľa — rovina, guľa — guľa), ktoré sa bežne používajú v citlivých zariadeniach a relé, ktoré spínajú menšie záťaže;

• lineárne - vyskytujú sa na kontaktoch vo forme valcových telies a na kontaktoch kefy;

• rovinné — vo vysokoprúdovom spínacom zariadení.

Zvyčajne sú kontakty pripevnené k plochým pružinám, tzv kontaktné (vyrobené z nikel-strieborných, fosforových a berýliových bronzov a menej často z ocele), na ktoré sú kladené vysoké požiadavky na stálosť ich mechanických vlastností počas celej životnosti zariadenia, často počítané na desiatky a viac ako milión cyklov. Súprava pružín vyrobených vo forme samostatného bloku, ktoré sú spínané súčasne, tvorí kontaktnú skupinu (alebo balenie).

Výkonové charakteristiky elektrických kontaktných spojení

Ku kontaktu kontaktov nedochádza celoplošne, ale len v jednotlivých bodoch v dôsledku drsnosti kontaktnej plochy pri akejkoľvek presnosti jej spracovania. Takmer bez ohľadu na typ kontaktov sa kontakt kontaktných prvkov vždy uskutočňuje na malých plochách.

Vysvetľuje to skutočnosť, že povrch kontaktných prvkov nemôže byť dokonale plochý. Preto v praxi, keď sa styčné plochy k sebe priblížia, najskôr sa dostanú do kontaktu s niekoľkými vyčnievajúcimi hrotmi (bodmi) a následne, ale so zvyšujúcim sa tlakom, dochádza k deformácii kontaktného materiálu a tieto body sa menia na malé ihriská.

Čiary elektrického prúdu prechádzajúce z jedného kontaktu do druhého sú priťahované k týmto kontaktným bodom. Preto kontakt vnáša do ním pripojeného obvodu nejaký dodatočný prechodový odpor Rk.

Ak je kontaktná plocha pokrytá filmom, potom sa R ​​zvýši. Veľmi tenké vrstvy (do 50 A) však neovplyvňujú prechodový odpor v dôsledku tunelovacieho efektu. Hrubšie fólie sa môžu pretrhnúť pod kontaktnou silou alebo aplikovaným tlakom.

Elektrické zlyhanie kontaktných fólií sa nazýva fritovanie. Ak nie sú fólie zničené, potom je Rk determinované hlavne odolnosťou fólií. Bezprostredne po odizolovaní kontaktu, ako aj pri dostatočnej kontaktnej sile a napätí v kontaktnom obvode je jeho odpor určený hlavne odporom kontrakčných zón.

Čím väčšia je sila aplikovaná na kontakty a čím je ich materiál mäkší, tým väčšia je celková kontaktná plocha kontaktných plôch a tým menej aktívna elektrický odpor na styku (v zóne prechodovej vrstvy medzi stykovými plochami). Tento aktívny odpor sa nazýva prechodový odpor.

Prechodový odpor — jeden z hlavných parametrov kvality elektrických kontaktov, pretože charakterizuje množstvo energie absorbovanej v kontaktnej zlúčenine, ktorá sa mení na teplo a zahrieva kontakt. Kontaktný odpor môže byť silne ovplyvnený spôsobom úpravy kontaktných plôch a ich stavom. Napríklad rýchlo sa tvoriaci oxidový film na hliníkových kontaktoch môže výrazne zvýšiť prechodový odpor.

Keď prúd prechádza kontaktmi, sú zahrievané a na kontaktnom povrchu je pozorovaná najvyššia teplota v dôsledku prítomnosti prechodového odporu. V dôsledku kontaktného zahrievania odpor materiálu kontaktu a tým aj odpor prechodu.

Navyše zvýšenie kontaktnej teploty podporuje tvorbu oxidov na jeho povrchu, čím sa prechodový odpor ešte výraznejšie zvyšuje. A hoci so zvýšením teploty môže kontaktný materiál trochu zmäknúť, čo je spojené so zvýšením kontaktnej plochy, vo všeobecnosti môže tento proces viesť k zničeniu kontaktov alebo ich zváraniu. Ten je napríklad veľmi nebezpečný pre otvorené kontakty, pretože v dôsledku toho zariadenie s týmito kontaktmi nebude môcť vypnúť obvod. Preto je pre rôzne typy kontaktov určená maximálna prípustná teplota s dlhým prúdom, ktorý cez ne preteká.

Na zníženie zahrievania je možné zvýšiť hmotnosť kovu kontaktov a ich chladený povrch, čo zvýši odvod tepla. Pre zníženie prechodového odporu je potrebné zvýšiť prítlak, zvoliť vhodný materiál a typ kontaktov.

Napríklad otvorené kontakty určené na vonkajšie použitie sa odporúčajú vyrábať z materiálov, ktoré sú mierne oxidovateľné, prípadne ich povrch pokryť antikoróznou vrstvou. Medzi takéto materiály patrí najmä striebro, ktoré je možné použiť na potiahnutie kontaktných plôch.

Medené nerozbitné kontakty je možné pocínovať (pocínované povrchy sa ťažšie oxidujú). Na rovnaké účely sú kontaktné plochy pokryté lubrikantom, napríklad vazelínou. Kontakty v oleji sú dobre chránené proti korózii bez ďalších špeciálnych opatrení. Používa sa v olejových ističoch.

Prevádzka akéhokoľvek elektrického zariadenia pozostáva zo 4 etáp - otvorený stav, skrat, uzavretý stav a otvorenie, z ktorých každá ovplyvňuje spoľahlivosť kontaktu.

V otvorenom stave pôsobí vonkajšie prostredie na elektrický kontakt a v dôsledku toho sa na ich povrchu tvoria filmy.

V zatvorenom stave, keď sú kontakty stlačené dohromady a prúd cez ne prechádza, sa zahrievajú a deformujú; za určitých podmienok, ak sa kontakty prehrejú, môže dôjsť k zváraniu.

Pri zatvorení a otvorení kontaktov dochádza k javu mostíka alebo výboja, sprevádzanému vyparovaním a prenosom kovového kontaktu, ktorý mení jeho povrch. Okrem toho je možné mechanické opotrebovanie. kontaktov vyplývajúcich z narážania a kĺzania proti sebe.

Keď sa kontakty navzájom približujú na veľmi malé vzdialenosti, dokonca aj pri malom napätí zdroja energie, gradient poľa je taký veľký, že sa dielektrická sila medzery rozpadne a dôjde k poruche. Ak sú na povrchu cudzorodé častice, najmä tie, ktoré obsahujú uhlík, potom pri ich kontakte dochádza k vyparovaniu a vytvárajú sa podmienky na zneškodnenie.

Otvorenie je zvyčajne najťažšia časť práce. elektrický kontakt V závislosti od parametrov obvodu (R, L a C) a veľkosti použitého napätia pri otváraní dochádza k javom, ktoré spôsobujú opotrebovanie Kontakty. Ak je napätie v obvode väčšie ako napätie Upl, v ktorom sa kov kontaktov roztaví, po ich oddelení sa kontaktná sila zníži a tým sa zvýši plocha kontaktu, odpor a teplota.

Keď teplota prekročí bod topenia kovu, medzi kontaktnými povrchmi sa vytvorí roztavený kovový mostík, ktorý sa postupne natiahne a potom sa zlomí v najteplejšom bode. Vysoká teplota pri pretrhnutí mostíka uľahčuje iniciáciu vyhadzovania.

Samotný mostík existuje iba v ohmických obvodoch pri napájacích napätiach pod napätím oblúka. Ak je v obvode indukčnosť, potom prepätia spôsobené tým v okamihu prerušenia prúdu prispievajú k vzniku iskry pri prúdoch pod oblúkovými prúdmi a pri prúdoch nad oblúkovými prúdmi - oblúkmi. Keďže v obvode je takmer vždy indukčnosť, mostíky sú vo väčšine prípadov sprevádzané výbojom. Minimálne napätie iskry v elektrickej zásuvke — 270-300 V.

Kontakty akéhokoľvek typu musia zabezpečiť nielen nepretržitú prevádzku bez neprijateľného prehriatia za normálnych podmienok, ale aj potrebnú tepelnú a elektrodynamickú odolnosť v režime skratu. Pohyblivé vypínacie kontakty by tiež nemali byť zničené vysokou teplotou elektrického oblúka, ktorý vzniká pri ich otvorení, a spoľahlivo uzavreté bez zvárania a roztavenia pri zapnutí na skrat. K naplneniu týchto požiadaviek prispievajú aj vyššie uvedené opatrenia.

Metalokeramické kontakty, čo je zmes drvených medených práškov s volfrámom alebo molybdénom a striebra s volfrámom.

Takáto zlúčenina súčasne obsahuje dobrá elektrická vodivosť v dôsledku použitia medi alebo striebra a vysokej teploty topenia v dôsledku použitia volfrámu alebo molybdénu.

Existuje ďalší spôsob, ako odstrániť existujúci rozpor, ktorý spočíva v tom, že materiály s dobrou elektrickou vodivosťou (striebro, meď atď.) majú spravidla relatívne nízku teplotu topenia a žiaruvzdorné materiály (volfrám, molybdén) majú nízka elektrická vodivosť. Ide o použitie dvojkontaktného systému pozostávajúceho z paralelne zapojených ovládacích a oblúkových kontaktov.

Pracovné kontakty sú vyrobené z materiálu s vysokou elektrickou vodivosťou a oblúkové kontakty — vyrobené z ohňovzdorného materiálu. V normálnom režime, keď sú kontakty zatvorené, väčšina prúdu preteká cez pracovné kontakty.

Keď je obvod bez napätia, najprv sa rozopnú prevádzkové kontakty a potom kontakty s elektrickým oblúkom.Preto je v skutočnosti obvod prerušovaný oblúkovými kontaktmi, pre ktoré ani skratový prúd nepredstavuje veľké nebezpečenstvo (pre výrazné skratové prúdy sa dodatočne používajú špeciálne oblúkové zariadenia).

Keď je obvod zapnutý, najskôr sa zatvoria kontakty elektrického oblúka a potom prevádzkové kontakty. Pracovné kontakty teda v skutočnosti neprerušia alebo úplne neuzavrú obvod. Tým sa eliminuje nebezpečenstvo roztavenia a zvárania.

Aby sa eliminovala možnosť samovoľného otvorenia kontaktov z elektrodynamické úsilie pri pretekaní skratových prúdov sú kontaktné systémy riešené tak, že elektrodynamické sily za týchto podmienok zabezpečujú dodatočný kontaktný tlak a zabraňujú prípadnému roztaveniu a zvareniu kontaktov v momente zapnutia skratového obvodu, zrýchlené spínanie.

Na elimináciu nebezpečenstva výrazného elastického nárazu na kontaktné plochy použite predlisovanie kontaktov špeciálnymi pružinami... V tomto prípade je zabezpečená ako vysoká rýchlosť spínania, tak aj eliminácia prípadných vibrácií, keďže pružina je pred- stlačený a po dotyku kontaktov začne tlačná sila rásť nie od nuly, ale od určitej špecifikovanej hodnoty. režime, ale aj požadovaný tepelný a elektrodynamický odpor v režime skratu.

Pohyblivé vypínacie kontakty by tiež nemali byť zničené vysokou teplotou elektrického oblúka, ktorý vzniká pri ich otvorení, a spoľahlivo uzavreté bez zvárania a roztavenia pri zapnutí na skrat.K naplneniu týchto požiadaviek prispievajú aj vyššie uvedené opatrenia.

Voči deštruktívnemu pôsobeniu elektrického oblúka sú obzvlášť odolné kontakty vyrobené z kovokeramiky, čo je zmes drvených medených práškov s volfrámom alebo s molybdénom a striebra s volfrámom.

Takáto zlúčenina má dobrú elektrickú vodivosť vďaka použitiu medi alebo striebra a vysokú teplotu topenia vďaka použitiu volfrámu alebo molybdénu.

Základné návrhy kontaktov v elektrických inštaláciách a elektrických zariadeniach

Konštrukcia pevných (tuhých) nerozbitných styčných spojov musí zabezpečiť spoľahlivé upnutie styčných plôch a minimálny kontaktný odpor. Pneumatiky je lepšie spojiť niekoľkými menšími skrutkami ako jednou veľkou, pretože to poskytuje viac styčných bodov. Pri spájaní pneumatík je kontaktný odpor nižší ako pri použití skrutiek, kedy je potrebné vŕtať otvory do pneumatík. Vysoká kvalita kontaktného spojenia je zabezpečená zváraním prípojníc.

Pohyblivé vypínacie kontakty — základný prvok spínacích prístrojov... Okrem všeobecných požiadaviek na všetky kontakty musia mať odolnosť voči oblúku, schopnosť spoľahlivo zapnúť a vypnúť obvod v prípade skratu, ako aj vydržia určitý počet spínacích operácií a vypnutí bez mechanického poškodenia.

Najjednoduchším kontaktom tohto typu je plochý rezný kontakt. Pri zábere sa pohyblivá čepeľ dostane medzi pevné odpružené čeľuste. Nevýhodou takéhoto plochého kontaktu je, že ku kontaktu kontaktných plôch dochádza na viacerých miestach v dôsledku nerovností týchto plôch.

Pre získanie lineárneho kontaktu sú na nožové pásy vyrazené polvalcové výstupky a pre zvýšenie tlaku sú pásy stlačené oceľovou svorkou s pružinou.Zrušovacie kontakty sa najčastejšie používajú v ističoch a odpojovačoch.

Kontaktná časť samovyrovnávacieho prstového kontaktu je vytvorená vo forme prstov, v doštičke - vo forme dosiek, na konci - vo forme plochého vrchu, v objímke - vo forme lamiel ( segmenty), v kefke — vo forme kefiek z elastických, tenkých medených alebo bronzových platní.

Špecifikované kontaktné časti (časti) vo viacerých prevedeniach môžu v obmedzenom rozsahu meniť svoju polohu voči pevným kontaktom. Pre ich spoľahlivé elektrické pripojenie sú k dispozícii flexibilné prípojky s prúdom.

Stabilita vypínacích kontaktov a potrebná tlaková sila sa zvyčajne dosahuje pomocou listových alebo vinutých pružín.

Prstové kontakty a kontakty sa používajú v zariadeniach s napätím nad 1000 V pre rôzne prúdy ako pracovné a oblúkové kontakty a ploché kontakty sa používajú ako pracovné kontakty. Koncové kontakty sa používajú pre napätie 110 kV a vyššie, pre prúdy nepresahujúce 1 — 1,5 kA ako pracovné a zhášacie kontakty. Kefové kontakty sa používajú v zariadeniach pre rôzne napätia a významné prúdy, ale iba ako pracovné kontakty, pretože elektrický oblúk môže poškodiť relatívne tenké kefy.