Contactes en instal·lacions elèctriques i aparells elèctrics

Els punts de connexió dels elements individuals que formen qualsevol circuit elèctric s'anomenen contactes elèctrics.

Contacte elèctric: connexió de cables que permeten transportar un corrent elèctric. La formació dels conductors de corrent de contacte s'anomenen cossos de contacte o contactes positius i negatius, depenent de quin pol de la font de corrent estan connectats.

La paraula "contacte" significa "tocar", "tocar". En un sistema elèctric que combina diversos dispositius, màquines, línies, etc., s'utilitzen un gran nombre de contactes per connectar-los. La fiabilitat de l'equip i el funcionament del sistema depèn en gran mesura de la qualitat de les connexions de contacte.

Classificació dels contactes elèctrics

Els contactes elèctrics són fixos i mòbils. Contactes fixos: tot tipus de desmuntables i integrals, dissenyats per a la connexió de cables a llarg termini. Els contactes desmuntables es fan mitjançant pinces, cargols, cargols, etc., integrals, mitjançant soldadura, soldadura o reblons.Els contactes mòbils es divideixen en interromputs (contactes de relés, botons, interruptors, contactors, etc.) i lliscants (contactes entre el col·lector i les escombretes, contactes dels interruptors, potenciòmetres, etc.).

El tipus de contacte elèctric més senzill és un parell de contactes. Un tipus de contacte difícil és, per exemple, un contacte que forma un doble tancament de circuit paral·lel o un doble tancament en sèrie (aquest últim s'anomena acoblament). El contacte que commuta el circuit quan s'acciona el dispositiu s'anomena canvi. Un contacte de commutació que trenca el circuit en el moment de la commutació s'anomena contacte de commutació, i no trencar el circuit en el moment de la commutació s'anomena contacte transitori.

Segons la forma, els contactes elèctrics es divideixen en:

• punt (superior — pla, esfera — pla, esfera — esfera), que s'utilitzen habitualment en dispositius sensibles i relés que canvien càrregues menors;

• lineal: es produeixen als contactes en forma de cossos cilíndrics i als contactes del raspall;

• planar: en equips de commutació d'alta corrent.

Normalment els contactes s'uneixen a ressorts plans, els anomenats contacte (de alpaca, fòsfor i bronzes de beril·li i menys sovint d'acer), que estan subjectes a alts requisits quant a la constància de les seves propietats mecàniques al llarg de tota la vida útil del dispositiu, sovint calculada en desenes i més d'un milió de cicles. Un conjunt de molles, fets en forma de bloc separat, que es canvien simultàniament, formen un grup de contacte (o paquet).

Característiques de rendiment de les connexions de contacte elèctric

El contacte dels contactes no es produeix a tota la superfície, sinó només en punts individuals a causa de la rugositat de la superfície de contacte amb qualsevol precisió del seu processament. Gairebé independentment del tipus de contactes, el contacte dels elements de contacte sempre es produeix en zones reduïdes.

Això s'explica pel fet que la superfície dels elements de contacte no pot ser perfectament plana. Per tant, a la pràctica, quan les superfícies de contacte s'apropen, primer entren en contacte amb diverses puntes (punts) que sobresurten i després, però amb l'augment de la pressió, es produeix una deformació del material de contacte i aquests punts es converteixen en petits parcs infantils.

Les línies de corrent elèctric que passen d'un contacte a l'altre són atretes per aquests punts de contacte. Per tant, el contacte introdueix una mica de resistència de contacte addicional Rk al circuit connectat per aquest.

Si la superfície de contacte està coberta amb una pel·lícula, llavors R augmenta. Tanmateix, les pel·lícules molt fines (fins a 50 A) no afecten la resistència de contacte a causa de l'efecte de túnel. Les pel·lícules més gruixudes es poden trencar amb la força de contacte o la tensió aplicada.

La fallada elèctrica de les pel·lícules de contacte s'anomena fritting. Si les pel·lícules no es destrueixen, llavors Rk està determinat principalment per la resistència de les pel·lícules. Immediatament després de treure un contacte, així com amb força de contacte i tensió suficients al circuit de contacte, la seva resistència ve determinada principalment per la resistència de les zones de contracció.

Com més gran sigui la força aplicada als contactes i més suau sigui el seu material, més gran serà l'àrea total de contacte de les superfícies de contacte i, en conseqüència, menys activa. resistència elèctrica a la unió (a la zona de la capa de transició entre les superfícies de contacte). Aquesta resistència activa s'anomena resistència transitòria.

Resistència transitòria: un dels principals paràmetres de la qualitat dels contactes elèctrics, ja que caracteritza la quantitat d'energia absorbida en el compost de contacte, que es converteix en calor i escalfa el contacte. La resistència de contacte es pot veure fortament influenciada per la forma en què es tracten les superfícies de contacte i el seu estat. Per exemple, una pel·lícula d'òxid de formació ràpida en contactes d'alumini pot augmentar significativament la resistència de contacte.

Quan el corrent passa pels contactes, s'escalfen i s'observa la temperatura més alta a la superfície de contacte a causa de la presència de resistència de transició. Com a resultat de l'escalfament de contacte, la resistència del material de contacte i, en conseqüència, la resistència de la transició.

A més, un augment de la temperatura de contacte afavoreix la formació d'òxids a la seva superfície, la qual cosa augmenta encara més significativament la resistència transitòria. I encara que amb un augment de la temperatura, el material de contacte es pot suavitzar una mica, cosa que s'associa a un augment de la superfície de contacte, en general, aquest procés pot provocar la destrucció dels contactes o la seva soldadura. Aquest últim, per exemple, és molt perillós per als contactes oberts, perquè com a resultat, el dispositiu amb aquests contactes no podrà apagar el circuit. Per tant, per a diferents tipus de contactes, es determina una temperatura màxima permesa amb un corrent llarg que els travessa.

Per reduir l'escalfament, és possible augmentar la massa del metall dels contactes i la seva superfície refrigerada, cosa que millorarà la dissipació de la calor. Per reduir la resistència de contacte, cal augmentar la pressió de contacte, triar el material adequat i el tipus de contactes.

Per exemple, es recomana que els contactes oberts destinats a l'ús extern siguin de materials lleugerament oxidables o que cobreixin la seva superfície amb una capa anticorrosiva. Aquests materials inclouen, en particular, la plata, que es pot utilitzar per revestir superfícies de contacte.

Els contactes irrompibles de coure poden ser estanyats (les superfícies estanyades són més difícils d'oxidar). Amb els mateixos propòsits, les superfícies de contacte es cobreixen amb un lubricant, per exemple, vaselina. Els contactes submergits en oli estan ben protegits contra la corrosió sense altres mesures especials. S'utilitza en interruptors de circuit d'oli.

El funcionament de qualsevol elèctric consta de 4 etapes: estat obert, curtcircuit, estat tancat i obertura, cadascuna de les quals afecta la fiabilitat del contacte.

En estat obert, l'entorn extern actua sobre el contacte elèctric i, com a resultat, es formen pel·lícules a la seva superfície.

En estat tancat, quan els contactes estan pressionats junts i el corrent passa per ells, s'escalfen i es deformen; en algunes condicions, si els contactes s'escalfen, es pot produir soldadura.

Quan els contactes es tanquen i s'obren, es produeixen fenòmens de pont o descàrrega, acompanyats d'evaporació i transferència de contacte metàl·lic, canviant-ne la superfície. A més, és possible el desgast mecànic. contactes que resulten de cops i lliscament entre si.

A mesura que els contactes s'apropen entre si a distàncies molt petites, fins i tot amb tensions de font d'energia petites, el gradient de camp es fa tan gran que la rigidesa dielèctrica de la bretxa es trenca i es produeix una ruptura. Si hi ha partícules estranyes a la superfície, especialment les que contenen carboni, quan entren en contacte, es produeix l'evaporació i es creen les condicions per a l'eliminació.

L'obertura sol ser la part més difícil de la feina. contacte elèctric En funció dels paràmetres del circuit (R, L i C) i de la magnitud de la tensió aplicada en obrir-se, es produeixen fenòmens que provoquen desgast dels contactes. Si la tensió del circuit és superior a la tensió Upl, on el metall dels contactes es fon, després de la seva separació, la força de contacte disminueix i, per tant, augmentarà l'àrea de contacte, la resistència i la temperatura.

Quan la temperatura supera el punt de fusió del metall, es formarà un pont de metall fos entre les superfícies de contacte, s'estira gradualment i després es trencarà al punt més calent. L'elevada temperatura a la ruptura del pont facilita l'inici de l'ejecció.

El pont en si només existeix en circuits òhmics a tensions d'alimentació per sota de la tensió d'arc. Si hi ha una inductància al circuit, les sobretensions causades per aquesta en el moment de la interrupció del corrent contribueixen a l'aparició d'una espurna a corrents per sota dels corrents d'arc i a corrents per sobre dels corrents d'arc - arcs. Com que gairebé sempre hi ha inductància al circuit, els ponts en la majoria dels casos van acompanyats d'una descàrrega. Tensió mínima d'espurna a la presa elèctrica: 270-300 V.

Els contactes de qualsevol tipus han de proporcionar no només un funcionament continu sense sobreescalfament inacceptable en condicions normals, sinó també la resistència tèrmica i electrodinàmica necessària en mode de curtcircuit. Tampoc s'han de destruir els contactes de ruptura mòbils per l'alta temperatura de l'arc elèctric que es forma quan s'obren i tancar-los de manera fiable sense soldadura ni fusió quan s'encenen per un curtcircuit. Les mesures comentades anteriorment també contribueixen al compliment d'aquests requisits.

Contactes metall-ceràmics, que és una barreja de pols de coure triturat amb tungstè o molibdè i plata amb tungstè.

Aquest compost posseeix simultàniament bona conductivitat elèctrica per l'ús de coure o plata i per l'alt punt de fusió a causa de l'ús de tungstè o molibdè.

Hi ha una altra manera d'eliminar la contradicció existent, que consisteix en el fet que els materials amb bona conductivitat elèctrica (plata, coure, etc.), per regla general, tenen un punt de fusió relativament baix, i els materials refractaris (tungstè, molibdè) tenen una conductivitat elèctrica baixa. Es tracta de l'ús d'un sistema de doble contacte que consisteix en contactes de funcionament i d'arc connectats en paral·lel.

Els contactes de treball estan fets de material amb alta conductivitat elèctrica i contactes d'arc, fets de material resistent al foc. En mode normal, quan els contactes estan tancats, la major part del corrent flueix pels contactes de treball.

Quan el circuit està desenergitzat, primer s'obren els contactes de funcionament, seguits dels contactes d'arc.Per tant, de fet, el circuit s'interromp per contactes d'arc, per als quals fins i tot el corrent de curtcircuit no suposa un gran perill (per a corrents de curtcircuit importants, s'utilitzen addicionalment dispositius especials d'arc).

Quan el circuit està encès, primer es tanquen els contactes d'arc, seguits dels contactes de funcionament. Així, els contactes operatius no trenquen ni tanquen completament el circuit. Això elimina el perill de fusió i soldadura.

Per eliminar la possibilitat d'obertura espontània de contactes des esforços electrodinàmics quan flueixen corrents de curtcircuit, els sistemes de contacte estan dissenyats de manera que les forces electrodinàmiques en aquestes condicions proporcionin una pressió de contacte addicional i eviten la possible fusió i soldadura dels contactes en el moment d'encendre el circuit de curtcircuit, commutació accelerada.

Per eliminar el perill d'un impacte elàstic important sobre les superfícies de contacte, utilitzeu prepremsat de contactes amb molles especials... En aquest cas, s'assegura tant una velocitat de commutació elevada com l'eliminació de possibles vibracions, ja que la molla és pre- comprimit i després de tocar els contactes, la força d'empenta comença a créixer no a partir de zero, sinó a partir d'un determinat valor especificat. mode, però també la resistència tèrmica i electrodinàmica necessària en mode de curtcircuit.

Tampoc s'han de destruir els contactes de ruptura mòbils per l'alta temperatura de l'arc elèctric que es forma quan s'obren i tancar-los de manera fiable sense soldadura ni fusió quan s'encenen per un curtcircuit.Les mesures comentades anteriorment també contribueixen al compliment d'aquests requisits.

Els contactes de ceràmica metàl·lica, que és una barreja de pols de coure triturat amb tungstè o amb molibdè i plata amb tungstè, són especialment resistents a l'acció destructiva d'un arc elèctric.

Aquest compost té una bona conductivitat elèctrica a causa de l'ús de coure o plata i un alt punt de fusió a causa de l'ús de tungstè o molibdè.

Dissenys bàsics de contactes en instal·lacions elèctriques i aparells elèctrics

La construcció de juntes de contacte fixes (rígides) irrompibles ha de garantir una subjecció fiable de les superfícies de contacte i una resistència de contacte mínima. És millor connectar els pneumàtics amb diversos cargols més petits que amb un de gran, ja que això proporciona més punts de contacte. En connectar els pneumàtics, la resistència de contacte és menor que quan s'utilitzen cargols, quan cal perforar forats als pneumàtics. L'alta qualitat de la connexió de contacte està assegurada per la soldadura de les barres.

Contactes de ruptura mòbils: un element bàsic dels dispositius de commutació... A més dels requisits generals per a tots els contactes, han de tenir resistència a l'arc, la capacitat d'encendre i apagar el circuit de manera fiable en cas de curtcircuit, així com suportar un cert nombre d'operacions de commutació i apagada sense danys mecànics.

El contacte més senzill d'aquest tipus és un contacte de tall pla. Quan s'enganxa, la fulla mòbil entra entre les mordasses fixes amb molla. El desavantatge d'un contacte tan pla és que el contacte de les superfícies de contacte es produeix en diversos punts a causa de les irregularitats d'aquestes superfícies.

Per obtenir un contacte lineal, a les tires de ganivet s'estampan sortints semicilíndrics, i per augmentar la pressió, les tires es comprimeixen amb una pinça d'acer amb molla.Els contactes de ruptura s'utilitzen més sovint en interruptors i seccionadors.

La part de contacte del contacte dels dits autoalineables es fa en forma de dits, a la placa - en forma de plaques, al final - en forma de part superior plana, a la presa - en forma de làmines ( segments), al raspall, en forma de raspalls de plaques elàstiques, fines de coure o bronze.

Les parts de contacte especificades (peces) en diversos dissenys poden canviar, dins de límits limitats, la seva posició en relació amb els contactes fixos. Es proporcionen connexions flexibles que transporten corrent per a la seva connexió elèctrica fiable.

L'estabilitat dels contactes de ruptura i la força de compressió requerida s'aconsegueix normalment mitjançant molles de fulla o helicoïdals.

Els contactes i els contactes de dits s'utilitzen en dispositius amb tensions superiors a 1000 V per a diversos corrents com a contactes de funcionament i d'arc, i els contactes plans s'utilitzen com a contactes de funcionament. Els contactes finals s'utilitzen per a tensions de 110 kV i superiors, per a corrents que no superin 1 - 1,5 kA com a contactes de funcionament i d'arc. Els contactes de raspall s'utilitzen en dispositius per a diferents tensions i corrents importants, però només com a contactes de treball, ja que un arc elèctric pot danyar raspalls relativament prims.