Износване на електрически контакти

По време на работа превключващите контакти често се включват и изключват. Това води до износване. Допуска се износване на контактите, така че до края на експлоатационния живот да не доведе до неизправност на устройството.

Контактното износване е разрушаване на работната повърхност на контактите с промяна в тяхната форма, размер, тегло и намаляване на потапянето.

Износването на електрическите контакти, което възниква под въздействието на механични фактори, се нарича механично износване… Контактите на разединителите са изложени на механично износване — устройства, които отварят електрическата верига без товар. Износването се проявява под формата на смачкване и сплескване на крайните контакти и износване на повърхностите на изрязаните контакти.

За да се намали механичното износване, подвижните или неподвижните контакти се снабдяват с пружина, която притиска контакта до ограничителя му в изключено положение на устройството, изключвайки възможността от контактни вибрации. Във включено положение контактът, който има пружина, се отдалечава от ограничителя, а пружината притиска контактите един към друг, осигурявайки натискане на контакт.

Най -интензивното износване възниква под въздействието на електрически фактори, при наличие на токов товар. Това износване се нарича електрическо износване или електрическа ерозия.

Най -често срещаната мярка за износване на електрически контакт е обемна или загуба на тегло на контактния материал.

Контактите, предназначени за превключване на електрически вериги под товар, са обект на механично и електрическо износване. Освен това контактите се износват поради образуването на повърхността им на филми от различни химични съединения от материала на контактите с околната среда, което се нарича химическо износване или корозия.

Когато електрическата верига се комутира с електрически товар, върху контактите възниква електрически разряд, който може да се превърне в мощен електрическа дъга.

Затваряне на процеса на износване

Когато контактите се докоснат в процеса на затварянето им, пружинният контакт се изхвърля назад под въздействието на еластични сили. Възможно е да има няколко отхвърляния на контактите, т.е.наблюдава се вибрация на контактите с амортизирана амплитуда. Амплитудата на вибрациите намалява с всеки следващ удар. Времето за отхвърляне също се намалява.

Вибрация на контактите при включено устройство: x1, x2 — амплитуда на отхвърлянията; t1, T2, T3 — загуба на време

При изхвърляне на контактите се образува къса дъга с топене на контактните точки и изпаряване на метала. В този случай се създава повишено налягане на метални пари в зоната на контакт и контактът «виси» в потока на тези пари. Времето за затваряне на контакта се увеличава.

Износването на електрическите контакти при включване зависи от първоначалната депресия в момента на контакт на контактите, сковаността на пружината, която създава контактно налягане, и от физическите свойства на контактните материали.

Първоначално натискане на контактите в момента на контакта им — това е силата, която противодейства на отхвърлянето на контакти, когато се сблъскат. Колкото по -голяма е тази сила, толкова по -малка ще бъде амплитудата и времето на отхвърляне, толкова по -малка ще бъде вибрацията на контактите и тяхното износване. С увеличаване на твърдостта на пружината отхвърлянето на контакта намалява и износването на контакта намалява.

Колкото по -висока е точката на топене на контактния материал, толкова по -ниско е износването на контакта. Колкото по -висок е токът в превключената верига, толкова по -голямо е износването на контактите.

Процес на износване при отваряне

В момента на отваряне на контактите контактното налягане се намалява до нула. В този случай контактното съпротивление се увеличава и плътността на тока в последната точка на контакт се увеличава. Контактната точка се стопява и между разминаващите се контакти се образува провлак (мост) от разтопен метал, който след това се скъсва. Между контактите може да възникне искра или дъгов разряд.

Под въздействието на висока температура по време на изхвърлянето част от метала на контактния провлак се изпарява, част се изхвърля от контактната междина под формата на пръски, а част се прехвърля от един контакт в друг. На контактите се наблюдават ерозионни явления — появата на кратери по тях или залепването на метал. Износването на контактите зависи от вида и големината на тока, продължителността на изгарянето на дъгата и материала на контактите.

При постоянен ток прехвърлянето на материал от един контакт в друг се проявява по -интензивно, отколкото с променлив ток, тъй като посоката на тока във веригата не се променя.

При ниски токове ерозията на контактите се причинява от разрушаването на контактния провлак не в средата, а по -близо до един от електродите. По -често прекъсването на контактния провлак се наблюдава при анода — положителния електрод.

Наблюдава се пренос на метал към електрода по -далеч от точката на топене, обикновено към катода. Прехвърленият метал се втвърдява върху катода под формата на остри издатини, които влошават условията на контакт и намаляват пролуката между контактите в отворено състояние. Количеството ерозия е пропорционално на количеството електричество, преминало през контактите по време на искровия разряд. Колкото по -голям е токът и времето на изгаряне на дъгата, толкова по -голяма ерозия на контактите.

При високи токове в промишлени електрически мрежи често възниква дъгов разряд между отворени контакти. Износването на контакт с дъга зависи от много фактори. Сред тях могат да се отмъстят следните фактори: мрежово напрежение, вид и величина на тока, сила на магнитното поле, индуктивност на веригата, физични свойства на контактните материали, честота на превключване на цикъла, естеството на контактния контакт, скоростта на отваряне на контакта.

Електрическата дъга между контактите се запалва при определена стойност на напрежението. В присъствието на устройства за гасене на дъгапричинявайки движението на дъгата, дъгата ще се смеси от контактите, когато се появи междуконтактна междина от 1 — 2 mm, което не е свързано с величината на напрежението. Следователно износването на контактите практически не зависи от напрежението. Минималните стойности на напрежение, при които възниква електрическа дъга за редица метали, използвани като контакти, са дадени в таблица. 1.

Таблица 1. Минимално напрежение и ток на дъгата за избрани метали

Параметри на веригата Материал за контакт Au Ag Cu Fe Ал Пн W Ni Минимален ток, А 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Минимално напрежение, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Износването на контактите се увеличава с увеличаване на тока на прекъсване. Тази зависимост е близка до линейна. В същото време промяната в тока води до промяна във външното магнитно поле, което влияе върху характера на износване на контактите. Износването на контактите е по -интензивно при постоянен ток, което е свързано със забавянето на гасенето на дъгата. При постоянен ток контактите се износват неравномерно.

Движението на дъгата в устройства за гасене на дъга става в магнитно поле, създадено от проводник с ток. С увеличаване на силата на магнитното поле скоростта на движение на референтните точки на дъгата се увеличава. В същото време контактите се загряват по -малко и се стопяват, а износването намалява. Когато обаче между отворените контакти се появи провлак от разтопен метал, увеличаването на силата на магнитното поле увеличава електродинамичните сили, които са склонни да изхвърлят разтопения метал от контактната междина. Това води до повишено износване на контактите.

Износването на контакта се влияе от индуктивността на веригата, тъй като е свързано с времевата константа на веригата и скоростта на промяна на тока. В постоянна токова верига увеличаването на индуктивността може да намали износването, когато контактите са затворени, тъй като токът нараства по -бавно и не достига максималната си стойност при падане на контактите.

В AC верига увеличаването на индуктивността може да увеличи и намали износването на късо съединение. Зависи от момента на изхвърляне на контактите. При отваряне на контактите индуктивността на веригата влияе върху износването, ако влияе върху тока и времето за гасене на дъгата.

По -интензивно износване се наблюдава при контакти, изработени от чисти контактни материали (мед, сребро) и значително намалява при контакти от сплави с огнеупорни компоненти (мед — волфрам, сребро — волфрам).

Среброто има относително висока устойчивост на износване при токове до 63 A, при токове 100 A и по-високи, износоустойчивостта намалява, а при токове 10 kA става един от най-малко износоустойчивите материали.

Износването на контактите се увеличава с увеличаване на честотата на превключване. Колкото по -често устройството е включено, толкова повече контактите се нагряват и тяхната устойчивост на ерозия намалява. Увеличаването на скоростта на отваряне на контакта ще съкрати времето на дъгата и ще намали износването на дъгата на контактите.

Параметрите на електрическите контакти (повреда, решение, натискане) и естеството на контакта (точков или равнинен контакт, контакт с изкривен контакт) влияят както върху механичното износване, така и върху електрическото износване. Например, с увеличаване на контактния разтвор, тяхното износване се увеличава, тъй като освобождаването на топлинна енергия в дъговия цилиндър се увеличава.

Износените електрически контакти могат да доведат до лош контакт и загуба на контактни връзки. Това може да причини преждевременна повреда на превключващото устройство. Износването на контактите се влияе от отхвърлянето им под въздействието на електродинамични сили.

Щербаков Е.Ф.