Dokonalý elektrický kontakt, vplyv vlastností materiálu, tlaku a rozmerov na prechodový odpor

Pevné kontakty sú vo väčšine prípadov vytvorené mechanickým spojením vodičov a spojenie môže byť vykonané buď priamym spojením vodičov (napríklad autobusy v elektrických rozvodniach) alebo medziľahlými zariadeniami - svorkami a svorkami.

Mechanicky tvarované kontakty sú tzv uťahovaniea dajú sa zložiť alebo rozložiť bez toho, aby sa narušili ich jednotlivé časti. Okrem upínacích kontaktov existujú pevné kontakty získané spájkovaním alebo zváraním pripojených drôtov. Takýmto kontaktom hovoríme všetko kovové, pretože nemajú žiadnu fyzickú hranicu, ktorá by vymedzovala dva vodiče.

Spoľahlivosť kontaktov v prevádzke, stabilita odporu, absencia prehriatia a iných porúch určujú normálnu prevádzku celej inštalácie alebo linky, v ktorej sú kontakty.

Takzvaný ideálny kontakt musí spĺňať dve hlavné požiadavky:

• prechodový odpor musí byť rovnaký alebo nižší ako odpor vodiča v úseku rovnakej dĺžky;
• kontaktný ohrev menovitým prúdom musí byť rovnaký alebo nižší ako ohrev drôtu zodpovedajúceho prierezu.

V roku 1913 Harris vyvinul štyri zákony, ktoré riadia elektrické kontakty (Harris F., Odolnosť elektrických kontaktov):

1. Ak sú všetky ostatné podmienky rovnaké, pokles napätia v kontakte sa zvyšuje priamo úmerne k prúdu. Inými slovami, kontakt medzi dvoma materiálmi sa správa ako odpor.

2. Ak stav povrchov v kontakte nemá žiadny vplyv, pokles napätia na kontakte sa mení nepriamo úmerne s tlakom.

3. Odpor prechodu medzi rôznymi materiálmi závisí od ich špecifického odporu. Materiály s nízkym odporom majú tiež nízky kontaktný odpor.

4. Odpor kontaktov nezávisí od veľkosti ich plochy, ale závisí len od celkového tlaku v kontakte.

Veľkosť kontaktnej plochy určujú tieto faktory: podmienky prestupu tepla kontaktov a odolnosť proti korózii, pretože kontakt s malým povrchom môže byť zničený prienikom korozívnych látok z atmosféry ľahšie ako kontakt s veľkým kontaktná plocha.

Preto je pri navrhovaní upínacích kontaktov potrebné poznať normy tlaku, prúdovej hustoty a veľkosti kontaktnej plochy, ktoré zaisťujú splnenie požiadaviek na ideálny kontakt a ktoré môžu byť rôzne v závislosti od materiálu, povrchovej úpravy a kontaktu. dizajn.

Kontaktný odpor je ovplyvnený nasledujúcimi vlastnosťami materiálu:

1.Špecifický elektrický odpor materiálu.

Čím vyšší je prechodový odpor, tým vyšší je špecifický odpor materiálu kontaktu.

2. Tvrdosť alebo pevnosť v tlaku materiálu. Mäkší materiál sa ľahšie deformuje a rýchlejšie vytvára kontaktné body, a preto dáva menší elektrický odpor pri nižšom tlaku. V tomto zmysle je užitočné pokryť tvrdé kovy mäkšími: cín pre meď a mosadz a cín alebo kadmium pre železo.

3. Koeficienty tepelnej rozťažnosti Je tiež potrebné brať do úvahy, pretože v dôsledku ich rozdielu medzi materiálom kontaktov a napríklad skrutiek môže dochádzať k zvýšeným napätiam, ktoré spôsobujú plastickú deformáciu slabšej časti kontaktu a jeho deštrukciu s poklesom teploty. .

Veľkosť prechodového odporu je určená počtom a veľkosťou bodových kontaktov a závisí (v rôznej miere) od materiálu kontaktov, kontaktného tlaku, úpravy kontaktných plôch a veľkosti kontaktných plôch.

O skraty teplota v kontaktoch môže vzrásť natoľko, že v dôsledku nerovnomerného koeficientu tepelnej rozťažnosti materiálu svorníkov a kontaktu môže dôjsť k napätiu nad medzu pružnosti materiálu.

To spôsobí uvoľnenie a stratu tesnosti kontaktu. Preto je pri výpočte potrebné skontrolovať dodatočné mechanické namáhanie v kontakte spôsobené skratovými prúdmi.

Meď začína oxidovať na vzduchu pri izbovej teplote (20 - 30 °).Výsledný oxidový film vzhľadom na svoju malú hrúbku nepredstavuje zvláštnu prekážku pre vytvorenie kontaktu, pretože sa pri stlačení kontaktov zničí.

Napríklad kontakty vystavené vzduchu mesiac pred montážou vykazujú len o 10 % väčší odpor ako čerstvo vyrobené kontakty. Silná oxidácia medi začína pri teplotách nad 70 °. Kontakty, ktoré boli držané asi 1 hodinu pri 100 °, zvýšili svoj odpor 50-krát.

Zvýšenie teploty výrazne urýchľuje oxidáciu a koróziu kontaktov v dôsledku toho, že sa urýchľuje difúzia plynov v kontakte a zvyšuje sa reaktivita korozívnych látok. Striedanie ohrevu a chladenia podporuje prenikanie plynov v kontakte.

Zistilo sa tiež, že pri dlhodobom zahrievaní kontaktov prúdom sa pozoruje cyklická zmena ich teploty a odporu.Tento jav sa vysvetľuje postupnými procesmi:

• oxidácia medi na CuO a zvýšenie odolnosti a teploty;
• pri nedostatku vzduchu prechod z CuO na Cu2O a klesajúci odpor a teplota (Cu2O vedie lepšie ako CuO);
• zvýšený prístup vzduchu, nová tvorba CuO, zvýšenie odporu a teploty atď.

V dôsledku postupného zhrubnutia vrstvy oxidu sa nakoniec pozoruje zvýšenie kontaktného odporu.

Oveľa silnejší vplyv na kontakt s meďou má prítomnosť oxidu siričitého, sírovodíka, amoniaku, chlóru a výparov kyselín v atmosfére.

Na vzduchu sa hliník rýchlo pokryje tenkým, vysoko odolným oxidovým filmom. Použitie hliníkových kontaktov bez odstránenia oxidového filmu poskytuje vysoký prechodový odpor.

Odstránenie fólie pri bežných teplotách je možné len mechanicky a čistenie styčnej plochy je potrebné vykonávať pod vrstvou vazelíny, aby sa na čistenú plochu nedostal vzduch. Takto upravené hliníkové kontakty poskytujú nízky prechodový odpor.

Na zlepšenie kontaktu a ochranu proti korózii sa kontaktné plochy zvyčajne čistia vazelínou v prípade hliníka a cínom v prípade medi.

Pri navrhovaní svoriek na pripojenie hliníkových drôtov je potrebné vziať do úvahy vlastnosť hliníka časom sa "zmršťovať", v dôsledku čoho sa kontakt oslabuje. Berúc do úvahy túto vlastnosť hliníkových drôtov, je možné použiť špeciálne svorky s pružinou, vďaka čomu je v spojení neustále udržiavaný potrebný kontaktný tlak.

Kontaktný tlak je najvýznamnejším faktorom ovplyvňujúcim prechodový odpor. V praxi je prechodový odpor závislý najmä od kontaktného tlaku a v oveľa menšej miere od úpravy alebo veľkosti kontaktnej plochy.

Zvýšenie kontaktného tlaku spôsobuje:

• zníženie prechodového odporu:
• zníženie strát;
• tesné spojenie kontaktných plôch, čím sa znižuje oxidácia kontaktov a tým je spojenie stabilnejšie.

V praxi sa zvyčajne používa normalizovaný kontaktný tlak, kde sa dosiahne stabilita prechodového odporu. Takéto optimálne hodnoty kontaktného tlaku sú rôzne pre rôzne kovy a rôzne stavy kontaktných plôch.

Dôležitú úlohu zohráva kontaktná hustota po celej ploche, pre ktorú musia byť dodržané špecifické tlakové normy bez ohľadu na veľkosť kontaktnej plochy.

Ošetrenie kontaktných plôch musí zabezpečiť odstránenie cudzích filmov a maximálne bodové kontakty, keď sú plochy v kontakte.

Pokrytie kontaktných plôch mäkším kovom, ako je pocínovanie medených alebo železných kontaktov, uľahčuje dosiahnutie dobrého kontaktu pri nižších tlakoch.

Pri hliníkových kontaktoch je najlepšou úpravou brúsenie kontaktnej plochy brúsnym papierom pod vazelínou. Vazelína je potrebná, pretože hliník na vzduchu sa veľmi rýchlo pokryje oxidovým filmom a vazelína bráni vzduchu dostať sa na chránený kontaktný povrch.

Viacerí autori sa domnievajú, že prechodový odpor závisí len od celkového tlaku v kontakte a nezávisí od veľkosti kontaktnej plochy.

To si možno predstaviť, ak sa napríklad pri znížení kontaktnej plochy nárast prechodového odporu v dôsledku zníženia počtu kontaktných bodov vykompenzuje znížením odporu v dôsledku ich sploštenia v dôsledku zvýšenia špecifického kontaktný tlak.

K takejto vzájomnej kompenzácii dvoch protichodne smerujúcich procesov môže dôjsť len výnimočne. Mnohé experimenty ukazujú, že so znižovaním dĺžky kontaktu a pri konštantnom celkovom tlaku sa zvyšuje odpor kontaktu.

Pri polovičnej kontaktnej dĺžke sa dosiahne stabilita odporu pri vyšších tlakoch.

Zníženie zahrievania kontaktov pri danej prúdovej hustote je uľahčené nasledujúcimi vlastnosťami materiálu kontaktu: nízky elektrický odpor, vysoká tepelná kapacita a tepelná vodivosť, ako aj vysoká schopnosť vyžarovať teplo na vonkajšom povrchu kontaktov.

Korózia kontaktov z rôznych kovov je oveľa intenzívnejšia ako u kontaktov z rovnakých kovov.V tomto prípade vzniká elektrochemický makročlánok (kov A — mokrý film — kov B), čo je galvanický článok. Tu, ako v prípade mikrokorózie, dôjde k zničeniu jednej z elektród, konkrétne časti kontaktu pozostávajúcej z menej ušľachtilého kovu (anódy).

V praxi sa môžu vyskytnúť prípady spájania drôtov pozostávajúcich z rôznych kovov, napríklad medi s hliníkom. Takýto kontakt bez špeciálnej ochrany môže korodovať menej vzácny kov, teda hliník. V skutočnosti je hliník v kontakte s meďou vysoko korozívny, takže priame spojenie medzi meďou a hliníkom nie je povolené.