Kontakter i elektriske installationer og elektriske apparater

Forbindelsespunkterne for de enkelte elementer, der udgør ethvert elektrisk kredsløb, kaldes elektriske kontakter.

Elektrisk kontakt — tilslutning af ledninger, der gør det muligt at føre en elektrisk strøm. Dannelse af strømlederkontakt kaldes kontaktlegemer eller positive og negative kontakter, afhængigt af hvilken pol på strømkilden de er forbundet til.

Ordet "kontakt" betyder "berøring", "berøring". I et elektrisk system, der kombinerer forskellige enheder, maskiner, ledninger osv., bruges et stort antal kontakter til at forbinde dem. Udstyrets pålidelighed og driften af ​​systemet afhænger i høj grad af kvaliteten af ​​kontaktforbindelserne.

Klassificering af elektriske kontakter

Elektriske kontakter er faste og bevægelige. Faste kontakter - alle typer aftagelige og integrerede, designet til langtidsforbindelse af ledninger. Aftagelige kontakter er lavet af klemmer, bolte, skruer osv., integreret - ved lodning, svejsning eller nitning.Bevægelige kontakter er opdelt i afbrudte (kontakter på relæer, knapper, kontakter, kontaktorer osv.) og glidende (kontakter mellem opsamleren og børsterne, kontakter på kontakter, potentiometre osv.).

Den enkleste type elektrisk kontakt er et kontaktpar. En vanskelig type kontakt er for eksempel en kontakt, der danner en dobbelt parallel kredsløbslukning eller en dobbelt serielukning (sidstnævnte kaldes kobling). Kontakten, der skifter kredsløbet, når enheden aktiveres, kaldes en omskiftning. En koblingskontakt, der bryder kredsløbet på tidspunktet for koblingen, kaldes en koblingskontakt, og ikke at bryde kredsløbet på tidspunktet for koblingen kaldes en transient kontakt.

Afhængigt af formen er elektriske kontakter opdelt i:

• punkt (top — plan, sfære — plan, sfære — sfære), som almindeligvis anvendes i følsomme enheder og relæer, der skifter mindre belastninger;

• lineær — forekommer ved kontakter i form af cylindriske legemer og ved børstekontakter;

• plan — i højstrømskoblingsudstyr.

Normalt er kontakterne fastgjort til flade fjedre, de såkaldte kontakt (lavet af nikkelsølv, fosfor- og berylliumbronzer og sjældnere stål), som er underlagt høje krav med hensyn til konstanten af ​​deres mekaniske egenskaber gennem hele enhedens levetid, ofte beregnet i tiere og mere end en million cyklusser. Et sæt fjedre, lavet i form af en separat blok, som skiftes samtidigt, danner en kontaktgruppe (eller pakke).

Ydeevnekarakteristika for elektriske kontaktforbindelser

Kontaktenes kontakt forekommer ikke over hele overfladen, men kun på individuelle punkter på grund af kontaktfladens ruhed med nogen nøjagtighed af dens behandling. Næsten uanset typen af ​​kontakter sker kontakten af ​​kontaktelementerne altid over små områder.

Dette forklares ved, at overfladen af ​​kontaktelementerne ikke kan være helt flad. Når kontaktfladerne nærmer sig hinanden, kommer de derfor i praksis først i kontakt med flere udragende spidser (punkter) og derefter, men med stigende tryk, sker der deformation af kontaktmaterialet og disse punkter bliver til små legepladser.

Linjer af elektrisk strøm, der går fra den ene kontakt til den anden, tiltrækkes af disse kontaktpunkter. Derfor introducerer kontakten en vis yderligere kontaktmodstand Rk i kredsløbet, der er forbundet med den.

Hvis kontaktfladen er dækket af en film, øges R. Meget tynde film (op til 50 A) påvirker dog ikke kontaktmodstanden på grund af tunneleffekten. Tykkere film kan knække under kontaktkraft eller påført belastning.

Elektrisk svigt af kontaktfilm kaldes fritting. Hvis filmene ikke ødelægges, så er Rk hovedsageligt bestemt af filmens modstand. Umiddelbart efter stripning af en kontakt, såvel som med tilstrækkelig kontaktkraft og spænding i kontaktkredsløbet, bestemmes dens modstand hovedsageligt af modstanden af ​​kontraktionszonerne.

Jo større kraft, der påføres kontakterne og jo blødere deres materiale, jo større er kontaktfladernes samlede kontaktareal og følgelig mindre aktive elektrisk modstand ved krydset (i overgangslagets zone mellem kontaktfladerne). Denne aktive modstand kaldes transient modstand.

Transient modstand — en af ​​hovedparametrene for kvaliteten af ​​elektriske kontakter, da den karakteriserer mængden af ​​energi, der absorberes i kontaktforbindelsen, som bliver til varme og opvarmer kontakten. Kontaktmodstanden kan være stærkt påvirket af den måde, kontaktfladerne behandles på og deres tilstand. For eksempel kan en hurtigt dannende oxidfilm på aluminiumskontakter øge kontaktmodstanden betydeligt.

Når strømmen passerer gennem kontakterne, opvarmes de, og den højeste temperatur observeres på kontaktfladen på grund af tilstedeværelsen af ​​overgangsmodstand. Som et resultat af kontaktopvarmning, modstand af kontaktmaterialet og følgelig modstanden af ​​overgangen.

Derudover fremmer en stigning i kontakttemperaturen dannelsen af ​​oxider på dens overflade, hvilket øger den transiente modstand endnu mere signifikant. Og selvom med en stigning i temperaturen kan kontaktmaterialet blødgøres noget, hvilket er forbundet med en stigning i kontaktfladen, generelt kan denne proces føre til ødelæggelse af kontakterne eller deres svejsning. Sidstnævnte er for eksempel meget farligt for åbne kontakter, fordi enheden med disse kontakter ikke vil være i stand til at slukke for kredsløbet. Derfor bestemmes for forskellige typer kontakter en maksimal tilladt temperatur med en lang strøm, der løber gennem dem.

For at reducere opvarmning er det muligt at øge massen af ​​metallet i kontakterne og deres afkølede overflade, hvilket vil forbedre varmeafledningen. For at reducere kontaktmodstanden er det nødvendigt at øge kontakttrykket, vælge det passende materiale og type kontakter.

For eksempel anbefales åbne kontakter beregnet til ekstern brug at være lavet af materialer, der er let oxiderbare, eller at dække deres overflade med et anti-korrosionslag. Sådanne materialer omfatter især sølv, som kan anvendes til at belægge kontaktflader.

Kobber ubrydelige kontakter kan fortinnes (fortinnede overflader er sværere at oxidere). Til samme formål er kontaktfladerne dækket med et smøremiddel, for eksempel vaseline. Olie-nedsænkede kontakter er godt beskyttet mod korrosion uden andre særlige forholdsregler. Dette bruges i olieafbrydere.

Driften af ​​enhver elektrisk består af 4 trin - åben tilstand, kortslutning, lukket tilstand og åbning, som hver påvirker pålideligheden af ​​kontakten.

I åben tilstand virker det ydre miljø på den elektriske kontakt, og som et resultat dannes der film på deres overflade.

I lukket tilstand, når kontakterne presses sammen og strøm passerer gennem dem, opvarmes de og deformeres; under nogle forhold, hvis kontakterne overophedes, kan der forekomme svejsning.

Når kontakterne lukker og åbner, opstår der bro- eller udledningsfænomener, ledsaget af fordampning og overførsel af metalkontakt, der ændrer dens overflade. Derudover er mekanisk slitage muligt. kontakter som følge af stød og glidning mod hinanden.

Når kontakterne nærmer sig hinanden på meget små afstande, selv ved små strømkildespændinger, bliver feltgradienten så stor, at mellemrummets dielektriske styrke nedbrydes, og der opstår sammenbrud. Hvis der er fremmede partikler på overfladen, især dem, der indeholder kulstof, så sker der fordampning, når de kommer i kontakt, og der skabes betingelser for bortskaffelse.

Åbning er normalt den sværeste del af jobbet. elektrisk kontakt Afhængig af kredsløbets parametre (R, L og C) og størrelsen af ​​den påførte spænding ved åbning, opstår der fænomener, der forårsager slid Kontakter. Hvis kredsløbsspændingen er større end spændingen Upl, hvor kontakternes metal smelter, efter deres adskillelse, falder kontaktkraften, og derfor vil kontaktarealet, modstanden og temperaturen stige.

Når temperaturen overstiger metallets smeltepunkt, vil der dannes en smeltet metalbro mellem kontaktfladerne, der gradvist strækkes og derefter knækker på det varmeste punkt. Den høje temperatur ved broens brud letter initieringen af ​​ejektion.

Selve broen eksisterer kun i ohmske kredsløb ved forsyningsspændinger under lysbuespændingen. Hvis der er en induktans i kredsløbet, bidrager overspændingerne forårsaget af det i øjeblikket af afbrydelse af strømmen til udseendet af en gnist ved strømme under lysbuestrømmene og ved strømme over lysbuestrømmene - buer. Da der næsten altid er induktans i kredsløbet, er broer i de fleste tilfælde ledsaget af en udladning. Minimum gnistspænding ved stikkontakten - 270-300 V.

Kontakter af enhver type skal give ikke kun kontinuerlig drift uden uacceptabel overophedning under normale forhold, men også den nødvendige termiske og elektrodynamiske modstand i kortslutningstilstand. Bevægelige brydekontakter bør heller ikke ødelægges af den høje temperatur af den elektriske lysbue, der dannes, når de åbnes, og pålideligt lukkes uden svejsning og smeltning, når de er tændt for en kortslutning. De ovenfor omtalte foranstaltninger bidrager også til opfyldelsen af ​​disse krav.

Metal-keramiske kontakter, som er en blanding af knust kobberpulver med wolfram eller molybdæn og sølv med wolfram.

En sådan forbindelse besidder samtidig god elektrisk ledningsevne på grund af brugen af ​​kobber eller sølv og det høje smeltepunkt på grund af brugen af ​​wolfram eller molybdæn.

Der er en anden måde at eliminere den eksisterende modsætning på, som består i, at materialer med god elektrisk ledningsevne (sølv, kobber osv.) som regel har et relativt lavt smeltepunkt, og ildfaste materialer (wolfram, molybdæn) har en lav elektrisk ledningsevne. Dette er brugen af ​​et dobbeltkontaktsystem bestående af drifts- og lysbuekontakter forbundet parallelt.

Arbejdskontakter er lavet af materiale med høj elektrisk ledningsevne og lysbuekontakter - lavet af brandsikkert materiale. I normal tilstand, når kontakterne er lukkede, løber det meste af strømmen gennem arbejdskontakterne.

Når kredsløbet er afbrudt, åbner driftskontakterne først, efterfulgt af lysbuekontakterne.Derfor er kredsløbet faktisk afbrudt af lysbuekontakter, for hvilke selv kortslutningsstrømmen ikke udgør en stor fare (for betydelige kortslutningsstrømme anvendes der desuden specielle lysbueanordninger).

Når kredsløbet er tændt, lukkes lysbuekontakterne først, efterfulgt af betjeningskontakterne. Driftskontakterne bryder eller lukker således ikke kredsløbet fuldstændigt. Dette eliminerer faren for smeltning og svejsning.

For at eliminere muligheden for spontan åbning af kontakter fra elektrodynamiske indsatser når der går kortslutningsstrømme, er kontaktsystemerne konstrueret således, at de elektrodynamiske kræfter under disse forhold giver yderligere kontakttryk og forhindrer eventuel smeltning og svejsning af kontakterne i det øjeblik, kortslutningen tændes, accelereret kobling.

For at eliminere faren for en betydelig elastisk påvirkning af kontaktfladerne, brug forpresning af kontakter med specielle fjedre... I dette tilfælde sikres både en høj koblingshastighed og eliminering af mulige vibrationer, da fjederen er for- komprimeret og efter berøring af kontakter begynder skubbekraften at vokse ikke fra nul, men fra en bestemt specificeret værdi. tilstand, men også den nødvendige termiske og elektrodynamiske modstand i kortslutningstilstand.

Bevægelige brydekontakter bør heller ikke ødelægges af den høje temperatur af den elektriske lysbue, der dannes, når de åbnes, og pålideligt lukkes uden svejsning og smeltning, når de er tændt for en kortslutning.De ovenfor omtalte foranstaltninger bidrager også til opfyldelsen af ​​disse krav.

Kontakter lavet af metalkeramik, som er en blanding af knust kobberpulver med wolfram eller med molybdæn og sølv med wolfram, er særligt modstandsdygtige over for den ødelæggende virkning af en elektrisk lysbue.

En sådan forbindelse har både god elektrisk ledningsevne på grund af brugen af ​​kobber eller sølv og et højt smeltepunkt på grund af brugen af ​​wolfram eller molybdæn.

Grundlæggende design af kontakter i elektriske installationer og elektriske enheder

Konstruktionen af ​​faste (stive) ubrydelige kontaktsamlinger skal sikre pålidelig fastspænding af kontaktfladerne og minimal kontaktmodstand. Det er bedre at forbinde dækkene med flere mindre bolte end med en stor, da det giver flere berøringspunkter. Ved tilslutning af dækkene er kontaktmodstanden lavere end ved brug af bolte, når det er nødvendigt at bore huller i dækkene. Den høje kvalitet af kontaktforbindelsen sikres ved svejsning af samleskinnerne.

Bevægelige afbryderkontakter — et grundlæggende element i koblingsenheder... Ud over de generelle krav til alle kontakter skal de have lysbuemodstand, evnen til pålideligt at tænde og slukke for kredsløbet i tilfælde af kortslutning, samt modstå et vist antal koblingsoperationer og nedlukning uden mekanisk skade.

Den enkleste kontakt af denne type er en flad skærekontakt. Når den er aktiveret, går den bevægelige klinge ind mellem de faste fjederbelastede kæber. Ulempen ved en sådan flad kontakt er, at kontakten af ​​kontaktfladerne sker på flere punkter på grund af disse overfladers uregelmæssigheder.

For at opnå en lineær kontakt stemples halvcylindriske fremspring på knivlisterne, og for at øge trykket presses listerne sammen med en stålklemme med fjeder Brydekontakter anvendes oftest i afbrydere og adskillere.

Kontaktdelen af ​​den selvjusterende fingerkontakt er lavet i form af fingre, i pladen - i form af plader, til sidst - i form af en flad top, i fatningen - i form af lameller ( segmenter), i børsten - i form af børster af elastiske, tynde kobber- eller bronzeplader.

De specificerede kontaktdele (dele) i en række designs kan inden for begrænsede grænser ændre deres position i forhold til de faste kontakter. Fleksible strømførende forbindelser er tilvejebragt for deres pålidelige elektriske forbindelse.

Stabiliteten af ​​brudkontakterne og den nødvendige trykkraft opnås normalt ved hjælp af blad- eller skruefjedre.

Fingerkontakter og kontakter bruges i enheder med spændinger over 1000 V til forskellige strømme som drifts- og lysbuekontakter, og flade kontakter bruges som driftskontakter. Slutkontakter anvendes til spændinger på 110 kV og højere, for strømme, der ikke overstiger 1 - 1,5 kA som drifts- og lysbuekontakter. Børstekontakter bruges i enheder til forskellige spændinger og betydelige strømme, men kun som arbejdskontakter, da en lysbue kan beskadige relativt tynde børster.