Перфектен електрически контакт, влияние на свойствата на материала, налягане и размери върху съпротивлението на контакта

Фиксираните контакти се осъществяват в повечето случаи чрез механично свързване на проводници, а свързването може да се осъществи или чрез директно свързване на проводници (например автобуси в електрически подстанции), или чрез междинни устройства — скоби и клеми.

Механично формираните контакти се наричат затяганеи те могат да бъдат сглобени или разглобени, без да нарушават отделните им части. В допълнение към затягащите контакти има фиксирани контакти, получени чрез запояване или заваряване на свързаните проводници. Ние наричаме такива контакти изцяло метални, тъй като те нямат физическа граница, която ограничава двата проводника.

Надеждността на контактите при работа, стабилността на съпротивлението, липсата на прегряване и други смущения определят нормалната работа на цялата инсталация или линия, в която има контакти.

Така нареченият идеален контакт трябва да отговаря на две основни изисквания:

• контактното съпротивление трябва да бъде равно или по -ниско от съпротивлението на проводника в участък със същата дължина;
• контактното отопление с номинален ток трябва да бъде равно или по-ниско от нагряването на проводник със съответното напречно сечение.

През 1913 г. Харис разработва четири закона, които управляват електрическите контакти (Харис Ф., Съпротивление на електрическите контакти):

1. При равни други условия спадът на напрежението в контакта се увеличава правопропорционално на тока. С други думи, контактът между два материала се държи като съпротива.

2. Ако състоянието на повърхностите в контакта няма ефект, спадът на напрежението върху контакта се променя обратно на налягането.

3. Контактното съпротивление между различните материали зависи от тяхното специфично съпротивление. Материалите с ниско съпротивление също имат ниско съпротивление при контакт.

4. Съпротивлението на контактите не зависи от големината на тяхната площ, а зависи само от общото налягане в контакта.

Размерът на контактната повърхност се определя от следните фактори: условия на топлопреминаване на контактите и устойчивост на корозия, тъй като контактът с малка повърхност може да бъде разрушен от проникването на корозивни агенти от атмосферата по -лесно, отколкото при контакт с голям контакт повърхност.

Следователно при проектирането на затягащи контакти е необходимо да се знаят нормите на налягане, плътност на тока и размера на контактната повърхност, които гарантират спазване на изискванията за идеален контакт и които могат да бъдат различни в зависимост от материала, повърхностната обработка и дизайн на контакти.

Контактното съпротивление се влияе от следните свойства на материала:

1. Специфично електрическо съпротивление на материала.

Колкото по -голямо е контактното съпротивление, толкова по -високо е специфичното съпротивление на контактния материал.

2. Твърдостта или устойчивостта на компресия на материала. По -мекият материал се деформира по -лесно и по -бързо установява контактни точки и следователно дава по -малко електрическо съпротивление при по -ниско налягане. В този смисъл е полезно да се покриват твърдите метали с по -меки: калай за мед и месинг и калай или кадмий за желязо.

3. Коефициенти на термично разширение Необходимо е също така да се вземе предвид, тъй като поради тяхната разлика между материала на контактите и например болтовете могат да се получат повишени напрежения, причинявайки пластична деформация на по -слабата част на контакта и нейното разрушаване с намаляване на температура.

Размерът на контактното съпротивление се определя от броя и размера на точковите контакти и зависи (в различна степен) от материала на контактите, контактното налягане, обработката на контактните повърхности и размера на контактните повърхности.

При къси съединения температурата в контактите може да се повиши толкова много, че поради неравномерния коефициент на термично разширение на материала на болтовете и контакта могат да възникнат напрежения над границата на еластичност на материала.

Това ще доведе до разхлабване и загуба на контактна плътност. Ето защо при изчисляване е необходимо да се провери за допълнителни механични напрежения в контакта, причинени от токове на късо съединение.

Медта започва да се окислява във въздуха при стайна температура (20 — 30 °). Полученият оксиден филм поради малката си дебелина не представлява особена пречка за образуването на контакт, тъй като се разрушава при компресиране на контактите.

Например контактите, изложени на въздух в продължение на месец преди сглобяването, показват само 10% по -голяма устойчивост от прясно направените контакти. Силното окисляване на медта започва при температури над 70 °. Контактите, които се държаха около 1 час при 100 °, увеличиха съпротивлението си 50 пъти.

Повишаването на температурата значително ускорява окисляването и корозията на контактите поради факта, че дифузията на газове в контакта се ускорява и реактивността на корозивните вещества се увеличава. Редуването на нагряване и охлаждане насърчава проникването на газове в контакт.

Установено е също, че при продължително нагряване на контактите по ток се наблюдава циклична промяна в тяхната температура и съпротивление.Това явление се обяснява с последователни процеси:

• окисляване на медта до CuO и повишаване на съпротивлението и температурата;
• с недостиг на въздух, преминаването от CuO към Cu2О и понижаващо съпротивление и температура (Cu2O провежда по -добре от CuO);
• увеличен достъп на въздух, ново образуване на CuO, увеличаване на съпротивлението и температурата и т.н.

Поради постепенното удебеляване на оксидния слой в крайна сметка се наблюдава увеличаване на контактното съпротивление.

Наличието на серен диоксид, сероводород, амоняк, хлор и киселинни пари в атмосферата има много по -силен ефект върху контакта с мед.

Във въздуха алуминият бързо се покрива с тънък оксиден филм с висока устойчивост. Използването на алуминиеви контакти без отстраняване на оксидния филм дава висока контактна устойчивост.

Премахването на филма при обикновени температури е възможно само механично и почистването на контактната повърхност трябва да се извършва под слой вазелин, за да се предотврати достигането на въздух до почистената повърхност. Обработените по този начин алуминиеви контакти дават ниско съпротивление на контактите.

За да се подобри контактът и да се предпази от корозия, обикновено за алуминий, контактните повърхности се почистват под вазелин, а за мед — калай.

При проектирането на скоби за свързване на алуминиеви проводници е необходимо да се има предвид свойството на алуминия да се „свива“ с течение на времето, в резултат на което контактът се отслабва. Като се вземе предвид това свойство на алуминиевите проводници, е възможно да се използват специални клеми с пружина, поради което необходимото контактно налягане се поддържа във връзка през цялото време.

Контактното налягане е най -значимият фактор, влияещ върху контактното съпротивление. На практика контактното съпротивление зависи главно от контактното налягане и в много по -малка степен от обработката или размера на контактната повърхност.

Увеличаването на контактното налягане причинява:

• намаляване на контактното съпротивление:
• намаляване на загубите;
• плътно свързване на контактните повърхности, което намалява окисляването на контактите и по този начин прави връзката по -стабилна.

На практика обикновено се използва нормализираното контактно налягане, при което се постига стабилност на контактното съпротивление. Такива оптимални стойности на контактното налягане са различни за различните метали и различните състояния на контактните повърхности.

Важна роля играе плътността на контакт по цялата повърхност, за която трябва да се поддържат нормите на специфично налягане независимо от размера на контактната повърхност.

Обработката на контактните повърхности трябва да гарантира отстраняването на чужди филми и да дава максимум точкови контакти, когато повърхностите са в контакт.

Покриването на контактните повърхности с по -мек метал, като например калайдисване на медни или железни контакти, улеснява постигането на добър контакт при по -ниско налягане.

За алуминиеви контакти най -доброто третиране е да се шлайфа контактната повърхност с шкурка под вазелин. Вазелинът е необходим, тъй като алуминият във въздуха много бързо се покрива с оксиден филм, а вазелинът предотвратява достигането на въздух до защитената контактна повърхност.

Редица автори смятат, че контактното съпротивление зависи само от общото налягане в контакта и не зависи от размера на контактната повърхност.

Това може да се представи, ако например с намаляване на контактната повърхност увеличаването на контактното съпротивление поради намаляване на броя на контактните точки се компенсира с намаляване на съпротивлението поради тяхното сплескване поради увеличаване на специфичния контакт налягане.

Такава взаимна компенсация на два противоположно насочени процеса може да възникне само в изключителни случаи. Много експерименти показват, че с намаляване на дължината на контакта и при постоянно общо налягане, контактното съпротивление се увеличава.

С намалената наполовина дължина на контакта се постига стабилност на съпротивлението при по -високи налягания.

Намаляването на контактното нагряване при дадена плътност на тока се улеснява от следните свойства на контактния материал: ниско електрическо съпротивление, висок топлоемкост и топлопроводимост, както и висока способност за излъчване на топлина на външната повърхност на контактите.

Корозията на контактите, съставени от различни метали, е много по -интензивна от тази на контактите, състоящи се от еднакви метали.В този случай се образува електрохимична макродвойка (метал А — мокър филм — метал В), който е галванична клетка. Тук, както в случая на микрокорозия, един от електродите ще бъде унищожен, а именно частта от контакта, състояща се от по -малко благороден метал (анод).

На практика може да има случаи на свързване на проводници, състоящи се от различни метали, например мед с алуминий. Такъв контакт, без специална защита, може да корозира по -малко благородния метал, т.е.алуминий. Всъщност алуминият в контакт с мед е силно корозивен, поради което директното свързване в контакт между мед и алуминий не е позволено.