Контактные соединения, контактные материалы

Контактами называются детали аппаратов, предназначенные для непосредственного замыкания и размыкания электрических цепей и обеспечивающие в замкнутом состоянии необходимую проводимость тока.

Контактные соединения должны удовлетворять следующим требованиям: надежность электрического соединения, достаточная механическая прочность, превышение температуры не свыше допустимого по нормам, стойкость против химических воздействий. В зависимости от условий работы контактные соединения подразделяют на неподвижные, подвижные и скользящие.

Неподвижные контактные соединения не размыкаются в процессе эксплуатации аппаратов. К ним относятся все типы постоянных соединений проводников. Выполняются они шпильками, винтами, болтами, заклепками, специальными зажимами или пайкой и сваркой.

Подвижные контактные соединения, замыкающиеся и размыкающиеся в процессе работы аппарата, являются основными элементами выключающей аппаратуры (контакторов, реле, автоматических выключателей, рубильников и пр.). Они состоят из двух контактов, один из которых является неподвижным, а другой, передвигаясь, осуществляет включение или выключение электрической цепи. Необходимое усилие прижатия контактов друг к другу достигается с помощью контактных пружин.

Скользящие контактные соединения обеспечивают перемещение одной контактной поверхности по другой и не размыкаются в процессе работы. Их прижатие друг к другу осуществляется посредством пружин. К скользящим контактным соединениям относятся коллектор и щетки, токосъемная вставка токоприемника,, контактный провод и др.

В месте касания двух контактов возникает добавочное сопротивление, которое называется переходным или контактным сопротивлением. Проводимость контактов тем больше, чем меньше их сопротивление. Сопротивление контактного соединения складывается из сопротивления материала контактов и переходного сопротивления. Причем переходное сопротивление составляет наиболее существенную часть общего. Это объясняется тем, что контактные поверхности имеют некоторую шероховатость, вследствие чего замкнутые контакты соприкасаются лишь отдельными точками своих поверхностей. Чем тщательнее обработаны поверхности контактов и чем больше усилие прижатия контактов друг к другу, тем многочисленнее будут точки соприкосновения их поверхностей и, следовательно, тем меньше переходное сопротивление, местные увеличения плотности тока, падение напряжения и потеря мощности.

Значительное влияние на переходное сопротивление имеет окисление поверхности контактов. Окислению в различной степени подвергаются все металлы, применяемые для изготовления контактов. Их расположение в порядке возрастающей стойкости к окислению следующее: медь-медь; медь-латунь; медь-сталь; медь-алюминий; латунь-сталь; Сталь-сталь; латунь-латунь; алюминий-сталь; алюминий-латунь; алюминий-алюминий;

ПОС-ЗО-ПОС-ЗО; олово-олово; кадмий-кадмий; серебро-серебро. Контактное сопротивление окисленных поверхностей может в несколько сотен и тысяч раз превышать сопротивление неокис-ленных поверхностей. Контакты электрических аппаратов рассчитаны на работу в определенных температурных условиях. Нагревание контактов зависит от тока, сопротивления контактов и переходного сопротивления. Повышенный нагрев контактов ускоряет процесс окисления поверхности контактов, а следовательно, значительно увеличивает переходное сопротивление:

Материал контактов Медь-медь Алюминий- Сталь -

алюминий сталь

Время окисления при 70° С, дни 36 54 57,5

Степень увеличения сопротивления ..........15000 70 900

Контакты тяговых аппаратов изготовляют из меди, серебра и металлокерамических материалов. Самым распространенным и наиболее дешевым контактным материалом является медь, которая обладает достаточной твердостью и высокой электрической проводимостью. К недостаткам медных контактов следует отнести быстрое образование на их поверхности окисных пленок, плохо проводящих электрический ток, поэтому в эксплуатации медные контакты требуют регулярной зачистки поверхностей соприкосновения. В аппаратах обычно предусматривается возможность удаления окислов с поверхности контактов. Замыкание и размыкание контактов сопровождаются относительным скольжением их поверхностей (притиранием), при котором разрушается пленка поверхностного окисления, в результате чего происходит зачистка контактов и уменьшается их сопротивление. Износоустойчивость контактов из кадмиевой меди примерно в 1,5 раза выше по сравнению с медными.

Серебряные контакты имеют сравнительно низкую электрическую износостойкость, причем быстрее изнашивается положительный контакт и больше изнашиваются серебряные контакты при включении, чем при отключении.

Металлокерамические контакты обладают высокой твердостью, хорошей электрической и механической износоустойчивостью. Их используют в аппаратах,рассчитанных на средние и большие токи. Для получения контактов с хорошими показателями применяют смесь металла с высокой проводимостью, но имеющего низкую температуру плавления, и тугоплавкого металла. Порошки двух практически несплявляющихся металлов тщательно перемешивают, прессуют в пресс-форме по заданному профилю контакта и затем запекают при 800-900° С, или порошок, изготовленный из тугоплавкого металла пропитывают расплавленным другим металлом. Таким образом, металлокерамический контакт имеет тугоплавкий скелет и легкоплавкий заполнитель с высокой проводимостью. Применяют металлокерамические контакты в сочетании: серебро-окись кадмия; серебро-никель; серебро-вольфрам; серебро-молибден; медь-вольфрам; медь-молибден.

Неподвижные контакты, выполненные из легкоокисляющихся металлов (сталь, алюминий, медь) и не подвергающиеся во время работы механическому износу и воздействию электрической дуги, покрывают защитными малоокисляющимися материалами, например, оловом, кадмием, серебром, ПОС-ЗО (оловянисто-свинцовый припой, содержащий 30% олова). Надежность работы аппарата зависит от размера раствора, контактного нажатия, провала и притирания контактов.

Раствор контактов - это расстояние между контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов в разомкнутом положении. Размер раствора выбирают из условий гашения электрической дуги.

Контактное нажатие - это сила, с которой подвижной контакт должен давить на неподвижный, чтобы обеспечить нормальную работу аппарата. Под провалом понимают расстояние, на которое смещается подвижной контакт при полном замыкании контактов. По мере износа контактов провал и контактное нажатие уменьшаются. Притирание - это перемещение линии касания подвижного контакта по поверхности неподвижного контакта.