Obraba električnih kontaktov

Med delovanjem se preklopni kontakti pogosto vklapljajo in izklapljajo. To vodi do obrabe. Obraba kontaktov je dovoljena, da ne povzroči okvare naprave do konca življenjske dobe.

Obraba kontaktov je uničenje delovne površine kontaktov s spremembo njihove oblike, velikosti, teže in zmanjšanjem potopitve.

Obrabo električnih kontaktov, ki nastane pod vplivom mehanskih dejavnikov, imenujemo mehanska obraba... Mehanski obrabi so izpostavljeni kontakti ločilnikov — naprav, ki odpirajo električni tokokrog brez obremenitve. Obraba se kaže v obliki zmečkanja in sploščenja končnih kontaktov ter obrabe odrezanih kontaktnih površin.

Za zmanjšanje mehanske obrabe so premični ali fiksni kontakti opremljeni z vzmetjo, ki pritisne kontakt do konca v izklopljenem položaju naprave, kar odpravlja možnost vibracij kontakta.V vklopljenem položaju se kontakt, ki ima vzmet, premakne stran od omejevalnika, vzmet pa stisne kontakte drug proti drugemu, kar zagotavlja kontaktni pritisk.

Najintenzivnejša obraba se pojavi pod vplivom električnih dejavnikov, ob prisotnosti tokovne obremenitve. To obrabo imenujemo električna obraba ali električna erozija.

Najpogostejše merilo obrabe električnega kontakta je volumetrična izguba ali izguba teže kontaktnega materiala.

Kontakti, namenjeni preklapljanju električnih tokokrogov pod obremenitvijo, so podvrženi mehanski in električni obrabi. Poleg tega pride do obrabe kontaktov zaradi nastajanja na njihovi površini filmov različnih kemičnih spojin iz materiala stikov z okoljem, kar imenujemo kemična obraba ali korozija.

Pri komutaciji električnega tokokroga z električnim bremenom se na kontaktih pojavi električna razelektritev, ki se lahko spremeni v močno električni lok.

Zapiranje procesa obrabe

Ko se kontakta med zapiranjem dotakneta, se vzmetni kontakt vrne nazaj pod vplivom elastičnih sil. Lahko pride do več zavrnitev kontakta, kar pomeni, da opazimo kontaktne vibracije z dušeno amplitudo. Amplituda tresljajev se z vsakim naslednjim udarcem zmanjša. Skrajša se tudi čas zavrnitve.

Vibriranje kontaktov, ko je naprava vklopljena: x1, x2 — amplituda zavrnitev; t1, T2, T3 — izguba časa

Ko se kontakti izvržejo, nastane kratek oblok, ki stopi kontaktne točke in upari kovino. V tem primeru se v kontaktni coni ustvari povečan tlak kovinskih hlapov in kontakt "obvisi" v toku teh hlapov.Čas za zaprtje stika se poveča.

Obraba električnih kontaktov pri vklopu je odvisna od začetne podtlačitve v trenutku stika kontaktov, togosti vzmeti, ki ustvarja kontaktni pritisk, in od fizikalnih lastnosti kontaktnih materialov.

Začetni pritisk kontaktov v času njihovega stika — to je sila, ki preprečuje zavrnitev kontaktov, ko trčijo. Večja kot je ta sila, manjša bosta amplituda in čas zavrnitve, manjše bo tresenje kontaktov in njihova obraba. Ko se togost vzmeti poveča, se zavrnitev kontakta zmanjša in obraba kontakta se zmanjša.

Višje kot je tališče kontaktnega materiala, manjša je obraba kontakta. Večji kot je tok v stikalnem tokokrogu, večja je obraba kontaktov.

Odprt proces obrabe

V trenutku odpiranja kontaktov se kontaktni tlak zmanjša na nič. V tem primeru se poveča kontaktni upor in poveča se gostota toka na zadnji točki stika. Stična točka se stopi in med razhajajočimi se stiki se oblikuje ožina (most) staljene kovine, ki se nato zlomi. Med kontakti lahko nastane iskra ali oblok.

Pod vplivom visoke temperature med izmetom se del kovine kontaktne ožine upari, del se izloči iz kontaktne reže v obliki brizganja, del pa se prenese iz enega kontakta v drugega. Na kontaktih opazimo erozijo - pojav kraterjev na njih ali lepljenje kovine.Obraba kontaktov je odvisna od vrste in velikosti toka, trajanja gorenja obloka in materiala kontaktov.

Pri enosmernem toku se prenos materiala iz enega kontakta v drugega pojavi intenzivneje kot pri izmeničnem toku, saj se smer toka v vezju ne spremeni.

Pri nizkih tokovih je erozija kontaktov posledica uničenja kontaktne prevlake ne na sredini, ampak bližje eni od elektrod. Pogosteje opazimo prekinitev kontaktne ožine na anodi - pozitivni elektrodi.

Opazen je prenos kovine na elektrodo, ki je bolj oddaljena od tališča, običajno na katodo. Prenesena kovina se strdi na katodi v obliki ostrih izboklin, ki poslabšajo kontaktne pogoje in zmanjšajo razmik med kontakti v odprtem stanju. Količina erozije je sorazmerna s količino električnega toka, ki preide skozi kontakte med razelektritvijo iskre. Večja kot sta tok in čas gorenja obloka, večja je erozija kontaktov.

Pri visokih tokovih v industrijskih električnih omrežjih pogosto pride do obloka med odprtimi kontakti. Obraba kontaktnega obloka je odvisna od številnih dejavnikov. Med njimi je mogoče maščevati naslednje dejavnike: omrežno napetost, vrsto in velikost toka, jakost magnetnega polja, induktivnost vezja, fizikalne lastnosti kontaktnih materialov, frekvenco preklopa cikla, naravo kontaktnega kontakta, hitrost odpiranja kontakta.

Električni oblok med kontakti se vname pri določeni vrednosti napetosti.V prisotnosti naprav za gašenje obloka, ki povzročajo gibanje obloka, se bo oblok mešal iz kontaktov, ko se pojavi medkontaktna reža 1 - 2 mm, ki ni povezana z velikostjo napetosti. Zato je obraba kontaktov praktično neodvisna od napetosti. Najmanjše vrednosti napetosti, pri katerih se pojavi električni oblok za številne kovine, ki se uporabljajo kot kontakti, so podane v tabeli. 1.

Tabela 1. Najmanjša napetost in tok obloka za izbrane kovine

Parametri vezja Kontaktni material Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Najmanjši tok, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Najmanjša napetost, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Obraba kontaktov se poveča, ko se poveča izklopni tok. Ta odvisnost je blizu linearne. Hkrati sprememba toka povzroči spremembo zunanjega magnetnega polja, kar vpliva na naravo kontaktne obrabe. Obraba kontaktov je intenzivnejša pri enosmernem toku, kar je povezano z zakasnitvijo ugasnitve obloka. Pri enosmernem toku se kontakti obrabijo neenakomerno.

Gibanje obloka v napravah za gašenje obloka se pojavi v magnetnem polju, ki ga ustvari žica s tokom. Ko se jakost magnetnega polja poveča, se poveča hitrost gibanja referenčnih točk loka. Hkrati se kontakti manj segrevajo in topijo, obraba pa je manjša. Vendar, ko se med odprtimi kontakti pojavi prežica staljene kovine, povečanje jakosti magnetnega polja poveča elektrodinamične sile, ki težijo k izvrženju staljene kovine iz kontaktne reže.To vodi do povečane obrabe kontaktov.

Na obrabo kontaktov vpliva induktivnost vezja, saj je povezana s časovno konstanto vezja in hitrostjo spreminjanja toka. V tokokrogu s konstantnim tokom lahko povečanje induktivnosti zmanjša obrabo, ko so kontakti zaprti, ker tok narašča počasneje in ne doseže največje vrednosti, ko kontakti padejo.

V izmeničnem tokokrogu lahko povečanje induktivnosti poveča ali zmanjša obrabo kratkega stika. Odvisno od tega, kdaj so stiki zavrženi. Ko se kontakti odprejo, induktivnost vezja vpliva na obrabo, če vpliva na tok in čas ugasnitve obloka.

Intenzivnejša obraba je opazna pri kontaktih iz čistih kontaktnih materialov (baker, srebro) in znatno zmanjšana pri kontaktih iz zlitin z ognjevzdržnimi komponentami (baker - volfram, srebro - volfram).

Srebro ima relativno visoko obrabno odpornost pri tokovih do 63 A, pri tokovih 100 A in več se odpornost proti obrabi zmanjša, pri tokovih 10 kA pa postane eden najmanj odpornih materialov.

Obraba kontaktov se povečuje z naraščajočo frekvenco preklopov. Pogosteje kot je naprava vklopljena, bolj se kontakti segrevajo in njihova odpornost proti eroziji se zmanjšuje. Povečanje hitrosti odpiranja kontaktov bo skrajšalo čas obloka in zmanjšalo obrabo obloka na kontaktih.

Parametri električnih kontaktov (napaka, rešitev, tlak) in narava kontakta (točkovni ali ravninski kontakt, popačen kontakt) vplivajo na mehansko in električno obrabo.Na primer, ko se kontaktna raztopina poveča, se njihova obraba poveča, saj se poveča sproščanje toplotne energije v cilindru obloka.

Obrabljeni električni kontakti lahko povzročijo slab kontakt in izgubo kontaktnih povezav. To lahko povzroči prezgodnjo okvaro stikalne naprave. Na obrabo kontaktov vpliva njihova zavrnitev pod vplivom elektrodinamičnih sil.

Šterbakov E.F.