Kontakter i elektriske installasjoner og elektriske apparater

Koblingspunktene til de enkelte elementene som utgjør enhver elektrisk krets kalles elektriske kontakter.

Elektrisk kontakt — tilkobling av ledninger som gjør at en elektrisk strøm kan føres. Dannelse av strømlederkontakt kalles kontaktlegemer eller positive og negative kontakter, avhengig av hvilken pol på strømkilden de er koblet til.

Ordet "kontakt" betyr "berøring", "berøring". I et elektrisk system som kombinerer ulike enheter, maskiner, linjer, etc., brukes et stort antall kontakter for å koble dem. Påliteligheten til utstyret og driften av systemet avhenger i stor grad av kvaliteten på kontaktforbindelsene.

Klassifisering av elektriske kontakter

Elektriske kontakter er faste og bevegelige. Faste kontakter - alle typer avtakbare og integrerte, designet for langsiktig tilkobling av ledninger. Avtakbare kontakter er laget av klemmer, bolter, skruer, etc., integrert - ved lodding, sveising eller nagling.Bevegelige kontakter er delt inn i avbrutt (kontakter til reléer, knapper, brytere, kontaktorer, etc.) og glidende (kontakter mellom samleren og børstene, kontakter til brytere, potensiometre, etc.).

Den enkleste typen elektrisk kontakt er et kontaktpar. En vanskelig type kontakt er for eksempel en kontakt som danner en dobbel parallellkretslukking eller en dobbel serielukking (sistnevnte kalles kobling). Kontakten som kobler kretsen når enheten aktiveres, kalles en overgang. En koblingskontakt som bryter kretsen på tidspunktet for kobling kalles en koblingskontakt, og å ikke bryte kretsen på tidspunktet for kobling kalles en transient kontakt.

Avhengig av skjemaet er elektriske kontakter delt inn i:

• punkt (topp — plan, sfære — plan, sfære — sfære), som ofte brukes i sensitive enheter og releer som bytter mindre belastninger;

• lineær — oppstår ved kontakter i form av sylindriske legemer og ved børstekontakter;

• plan - i høystrømskoblingsutstyr.

Vanligvis er kontaktene festet til flate fjærer, den såkalte kontakt (laget av nikkelsølv, fosfor og berylliumbronse og sjeldnere stål), som er underlagt høye krav til konstantheten til deres mekaniske egenskaper gjennom hele levetiden til enheten, ofte beregnet i titalls og mer enn en million sykluser. Et sett med fjærer, laget i form av en separat blokk, som byttes samtidig, danner en kontaktgruppe (eller pakke).

Ytelseskarakteristikker for elektriske kontaktforbindelser

Kontakten til kontaktene skjer ikke over hele overflaten, men bare på individuelle punkter på grunn av ruheten til kontaktflaten med noen nøyaktighet av behandlingen. Nesten uansett type kontakter skjer kontakten av kontaktelementene alltid over små områder.

Dette forklares av det faktum at overflaten til kontaktelementene ikke kan være helt flat. Derfor, i praksis, når kontaktflatene nærmer seg hverandre, kommer de først i kontakt med flere utstående spisser (punkter) og deretter, men med økende trykk, oppstår deformasjon av kontaktmaterialet og disse punktene blir til små lekeplasser.

Linjer med elektrisk strøm som går fra den ene kontakten til den andre tiltrekkes til disse kontaktpunktene. Derfor introduserer kontakten noe ekstra kontaktmotstand Rk i kretsen koblet til den.

Hvis kontaktflaten er dekket med en film, økes R. Svært tynne filmer (opptil 50 A) påvirker imidlertid ikke kontaktmotstanden på grunn av tunneleffekten. Tykkere filmer kan brytes under kontaktkraft eller påført belastning.

Elektrisk svikt i kontaktfilmer kalles fritting. Hvis filmene ikke blir ødelagt, bestemmes Rk hovedsakelig av motstanden til filmene. Umiddelbart etter stripping av en kontakt, samt med tilstrekkelig kontaktkraft og spenning i kontaktkretsen, bestemmes motstanden hovedsakelig av motstanden til sammentrekningssonene.

Jo større kraft som påføres kontaktene og jo mykere materialet deres er, desto større er kontaktflatenes totale kontaktareal og følgelig jo mindre aktive elektrisk motstand ved krysset (i sonen til overgangslaget mellom kontaktflatene). Denne aktive motstanden kalles forbigående motstand.

Transient motstand — en av hovedparametrene for kvaliteten på elektriske kontakter, da den karakteriserer mengden energi som absorberes i kontaktforbindelsen, som blir til varme og varmer kontakten. Kontaktmotstanden kan være sterkt påvirket av måten kontaktflatene behandles på og deres tilstand. For eksempel kan en raskt dannet oksidfilm på aluminiumskontakter øke kontaktmotstanden betydelig.

Når strømmen går gjennom kontaktene, varmes de opp og den høyeste temperaturen observeres på kontaktflaten på grunn av tilstedeværelsen av overgangsmotstand. Som et resultat av kontaktoppvarming, motstanden til kontaktmaterialet og følgelig motstanden til overgangen.

I tillegg fremmer en økning i kontakttemperaturen dannelsen av oksider på overflaten, noe som øker den forbigående motstanden enda mer betydelig. Og selv om kontaktmaterialet med en økning i temperatur kan myke noe, noe som er forbundet med en økning i kontaktflaten, generelt kan denne prosessen føre til ødeleggelse av kontaktene eller sveising. Sistnevnte er for eksempel veldig farlig for åpne kontakter, fordi som et resultat vil enheten med disse kontaktene ikke kunne slå av kretsen. Derfor, for forskjellige typer kontakter, bestemmes en maksimal tillatt temperatur med en lang strøm som flyter gjennom dem.

For å redusere oppvarmingen er det mulig å øke metallmassen til kontaktene og deres avkjølte overflate, noe som vil forbedre varmespredningen. For å redusere kontaktmotstanden er det nødvendig å øke kontakttrykket, velge riktig materiale og type kontakter.

For eksempel anbefales åpne kontakter beregnet for ekstern bruk å være laget av materialer som er lett oksiderbare, eller å dekke overflaten med et anti-korrosjonslag. Slike materialer inkluderer spesielt sølv, som kan brukes til å belegge kontaktflater.

Kobber uknuselige kontakter kan fortinnes (tinnede overflater er vanskeligere å oksidere). For samme formål er kontaktflatene dekket med et smøremiddel, for eksempel vaselin. Oljenedsenkede kontakter er godt beskyttet mot korrosjon uten andre spesielle tiltak. Dette brukes i oljebrytere.

Driften av enhver elektrisk består av 4 trinn - åpen tilstand, kortslutning, lukket tilstand og åpning, som hver påvirker påliteligheten til kontakten.

I åpen tilstand virker det ytre miljøet på den elektriske kontakten, og som et resultat dannes filmer på overflaten.

I lukket tilstand, når kontaktene presses sammen og strøm passerer gjennom dem, varmes de opp og deformeres; under noen forhold, hvis kontaktene overopphetes, kan sveising forekomme.

Når kontaktene lukkes og åpnes, oppstår bro- eller utladningsfenomener, ledsaget av fordampning og overføring av metallkontakt, som endrer overflaten. I tillegg er mekanisk slitasje mulig. kontakter som skyldes at de støter og glir mot hverandre.

Når kontaktene nærmer seg hverandre på svært små avstander, selv ved små strømkildespenninger, blir feltgradienten så stor at den dielektriske styrken til gapet brytes ned og sammenbrudd oppstår. Hvis det er fremmede partikler på overflaten, spesielt de som inneholder karbon, så oppstår det fordampning når de kommer i kontakt og betingelser for avhending skapes.

Åpning er vanligvis den vanskeligste delen av jobben. elektrisk kontakt Avhengig av parameterne til kretsen (R, L og C) og størrelsen på den påførte spenningen ved åpning, oppstår det fenomener som forårsaker slitasje Kontakter. Hvis kretsspenningen er større enn spenningen Upl, der metallet i kontaktene smelter, etter at de er separert, avtar kontaktkraften og derfor vil kontaktarealet, motstanden og temperaturen øke.

Når temperaturen overstiger metallets smeltepunkt, vil det dannes en bro av smeltet metall mellom kontaktflatene, som gradvis strekker seg og deretter brytes på det varmeste punktet. Den høye temperaturen ved bruddet av broen letter initieringen av utstøting.

Selve broen eksisterer kun i ohmske kretser ved forsyningsspenninger under lysbuespenningen. Hvis det er en induktans i kretsen, bidrar overspenningene forårsaket av den i øyeblikket av avbrudd av strømmen til utseendet til en gnist ved strømmer under lysbuestrømmene, og ved strømmer over lysbuestrømmene - buer. Siden det nesten alltid er induktans i kretsen, er broer i de fleste tilfeller ledsaget av en utladning. Minimum gnistspenning ved stikkontakten - 270-300 V.

Kontakter av enhver type må gi ikke bare kontinuerlig drift uten uakseptabel overoppheting under normale forhold, men også den nødvendige termiske og elektrodynamiske motstanden i kortslutningsmodus. Bevegelige brytende kontakter skal heller ikke ødelegges av den høye temperaturen på lysbuen som dannes når de åpnes, og lukkes pålitelig uten sveising og smelting når de er slått på for kortslutning. Tiltakene omtalt ovenfor bidrar også til oppfyllelsen av disse kravene.

Metallkeramiske kontakter, som er en blanding av knust kobberpulver med wolfram eller molybden og sølv med wolfram.

En slik forbindelse besitter samtidig god elektrisk ledningsevne på grunn av bruk av kobber eller sølv og det høye smeltepunktet på grunn av bruk av wolfram eller molybden.

Det er en annen måte å eliminere den eksisterende motsetningen på, som består i det faktum at materialer med god elektrisk ledningsevne (sølv, kobber, etc.), som regel har et relativt lavt smeltepunkt, og ildfaste materialer (wolfram, molybden) har lav elektrisk ledningsevne. Dette er bruken av et dobbeltkontaktsystem som består av drifts- og lysbuekontakter koblet parallelt.

Arbeidskontakter er laget av materiale med høy elektrisk ledningsevne og lysbuekontakter - laget av brannbestandig materiale. I normal modus, når kontaktene er lukket, flyter det meste av strømmen gjennom arbeidskontaktene.

Når kretsen er spenningsløs, åpnes driftskontaktene først, etterfulgt av lysbuekontaktene.Derfor blir kretsen faktisk avbrutt av lysbuekontakter, for hvilke selv kortslutningsstrømmen ikke utgjør en stor fare (for betydelige kortslutningsstrømmer brukes i tillegg spesielle lysbueenheter).

Når kretsen er slått på, lukkes lysbuekontaktene først, etterfulgt av driftskontaktene. Dermed bryter eller lukker ikke driftskontaktene kretsen helt. Dette eliminerer faren for smelting og sveising.

For å eliminere muligheten for spontan åpning av kontakter fra elektrodynamisk innsats når kortslutningsstrømmer flyter, er kontaktsystemene utformet slik at de elektrodynamiske kreftene under disse forholdene gir ytterligere kontakttrykk og forhindrer mulig smelting og sveising av kontaktene i øyeblikket for innkobling av kortslutningskretsen, akselerert kobling.

For å eliminere faren for en betydelig elastisk støt på kontaktflatene, bruk forpressing av kontakter med spesielle fjærer... I dette tilfellet sikres både høy koblingshastighet og eliminering av mulige vibrasjoner, siden fjæren er pre- komprimert og etter berøring av kontakter, begynner skyvekraften å vokse ikke fra null, men fra en viss spesifisert verdi. modus, men også den nødvendige termiske og elektrodynamiske motstanden i kortslutningsmodus.

Bevegelige brytende kontakter skal heller ikke ødelegges av den høye temperaturen på lysbuen som dannes når de åpnes, og lukkes pålitelig uten sveising og smelting når de er slått på for kortslutning.Tiltakene omtalt ovenfor bidrar også til oppfyllelsen av disse kravene.

Kontakter laget av metallkeramikk, som er en blanding av knust kobberpulver med wolfram eller med molybden og sølv med wolfram, er spesielt motstandsdyktige mot den destruktive virkningen av en elektrisk lysbue.

En slik forbindelse har både god elektrisk ledningsevne på grunn av bruk av kobber eller sølv og et høyt smeltepunkt på grunn av bruk av wolfram eller molybden.

Grunnleggende design av kontakter i elektriske installasjoner og elektriske enheter

Konstruksjonen av faste (stive) uknuselige kontaktskjøter skal sikre pålitelig innspenning av kontaktflatene og minimal kontaktmotstand. Det er bedre å koble dekkene med flere mindre bolter enn med en stor, da dette gir flere berøringspunkter. Ved tilkobling av dekkene er kontaktmotstanden lavere enn ved bruk av bolter, når det er nødvendig å bore hull i dekkene. Den høye kvaliteten på kontaktforbindelsen sikres ved sveising av samleskinnene.

Bevegelige brytende kontakter — et grunnleggende element i koblingsenheter... I tillegg til de generelle kravene til alle kontakter, må de ha lysbuemotstand, evne til pålitelig å slå av og på kretsen ved kortslutning, samt tåle et visst antall koblingsoperasjoner og avstengning uten mekanisk skade.

Den enkleste kontakten av denne typen er en flat skjærekontakt. Når det er koblet inn, går det bevegelige bladet inn mellom de faste fjærbelastede kjevene. Ulempen med en slik flat kontakt er at kontakten av kontaktflatene skjer på flere punkter på grunn av uregelmessighetene til disse flatene.

For å få en lineær kontakt stemples halvsylindriske fremspring på knivlistene, og for å øke trykket presses listene sammen med en stålklemme med fjær Brytekontakter brukes oftest i effektbrytere og skillebrytere.

Kontaktdelen av den selvjusterende fingerkontakten er laget i form av fingre, i platen - i form av plater, til slutt - i form av en flat topp, i sokkelen - i form av lameller ( segmenter), i børsten - i form av børster av elastiske, tynne kobber- eller bronseplater.

De spesifiserte kontaktdelene (delene) i en rekke utførelser kan, innenfor begrensede grenser, endre sin posisjon i forhold til de faste kontaktene. Fleksible strømførende tilkoblinger er gitt for deres pålitelige elektriske tilkobling.

Stabiliteten til bruddkontaktene og den nødvendige trykkkraften oppnås vanligvis ved hjelp av blad- eller spiralfjærer.

Fingerkontakter og kontakter brukes i enheter med spenninger over 1000 V for ulike strømmer som drifts- og lysbuekontakter, og flate kontakter brukes som driftskontakter. Endekontakter brukes for spenninger 110 kV og høyere, for strømmer som ikke overstiger 1 - 1,5 kA som drifts- og lysbuekontakter. Børstekontakter brukes i enheter for ulike spenninger og betydelige strømmer, men bare som arbeidskontakter, siden en elektrisk lysbue kan skade relativt tynne børster.