Электрические контакты (стр. 3 из 3)
При отключении токов короткого замыкания происходит сильное выгорание и оплавление контактов. Снижение износа дугогасительных контактов достигается применением дугостойких материалов и быстрым перемещением дуги по контактам.
4. СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ В КОНТАКТАХ
Контакт (рис.8, а) может быть представлен как проводник переменного сечения. В месте сужения линий тока возникают продольные электродинамические силы, стремящиеся разомкнуть контакты. Для одноточечных контактов значение этих сил определяется выражением
(3)для многоточечных
(4)где s — сечение контакта в том месте, где нет искривлений линий тока; s0 — действительная площадь контактирования; п — число мест контактирования.
В аппаратах на большие токи, в частности в автоматических выключателях, стремятся так выполнить контактную систему, чтобы компенсировать или ослабить действие электродинамических сил.
Например, в мостиковой системе (рис.8,6) электродинамическая сила F2 контура abcd действующая на мостиковый контакт и равная
направлена навстречу электродинамическим силам в переходных контактах. Можно подобрать размеры h и а так, чтобы
В контактной системе по рис.8, в электродинамическая сила F2 отсутствует, а в системе по рис.8, г сила F2 складывается с силами F1; С точки зрения электродинамической устойчивости последняя система является наименее устойчивой.
На рис.8, д показан пример электродинамической компенсации для рычажных контактов. Неподвижный контакт состоит из двух частей (1 и 2), соединенных посредством шарнира. Подвижная часть этого контакта удерживается в нейтральном положении двумя пружинами, действующими навстречу друг другу. Электродинамическая сила F2 стремится раздвинуть параллельные части 1 и 2 контакта. Сила F2 направлена навстречу силе F1. Можно подобрать длину петли l так, чтобы F2L > F1L. Тогда при коротком замыкании контакт 2 будет всегда прижиматься к подвижному контакту и контактное нажатие будет при этом возрастать.
Рис. 8. Примеры выполнения электродинамической и электромагнитной компенсации электродинамических сил
P — контактное нажатие; F1 — отбрасывающие усилия; F2 — компенсирующие усилия
Схема электромагнитного компенсатора приведена на рис.8, е. Магнитное поле вокруг токопровода подвижного контакта стремится притянуть якорь 3 магнитопровода компенсатора к его неподвижной части 4. Через рычаг 2 сила F2 передается на подвижный контакт 1, препятствуя его отбросу, вызываемому электродинамической силой F1.
5. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
От материала контакта в сильной степени зависят его срок службы и надежность работы. К этим материалам предъявляются следующие основные требования: они должны обладать высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, быть устойчивыми против коррозии и иметь токопроводящую окисную пленку, быть дугостойкими, т. е. иметь высокую температуру плавления и испарения, быть твердыми, механически прочными и легко поддаваться механической обработке, иметь невысокую стоимость. Перечисленные требования противоречивы, и почти невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем этим требованиям.
Для контактных соединений применяются следующие материалы.
Медь. Удовлетворяет почти всем перечисленным выше требованиям, за исключением коррозионностойкости. Окислы меди имеют низкую проводимость. Медь — самый распространенный контактный материал, используется как для разборных, так и для коммутирующих контактов. В разборных соединениях применяют антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей.
В коммутирующих контактах медь применяется при нажатиях свыше 3 Н для всех режимов работы, кроме продолжительного. Для продолжительного режима медь не рекомендуется, но если она применена, то следует принять меры по борьбе с окислением рабочих поверхностей. Медь может использоваться и для дугогасительных контактов.
При малых контактных нажатиях (Р < 3 Н) применение медных контактов не рекомендуется.
Серебро. Очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Окислы серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро применяется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы, в контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей). Серебро обычно применяется в виде накладок - вся деталь выполняется из меди или другого материала, а на рабочей поверхности контакта приваривается серебряная накладка.
Алюминий. По сравнению с медью обладает значительно меньшей проводимостью и механической прочностью. Образует плохо проводящую твердую окисную пленку, что существенно ограничивает его применение. Может использоваться в разборных контактных соединениях (шинопроводы, монтажные провода). Для этого контактные рабочие поверхности серебрятся, меднятся или армируются медью. Следует, однако, иметь в виду невысокую механическую прочность алюминия, вследствие чего соединения могут со временем ослабнуть и контакт нарушится.
Для коммутирующих контактов алюминий непригоден.
Платина, золото, молибден. Применяются для коммутирующих контактов на очень малые токи при малых нажатиях. Платина и золото не образуют окисных пленок. Контакты из этих металлов имеют малое переходное сопротивление. Для повышения износостойкости применяют сплавы из платины с иридием.
Вольфрам и сплавы из вольфрама. При большой твердости и высокой температуре плавления обладают высокой электрической износостойкостью. Вольфрам и сплавы вольфрам — молибден, вольфрам — платина, вольфрам — платина — иридий и другие применяются при малых токах для контактов с большой частотой размыкания. При средних и больших токах они используются в качестве дугогасительных контактов на отключаемые токи до 100 кА и более.
Металлокерамика — механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов, получаемая методом спекания смеси их порошков или пропиткой одного расплавом другого. При этом один из металлов имеет хорошую проводимость, а другой обладает большой механической прочностью, является тугоплавким и дугостойким. Металлокерамика, таким образом, сочетает, высокую дугостойкость с относительно хорошей проводимостью. Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро — вольфрам, серебро — молибден, серебро — никель, серебро — окись кадмия, серебро — графит, серебро — графит — никель, медь — вольфрам, медь — молибден и др. Применяется металлокерамика в качестве дугогасительных контактов (композиции с серебром в основном для переменного тока) на средние и большие отключаемые токи, а также как главные контакты на номинальные токи до 600 А.