Kontakti v električnih inštalacijah in električnih aparatih

Spojne točke posameznih elementov, ki sestavljajo katerikoli električni tokokrog, imenujemo električni kontakti.

Električni kontakt — povezava žic, ki omogočajo prenos električnega toka. Nastanek stika tokovnih vodnikov se imenujejo kontaktna telesa ali pozitivni in negativni kontakti, odvisno od tega, na kateri pol tokovnega vira so priključeni.

Beseda "kontakt" pomeni "dotik", "dotik". V električnem sistemu, ki združuje različne naprave, stroje, vode ipd., se za njihovo povezovanje uporablja ogromno število kontaktov. Od kakovosti kontaktnih povezav je v veliki meri odvisna zanesljivost opreme in delovanje sistema.

Razvrstitev električnih kontaktov

Električni kontakti so fiksni in premični. Fiksni kontakti - vse vrste snemljivih in integralnih, zasnovanih za dolgotrajno povezavo žic. Ločljivi kontakti so izdelani s sponkami, sorniki, vijaki itd., Integralni - s spajkanjem, varjenjem ali kovičenjem.Premične kontakte delimo na prekinjene (stiki relejev, gumbov, stikal, kontaktorjev itd.) in drsne (stiki med kolektorjem in ščetkami, kontakti stikal, potenciometri itd.).

Najenostavnejši tip električnega kontakta je kontaktni par. Težka vrsta kontakta je na primer kontakt, ki tvori dvojno vzporedno sklenitev vezja ali dvojno zaporedno sklenitev (slednje se imenuje sklopka). Kontakt, ki preklopi tokokrog, ko se naprava aktivira, se imenuje preklop. Preklopni kontakt, ki prekine tokokrog v času preklopa, se imenuje preklopni kontakt, ne prekine tokokroga v času preklopa pa se imenuje prehodni kontakt.

Glede na obliko delimo električne kontakte na:

• točka (top — ravnina, krogla — ravnina, krogla — krogla), ki se običajno uporabljajo v občutljivih napravah in relejih, ki preklapljajo manjša bremena;

• linearni - nastanejo na stikih v obliki cilindričnih teles in na krtačnih kontaktih;

• planarno — v visokotokovni stikalni opremi.

Običajno so kontakti pritrjeni na ravne vzmeti, tako imenovane kontaktne (iz nikljevega srebra, fosforjevih in berilijevih bronov ter redkeje iz jekla), za katere veljajo visoke zahteve glede nespremenljivosti njihovih mehanskih lastnosti skozi celotno življenjsko dobo naprave, ki se pogosto izračuna v desetinah in več kot milijonih ciklov. Niz vzmeti, izdelanih v obliki ločenega bloka, ki se preklopijo hkrati, tvorijo kontaktno skupino (ali paket).

Značilnosti delovanja električnih kontaktnih povezav

Stik kontaktov se ne pojavi po celotni površini, ampak le na posameznih točkah zaradi hrapavosti kontaktne površine s kakršno koli natančnostjo njene obdelave. Skoraj ne glede na vrsto stikov, stik kontaktnih elementov vedno poteka na majhnih površinah.

To je razloženo z dejstvom, da površina kontaktnih elementov ne more biti popolnoma ravna. Zato v praksi, ko se kontaktni površini približujeta, prideta najprej v stik z več štrlečimi konicami (točkami), nato pa z naraščajočim pritiskom pride do deformacije kontaktnega materiala in te točke se spremenijo v majhna igrišča.

Linije električnega toka, ki potekajo od enega kontakta do drugega, se privlačijo na te kontaktne točke. Zato kontakt vnese nekaj dodatnega kontaktnega upora Rk v z njim povezano vezje.

Če je kontaktna površina prekrita s filmom, se R poveča. Vendar pa zelo tanke plasti (do 50 A) ne vplivajo na kontaktni upor zaradi učinka tuneliranja. Debelejši filmi se lahko zlomijo pod kontaktno silo ali obremenitvijo.

Električna okvara kontaktnih filmov se imenuje fritting. Če filmi niso uničeni, je Rk v glavnem določen z odpornostjo filmov. Takoj po odstranitvi kontakta, pa tudi z zadostno kontaktno silo in napetostjo v kontaktnem krogu, je njegova upornost določena predvsem z uporom kontrakcijskih con.

Večja kot je sila na kontakte in mehkejši kot je njihov material, večja je skupna kontaktna površina kontaktnih površin in s tem manj aktivna električni upor na stičišču (v območju prehodne plasti med kontaktnimi površinami). Ta aktivni upor se imenuje prehodni upor.

Prehodni upor je eden glavnih parametrov kakovosti električnih kontaktov, saj označuje količino energije, absorbirane v kontaktni spojini, ki se spremeni v toploto in segreje kontakt. Na kontaktno odpornost lahko močno vpliva način obdelave kontaktnih površin in njihovo stanje. Na primer, hitro nastajajoči oksidni film na aluminijastih kontaktih lahko znatno poveča kontaktni upor.

Ko tok prehaja skozi kontakte, se le-ti segrejejo in najvišjo temperaturo opazimo na kontaktni površini zaradi prisotnosti prehodnega upora. Kot posledica kontaktnega segrevanja, odpornost kontaktnega materiala in s tem odpornost na prehod.

Poleg tega povečanje kontaktne temperature spodbuja nastanek oksidov na njegovi površini, kar še bolj poveča prehodni upor. In čeprav se lahko s povišanjem temperature kontaktni material nekoliko zmehča, kar je povezano s povečanjem kontaktne površine, na splošno lahko ta proces povzroči uničenje kontaktov ali njihovo varjenje. Slednje je na primer zelo nevarno za odprte kontakte, saj posledično naprava s temi kontakti ne bo mogla izklopiti vezja. Zato je za različne vrste kontaktov določena najvišja dovoljena temperatura z dolgim ​​tokom, ki teče skozi njih.

Za zmanjšanje segrevanja je mogoče povečati maso kovine kontaktov in njihovo ohlajeno površino, kar bo povečalo odvajanje toplote. Za zmanjšanje kontaktnega upora je potrebno povečati kontaktni tlak, izbrati ustrezen material in vrsto kontaktov.

Na primer, odprte kontakte, namenjene zunanji uporabi, je priporočljivo izdelati iz materialov, ki so rahlo oksidativni, ali prekriti njihovo površino s plastjo proti koroziji. Med take materiale spada zlasti srebro, s katerim lahko premazujemo kontaktne površine.

Bakrene nezlomljive kontakte lahko pokositramo (pokositrene površine težje oksidirajo). Za iste namene so kontaktne površine prekrite z mazivom, na primer z vazelinom. V olju potopljeni kontakti so dobro zaščiteni pred korozijo brez drugih posebnih ukrepov. To se uporablja v oljnih odklopnikih.

Delovanje katere koli električne napeljave je sestavljeno iz 4 stopenj - odprtega stanja, kratkega stika, zaprtega stanja in odpiranja, od katerih vsaka vpliva na zanesljivost kontakta.

V odprtem stanju zunanje okolje deluje na električni kontakt in posledično na njihovi površini nastanejo filmi.

V zaprtem stanju, ko so kontakti stisnjeni skupaj in skozi njih teče tok, se segrejejo in deformirajo; pod nekaterimi pogoji, če se kontakti pregrejejo, lahko pride do varjenja.

Ko se kontakti zaprejo in odprejo, pride do pojava mostu ali praznjenja, ki ga spremlja izhlapevanje in prenos kovinskega kontakta, ki spremeni njegovo površino. Poleg tega je možna mehanska obraba. stiki, ki so posledica udarcev in drsenja drug ob drugega.

Ko se kontakta približujeta drug drugemu na zelo majhne razdalje, celo pri majhnih napetostih vira energije, postane gradient polja tako velik, da se dielektrična trdnost reže poruši in pride do okvare. Če so na površini tuji delci, zlasti tisti, ki vsebujejo ogljik, potem, ko pridejo v stik, pride do izhlapevanja in ustvarijo se pogoji za odstranitev.

Odpiranje je običajno najtežji del dela. električni kontakt Odvisno od parametrov vezja (R, L in C) in velikosti uporabljene napetosti pri odpiranju se pojavijo pojavi, ki povzročijo obrabo Kontakti. Če je napetost tokokroga večja od napetosti Upl, pri kateri se kovina kontaktov tali, se po njihovi ločitvi kontaktna sila zmanjša in s tem se poveča kontaktna površina, upor in temperatura.

Ko temperatura preseže tališče kovine, se med kontaktnimi površinami oblikuje staljeni kovinski most, ki se postopoma razteza in nato zlomi na najbolj vročem mestu. Visoka temperatura ob pretrganju mostu olajša začetek izmeta.

Sam most obstaja samo v ohmskih tokokrogih pri napajalnih napetostih pod napetostjo obloka. Če je v tokokrogu induktivnost, potem prenapetosti, ki jih povzroči v trenutku prekinitve toka, prispevajo k pojavu iskre pri tokovih pod obločnimi tokovi in ​​pri tokovih nad obločnimi tokovi - loki. Ker je v vezju skoraj vedno induktivnost, mostove v večini primerov spremlja razelektritev. Najmanjša napetost iskre na električni vtičnici je 270-300 V.

Kontakti katere koli vrste morajo zagotavljati ne le neprekinjeno delovanje brez nesprejemljivega pregrevanja v normalnih pogojih, temveč tudi potrebno toplotno in elektrodinamično odpornost v načinu kratkega stika. Premični prekinitveni kontakti tudi ne smejo biti uničeni zaradi visoke temperature električnega obloka, ki nastane, ko se odprejo, in zanesljivo zaprti brez varjenja in taljenja, ko so vklopljeni za kratek stik. K izpolnjevanju teh zahtev prispevajo tudi zgoraj obravnavani ukrepi.

Kovinsko-keramični kontakti, ki so mešanica zdrobljenega bakrenega prahu z volframom ali molibdenom in srebra z volframom.

Takšna spojina hkrati poseduje dobra električna prevodnost zaradi uporabe bakra ali srebra in visoko tališče zaradi uporabe volframa ali molibdena.

Obstaja še en način za odpravo obstoječega protislovja, ki je sestavljen iz dejstva, da imajo materiali z dobro električno prevodnostjo (srebro, baker itd.) praviloma relativno nizko tališče, ognjevzdržni materiali (volfram, molibden) pa imajo nizka električna prevodnost. To je uporaba dvojnega kontaktnega sistema, sestavljenega iz delovnih in obločnih kontaktov, povezanih vzporedno.

Delovni kontakti so izdelani iz materiala z visoko električno prevodnostjo, obločni kontakti pa iz ognjevarnega materiala. V normalnem načinu, ko so kontakti zaprti, večina toka teče skozi delovne kontakte.

Ko je tokokrog brez napetosti, se najprej odprejo delovni kontakti, nato pa obločni kontakti.Zato je dejansko vezje prekinjeno z obločnimi kontakti, za katere tudi tok kratkega stika ne predstavlja velike nevarnosti (za znatne tokove kratkega stika se dodatno uporabljajo posebne naprave za obločenje).

Ko je tokokrog vklopljen, se najprej zaprejo obločni kontakti, nato pa delovni kontakti. Tako delovni kontakti dejansko ne prekinejo ali popolnoma zaprejo vezja. S tem je odpravljena nevarnost taljenja in varjenja.

Da bi odpravili možnost spontanega odpiranja kontaktov iz elektrodinamični napori pri teku kratkostičnih tokov so kontaktni sistemi zasnovani tako, da elektrodinamične sile pri teh pogojih zagotavljajo dodatni kontaktni pritisk in preprečujejo morebitno taljenje in zvarjanje kontaktov v trenutku vklopa kratkostičnega tokokroga, pospešeno preklapljanje.

Da bi odpravili nevarnost znatnega elastičnega udarca na kontaktnih površinah, uporabite predstiskanje kontaktov s posebnimi vzmetmi... V tem primeru sta zagotovljena tako visoka preklopna hitrost kot tudi odprava morebitnih tresljajev, saj je vzmet prednastavljena. stisnjen in po dotiku kontaktov začne potisna sila rasti ne od nič, ampak od določene določene vrednosti. načinu, ampak tudi zahtevani toplotni in elektrodinamični upor v načinu kratkega stika.

Premični prekinitveni kontakti tudi ne smejo biti uničeni zaradi visoke temperature električnega obloka, ki nastane, ko se odprejo, in zanesljivo zaprti brez varjenja in taljenja, ko so vklopljeni za kratek stik.K izpolnjevanju teh zahtev prispevajo tudi zgoraj obravnavani ukrepi.

Posebej odporni na rušilno delovanje električnega obloka so kontakti iz kovinske keramike, ki je mešanica zdrobljenega bakrovega prahu z volframom ali z molibdenom in srebra z volframom.

Takšna spojina ima tako dobro električno prevodnost zaradi uporabe bakra ali srebra kot tudi visoko tališče zaradi uporabe volframa ali molibdena.

Osnove izvedbe kontaktov v električnih inštalacijah in električnih napravah

Konstrukcija fiksnih (togih) nezlomljivih kontaktnih spojev mora zagotavljati zanesljivo vpenjanje kontaktnih površin in minimalen kontaktni upor. Gume je bolje povezati z več manjšimi vijaki kot z enim velikim, saj tako pridobimo več stičnih točk. Pri spajanju pnevmatik je kontaktni upor manjši kot pri uporabi sornikov, ko je potrebno vrtati luknje v pnevmatikah. Visoka kakovost kontaktne povezave je zagotovljena z varjenjem vodil.

Premični prekinitveni kontakti — osnovni element stikalnih naprav ... Poleg splošnih zahtev za vse kontakte morajo imeti obločno odpornost, sposobnost zanesljivega vklopa in izklopa tokokroga v primeru kratkega stika, kot tudi prenesejo določeno število preklopov in izklopov brez mehanskih poškodb.

Najenostavnejši kontakt te vrste je ravno rezalni kontakt. Ko je zaskočeno, premično rezilo vstopi med fiksne čeljusti z vzmetjo. Slabost takšnega ploskega stika je, da do stika kontaktnih površin pride na več mestih zaradi nepravilnosti teh površin.

Za pridobitev linearnega kontakta so na nožnih trakovih vtisnjeni polcilindrični izrastki, za povečanje pritiska pa so trakovi stisnjeni z jekleno objemko z vzmetjo.Odklopni kontakti se najpogosteje uporabljajo v odklopnikih in odklopnikih.

Kontaktni del samonastavljivega prstnega kontakta je izdelan v obliki prstov, v plošči - v obliki plošč, na koncu - v obliki ravnega vrha, v vtičnici - v obliki lamel ( segmenti), v čopiču - v obliki ščetk iz elastičnih, tankih bakrenih ali bronastih plošč.

Določeni kontaktni deli (deli) v številnih izvedbah lahko v omejenih mejah spremenijo svoj položaj glede na fiksne kontakte. Za njihovo zanesljivo električno povezavo so predvidene fleksibilne tokovne povezave.

Stabilnost prekinitvenih kontaktov in potrebna tlačna sila se običajno dosežeta z listnatimi ali vijačnimi vzmetmi.

Prstni kontakti in kontakti se uporabljajo v napravah z napetostmi nad 1000 V za različne tokove kot delovni in obločni kontakti, ploščati kontakti pa se uporabljajo kot delovni kontakti. Končni kontakti se uporabljajo za napetosti 110 kV in več, za tokove, ki ne presegajo 1 - 1,5 kA kot delovni in obločni kontakti. Krtačni kontakti se uporabljajo v napravah za različne napetosti in pomembne tokove, vendar le kot delovni kontakti, saj lahko električni oblok poškoduje relativno tanke ščetke.