Elektrinių kontaktų susidėvėjimas

Veikimo metu perjungimo kontaktai dažnai įjungiami ir išjungiami. Tai veda prie nusidėvėjimo. Leidžiamas kontaktų nusidėvėjimas, kad prietaisas nesugestų iki eksploatavimo pabaigos.

Kontaktų susidėvėjimas yra kontaktų darbinio paviršiaus sunaikinimas, pasikeitus jų formai, dydžiui, svoriui ir sumažinus panardinimą.

Elektrinių kontaktų susidėvėjimas, atsirandantis veikiant mechaniniams veiksniams, vadinamas mechaniniu... Atjungiklių kontaktus veikia mechaninis nusidėvėjimas — įtaisai, kurie be apkrovos atidaro elektros grandinę. Susidėvėjimas pasireiškia galinių kontaktų gniuždymu ir išsilyginimu bei nupjautų kontaktinių paviršių susidėvėjimu.

Siekiant sumažinti mechaninį susidėvėjimą, judantys arba fiksuoti kontaktai aprūpinti spyruokle, kuri prispaudžia kontaktą iki atramos įrenginio išjungtoje padėtyje, pašalindama kontakto vibracijos galimybę.Įjungtoje padėtyje kontaktas, turintis spyruoklę, tolsta nuo atramos, o spyruoklė prispaudžia kontaktus vienas prie kito, suteikdama kontaktinį slėgį.

Intensyviausias susidėvėjimas vyksta veikiant elektros veiksniams, esant srovės apkrovai. Šis susidėvėjimas vadinamas elektros nusidėvėjimu arba elektros erozija.

Dažniausias elektros kontaktų nusidėvėjimo matas yra kontaktinės medžiagos tūrinis arba svorio sumažėjimas.

Kontaktai, skirti elektros grandinėms perjungti esant apkrovai, yra mechaniniai ir elektriniai nusidėvėję. Be to, kontaktai susidėvi dėl to, kad jų paviršiuje iš kontaktų su aplinka medžiagos susidaro įvairių cheminių junginių plėvelės, o tai vadinama cheminiu nusidėvėjimu arba korozija.

Kai elektros grandinė komutuojama su elektros apkrova, ant kontaktų atsiranda elektros iškrova, kuri gali virsti galinga elektros lankas.

Susidėvėjimo proceso uždarymas

Kai kontaktai susiliečia juos uždarant, spyruoklinis kontaktas, veikiamas tamprumo jėgų, atmetamas atgal. Gali būti keletas kontaktų atmetimų, t. y. stebima kontaktinė vibracija, kurios amplitudė yra slopinama. Su kiekvienu tolesniu smūgiu vibracijų amplitudė mažėja. Taip pat sutrumpėja atmetimo laikas.

Kontaktų vibracija įjungus įrenginį: x1, x2 — atmetimų amplitudė; t1, T2, T3 – laiko švaistymas

Kai kontaktai išstumiami, susidaro trumpas lankas, ištirpdantis kontaktinius taškus ir išgaruojantis metalą. Tokiu atveju kontaktinėje zonoje susidaro padidėjęs metalo garų slėgis ir kontaktas „pakimba“ šių garų sraute.Kontakto uždarymo laikas pailgėja.

Elektrinių kontaktų susidėvėjimas įjungus priklauso nuo pradinio įdubimo kontaktų sąlyčio momentu, spyruoklės, kuri sukuria kontaktinį slėgį, standumo ir nuo kontaktinių medžiagų fizinių savybių.

Pradinis kontaktų stūmimas jų sąlyčio metu – tai jėga, kuri atsveria kontaktų atmetimą jiems susidūrus. Kuo ši jėga didesnė, tuo mažesnė bus atmetimo amplitudė ir laikas, tuo mažesnė bus kontaktų vibracija ir jų susidėvėjimas. Didėjant spyruoklės standumui, kontaktų atmetimas mažėja ir kontaktų susidėvėjimas.

Kuo aukštesnė kontaktinės medžiagos lydymosi temperatūra, tuo mažesnis kontakto susidėvėjimas. Kuo didesnė srovė įjungtoje grandinėje, tuo didesnis kontaktų susidėvėjimas.

Atviras nusidėvėjimo procesas

Kontaktų atidarymo momentu kontaktinis slėgis sumažinamas iki nulio. Tokiu atveju padidėja kontaktinė varža ir padidėja srovės tankis paskutiniame kontaktiniame taške. Kontaktinis taškas išsilydo ir tarp besiskiriančių kontaktų susidaro išlydyto metalo sąsmauka (tiltas), kuris vėliau nutrūksta. Tarp kontaktų gali atsirasti kibirkštis arba lankas.

Išstūmimo metu, veikiant aukštai temperatūrai, dalis kontaktinio sąsmaukos metalo išgaruoja, dalis purslų pavidalu išmetama iš kontaktinio tarpo, dalis perkeliama iš vieno kontakto į kitą. Ant kontaktų pastebimi erozijos reiškiniai - ant jų atsiranda krateriai arba metalo prilipimas.Kontaktų susidėvėjimas priklauso nuo srovės tipo ir dydžio, lanko degimo trukmės ir kontaktų medžiagos.

Esant nuolatinei srovei, medžiagos perkėlimas iš vieno kontakto į kitą vyksta intensyviau nei naudojant kintamąją srovę, nes srovės kryptis grandinėje nesikeičia.

Esant mažoms srovėms, kontaktų eroziją sukelia kontaktinio sąsmauko sunaikinimas ne viduryje, o arčiau vieno iš elektrodų. Dažniau kontaktinio sąsmauko nutrūkimas pastebimas prie anodo – teigiamo elektrodo.

Stebimas metalo pernešimas į elektrodą toliau nuo lydymosi taško, dažniausiai katodą. Perkeltas metalas ant katodo sukietėja aštrių išsikišimų pavidalu, kurie pablogina kontakto sąlygas ir sumažina tarpą tarp kontaktų atviroje būsenoje. Erozijos kiekis yra proporcingas elektros energijos kiekiui, praleidžiamam per kontaktus kibirkštinio iškrovos metu. Kuo didesnė srovė ir lanko degimo laikas, tuo didesnė kontaktų erozija.

Esant didelėms srovėms pramoniniuose elektros tinkluose, tarp atvirų kontaktų dažnai susidaro lankas. Lanko kontakto susidėvėjimas priklauso nuo daugelio veiksnių. Tarp jų galima atkeršyti šiuos veiksnius: tinklo įtampą, srovės tipą ir dydį, magnetinio lauko stiprumą, grandinės induktyvumą, kontaktinių medžiagų fizines savybes, ciklo perjungimo dažnį, kontakto pobūdį, kontakto atidarymo greitį.

Elektros lankas tarp kontaktų užsidega esant tam tikrai įtampos vertei.Esant lanko gesinimo įtaisams, sukeliantiems lanko judėjimą, lankas susimaišys iš kontaktų, kai atsiras 1–2 mm tarpas tarp kontaktų, nesusijęs su įtampos dydžiu. Todėl kontaktinis susidėvėjimas praktiškai nepriklauso nuo įtampos. Mažiausios įtampos, kuriai esant atsiranda elektros lankas, vertės daugeliui metalų, naudojamų kaip kontaktai, pateiktos lentelėje. 1.

1 lentelė. Minimali lanko įtampa ir srovė pasirinktiems metalams

Grandinės parametrai Kontaktinė medžiaga Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimali srovė, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimali įtampa, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Didėjant trūkimo srovei, kontaktinis susidėvėjimas didėja. Ši priklausomybė yra artima tiesinei. Tuo pačiu metu dėl srovės pasikeitimo pasikeičia išorinis magnetinis laukas, o tai turi įtakos kontaktinio susidėvėjimo pobūdžiui. Esant nuolatinei srovei kontaktinis susidėvėjimas yra intensyvesnis, o tai susiję su lanko gesinimo vėlavimu. Esant nuolatinei srovei, kontaktai dėvisi netolygiai.

Lanko judėjimas lanko gesinimo įtaisuose vyksta magnetiniame lauke, kurį sukuria srovės laidas. Didėjant magnetinio lauko stiprumui, didėja lanko atskaitos taškų judėjimo greitis. Tuo pačiu metu kontaktai mažiau įkaista ir tirpsta, sumažėja susidėvėjimas. Tačiau, kai tarp atvirų kontaktų atsiranda išlydyto metalo sąsmauka, magnetinio lauko stiprumo padidėjimas padidina elektrodinamines jėgas, kurios linkusios išstumti išlydytą metalą iš kontaktinio tarpo.Tai padidina kontaktų susidėvėjimą.

Kontaktų susidėvėjimui įtakos turi grandinės induktyvumas, nes jis yra susijęs su grandinės laiko konstanta ir srovės kitimo greičiu. Nuolatinės srovės grandinėje didėjantis induktyvumas gali sumažinti susidėvėjimą, kai kontaktai yra uždaryti, nes srovė kyla lėčiau ir nepasiekia didžiausios vertės, kai kontaktai nukrenta.

Kintamosios srovės grandinėje didėjantis induktyvumas gali padidinti ir sumažinti trumpojo jungimo susidėvėjimą. Tai priklauso nuo to, kada kontaktai bus išmesti. Kai kontaktai atsidaro, grandinės induktyvumas turi įtakos susidėvėjimui, jei jis turi įtakos srovei ir lanko gesinimo laikui.

Intensyvesnis susidėvėjimas pastebimas kontaktų, pagamintų iš grynų kontaktinių medžiagų (vario, sidabro), ir žymiai sumažėja kontaktų, pagamintų iš lydinių su ugniai atspariais komponentais (varis – volframas, sidabras – volframas).

Sidabras turi santykinai didelį atsparumą dilimui, esant srovėms iki 63 A, esant 100 A ir aukštesnei srovėms, atsparumas dilimui mažėja, o esant 10 kA srovėms jis tampa viena iš mažiausiai dilimui atsparių medžiagų.

Kontaktų susidėvėjimas didėja didėjant perjungimo dažniui. Kuo dažniau įrenginys įjungiamas, tuo labiau įkaista kontaktai ir mažėja jų atsparumas erozijai. Padidinus kontaktų atidarymo greitį, sutrumpės lanko laikas ir sumažės kontaktų lanko susidėvėjimas.

Elektrinių kontaktų parametrai (gedimas, tirpalas, slėgis) ir kontakto pobūdis (taškinis arba plokštuminis kontaktas, iškreiptas kontaktas) turi įtakos tiek mechaniniam, tiek elektriniam susidėvėjimui.Pavyzdžiui, padidėjus kontaktiniam tirpalui, didėja jų susidėvėjimas, didėjant šiluminės energijos išsiskyrimui lanko cilindre.

Dėl susidėvėjusių elektros kontaktų gali sutrikti kontaktas ir nutrūkti kontaktinės jungtys. Tai gali sukelti priešlaikinį perjungimo įrenginio gedimą. Kontaktinis susidėvėjimas turi įtakos jų atmetimui veikiant elektrodinaminėms jėgoms.

Shterbakovas E.F.