Влияние переходного сопротивления контактов на нагрев проводников

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 13Следующая ⇒

Наличие переходного сопротивления контактов неизбежно приводит к тому, что в зоне контакта выделяется тепло, т. е. всякий электрический контакт является дополнительным источником тепла. В контактном соединении можно выделить зону стягивания, т. е. ту часть проводников, прилегающих к поверхности контакта, в которой сосредоточено сопротивление стягивания. Разумеется, сопротивление, обусловленное наличием окисных пленок, также сосредоточено в этой зоне, непосредственно между поверхностями контакта.

Ввиду того, что наружная поверхность зоны стягивания невелика, в первом приближении можно пренебречь количеством теплоты, отдаваемой в окружающую среду непосредственно этой поверхностью, и считать, что теплота, генерируемая в этой зоне, распространяется в части проводника, прилегающей к этой зоне, а далее с поверхности проводников - в окружающую среду.

При прохождении тока нагревается само тело проводника, что приводит к увеличению падения напряжения на этом участке электрической цепи. Кроме этого, изменяется сопротивление стягивания и увеличивается падение напряжения на переходном сопротивлении контакта

Известно, что для каждого материала существуют определённые падения напряжения на контактах, при которых температура контактного пятна достигает значений, характеризующих фазовое состояние материала. Так, температуре рекристаллизации соответствует напряжение размягчения. Температуре плавления материала соответствует напряжение плавления, а температуре кипения – напряжение кипения. Для некоторых металлов значения этих напряжений приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Название металла	U_{размягчения}, (U_р), В	U_{плавления}, (U_пл), В	U_{кипения}, (U_кип), В
Медь (Cu)	0, 12	0, 43	0, 79
Серебро (Ag)	0, 09	0, 37	0, 68
Платина (Pt)	0, 25	0, 65	1, 50
Вольфрам (W)	0, 40	1, 10	2, 10
Золото (Au)	0, 08	0, 43	0, 90

Зависимость сопротивления контакта от падения напряжения на нём (R – U характеристика) представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. R – U характеристика контакта

С ростом падения напряжения на контакте U_к переходное сопротивление вначале растёт, а затем, при напряжении U_р происходит резкое падение механических свойств материала. При том же усилии нажатия увеличивается площадь контактирования и переходное сопротивление резко уменьшается. В дальнейшем оно снова линейно возрастает, а при напряжении U_пл электрический контакт сваривается – переходное сопротивление снова резко уменьшается.

Сваривание электрических контактов

Использование контактов при условии, что напряжение U_к не превзойдёт напряжения U_р возможно лишь в слаботочных (слаботоковых) аппаратах. В сильнотоковых аппаратах, предназначенных для работы в режимах короткого замыкания, условие или привело бы к необходимости создания чрезмерно больших усилий сжатия контактов. Поэтому в сильнотоковых аппаратах не исключено расплавление -пятна в замкнутом состоянии контактов, что может привести к свариванию контактов так, как это происходит при точечной электросварке.

Износ контактов

Под износом контактов понимают разрушение рабочей поверхности коммутирующих контактов, приводящее к изменению их геометрической формы, размера, массы и т.д.

Износ, происходящий под действием электрических факторов, называется электрическим износом – электрической эрозией контактов. Износ под действием механических факторов здесь не рассматривается, он обычно много меньше электрического.

При размыкании сила, сжимающая контакты, снижается до нуля, резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в последней площадке контактирования. Площадка сильно разогревается, и между расходящимися контактами образуется контактный перешеек (мостик) из расплавленного металла, который в дальнейшем рвется. При этом в промежутке между контактами могут возникнуть различные формы электрического разряда.

Мостиковую эрозию контактов можно объяснить термоэлектрическими эффектами, приводящими к асимметрии расплавленного металлического мостика (рис. 2.5), что в конечном счете приводит к переносу материала с одного контакта на другой.

В результате термоэлектрических эффектов максимум температуры приходится не на середину расплавленного мостика Ма смещен от нее на в сторону переноса теплоты. При разрыве он нарушается по изотерме с температурой T _max и на одном участке остается больше металла, чем на другом. Застывший металл при большом числе отключений образует неправильные формы контактов. Эффектные меры борьбы с эрозией состоят в создании симметричных тепловых режимов мостика, например, подбором соответствующих контактных пар.

Электрическая эрозия наблюдается при небольших токах; при больших токах характерен дуговой износ контактов. Он определяет коммутационную износостойкость аппарата, его способность выполнять определенное число коммутаций тока контактами в заданных условиях отключения цепи. Она выражается предельным для аппарата числом коммутационных циклов. Механическая износостойкость аппарата определяется его способностью выполнять определенное число операций отключения и отключения без тока в цепи главных контактов.

Рис. 2.5. Фазы мостиковой эрозии контактов

Дуговой износ контактов – это выгорание материала контактов под воздействием электрической дуги.

Энергия, сосредоточенная в небольших объемах, разогревает металл, плавит его и доводит до температуры кипения. Материал контактов выбрасывается в виде паров металла и капель.

Относительную дугостойкость различных металлов можно оценить на основании диаграммы (рис. 2.6). Она построена по результатам опытов с короткой дугой (0, 8 мм) при токе 12 кА и продолжительности его протекания 0, 0085 с. По оси ординат отложено отношение объёмного износа к количеству электричества прошедшему через промежуток в форме газового разряда.

Рис. 2.6. Сопоставление удельного износа контактов

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒