Opotrebenie elektrických kontaktov

Počas prevádzky sa spínacie kontakty často zapínajú a vypínajú. To vedie k opotrebovaniu. Opotrebenie kontaktov je povolené, aby neviedlo k poruche zariadenia až do konca životnosti.

Opotrebenie kontaktov je deštrukcia pracovnej plochy kontaktov so zmenou ich tvaru, veľkosti, hmotnosti a znížením ponoru.

Opotrebenie elektrických kontaktov, ku ktorému dochádza vplyvom mechanických faktorov, sa nazýva mechanické opotrebovanie... Mechanickému opotrebovaniu sú vystavené kontakty odpojovačov — zariadení, ktoré otvárajú elektrický obvod bez zaťaženia. Opotrebenie sa prejavuje v podobe drvenia a sploštenia koncových kontaktov a opotrebovania rezných kontaktných plôch.

Na zníženie mechanického opotrebenia sú pohyblivé alebo pevné kontakty vybavené pružinou, ktorá tlačí kontakt na doraz vo vypnutej polohe zariadenia, čím sa eliminuje možnosť kontaktných vibrácií.V zapnutej polohe sa kontakt, ktorý má pružinu, pohybuje preč od dorazu a pružina tlačí kontakty proti sebe, čím vytvára kontaktný tlak.

K najintenzívnejšiemu opotrebovaniu dochádza pod vplyvom elektrických faktorov, v prítomnosti prúdového zaťaženia. Toto opotrebovanie sa nazýva elektrické opotrebovanie alebo elektrická erózia.

Najbežnejším meradlom opotrebovania elektrického kontaktu je objemová strata materiálu kontaktu alebo strata hmotnosti.

Kontakty určené na spínanie elektrických obvodov pod záťažou podliehajú mechanickému a elektrickému opotrebovaniu. Okrem toho sa kontakty opotrebúvajú v dôsledku tvorby filmov na ich povrchu rôznych chemických zlúčenín z materiálu kontaktov s prostredím, čo sa nazýva chemické opotrebovanie alebo korózia.

Keď je elektrický obvod komutovaný s elektrickou záťažou, na kontaktoch dochádza k elektrickému výboju, ktorý sa môže zmeniť na silný elektrický oblúk.

Uzavretie procesu opotrebovania

Keď sa kontakty v procese ich zatvárania dotknú, pružinový kontakt sa pod vplyvom elastických síl odhodí späť. Môže dôjsť k niekoľkým odmietnutiam kontaktu, t. j. pozorované kontaktné vibrácie s tlmenou amplitúdou. Amplitúda vibrácií klesá s každým ďalším nárazom. Skráti sa aj čas odmietnutia.

Vibrácie kontaktov pri zapnutí zariadenia: x1, x2 — amplitúda odmietnutí; t1, T2, T3 — strata času

Keď sa kontakty vysunú, vytvorí sa krátky oblúk, ktorý roztaví kontaktné body a odparí kov. V tomto prípade sa v kontaktnej zóne vytvorí zvýšený tlak kovových pár a kontakt "visí" v prúde týchto pár.Čas na uzavretie kontaktu sa predlžuje.

Opotrebenie elektrických kontaktov pri zapnutí závisí od počiatočného stlačenia v momente kontaktu kontaktov, tuhosti pružiny, ktorá vytvára kontaktný tlak, a od fyzikálnych vlastností materiálov kontaktov.

Počiatočné stlačenie kontaktov v čase ich kontaktu — to je sila, ktorá pôsobí proti odmietnutiu kontaktov, keď sa zrazia. Čím väčšia je táto sila, tým menšia bude amplitúda a čas odmietnutia, tým menšie budú vibrácie kontaktov a ich opotrebenie. Keď sa tuhosť pružiny zvyšuje, odmietnutie kontaktu sa znižuje a opotrebovanie kontaktov sa znižuje.

Čím vyšší je bod topenia kontaktného materiálu, tým nižšie je opotrebovanie kontaktu. Čím vyšší je prúd v spínanom obvode, tým väčšie je opotrebovanie kontaktov.

Otvorený proces opotrebovania

V okamihu otvorenia kontaktov sa kontaktný tlak zníži na nulu. V tomto prípade sa zvyšuje prechodový odpor a zvyšuje sa prúdová hustota v poslednom bode kontaktu. Kontaktný bod sa roztaví a medzi rozbiehavými kontaktmi sa vytvorí isthmus (most) roztaveného kovu, ktorý sa potom zlomí. Medzi kontaktmi môže vzniknúť iskra alebo oblúk.

Pod vplyvom vysokej teploty počas vyhadzovania sa časť kovu kontaktnej úžiny vyparí, časť sa vymrští z kontaktnej medzery vo forme rozstrekov a časť sa prenesie z jedného kontaktu do druhého. Na kontaktoch sú pozorované javy erózie - výskyt kráterov na nich alebo lepenie kovu.Opotrebenie kontaktov závisí od typu a veľkosti prúdu, doby horenia oblúka a materiálu kontaktov.

Pri jednosmernom prúde dochádza k prenosu materiálu z jedného kontaktu na druhý intenzívnejšie ako pri striedavom prúde, pretože smer prúdu v obvode sa nemení.

Pri nízkych prúdoch je erózia kontaktov spôsobená deštrukciou kontaktného isthmu nie v strede, ale bližšie k jednej z elektród. Častejšie sa prerušenie kontaktného isthmu pozoruje na anóde - kladnej elektróde.

Pozoruje sa prenos kovu na elektródu ďalej od bodu topenia, zvyčajne katódy. Prenesený kov tuhne na katóde vo forme ostrých výstupkov, ktoré zhoršujú kontaktné podmienky a zmenšujú medzeru medzi kontaktmi v otvorenom stave. Množstvo erózie je úmerné množstvu elektriny prejdenej cez kontakty počas iskrového výboja. Čím väčší je prúd a doba horenia oblúka, tým väčšia je erózia kontaktov.

Pri vysokých prúdoch v priemyselných elektrických sieťach sa medzi otvorenými kontaktmi často vyskytuje oblúk. Opotrebenie oblúkového kontaktu závisí od mnohých faktorov. Spomedzi nich možno vypomstiť tieto faktory: sieťové napätie, typ a veľkosť prúdu, sila magnetického poľa, indukčnosť obvodu, fyzikálne vlastnosti materiálov kontaktov, frekvencia spínania cyklu, povaha kontaktu kontaktu, rýchlosť otvárania kontaktu.

Elektrický oblúk medzi kontaktmi sa zapáli pri určitej hodnote napätia.V prítomnosti zariadení na zhášanie oblúka, ktoré spôsobujú pohyb oblúka, sa oblúk z kontaktov zmieša, keď sa objaví medzikontaktná medzera 1 - 2 mm, čo nesúvisí s veľkosťou napätia. Preto je opotrebovanie kontaktov prakticky nezávislé od napätia. Minimálne hodnoty napätia, pri ktorých vzniká elektrický oblúk pre množstvo kovov používaných ako kontakty, sú uvedené v tabuľke. 1.

Tabuľka 1. Minimálne napätie a prúd oblúka pre vybrané kovy

Parametre obvodu Materiál kontaktu Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimálny prúd, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimálne napätie, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Opotrebenie kontaktov sa zvyšuje so zvyšujúcim sa vypínacím prúdom. Táto závislosť je blízka lineárnej. Zároveň zmena prúdu vedie k zmene vonkajšieho magnetického poľa, čo ovplyvňuje charakter opotrebovania kontaktov. Opotrebenie kontaktov je intenzívnejšie pri jednosmernom prúde, čo súvisí s oneskorením zhášania oblúka. Pri jednosmernom prúde sa kontakty opotrebúvajú nerovnomerne.

Pohyb oblúka v zariadeniach na zhášanie oblúka nastáva v magnetickom poli vytvorenom drôtom s prúdom. So zvyšujúcou sa silou magnetického poľa sa zvyšuje rýchlosť pohybu referenčných bodov oblúka. Zároveň sa kontakty menej zahrievajú a topia a znižuje sa opotrebenie. Keď sa však medzi otvorenými kontaktmi objaví isthmus roztaveného kovu, zvýšenie intenzity magnetického poľa zvyšuje elektrodynamické sily, ktoré majú tendenciu vypudzovať roztavený kov z kontaktnej medzery.To vedie k zvýšenému opotrebovaniu kontaktov.

Opotrebenie kontaktov je ovplyvnené indukčnosťou obvodu, pretože súvisí s časovou konštantou obvodu a rýchlosťou zmeny prúdu. V obvode s konštantným prúdom môže zvýšenie indukčnosti znížiť opotrebovanie, keď sú kontakty zatvorené, pretože prúd stúpa pomalšie a nedosahuje maximálnu hodnotu, keď kontakty poklesnú.

V striedavom obvode môže zvýšená indukčnosť zvýšiť a znížiť skratové opotrebovanie. Závisí to od toho, kedy sú kontakty vyradené. Keď sú kontakty otvorené, indukčnosť obvodu ovplyvňuje opotrebenie, ak ovplyvňuje prúd a čas na zhasnutie oblúka.

Intenzívnejšie opotrebovanie sa pozoruje pri kontaktoch vyrobených z čistých kontaktných materiálov (meď, striebro) a výrazne klesá pri kontaktoch vyrobených zo zliatin so žiaruvzdornými zložkami (meď – volfrám, striebro – volfrám).

Striebro má pomerne vysokú odolnosť proti opotrebeniu pri prúdoch do 63 A, pri prúdoch 100 A a vyšších odolnosť proti opotrebeniu klesá a pri prúdoch 10 kA sa stáva jedným z najmenej odolných materiálov.

Opotrebenie kontaktov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou spínania. Čím častejšie je zariadenie zapnuté, tým viac sa kontakty zahrievajú a ich odolnosť proti erózii klesá. Zvýšením rýchlosti otvárania kontaktov sa skráti čas oblúka a zníži sa opotrebovanie kontaktov oblúkom.

Parametre elektrických kontaktov (porucha, riešenie, tlak) a povaha kontaktu (bodový alebo rovinný kontakt, deformovaný kontakt) ovplyvňujú mechanické opotrebenie aj elektrické opotrebenie.Napríklad, keď sa kontaktné riešenie zväčšuje, ich opotrebovanie sa zvyšuje, pretože sa zvyšuje uvoľňovanie tepelnej energie v oblúkovom valci.

Opotrebované elektrické kontakty môžu viesť k zlému kontaktu a strate kontaktných spojení. To môže spôsobiť predčasné zlyhanie spínacieho zariadenia. Opotrebenie kontaktov je ovplyvnené ich odmietnutím pod vplyvom elektrodynamických síl.

Shterbakov E.F.