Kontakter i elinstallationer och elektriska apparater

Anslutningspunkterna för de individuella elementen som utgör varje elektrisk krets kallas elektriska kontakter.

Elektrisk kontakt — anslutning av ledningar som gör att en elektrisk ström kan ledas. Bildning av strömledarkontakt kallas kontaktkroppar eller positiva och negativa kontakter, beroende på vilken pol av strömkällan de är anslutna till.

Ordet "kontakt" betyder "beröring", "beröring". I ett elektriskt system som kombinerar olika enheter, maskiner, ledningar etc., används ett stort antal kontakter för att ansluta dem. Utrustningens tillförlitlighet och driften av systemet beror till stor del på kvaliteten på kontaktanslutningarna.

Klassificering av elektriska kontakter

Elektriska kontakter är fasta och rörliga. Fasta kontakter - alla typer av löstagbara och integrerade, designade för långvarig anslutning av ledningar. Löstagbara kontakter är gjorda av klämmor, bultar, skruvar, etc., integrerade - genom lödning, svetsning eller nitning.Rörliga kontakter är uppdelade i avbrutna (kontakter på reläer, knappar, brytare, kontaktorer, etc.) och glidande (kontakter mellan kollektorn och borstarna, kontakter på brytare, potentiometrar, etc.).

Den enklaste typen av elektrisk kontakt är ett kontaktpar. En svår typ av kontakt är till exempel en kontakt som bildar en dubbel parallellkretsslutning eller en dubbel serieslutning (det senare kallas koppling). Kontakten som kopplar kretsen när enheten aktiveras kallas omkoppling. En omkopplingskontakt som bryter kretsen vid tidpunkten för omkoppling kallas en omkopplingskontakt, och att inte bryta kretsen vid tidpunkten för omkoppling kallas en transientkontakt.

Beroende på formen är elektriska kontakter indelade i:

• punkt (överst — plan, sfär — plan, sfär — sfär), som vanligtvis används i känsliga enheter och reläer som kopplar om mindre belastningar;

• linjär — förekommer vid kontakter i form av cylindriska kroppar och vid borstkontakter;

• planar — i högströmskopplingsutrustning.

Vanligtvis är kontakterna fästa på platta fjädrar, den sk kontakt (tillverkad av nickelsilver, fosfor och berylliumbrons och mer sällan stål), som är föremål för höga krav på beständigheten hos deras mekaniska egenskaper under hela enhetens livslängd, ofta beräknat i tiotals och mer än en miljon cykler. En uppsättning fjädrar, gjorda i form av ett separat block, som växlas samtidigt, bildar en kontaktgrupp (eller ett paket).

Prestandaegenskaper för elektriska kontaktanslutningar

Kontakten mellan kontakterna sker inte över hela ytan, utan endast på enskilda punkter på grund av kontaktytans grovhet med någon noggrannhet av dess bearbetning. Nästan oavsett typ av kontakter sker kontakten av kontaktelementen alltid över små ytor.

Detta förklaras av det faktum att kontaktelementens yta inte kan vara helt plan. Därför kommer de i praktiken, när kontaktytorna närmar sig varandra, först i kontakt med flera utskjutande spetsar (punkter) och sedan, men med ökande tryck, uppstår deformation av kontaktmaterialet och dessa punkter förvandlas till små lekplatser.

Ledningar av elektrisk ström som går från en kontakt till den andra attraheras till dessa kontaktpunkter. Därför introducerar kontakten ytterligare kontaktresistans Rk i kretsen som är ansluten av den.

Om kontaktytan är täckt med en film, ökar R. Mycket tunna filmer (upp till 50 A) påverkar dock inte kontaktmotståndet på grund av tunneleffekten. Tjockare filmer kan gå sönder under kontaktkraft eller applicerad stress.

Elektriskt fel på kontaktfilmer kallas frittning. Om filmerna inte förstörs bestäms Rk huvudsakligen av filmernas resistans. Omedelbart efter strippning av en kontakt, såväl som med tillräcklig kontaktkraft och spänning i kontaktkretsen, bestäms dess motstånd huvudsakligen av motståndet i kontraktionszonerna.

Ju större kraft som appliceras på kontakterna och ju mjukare deras material, desto större är kontaktytornas totala kontaktyta och följaktligen desto mindre aktiv elektrisk resistans vid korsningen (i zonen av övergångsskiktet mellan kontaktytorna). Detta aktiva motstånd kallas transient motstånd.

Transient motstånd — en av huvudparametrarna för kvaliteten på elektriska kontakter, eftersom det kännetecknar mängden energi som absorberas i kontaktföreningen, som förvandlas till värme och värmer kontakten. Kontaktmotståndet kan starkt påverkas av hur kontaktytorna behandlas och deras tillstånd. Till exempel kan en snabbt bildad oxidfilm på aluminiumkontakter avsevärt öka kontaktmotståndet.

När strömmen passerar genom kontakterna värms de upp och den högsta temperaturen observeras på kontaktytan på grund av närvaron av övergångsmotstånd. Som ett resultat av kontaktuppvärmning, motståndet hos kontaktmaterialet och följaktligen övergångens motstånd.

Dessutom främjar en ökning av kontakttemperaturen bildandet av oxider på dess yta, vilket ökar det transienta motståndet ännu mer signifikant. Och även om kontaktmaterialet med en ökning av temperaturen kan mjukna något, vilket är förknippat med en ökning av kontaktytan, i allmänhet kan denna process leda till förstörelse av kontakterna eller deras svetsning. Det senare är till exempel mycket farligt för öppna kontakter, för som ett resultat kommer enheten med dessa kontakter inte att kunna stänga av kretsen. Därför, för olika typer av kontakter, bestäms en maximal tillåten temperatur med en lång ström som flyter genom dem.

För att minska uppvärmningen är det möjligt att öka massan av metallen i kontakterna och deras kylda yta, vilket kommer att förbättra värmeavledning. För att minska kontaktmotståndet är det nödvändigt att öka kontakttrycket, välj lämpligt material och typ av kontakter.

Till exempel rekommenderas öppna kontakter avsedda för extern användning att vara gjorda av material som är lätt oxiderbara, eller att täcka deras yta med ett korrosionsskyddande skikt. Sådana material inkluderar i synnerhet silver, som kan användas för att belägga kontaktytor.

Okrossbara kopparkontakter kan förtennas (förtennade ytor är svårare att oxidera). För samma ändamål är kontaktytorna täckta med ett smörjmedel, till exempel vaselin. Oljenedsänkta kontakter är väl skyddade mot korrosion utan andra speciella åtgärder. Detta används i oljebrytare.

Driften av någon elektrisk består av 4 steg - öppet tillstånd, kortslutning, stängt tillstånd och öppning, som var och en påverkar kontaktens tillförlitlighet.

I öppet tillstånd verkar den yttre miljön på den elektriska kontakten, och som ett resultat bildas filmer på deras yta.

I stängt tillstånd, när kontakterna pressas ihop och ström passerar genom dem, värms de upp och deformeras; under vissa förhållanden, om kontakterna överhettas, kan svetsning inträffa.

När kontakterna stängs och öppnas uppstår brygg- eller urladdningsfenomen, åtföljda av avdunstning och överföring av metallkontakt, vilket förändrar dess yta. Dessutom är mekaniskt slitage möjligt. kontakter till följd av att de stöter och glider mot varandra.

När kontakterna närmar sig varandra på mycket små avstånd, även vid små strömkällas spänningar, blir fältgradienten så stor att den dielektriska styrkan hos gapet bryts ner och genombrott sker. Om det finns främmande partiklar på ytan, särskilt de som innehåller kol, så uppstår när de kommer i kontakt avdunstning och villkor för bortskaffande skapas.

Att öppna är vanligtvis den svåraste delen av jobbet. elektrisk kontakt Beroende på kretsens parametrar (R, L och C) och storleken på den applicerade spänningen vid öppning uppstår fenomen som orsakar slitage Kontakter. Om kretsspänningen är större än spänningen Upl, där metallen i kontakterna smälter, efter deras separation, minskar kontaktkraften och därför kommer kontaktytan, motståndet och temperaturen att öka.

När temperaturen överstiger metallens smältpunkt, bildas en smält metallbrygga mellan kontaktytorna, som gradvis sträcker sig och sedan går sönder vid den hetaste punkten. Den höga temperaturen vid brobrottet underlättar initieringen av ejektion.

Själva bryggan finns endast i ohmska kretsar vid matningsspänningar under ljusbågsspänningen. Om det finns en induktans i kretsen, bidrar överspänningarna som orsakas av den i ögonblicket för strömavbrott till uppkomsten av en gnista vid strömmar under bågströmmarna och vid strömmar över bågströmmarna - bågar. Eftersom det nästan alltid finns induktans i kretsen, åtföljs bryggor i de flesta fall av en urladdning. Minsta gnistspänning vid eluttaget — 270-300 V.

Kontakter av vilken typ som helst måste ge inte bara kontinuerlig drift utan oacceptabel överhettning under normala förhållanden, utan också den nödvändiga termiska och elektrodynamiska resistansen i kortslutningsläge. Rörliga brytande kontakter ska inte heller förstöras av den höga temperaturen på den elektriska ljusbågen som bildas när de öppnas, och pålitligt stängas utan svetsning och smältning när de slås på för kortslutning. De åtgärder som diskuterats ovan bidrar också till att dessa krav uppfylls.

Metallkeramiska kontakter, som är en blandning av krossat kopparpulver med volfram eller molybden och silver med volfram.

En sådan förening besitter samtidigt god elektrisk ledningsförmåga på grund av användningen av koppar eller silver och den höga smältpunkten på grund av användningen av volfram eller molybden.

Det finns ett annat sätt att eliminera den befintliga motsättningen, som består i det faktum att material med god elektrisk ledningsförmåga (silver, koppar, etc.), som regel har en relativt låg smältpunkt, och eldfasta material (volfram, molybden) har låg elektrisk ledningsförmåga. Detta är användningen av ett dubbelkontaktsystem som består av manöver- och ljusbågskontakter kopplade parallellt.

Arbetskontakter är gjorda av material med hög elektrisk ledningsförmåga och ljusbågskontakter — gjorda av brandbeständigt material. I normalt läge, när kontakterna är stängda, flyter det mesta av strömmen genom arbetskontakterna.

När kretsen är spänningslös öppnas driftkontakterna först, följt av ljusbågskontakterna.Därför avbryts faktiskt kretsen av ljusbågskontakter, för vilka även kortslutningsströmmen inte utgör någon stor fara (för betydande kortslutningsströmmar används dessutom speciella ljusbågsanordningar).

När kretsen är påslagen stängs ljusbågskontakterna först, följt av manöverkontakterna. Sålunda bryter eller stänger faktiskt inte driftskontakterna kretsen helt. Detta eliminerar risken för smältning och svetsning.

För att eliminera möjligheten till spontan öppning av kontakter från elektrodynamiska ansträngningar när kortslutningsströmmar flyter, är kontaktsystemen utformade så att de elektrodynamiska krafterna under dessa förhållanden ger ytterligare kontakttryck och förhindrar eventuell smältning och svetsning av kontakterna i ögonblicket för påslagning av kortslutningskretsen, accelererad omkoppling.

För att eliminera risken för en betydande elastisk stöt på kontaktytorna, använd förpressning av kontakter med speciella fjädrar... I detta fall säkerställs både en hög kopplingshastighet och eliminering av eventuella vibrationer, eftersom fjädern är för- komprimerad och efter beröring av kontakter börjar tryckkraften att växa inte från noll, utan från ett visst specificerat värde. läge, men också det erforderliga termiska och elektrodynamiska motståndet i kortslutningsläge.

Rörliga brytande kontakter ska inte heller förstöras av den höga temperaturen på den elektriska ljusbågen som bildas när de öppnas, och pålitligt stängas utan svetsning och smältning när de slås på för kortslutning.De åtgärder som diskuterats ovan bidrar också till att dessa krav uppfylls.

Kontakter gjorda av metallkeramik, som är en blandning av krossat kopparpulver med volfram eller med molybden och silver med volfram, är särskilt motståndskraftiga mot den destruktiva verkan av en ljusbåge.

En sådan förening har både god elektrisk ledningsförmåga på grund av användningen av koppar eller silver och en hög smältpunkt på grund av användningen av volfram eller molybden.

Grundläggande konstruktioner av kontakter i elektriska installationer och elektriska apparater

Konstruktionen av fasta (styva) okrossbara kontaktfogar måste säkerställa tillförlitlig fastspänning av kontaktytorna och minimalt kontaktmotstånd. Det är bättre att koppla ihop däcken med flera mindre bultar än med en stor, eftersom det ger fler kontaktpunkter. Vid anslutning av däcken är kontaktmotståndet lägre än vid användning av bultar, då det är nödvändigt att borra hål i däcken. Den höga kvaliteten på kontaktanslutningen säkerställs genom svetsning av samlingsskenorna.

Rörliga brytande kontakter — ett grundelement i kopplingsanordningar... Förutom de allmänna kraven för alla kontakter måste de ha ljusbågsresistans, förmåga att på ett tillförlitligt sätt slå på och av kretsen vid kortslutning, samt klara ett visst antal kopplingsoperationer och avstängning utan mekanisk skada.

Den enklaste kontakten av denna typ är en platt skärkontakt. När det är inkopplat går det rörliga bladet in mellan de fasta fjäderbelastade käftarna. Nackdelen med en sådan plan kontakt är att kontakten mellan kontaktytorna sker på flera punkter på grund av dessa ytors ojämnheter.

För att få en linjär kontakt stämplas halvcylindriska utsprång på knivremsorna och för att öka trycket komprimeras listerna med en stålklämma med fjäder Brytkontakter används oftast i effektbrytare och frånskiljare.

Kontaktdelen av den självinställande fingerkontakten är gjord i form av fingrar, i plattan - i form av plattor, i slutet - i form av en platt topp, i sockeln - i form av lameller ( segment), i borsten — i form av borstar av elastiska, tunna koppar- eller bronsplattor.

De specificerade kontaktdelarna (delarna) i ett antal utföranden kan inom begränsade gränser ändra sin position i förhållande till de fasta kontakterna. Flexibla strömförande anslutningar tillhandahålls för deras tillförlitliga elektriska anslutning.

Stabiliteten hos brytkontakterna och den erforderliga tryckkraften uppnås vanligtvis med hjälp av blad- eller spiralfjädrar.

Fingerkontakter och kontakter används i enheter med spänningar över 1000 V för olika strömmar som drift- och ljusbågskontakter, och plana kontakter används som driftkontakter. Ändkontakter används för spänningar 110 kV och högre, för strömmar som inte överstiger 1 — 1,5 kA som drift- och ljusbågskontakter. Borstkontakter används i enheter för olika spänningar och betydande strömmar, men bara som arbetskontakter, eftersom en elektrisk ljusbåge kan skada relativt tunna borstar.