Slitasje på elektriske kontakter

Under drift slås koblingskontaktene ofte på og av. Dette fører til slitasje. Slitasje av kontaktene er tillatt slik at det ikke fører til funksjonsfeil på enheten før slutten av levetiden.

Kontaktslitasje er ødeleggelsen av arbeidsflaten til kontaktene med en endring i form, størrelse, vekt og reduksjon i nedsenking.

Slitasje av elektriske kontakter, som oppstår under påvirkning av mekaniske faktorer, kalles mekanisk slitasje... Kontaktene til frakoblere er utsatt for mekanisk slitasje — enheter som åpner den elektriske kretsen uten belastning. Slitasje manifesteres i form av knusing og utflating av endekontaktene og slitasje på de kuttede kontaktflatene.

For å redusere mekanisk slitasje er bevegelige eller faste kontakter utstyrt med en fjær som presser kontakten til stopp i av-posisjonen til enheten, og eliminerer muligheten for kontaktvibrasjoner.I på-stilling beveger kontakten, som har en fjær, seg bort fra stopperen, og fjæren presser kontaktene mot hverandre, og gir kontakttrykk.

Den mest intensive slitasjen skjer under påvirkning av elektriske faktorer, i nærvær av en strømbelastning. Denne slitasjen kalles elektrisk slitasje eller elektrisk erosjon.

Det vanligste målet på elektrisk kontaktslitasje er volumetrisk eller vekttap av kontaktmaterialet.

Kontakter designet for å bytte elektriske kretser under belastning er utsatt for mekanisk og elektrisk slitasje. I tillegg slites kontaktene på grunn av dannelsen av filmer på overflaten av forskjellige kjemiske forbindelser fra materialet i kontaktene med miljøet, som kalles kjemisk slitasje eller korrosjon.

Når en elektrisk krets kommuteres med en elektrisk belastning, oppstår en elektrisk utladning på kontaktene, som kan bli til en kraftig en elektrisk lysbue.

Lukke slitasjeprosessen

Når kontaktene berører i prosessen med å lukke dem, kastes fjærkontakten tilbake under påvirkning av elastiske krefter. Det kan være flere kontaktavvisninger, dvs. kontaktvibrasjoner med dempet amplitude observeres. Amplituden til vibrasjonene avtar for hver påfølgende støt. Avvisningstiden reduseres også.

Vibrasjon av kontaktene når enheten er slått på: x1, x2 — amplitude av avvisninger; t1, T2, T3 - bortkastet tid

Når kontaktene kastes ut, dannes en kort bue som smelter kontaktpunktene og fordamper metallet. I dette tilfellet skapes et økt trykk av metalldamper i kontaktsonen og kontakten "henger" i strømmen av disse dampene.Tiden for å lukke kontakten økes.

Slitasjen på de elektriske kontaktene når de er slått på avhenger av den innledende depresjonen i kontaktøyeblikket, stivheten til fjæren som skaper kontakttrykket, og de fysiske egenskapene til kontaktmaterialene.

Innledende trykk på kontaktene på tidspunktet for kontakt - dette er kraften som motvirker avvisning av kontakter når de kolliderer. Jo større denne kraften er, jo mindre vil amplituden og tiden for avvisningen være, jo mindre vil vibrasjonen av kontaktene og deres slitasje være. Når fjærstivheten øker, reduseres kontaktavvisningen og kontaktslitasjen avtar.

Jo høyere smeltepunktet til kontaktmaterialet er, jo lavere er kontaktslitasjen. Jo høyere strømmen er i den svitsjede kretsen, desto større slitasje på kontaktene.

Åpen slitasjeprosess

Ved åpning av kontaktene reduseres kontakttrykket til null. I dette tilfellet øker kontaktmotstanden og strømtettheten ved det siste kontaktpunktet øker. Kontaktpunktet smelter og det dannes en isthmus (bro) av smeltet metall mellom de divergerende kontaktene, som deretter brytes. En gnist eller lysbue kan oppstå mellom kontaktene.

Under påvirkning av høy temperatur under utstøting fordampes en del av metallet i kontaktisthmus, en del kastes ut fra kontaktgapet i form av sprut, og en del overføres fra en kontakt til en annen. Erosjonsfenomener er observert på kontaktene - utseendet av kratere på dem eller stikking av metall.Slitasjen på kontaktene avhenger av typen og størrelsen på strømmen, varigheten av lysbuen og materialet til kontaktene.

Med likestrøm skjer overføringen av materiale fra en kontakt til en annen mer intensivt enn med vekselstrøm, siden strømmens retning i kretsen ikke endres.

Ved lave strømmer er erosjon av kontaktene forårsaket av ødeleggelse av kontakten ikke i midten, men nærmere en av elektrodene. Oftere observeres avbruddet av kontaktisthmus ved anoden - den positive elektroden.

En overføring av metall til elektroden lenger unna smeltepunktet, vanligvis katoden, observeres. Det overførte metallet størkner på katoden i form av skarpe fremspring som forverrer kontaktforholdene og reduserer gapet mellom kontaktene i åpen tilstand. Mengden av erosjon er proporsjonal med mengden elektrisitet som passerer gjennom kontaktene under gnistutladningen. Jo større strøm og brenntid lysbuen har, jo større erosjon av kontaktene.

Ved høye strømmer i industrielle elektriske nettverk oppstår ofte lysbue mellom åpne kontakter. Lysbuekontaktslitasje avhenger av mange faktorer. Blant dem kan følgende faktorer hevnes: nettspenning, type og størrelse på strøm, magnetisk feltstyrke, kretsinduktans, fysiske egenskaper til kontaktmaterialer, syklusbyttefrekvens, kontaktkontaktens natur, kontaktåpningshastighet.

Den elektriske lysbuen mellom kontaktene tenner ved en viss spenningsverdi.I nærvær av lysbueslukkeanordninger som forårsaker bevegelsen av lysbuen, vil lysbuen blandes fra kontaktene når det oppstår et mellomkontaktgap på 1 - 2 mm, som ikke er relatert til spenningens størrelse. Derfor er kontaktslitasje praktisk talt uavhengig av spenning. Minimumsverdiene for spenningen der en elektrisk lysbue oppstår for en rekke metaller som brukes som kontakter, er gitt i en tabell. 1.

Tabell 1. Minimum lysbuespenning og strøm for utvalgte metaller

Kretsparametere Kontaktmateriale Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimum strøm, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimum spenning, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Kontaktslitasje øker ettersom brytestrømmen øker. Denne avhengigheten er nær lineær. Samtidig fører endringen i strøm til en endring i det ytre magnetfeltet, noe som påvirker arten av kontaktslitasje. Kontaktslitasje er mer intens ved likestrøm, noe som er relatert til forsinkelsen i slukking av lysbuen. Ved likestrøm slites kontaktene ujevnt.

Bevegelsen av lysbuen i lysbueslukkingsanordninger skjer i et magnetisk felt skapt av en strømførende ledning. Når styrken til magnetfeltet øker, øker bevegelseshastigheten til referansepunktene til buen. Samtidig varmes kontaktene mindre opp og smelter, og slitasjen reduseres. Men når en isthmus av smeltet metall oppstår mellom de åpne kontaktene, øker økningen i magnetisk feltstyrke de elektrodynamiske kreftene som har en tendens til å skyte ut det smeltede metallet fra kontaktgapet.Dette fører til økt slitasje på kontaktene.

Kontaktslitasje påvirkes av induktansen til kretsen da den er relatert til kretsens tidskonstant og strømmens endringshastighet. I en konstantstrømkrets kan økende induktans redusere slitasje når kontaktene er lukket fordi strømmen stiger saktere og ikke når sin maksimale verdi når kontaktene faller.

I en AC-krets kan økende induktans øke og redusere kortslutningsslitasje. Det avhenger av når kontaktene er forkastet. Når kontaktene åpner, påvirker induktansen til kretsen slitasjen hvis den påvirker strømmen og tiden for å slukke lysbuen.

Mer intensiv slitasje observeres i kontakter laget av rene kontaktmaterialer (kobber, sølv) og reduseres betydelig i kontakter laget av legeringer med ildfaste komponenter (kobber - wolfram, sølv - wolfram).

Sølv har relativt høy slitestyrke ved strømmer opp til 63 A, ved strømmer på 100 A og høyere synker slitestyrken, og ved strømmer på 10 kA blir det et av de minst slitesterke materialene.

Kontaktslitasje øker med økende koblingsfrekvens. Jo oftere enheten slås på, jo mer varmes kontaktene opp og motstanden mot erosjon reduseres. Økning av kontaktåpningshastigheten vil forkorte lysbuetiden og redusere lysbueslitasje på kontaktene.

Parametrene til de elektriske kontaktene (feil, løsning, trykk) og kontaktens natur (punkt- eller plankontakt, forvrengt kontakt) påvirker både mekanisk slitasje og elektrisk slitasje.For eksempel, når kontaktløsningen øker, øker slitasjen deres, ettersom frigjøringen av termisk energi i lysbuesylinderen øker.

Slitte elektriske kontakter kan føre til dårlig kontakt og tap av kontaktforbindelser. Dette kan forårsake for tidlig svikt i bryterenheten. Kontaktslitasje påvirkes av deres avvisning under påvirkning av elektrodynamiske krefter.

Shterbakov E.F.