Електричні апарати (стр. 11 из 31)
1) Електродинамічна сила (
), що викликає відштовхування контактів, виникає внаслідок викривлення ліній струму в контакт-деталі при підході його до місця контактування (див. рис. 7.2.) (Сила в місці звуження провідника – аналог сили на границі взаємоперпендикулярних провідників).Згідно п.3.2 сила
запишеться як: 
(7.1.)де
– діаметр контакт-деталі; 
– діаметр контактуючої площадки.2) Сила електромагнітного стискання (
, пінч ефект), повздовжній пінч-ефект.Пінч-ефект (стискання електричного струмового каналу внаслідок зміни густини силових ліній магнітного поля при протіканні струму по провіднику) приводить до того, що при наявності різних діаметрів контактів в місці контакту можуть з’являтись сили, пропорційні квадрату струму і обернено пропорційні діаметру контакту. Оскільки контакти мають різні діаметри, то вздовж осі провідника з’являється повздовжня складова цієї сили, що намагається відкидати контакти один від одного при проходженні великого струму (наприклад, в умовах короткого замикання).
Чим менший діаметр контактного „перешийка”, тим більше стискаюча сила в місці контактного „перешийка”.
Крім того, внаслідок існування одночасно із поперечним звуженням повздовжнього видовження, (вони зв’язані між собою коефіцієнтом Пуассона), виникає поздовжній ефект: сила
викликає появу в осьовому напрямку сили 
, яка може викликати розмикання контакту: 
(7.2.)де
– довжина металічного перешийка в контакті; 
– діаметр контакту.Ця ж сила розтягує розігрітий „перешийок”, який втрачає механічну міцність.
3) Якщо під дією струму розплавлений контактний „перешийок” переходить в пароподібний стан, то виникає пружна сила вибуху парів металу
Знаходячись у вузькому шарі між „контакт-деталями”, вибухові пари здійснюють тиск на контакт діаметра „перешийка”.Щоб не відбувалось під дією вказаних сил самовільного розмикання контактів застосовують спеціальні компенсуючі засоби і пристрої.
Важливим фактом є те, що при розрахунках електродинамічної стійкості контактів досить точною є експериментальна формула:
(вона зрозуміла із розмірності 
~ 
) (7.3)де
– амплітуда ударного струму; 
; 
– контактне натискання, Н; 
– коефіцієнт [А/Н 
], (довідкова величина, залежить від типу контакту і матеріалу); =1000÷1900 А/Н 
.7.2 Зварювання контактів
При проходженні струмів короткого замикання можливе зварювання контактів і відмова роботи апарату, як наслідок цього. Це відбувається, якщо температура замкнутих контактів досягає в місці їх дотику температури плавлення. Тому треба знати, яка температура контактів, її залежність від сили струму і величину сили контактного натискання та фізичних характеристик матеріалу контакту. Із формули Хольма (6.7) можна визначити силу струму зварювання:
Звідси отримаємо:
(7.4)де
– коефіцієнт, що коливається від 1 до 3, в залежності від кількості точок, в яких відбувається контактування; 
– сила контактного натискання; 
– питомий опір; 
– температура контакт-деталі 
– температура плавлення.Формула (7.4) є дійсною для стаціонарного режиму протікання струму (
). У короткочасному режимі нагріву температура контактної точки залежить від часу протікання струму.При цьому основною відмінністю формули для обчислення струму зварювання у цьому випадку (з похибкою < 2%) є поява множника:
(7.5)де
– час проходження струму; 
– густина контакту; 
– теплоємність контакту.Тоді формула (7.4) для короткочасного режиму буде:
(7.6)При
формула (7.6) переходить в формулу (7.4).Якщо контакти приварились струмом, то після припинення проходження струму, охолодження місця контакту і застигання, необхідна певна сила, щоб розірвати контакти.
Сила, необхідна для того, щоб розірвати контакти, що зварилися, називається силою контактного зварювання. Сила контактного зварювання в 2 – 7 раз є більшою сили контактного натискання.
При збільшенні температури кипіння, теплопровідності, теплоємності матеріалу контакту і при зниженні катодної і анодної напруги в дузі контакти зварюються менше.
Зварювання контактів залежить від конструкції самих контактів і всієї струмоведучої частини апарату.
Для визначення сили контактного зварювання
при розрахунку електродинамічної стійкості контактів ударний струм, як уже відмічалось розраховується по формулі 7.3.7.3 Зношування контактів при їх розмиканні
7.3.1 Електрична ерозія
Під зношуванням контактів розуміють руйнування їх поверхні, що приводить до зміни їх форми, розміру, маси.
Зношування поділяють по виду ерозій на:
1) хімічну (корозія) ерозію (окислення, утворення плівок на електродах хімічних з’єднань);
2) механічну ерозію (механічне руйнування поверхні контактів);
3) електричну ерозію (перенос матеріалу з одного контакту на інший при проходженні електричного струму).
Електрична ерозія особливо небезпечна при постійному струмі. Напрямок переносу речовини в цьому випадку є постійним, що веде до швидкого виходу контактів із ладу. Якщо матеріал переноситься з аноду на катод, то така ерозія називається анодною, а якщо навпаки, то катодною.
Міра ерозії – втрата маси або об’єму контакта.
Схема процесу виглядає так:
В процесі розмикання контактів контактне натискання зменшується, перехідний опір збільшується, Fк<; Rк> і за рахунок цього зростає температура точок дотику. Площадка дотику сильно розігрівається, до температури плавлення, утворюється між контактами місток із рідкого металу. При подальшому русі контактів місток обривається і виникає дуговий або тліючий розряд. Якщо
< 
(наприклад для міді < 0.43 A) при U=270÷330 В, виникає тліючий розряд або іскра, для вольфраму розряд спостерігається при <0.9 А. 7.3.2 Ерозія контактів при малих струмах
Ерозія контактів при малих струмах обумовлена тим, що руйнування рідкого контактного перешийка відбувається не всередині, а з одного із країв контакту. Як показують досліди розрив розплавленої маси відбувається ближче до аноду, як правило. Внаслідок цього більше зношується анод.
Величина ерозії пропорційна кількості електрики, що проходить через контакти за час іскри і залежить від властивостей матеріалу контактів.
Зниження ерозії досягають: