Popolni električni kontakt, vpliv lastnosti materiala, tlaka in dimenzij na kontaktni upor

Fiksni kontakti so v večini primerov izvedeni z mehansko povezavo žic, povezava pa se lahko izvede bodisi z neposredno povezavo žic (na primer avtobusi v električnih postajah) bodisi z vmesnimi napravami - sponkami in sponkami.

Mehansko oblikovani kontakti se imenujejo zategovanjein jih je mogoče sestaviti ali razstaviti, ne da bi poškodovali njihove posamezne dele. Poleg vpenjalnih kontaktov obstajajo fiksni kontakti, pridobljeni s spajkanjem ali varjenjem povezanih žic. Takšne stike imenujemo vsa kovina, saj nimajo fizične meje, ki razmejuje obe žici.

Zanesljivost kontaktov v delovanju, stabilnost upora, odsotnost pregrevanja in drugih motenj določajo normalno delovanje celotne instalacije ali linije, v kateri so kontakti.

Tako imenovani idealni stik mora izpolnjevati dve glavni zahtevi:

• kontaktni upor mora biti enak ali manjši od upora prevodnika v odseku enake dolžine;
• kontaktno ogrevanje z nazivnim tokom mora biti enako ali manjše od segrevanja žice ustreznega preseka.

Leta 1913 je Harris razvil štiri zakone, ki urejajo električne kontakte (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Ob enakih drugih pogojih se padec napetosti v kontaktu poveča premosorazmerno s tokom. Z drugimi besedami, stik med dvema materialoma se obnaša kot upor.

2. Če stanje površin v kontaktu nima vpliva, se padec napetosti na kontaktu spreminja obratno s tlakom.

3. Kontaktni upor med različnimi materiali je odvisen od njihove specifične upornosti. Materiali z nizko upornostjo imajo tudi nizko kontaktno upornost.

4. Upor kontaktov ni odvisen od velikosti njihove površine, ampak je odvisen samo od skupnega tlaka v kontaktu.

Velikost kontaktne površine določajo naslednji dejavniki: pogoji prenosa toplote kontaktov in odpornost proti koroziji, saj se stik z majhno površino zaradi prodiranja jedkih snovi iz atmosfere lažje uniči kot stik z veliko površino. kontaktna površina.

Zato je pri načrtovanju vpenjalnih kontaktov potrebno poznati normative tlaka, gostote toka in velikosti kontaktne površine, ki zagotavljajo izpolnjevanje zahtev za idealen kontakt in so lahko različni glede na material, površinsko obdelavo in kontakt. oblikovanje.

Na kontaktno odpornost vplivajo naslednje lastnosti materiala:

1.Specifična električna upornost materiala.

Večji kot je kontaktni upor, večja je specifična odpornost kontaktnega materiala.

2. Trdota ali tlačna trdnost materiala. Mehkejši material se lažje deformira in hitreje vzpostavi kontaktne točke ter zato daje manjši električni upor pri nižjem tlaku. V tem smislu je koristno prekriti trde kovine z mehkejšimi: kositer za baker in medenino ter kositer ali kadmij za železo.

3. Koeficienti toplotnega raztezanja Upoštevati je treba tudi, ker lahko zaradi njihove razlike med materialom kontaktov in na primer vijakov pride do povečanih napetosti, ki povzročijo plastično deformacijo šibkejšega dela kontakta in njegovo uničenje z znižanjem temperature. .

Količina kontaktnega upora je določena s številom in velikostjo točkovnih kontaktov in je odvisna (v različni meri) od materiala kontaktov, kontaktnega tlaka, obdelave kontaktnih površin in velikosti kontaktnih površin.

pri kratkih stikov temperatura v kontaktih lahko tako naraste, da lahko zaradi neenakomernega koeficienta toplotnega raztezanja materiala sornikov in kontakta pride do napetosti nad mejo elastičnosti materiala.

To bo povzročilo zrahljanje in izgubo tesnosti stika. Zato je treba pri izračunu preveriti dodatne mehanske napetosti v kontaktu, ki jih povzročajo kratkostični tokovi.

Baker začne oksidirati na zraku pri sobni temperaturi (20-30 °).Nastali oksidni film zaradi svoje majhne debeline ne predstavlja posebne ovire za nastanek kontakta, saj se pri stiskanju kontaktov uniči.

Na primer, kontakti, ki so bili mesec dni pred montažo izpostavljeni zraku, kažejo samo 10 % večjo odpornost kot sveže narejeni kontakti. Močna oksidacija bakra se začne pri temperaturah nad 70 °. Stiki, ki so bili približno 1 uro pri 100 °, so povečali svojo odpornost za 50-krat.

Zvišanje temperature bistveno pospeši oksidacijo in korozijo kontaktov, saj se pospeši difuzija plinov v kontaktu in poveča reaktivnost jedkih snovi. Izmenjava ogrevanja in hlajenja spodbuja prodiranje plinov v stiku.

Ugotovljeno je bilo tudi, da med dolgotrajnim segrevanjem kontaktov s tokom opazimo ciklično spremembo njihove temperature in odpornosti.Ta pojav je razložen z zaporednimi procesi:

• oksidacija bakra v CuO in povečanje odpornosti in temperature;
• ob pomanjkanju zraka prehod iz CuO v Cu2O ter padanje upora in temperature (Cu2O prevaja bolje kot CuO);
• povečan dostop zraka, nova tvorba CuO, povečanje upora in temperature itd.

Zaradi postopnega zgoščevanja oksidne plasti se sčasoma opazi povečanje kontaktnega upora.

Prisotnost žveplovega dioksida, vodikovega sulfida, amoniaka, klora in kislih hlapov v ozračju veliko močneje vpliva na stik z bakrom.

Na zraku se aluminij hitro prekrije s tankim, zelo odpornim oksidnim filmom. Uporaba aluminijastih kontaktov brez odstranitve oksidnega filma daje visoko kontaktno odpornost.

Odstranjevanje filma pri običajnih temperaturah je možno samo mehansko, čiščenje naležne površine pa mora potekati pod plastjo vazelina, da zrak ne pride do očiščene površine. Tako obdelani aluminijasti kontakti dajejo nizek kontaktni upor.

Za izboljšanje stika in zaščito pred korozijo se kontaktne površine običajno očistijo z vazelinom za aluminij in kositrom za baker.

Pri načrtovanju sponk za spajanje aluminijastih žic je treba upoštevati lastnost aluminija, da se sčasoma »krči«, zaradi česar kontakt oslabi. Ob upoštevanju te lastnosti aluminijastih žic je možna uporaba posebnih sponk z vzmetjo, zaradi katerih se ves čas vzdržuje potreben kontaktni tlak v povezavi.

Kontaktni tlak je najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na kontaktni upor. V praksi je kontaktni upor odvisen predvsem od kontaktnega tlaka in v precej manjši meri od obdelave oziroma velikosti kontaktne površine.

Povečanje kontaktnega tlaka povzroči:

• zmanjšanje kontaktnega upora:
• zmanjšanje izgube;
• tesno lepljenje kontaktnih površin, kar zmanjša oksidacijo kontaktov in s tem naredi spoj bolj stabilen.

V praksi se običajno uporablja normaliziran kontaktni tlak, kjer se doseže stabilnost kontaktnega upora. Takšne optimalne vrednosti kontaktnega tlaka so različne za različne kovine in različna stanja kontaktnih površin.

Pomembno vlogo igra kontaktna gostota po celotni površini, za katero je treba vzdrževati specifične tlačne norme ne glede na velikost kontaktne površine.

Obdelava kontaktnih površin mora zagotoviti odstranitev tujih filmov in omogočiti največje točkovne stike, ko so površine v stiku.

Pokrivanje kontaktnih površin z mehkejšo kovino, kot so kontakti iz pocinkanega bakra ali železa, olajša doseganje dobrega stika pri nižjih tlakih.

Za aluminijaste kontakte je najboljša obdelava brušenje kontaktne površine z brusnim papirjem pod vazelinom. Vazelin je potreben, ker se aluminij na zraku zelo hitro prekrije z oksidnim filmom, vazelin pa preprečuje, da bi zrak prišel do zaščitene kontaktne površine.

Številni avtorji menijo, da je kontaktni upor odvisen samo od skupnega tlaka v kontaktu in ni odvisen od velikosti kontaktne površine.

To si lahko predstavljamo, če se na primer z zmanjšanjem kontaktne površine povečanje kontaktne upornosti zaradi zmanjšanja števila kontaktnih točk kompenzira z zmanjšanjem upornosti zaradi njihove sploščenosti zaradi povečanja specifične kontaktni pritisk.

Do takšne medsebojne kompenzacije dveh nasprotno usmerjenih procesov lahko pride le v izjemnih primerih. Številni poskusi kažejo, da ko se kontaktna dolžina zmanjšuje in pri konstantnem skupnem tlaku, kontaktni upor narašča.

S prepolovljeno kontaktno dolžino je dosežena stabilnost upora pri višjih tlakih.

Zmanjšanje kontaktnega segrevanja pri določeni gostoti toka olajšajo naslednje lastnosti kontaktnega materiala: nizek električni upor, visoka toplotna zmogljivost in toplotna prevodnost ter visoka sposobnost oddajanja toplote na zunanji površini kontaktov.

Korozija kontaktov iz različnih kovin je veliko intenzivnejša kot pri kontaktih iz istih kovin.Pri tem nastane elektrokemijski makropar (kovina A — mokri film — kovina B), ki je galvanski člen. Tudi tukaj bo, tako kot pri mikrokoroziji, uničena ena od elektrod, in sicer tisti del kontakta, ki je sestavljen iz manj plemenite kovine (anoda).

V praksi lahko pride do primerov povezovanja žic, sestavljenih iz različnih kovin, na primer bakra z aluminijem. Tak stik lahko brez posebne zaščite razjeda manj plemenito kovino, to je aluminij. Dejansko je aluminij v stiku z bakrom zelo koroziven, zato neposredna vezava v stiku med bakrom in aluminijem ni dovoljena.