Материал: Пособие Теория электрических аппаратов

4.4.Материалы контактов

Кматериалам контактов современных электрических аппаратов предъявляют ряд требований, которые могут противоречить друг другу:

1) высокая электрическая проводимость и теплопроводность; 2) высокая коррозионная стойкость в воздушной и других средах;

3) стойкость против образования плёнок с высоким электрическим сопротивлением;

4) малая твёрдость для уменьшения необходимой силы нажатия; 5) высокая твёрдость для уменьшения механического износа при ча-

стых включениях и отключениях; 6) высокая дугостойкость; 7) малая эрозия;

8) простота обработки, низкая стоимость.

Ниже приведены свойства некоторых контактных материалов:

1. Алюминий

«+» Положительные свойства:

-высокая удельная электрическая проводимость и теплопроводность;

-благодаря малой плотности токоведущая часть контакта из алюминия при такой же силе тока, имеет массу почти на 40% меньше, чем у других материалов, что позволяет уменьшить массу аппарата.

«-» Недостатки:

-образование на воздухе и в активных средах плёнок с высокой механической прочностью и высоким сопротивлением;

-низкая дугостойкость (температура плавления значительно ниже, чем у меди и серебра);

-малая механическая прочность.

Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяются главным образом как материал для шин и конструкционных деталей аппаратов.

2. Медь

«+» Положительные свойства:

-высокая удельная электрическая проводимость и теплопроводность;

-достаточная твёрдость, что позволяет применять данный материал при частых включениях и отключениях.

«-» Недостатки:

45

-низкая температура плавления;

-при работе на воздухе покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое сопротивление;

-требует довольно больших усилий нажатия.

Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывается электролитическим способом слоем серебра толщиной 20-30 мкм. Применяется как материал для плоских и круглых шин, контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов и автоматов и др. Вследствие низкой дугостойкости нежелательно применение в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час. В контактах, не имеющих взаимного скольжения, из-за плёнки оксидов применение меди не рекомендуется.

3. Серебро

«+» Положительные свойства:

-высокая удельная электрическая проводимость и теплопроводность;

-плёнка оксида серебра имеет малую механическую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки;

-контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие;

-для работы достаточно малое нажатие (применяется при нажатиях

0,05 Н и выше);

-малое переходное сопротивление.

«-» Недостатки:

-малая дугостойкость;

-малая твёрдость;

-высокая стоимость.

Применяется в реле и контакторах при токах до 20А. При больших токах вплоть до 10кА серебро используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.

4. Платина

«+» Положительные свойства:

-не образует оксидных плёнок;

-высокая устойчивость к окружающей среде.

«-» Недостатки:

-высокая стоимость;

-электрическая проводимость уступает серебру.

5. Вольфрам

«+» Положительные свойства:

-высокая дугостойкость;

-большая стойкость против эрозии и сваривания;

-высокая твёрдость (позволяет применять такие контакты при частых включениях и отключениях).

46

«-» Недостатки:

-высокое удельное сопротивление;

-малая теплопроводность;

-образование прочных оксидных и сульфидных плёнок;

-необходимость сильного нажатия.

Рассмотрение свойств чистых металлов показывает, что ни один из них не удовлетворяет полностью всем требованиям, предъявляемым к материалам контактов.

6. Металлокерамика

Основные необходимые свойства контактного материала - высокие электрическая проводимость и дугостойкость – не могут быть получены за счёт сплавов таких материалов, как серебро и вольфрам, медь и вольфрам, так как они не образуют сплавов. Материалы, обладающие необходимыми свойствами, получают методом порошковой металлургии (металлокерамики) – композиция измельченных порошков с диаметром зерна 10 мкм. Полученные таким методом материалы сохраняют физические свойства входящих в них металлов.

Дугостойкость металлокерамики обеспечивается такими компонентами, как вольфрам или молибден. Низкое переходное сопротивление контакта достигается использованием в качестве второго компонента серебра или меди. Чем больше содержание вольфрама, тем выше дугостойкость, механическая прочность и меньше возможность приваривания металлокерамических контактов. Но соответственно растёт переходное сопротивление контактов и уменьшается их теплопроводность. Оптимальных характеристик добиваются за счет изменения процентного соотношения вольфрам/медь (серебро). Обычно металлокерамика с содержанием вольфрама выше 50% применяется для аппаратов защиты на большие токи КЗ.

4.5. Конструкции и параметры контактов

4.5.1. Рычажные контакты

Рычажные контакты образуются неподвижной и подвижной контактдеталями, причём последняя имеет форму рычага и осуществляет угловое перемещение (рис.4.7). Применяются в электрических аппаратах с поворотной подвижной системой. При замыкании происходит поворот системы вокруг оси О2 до момента касания контакт-деталей в точке 1. При дальнейшем движении поворот происходит вокруг осей О1 и О2, т.е. точка касания перекатывается из точки 1 в точку 2. При размыкании контактной системы точка касания сначала перекатывается из точки 2 в точку 1, затем происходит разрыв цепи. За счёт этого происходит разделение контактов по областям: 1 – область, где разрывается дуга, 2 – область, где протекает ток (рис.4.8).

47

4.5.2. Мостиковый контакт

Мостиковые контакты образуются из подвижной контакт-детали (мостика) и неподвижной контакт-детали (рис.4.9, а – разомкнутое состояние, б – замкнутое состояние). К подвижной и неподвижной частям путём сварки или пайки прикреплены рабочие поверхности. Ток проходит от одной контакт-детали через мостик к другой. Рабочие поверхности контактов выполняются по типу «плоскость-плоскость», «плоскостьсфера» или «сфера-сфера».

Раствор – это расстояние между полностью замкнутыми подвижным и неподвижными контактами.

Провал – это расстояние, на которое перемещается подвижная контактная система после касания контактов.

Провал обеспечивает надёжную работу электрического аппарата и компенсирует износ контактов.

Ход контактов = Раствор + Провал.

В процессе эксплуатации контакты изнашиваются из-за трения и выгорания от дуги. Это приводит к снижению контактного нажатия. Снижение нажатия приводит к увеличению переходного сопротивления контакта, что в свою очередь приведёт к росту напряжения в зоне контакта. Поверхности контактирования начнут нагреваться, при этом повысится опасность сваривания контактов. Поэтому провал контакта в ходе эксплуатации постоянно контролируется. Допускается уменьшение провала

49