Slitage av elektriska kontakter

Under drift slås kopplingskontakterna ofta på och av. Detta leder till slitage. Slitage av kontakterna är tillåtet så att det inte leder till fel på enheten förrän i slutet av livslängden.

Kontaktslitage är förstörelsen av kontakternas arbetsyta med en förändring av deras form, storlek, vikt och minskning av nedsänkning.

Slitage av elektriska kontakter, som sker under påverkan av mekaniska faktorer, kallas mekaniskt slitage... Kontakterna på frånskiljare utsätts för mekaniskt slitage — enheter som öppnar den elektriska kretsen utan belastning. Slitage yttrar sig i form av krossning och tillplattning av ändkontakterna och slitage av de skurna kontaktytorna.

För att minska mekaniskt slitage är rörliga eller fasta kontakter försedda med en fjäder som pressar kontakten till stopp i enhetens avstängda läge, vilket eliminerar möjligheten för kontaktvibrationer.I påslaget rör sig kontakten, som har en fjäder, bort från stoppet och fjädern pressar kontakterna mot varandra, vilket ger kontakttryck.

Det mest intensiva slitaget sker under påverkan av elektriska faktorer, i närvaro av en strömbelastning. Detta slitage kallas elektriskt slitage eller elektrisk erosion.

Det vanligaste måttet på elektriskt kontaktslitage är volymetrisk eller viktminskning av kontaktmaterialet.

Kontakter konstruerade för att koppla elektriska kretsar under belastning är föremål för mekaniskt och elektriskt slitage. Dessutom slits kontakterna på grund av bildandet av filmer på deras yta av olika kemiska föreningar från materialet i kontakterna med omgivningen, vilket kallas kemiskt slitage eller korrosion.

När en elektrisk krets kommuteras med en elektrisk last uppstår en elektrisk urladdning på kontakterna, som kan bli en kraftfull elektrisk ljusbåge.

Stänger slitageprocessen

När kontakterna berör i processen att stänga dem, kastas fjäderkontakten tillbaka under påverkan av elastiska krafter. Det kan förekomma flera kontaktavstötningar, d.v.s. kontaktvibrationer med dämpad amplitud observeras. Vibrationernas amplitud minskar med varje efterföljande stöt. Avvisningstiden reduceras också.

Vibration av kontakterna när enheten är påslagen: x1, x2 — amplitud av avslag; t1, T2, T3 — slöseri med tid

När kontakterna skjuts ut bildas en kort båge som smälter kontaktpunkterna och förångar metallen. I detta fall skapas ett ökat tryck av metallångor i kontaktzonen och kontakten "hänger" i flödet av dessa ångor.Tiden för att stänga kontakten ökar.

Slitaget på de elektriska kontakterna när de slås på beror på den initiala nedtryckningen i kontaktögonblicket, fjäderns styvhet som skapar kontakttrycket och på kontaktmaterialens fysiska egenskaper.

Inledande tryck av kontakterna vid tidpunkten för deras kontakt — detta är kraften som motverkar avvisande av kontakter när de kolliderar. Ju större denna kraft, desto mindre blir amplituden och tiden för avstötning, desto mindre blir vibrationen hos kontakterna och deras slitage. När fjäderstyvheten ökar minskar kontaktavstötningen och kontaktslitaget minskar.

Ju högre smältpunkt kontaktmaterialet har, desto lägre kontaktslitage. Ju högre strömmen är i den kopplade kretsen, desto större slitage på kontakterna.

Öppen slitageprocess

I det ögonblick då kontakterna öppnas reduceras kontakttrycket till noll. I detta fall ökar kontaktmotståndet och strömtätheten vid den sista kontaktpunkten ökar. Kontaktpunkten smälter och en isthmus (brygga) av smält metall bildas mellan de divergerande kontakterna, som sedan går sönder. En gnista eller båge kan uppstå mellan kontakterna.

Under påverkan av hög temperatur under utstötning förångas en del av metallen i kontaktnäset, en del kastas ut från kontaktgapet i form av stänk och en del överförs från en kontakt till en annan. Erosionsfenomen observeras på kontakterna - utseendet av kratrar på dem eller fastsättning av metall.Slitaget på kontakterna beror på typen och storleken på strömmen, varaktigheten av ljusbågen och kontakternas material.

Med likström sker överföringen av material från en kontakt till en annan mer intensivt än med växelström, eftersom strömriktningen i kretsen inte ändras.

Vid låga strömmar orsakas erosion av kontakterna av förstörelsen av kontaktnäset inte i mitten, utan närmare en av elektroderna. Oftare observeras avbrottet av kontaktnäset vid anoden - den positiva elektroden.

En överföring av metall till elektroden längre bort från smältpunkten, vanligtvis katoden, observeras. Den överförda metallen stelnar på katoden i form av skarpa utsprång som försämrar kontaktförhållandena och minskar gapet mellan kontakterna i öppet tillstånd. Mängden erosion är proportionell mot mängden elektricitet som passerar genom kontakterna under gnisturladdningen. Ju större ström och brinntid bågen har, desto större erosion av kontakterna.

Vid höga strömmar i industriella elektriska nät uppstår ofta ljusbågar mellan öppna kontakter. Bågkontaktslitage beror på många faktorer. Bland dem kan följande faktorer hämnas: nätspänning, typ och storlek på ström, magnetisk fältstyrka, kretsinduktans, fysiska egenskaper hos kontaktmaterial, cykelomkopplingsfrekvens, kontaktkontaktens natur, kontaktens öppningshastighet.

Den elektriska ljusbågen mellan kontakterna tänds vid ett visst spänningsvärde.I närvaro av ljusbågssläckningsanordningar som orsakar ljusbågens rörelse kommer ljusbågen att blandas från kontakterna när ett mellankontaktgap på 1 - 2 mm uppstår, vilket inte är relaterat till spänningens storlek. Därför är kontaktslitage praktiskt taget oberoende av spänning. Minimivärdena för spänningen vid vilken en elektrisk ljusbåge uppstår för ett antal metaller som används som kontakter anges i en tabell. 1.

Tabell 1. Minsta bågspänning och -ström för utvalda metaller

Kretsparametrar Kontaktmaterial Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minsta ström, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minsta spänning, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Kontaktslitaget ökar när brytströmmen ökar. Detta beroende är nära linjärt. Samtidigt leder förändringen i ström till en förändring av det yttre magnetfältet, vilket påverkar karaktären av kontaktslitage. Kontaktslitage är mer intensivt vid likström, vilket är relaterat till fördröjningen i att släcka ljusbågen. Vid likström slits kontakterna ojämnt.

Rörelsen av ljusbågen i ljusbågssläckningsanordningar sker i ett magnetfält som skapas av en strömförande tråd. När styrkan på magnetfältet ökar, ökar rörelsehastigheten för bågens referenspunkter. Samtidigt värms kontakterna upp mindre och smälter och slitaget minskar. Men när en näs av smält metall uppstår mellan de öppna kontakterna, ökar ökningen av magnetfältstyrkan de elektrodynamiska krafterna som tenderar att stöta ut den smälta metallen från kontaktgapet.Detta leder till ökat slitage på kontakterna.

Kontaktslitage påverkas av kretsens induktans eftersom det är relaterat till kretsens tidskonstant och strömförändringshastigheten. I en konstantströmkrets kan ökande induktans minska slitaget när kontakterna är slutna eftersom strömmen stiger långsammare och inte når sitt maximala värde när kontakterna faller.

I en AC-krets kan ökande induktans öka och minska kortslutningsslitaget. Det beror på när kontakterna kasseras. När kontakterna öppnas påverkar kretsens induktans slitaget om det påverkar strömmen och tiden för att släcka ljusbågen.

Mer intensivt slitage observeras i kontakter gjorda av rena kontaktmaterial (koppar, silver) och minskar signifikant i kontakter gjorda av legeringar med eldfasta komponenter (koppar - volfram, silver - volfram).

Silver har relativt hög slitstyrka vid strömmar upp till 63 A, vid strömmar på 100 A och högre minskar slitstyrkan, och vid strömmar på 10 kA blir det ett av de minst slitstarka materialen.

Kontaktslitaget ökar med ökande kopplingsfrekvens. Ju oftare enheten slås på, desto mer värms kontakterna upp och deras motstånd mot erosion minskar. Ökning av kontaktöppningshastigheten kommer att förkorta ljusbågstiden och minska bågens slitage på kontakterna.

Parametrarna för de elektriska kontakterna (fel, lösning, tryck) och kontaktens natur (punkt- eller plankontakt, förvrängd kontakt) påverkar både mekaniskt slitage och elektriskt slitage.Till exempel, när kontaktlösningen ökar, ökar deras slitage, eftersom frigöringen av termisk energi i bågcylindern ökar.

Slitna elektriska kontakter kan leda till dålig kontakt och förlust av kontaktanslutningar. Detta kan orsaka för tidigt fel på växlingsanordningen. Kontaktslitage påverkas av deras avvisning under inverkan av elektrodynamiska krafter.

Shterbakov E.F.