Puikus elektrinis kontaktas, medžiagos savybių, slėgio ir matmenų įtaka kontaktinei varžai

Fiksuoti kontaktai dažniausiai atliekami mechaniniu laidų sujungimu, o jungti galima arba tiesiogiai sujungiant laidus (pavyzdžiui, magistrales elektros pastotėse) arba tarpiniais įtaisais – spaustukais ir gnybtais.

Vadinami mechaniškai suformuoti kontaktai priveržimasir juos galima surinkti arba išardyti nepažeidžiant atskirų jų dalių. Be užveržimo kontaktų, yra ir fiksuotų kontaktų, gaunamų lituojant arba suvirinant prijungtus laidus. Tokius kontaktus mes vadiname visas metalas, nes jie neturi fizinės ribos, ribojančios du laidus.

Veikiančių kontaktų patikimumas, atsparumo stabilumas, perkaitimo ir kitų trikdžių nebuvimas lemia normalų viso įrenginio ar linijos, kurioje yra kontaktai, veikimą.

Vadinamasis idealus kontaktas turi atitikti du pagrindinius reikalavimus:

• kontaktinė varža turi būti lygi arba mažesnė už laidininko varžą tokio pat ilgio atkarpoje;
• kontaktinis šildymas vardine srove turi būti lygus atitinkamo skerspjūvio laido šildymui arba mažesnis už jį.

1913 m. Harrisas sukūrė keturis įstatymus, reglamentuojančius elektros kontaktus (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Esant visoms kitoms sąlygoms, įtampos kritimas kontakte didėja tiesiogiai proporcingai srovei. Kitaip tariant, kontaktas tarp dviejų medžiagų elgiasi kaip pasipriešinimas.

2. Jei kontakto paviršių būklė neturi įtakos, įtampos kritimas kontakte kinta atvirkščiai slėgiui.

3. Skirtingų medžiagų sąlyčio varža priklauso nuo jų specifinės varžos. Mažos varžos medžiagos taip pat turi mažą kontaktinį atsparumą.

4. Kontaktų varža nepriklauso nuo jų ploto dydžio, o priklauso tik nuo bendro slėgio kontakte.

Kontaktinio paviršiaus dydį lemia šie veiksniai: kontaktų šilumos perdavimo sąlygos ir atsparumas korozijai, nes kontaktą su mažu paviršiumi, prasiskverbiant iš atmosferos ėsdinančioms medžiagoms, gali lengviau sunaikinti nei kontaktas su dideliu kontaktinis paviršius.

Todėl projektuojant suspaudimo kontaktus būtina žinoti slėgio, srovės tankio ir kontaktinio paviršiaus dydžio normas, kurios užtikrina idealaus kontakto reikalavimų atitikimą ir kurios gali skirtis priklausomai nuo medžiagos, paviršiaus apdorojimo ir kontakto. dizainas.

Kontaktiniam pasipriešinimui įtakos turi šios medžiagos savybės:

1.Medžiagos savitoji elektrinė varža.

Kuo didesnė kontaktinė varža, tuo didesnė kontaktinės medžiagos savitoji varža.

2. Medžiagos kietumas arba gniuždymo stipris. Minkštesnė medžiaga lengviau deformuojasi ir greičiau nustato kontaktinius taškus, todėl esant mažesniam slėgiui suteikia mažesnę elektrinę varžą. Šia prasme kietuosius metalus pravartu padengti minkštesniais: variui ir žalvariui – alavu, o geležies – alavu ar kadmiu.

3. Šiluminio plėtimosi koeficientai Taip pat būtina atsižvelgti, nes dėl jų skirtumo tarp kontaktų medžiagos ir, pavyzdžiui, varžtų, gali padidėti įtempiai, dėl kurių silpnesnė kontakto dalis gali plastiškai deformuotis ir sunykti mažėjant temperatūrai. .

Kontaktinės varžos dydis nustatomas pagal taškinių kontaktų skaičių ir dydį ir priklauso (skirtingu laipsniu) nuo kontaktų medžiagos, kontaktinio slėgio, kontaktinių paviršių apdorojimo ir kontaktinių paviršių dydžio.

At trumpieji jungimai temperatūra kontaktuose gali pakilti tiek, kad dėl netolygaus varžtų ir kontakto medžiagos šiluminio plėtimosi koeficiento gali atsirasti įtempių, viršijančių medžiagos tamprumo ribą.

Dėl to atsilaisvins ir praras kontakto sandarumą. Todėl skaičiuojant reikia patikrinti, ar kontakte nėra papildomų mechaninių įtempimų, kuriuos sukelia trumpojo jungimo srovės.

Varis pradeda oksiduotis ore kambario temperatūroje (20–30 °).Susidariusi oksido plėvelė dėl mažo storio nėra ypatinga kliūtis kontaktui susidaryti, nes suspaudžiant kontaktus ji sunaikinama.

Pavyzdžiui, kontaktai, veikiami ore mėnesį prieš surinkimą, rodo tik 10 % didesnį atsparumą nei ką tik pagaminti kontaktai. Stipri vario oksidacija prasideda aukštesnėje nei 70 ° temperatūroje. Kontaktai, kurie buvo laikomi apie 1 valandą 100 ° kampu, padidino savo atsparumą 50 kartų.

Temperatūros padidėjimas žymiai pagreitina kontaktų oksidaciją ir koroziją dėl to, kad paspartėja dujų difuzija kontakte ir padidėja korozinių medžiagų reaktyvumas. Šildymo ir aušinimo kaitaliojimas skatina besiliečiančių dujų prasiskverbimą.

Taip pat nustatyta, kad ilgai kaitinant kontaktus srove, stebimas cikliškas jų temperatūros ir varžos pokytis, kurį paaiškina vienas po kito einantys procesai:

• vario oksidacija iki CuO ir atsparumo bei temperatūros padidėjimas;
• trūkstant oro, perėjimas nuo CuO prie Cu2O ir mažėjantis atsparumas bei temperatūra (Cu2O laidi geriau nei CuO);
• padidėjęs oro patekimas, naujas CuO susidarymas, atsparumo ir temperatūros padidėjimas ir kt.

Dėl laipsniško oksido sluoksnio storėjimo ilgainiui pastebimas kontaktinio pasipriešinimo padidėjimas.

Sieros dioksido, sieros vandenilio, amoniako, chloro ir rūgščių garų buvimas atmosferoje daug stipriau veikia sąlytį su variu.

Ore aliuminis greitai pasidengia plona, ​​labai atsparia oksido plėvele. Aliuminio kontaktų naudojimas nepašalinant oksido plėvelės suteikia didelį atsparumą kontaktui.

Plėvelės pašalinimas įprastoje temperatūroje galimas tik mechaniškai, o kontaktinio paviršiaus valymas turi būti atliekamas po vazelino sluoksniu, kad oras nepatektų į valomą paviršių. Taip apdoroti aliuminio kontaktai suteikia mažą atsparumą kontaktams.

Siekiant pagerinti kontaktą ir apsaugoti nuo korozijos, kontaktiniai paviršiai paprastai valomi vazelinu aliuminiui ir alavu variui.

Projektuojant spaustukus aliuminio laidams sujungti, būtina atsižvelgti į aliuminio savybę laikui bėgant „susitraukti“, dėl to kontaktas susilpnėja. Atsižvelgiant į šią aliuminio laidų savybę, galima naudoti specialius gnybtus su spyruokle, dėl kurių jungtyje nuolat palaikomas reikiamas kontaktinis slėgis.

Kontaktinis slėgis yra svarbiausias veiksnys, turintis įtakos kontaktiniam pasipriešinimui. Praktiškai kontaktinė varža daugiausia priklauso nuo kontaktinio slėgio ir daug mažiau nuo kontaktinio paviršiaus apdorojimo ar dydžio.

Padidėjęs kontaktinis slėgis sukelia:

• kontaktinio pasipriešinimo sumažinimas:
• nuostolių mažinimas;
• sandarus kontaktinių paviršių sujungimas, dėl kurio sumažėja kontaktų oksidacija ir taip sujungimas tampa stabilesnis.

Praktikoje paprastai naudojamas normalizuotas kontaktinis slėgis, kai pasiekiamas kontaktinės varžos stabilumas. Tokios optimalios kontaktinio slėgio vertės skirtingiems metalams ir skirtingoms kontaktinių paviršių būsenoms yra skirtingos.

Svarbų vaidmenį atlieka sąlyčio tankis visame paviršiuje, kuriam turi būti išlaikytos specifinės slėgio normos, nepaisant kontaktinio paviršiaus dydžio.

Kontaktinių paviršių apdorojimas turi užtikrinti pašalinių plėvelių pašalinimą ir maksimalius taškinius kontaktus, kai paviršiai liečiasi.

Kontaktinius paviršius padengus minkštesniu metalu, pavyzdžiui, skardinant varinius ar geležinius kontaktus, lengviau pasiekti gerą kontaktą esant mažesniam slėgiui.

Aliuminio kontaktams geriausia apdoroti kontaktinį paviršių švitriniu popieriumi po vazelinu. Vazelinas reikalingas, nes aliuminis ore labai greitai pasidengia oksido plėvele, o vazelinas neleidžia orui pasiekti apsaugotą kontaktinį paviršių.

Nemažai autorių mano, kad kontaktinė varža priklauso tik nuo bendro slėgio kontakte ir nepriklauso nuo kontaktinio paviršiaus dydžio.

Tai galima įsivaizduoti, jei, pavyzdžiui, sumažėjus kontaktiniam paviršiui, kontaktinės varžos padidėjimą dėl sumažėjusio kontaktinių taškų skaičiaus kompensuoja pasipriešinimo sumažėjimas dėl jų išsilyginimo, padidėjus specifinei kontaktinis slėgis.

Toks abipusis dviejų priešingai nukreiptų procesų kompensavimas gali atsirasti tik išskirtiniais atvejais. Daugelis eksperimentų rodo, kad mažėjant kontakto ilgiui ir esant pastoviam bendram slėgiui, kontakto varža didėja.

Perpus sumažinus kontakto ilgį, atsparumo stabilumas pasiekiamas esant didesniam slėgiui.

Kontakto šildymo sumažinimą esant tam tikram srovės tankiui palengvina šios kontaktinės medžiagos savybės: maža elektrinė varža, didelė šiluminė talpa ir šilumos laidumas, taip pat didelis gebėjimas skleisti šilumą ant išorinio kontaktų paviršiaus.

Skirtingų metalų kontaktų korozija yra daug intensyvesnė nei kontaktų iš tų pačių metalų Tokiu atveju susidaro elektrocheminė makropora (metalas A — šlapia plėvelė — metalas B), tai galvaninis elementas. Čia, kaip ir mikrokorozijos atveju, bus sunaikintas vienas iš elektrodų, būtent kontakto dalis, sudaryta iš mažiau tauriojo metalo (anodo).

Praktikoje gali būti laidų, sudarytų iš skirtingų metalų, pavyzdžiui, vario su aliuminiu, sujungimo atvejų. Toks kontaktas be specialios apsaugos gali korozuoti mažiau brangų metalą, t.y. aliuminį. Tiesą sakant, aliuminis, besiliečiantis su variu, yra labai korozinis, todėl tiesioginis vario ir aliuminio sujungimas neleidžiamas.