Contacten in elektrische installaties en elektrische apparaten

De verbindingspunten van de afzonderlijke elementen waaruit een elektrisch circuit bestaat, worden elektrische contacten genoemd.

Elektrisch contact - verbinding van draden waardoor een elektrische stroom kan worden overgedragen. Contactvorming van stroomgeleiders worden contactlichamen of positieve en negatieve contacten genoemd, afhankelijk van de pool van de stroombron waarop ze zijn aangesloten.

Het woord "contact" betekent "aanraken", "aanraken". In een elektrisch systeem dat verschillende apparaten, machines, leidingen enz. combineert, worden een groot aantal contacten gebruikt om ze met elkaar te verbinden. De betrouwbaarheid van de apparatuur en de werking van het systeem hangt grotendeels af van de kwaliteit van de contactverbindingen.

Classificatie van elektrische contacten

Elektrische contacten zijn vast en verplaatsbaar. Vaste contacten - alle soorten afneembare en integrale, ontworpen voor langdurige aansluiting van draden. Afneembare contacten worden gemaakt door klemmen, bouten, schroeven, enz., integraal - door solderen, lassen of klinken.Beweegbare contacten zijn onderverdeeld in onderbroken (contacten van relais, knoppen, schakelaars, schakelaars, etc.) en glijdend (contacten tussen de collector en de borstels, contacten van schakelaars, potentiometers, etc.).

Het eenvoudigste type elektrisch contact is een contactpaar. Een moeilijk type contact is bijvoorbeeld een contact dat een dubbele parallelsluiting vormt of een dubbele seriesluiting (dit laatste wordt koppeling genoemd). Het contact dat het circuit schakelt wanneer het apparaat wordt geactiveerd, wordt een omschakeling genoemd. Een schakelcontact dat het circuit onderbreekt op het moment van schakelen wordt een schakelcontact genoemd en het niet onderbreken van het circuit op het moment van schakelen wordt een tijdelijk contact genoemd.

Afhankelijk van de vorm zijn elektrische contacten onderverdeeld in:

• punt (boven - vlak, bol - vlak, bol - bol), die vaak worden gebruikt in gevoelige apparaten en relais die kleine belastingen schakelen;

• lineair - komen voor bij contacten in de vorm van cilindrische lichamen en bij borstelcontacten;

• vlak - in schakelapparatuur met hoge stroomsterkte.

Meestal zijn de contacten bevestigd aan platte veren, de zgn contact (gemaakt van nikkelzilver, fosfor- en berylliumbrons en minder vaak staal), waaraan hoge eisen worden gesteld met betrekking tot de constantheid van hun mechanische eigenschappen gedurende de gehele levensduur van het apparaat, vaak berekend in tientallen en meer dan een miljoen cycli. Een set veren, gemaakt in de vorm van een apart blok, die tegelijkertijd worden geschakeld, vormen een contactgroep (of pakket).

Prestatiekenmerken van elektrische contactverbindingen

Het contact van de contacten vindt niet plaats over het gehele oppervlak, maar alleen op individuele punten vanwege de ruwheid van het contactoppervlak met enige nauwkeurigheid van de verwerking ervan. Vrijwel ongeacht het type contacten vindt het contact van de contactelementen altijd plaats over kleine vlakken.

Dit wordt verklaard door het feit dat het oppervlak van de contactelementen niet perfect vlak kan zijn. Daarom komen in de praktijk, wanneer de contactvlakken elkaar naderen, ze eerst in contact met meerdere uitstekende punten (punten) en dan, maar met toenemende druk, treedt vervorming van het contactmateriaal op en veranderen deze punten in kleine speelplekken.

Lijnen van elektrische stroom die van het ene contact naar het andere gaan, worden aangetrokken door deze contactpunten. Daarom introduceert het contact enige extra contactweerstand Rk in het circuit dat erdoor is verbonden.

Als het contactoppervlak bedekt is met een film, wordt R verhoogd. Zeer dunne films (tot 50 A) hebben echter geen invloed op de contactweerstand vanwege het tunneleffect. Dikkere films kunnen breken onder contactkracht of uitgeoefende spanning.

Elektrisch falen van contactfilms wordt fritting genoemd. Als de films niet worden vernietigd, wordt Rk voornamelijk bepaald door de weerstand van de films. Direct na het strippen van een contact, maar ook bij voldoende contactkracht en spanning in het contactcircuit, wordt de weerstand ervan voornamelijk bepaald door de weerstand van de contractiezones.

Hoe groter de kracht die op de contacten wordt uitgeoefend en hoe zachter hun materiaal, hoe groter het totale contactoppervlak van de contactoppervlakken en dus hoe minder actief elektrische weerstand op de kruising (in de zone van de overgangslaag tussen de contactvlakken). Deze actieve weerstand wordt voorbijgaande weerstand genoemd.

Voorbijgaande weerstand — een van de belangrijkste parameters van de kwaliteit van elektrische contacten, omdat het de hoeveelheid energie kenmerkt die wordt geabsorbeerd in de contactverbinding, die in warmte verandert en het contact verwarmt. De contactweerstand kan sterk worden beïnvloed door de manier waarop de contactoppervlakken worden behandeld en hun toestand. Zo kan een zich snel vormende oxidefilm op aluminium contacten de contactweerstand aanzienlijk verhogen.

Wanneer de stroom door de contacten gaat, worden ze verwarmd en wordt de hoogste temperatuur waargenomen op het contactoppervlak vanwege de aanwezigheid van overgangsweerstand. Als gevolg van contactverwarming, weerstand van het contactmateriaal en daarmee de weerstand van de overgang.

Bovendien bevordert een verhoging van de contacttemperatuur de vorming van oxiden op het oppervlak, wat de transiënte weerstand nog aanzienlijk verhoogt. En hoewel bij een temperatuurstijging het contactmateriaal enigszins zacht kan worden, wat gepaard gaat met een toename van het contactoppervlak, kan dit proces in het algemeen leiden tot de vernietiging van de contacten of het lassen ervan. Dit laatste is bijvoorbeeld erg gevaarlijk voor open contacten, omdat het apparaat met deze contacten hierdoor de stroomkring niet kan uitschakelen. Daarom wordt voor verschillende soorten contacten een maximaal toelaatbare temperatuur bepaald met een lange stroom die er doorheen vloeit.

Om verwarming te verminderen, is het mogelijk om de massa van het metaal van de contacten en hun gekoelde oppervlak te vergroten, wat de warmteafvoer zal verbeteren. Om de contactweerstand te verminderen, is het noodzakelijk om de contactdruk te verhogen, het juiste materiaal en type contacten te kiezen.

Het wordt bijvoorbeeld aanbevolen om open contacten die bedoeld zijn voor extern gebruik te maken van materialen die enigszins oxideerbaar zijn, of om hun oppervlak te bedekken met een anticorrosielaag. Dergelijke materialen omvatten in het bijzonder zilver, dat kan worden gebruikt om contactoppervlakken te coaten.

Koperen onbreekbare contacten kunnen worden vertind (vertinde oppervlakken zijn moeilijker te oxideren). Voor dezelfde doeleinden zijn de contactoppervlakken bedekt met een smeermiddel, bijvoorbeeld vaseline. In olie ondergedompelde contacten zijn zonder andere speciale maatregelen goed beschermd tegen corrosie. Dit wordt gebruikt in olie stroomonderbrekers.

De werking van elk elektrisch apparaat bestaat uit 4 fasen: open toestand, kortsluiting, gesloten toestand en opening, die elk de betrouwbaarheid van het contact beïnvloeden.

In de open toestand werkt de externe omgeving in op het elektrische contact en als gevolg daarvan vormen zich films op hun oppervlak.

In de gesloten toestand, wanneer de contacten tegen elkaar worden gedrukt en er stroom doorheen gaat, worden ze warm en vervormen ze; onder bepaalde omstandigheden, als de contacten oververhit raken, kan er lassen optreden.

Wanneer de contacten sluiten en openen, treden brug- of ontladingsverschijnselen op, vergezeld van verdamping en overdracht van metaalcontact, waardoor het oppervlak verandert. Daarnaast is mechanische slijtage mogelijk. contacten als gevolg van tegen elkaar stoten en glijden.

Aangezien de contacten elkaar op zeer kleine afstanden naderen, zelfs bij kleine spanningen van de stroombron, wordt de veldgradiënt zo groot dat de diëlektrische sterkte van de spleet afbreekt en doorslag optreedt. Als er vreemde deeltjes op het oppervlak zijn, vooral die met koolstof, dan vindt verdamping plaats wanneer ze in contact komen en worden voorwaarden voor verwijdering gecreëerd.

Openen is meestal het moeilijkste deel van het werk. elektrisch contact Afhankelijk van de parameters van het circuit (R, L en C) en de grootte van de aangelegde spanning bij het openen, treden er verschijnselen op die slijtage van de contacten veroorzaken. Als de circuitspanning groter is dan de spanning Upl, waarin het metaal van de contacten smelt, neemt na hun scheiding de contactkracht af en daarom zullen het contactoppervlak, de weerstand en de temperatuur toenemen.

Wanneer de temperatuur het smeltpunt van het metaal overschrijdt, vormt zich een brug van gesmolten metaal tussen de contactoppervlakken, die geleidelijk uitrekt en vervolgens breekt op het heetste punt. De hoge temperatuur bij het breken van de brug vergemakkelijkt het initiëren van de uitwerping.

De brug zelf bestaat alleen in ohmse circuits bij voedingsspanningen onder de boogspanning. Als er een inductantie in het circuit is, dragen de overspanningen die daardoor worden veroorzaakt op het moment van stroomonderbreking bij aan het verschijnen van een vonk bij stromen onder de boogstromen en bij stromen boven de boogstromen - bogen. Omdat er bijna altijd inductantie in het circuit is, gaan bruggen in de meeste gevallen gepaard met een ontlading. Minimale vonkspanning bij het stopcontact — 270-300 V.

Contacten van welk type dan ook moeten niet alleen zorgen voor een continue werking zonder onaanvaardbare oververhitting onder normale omstandigheden, maar ook voor de nodige thermische en elektrodynamische weerstand in kortsluitmodus. Beweegbare breekcontacten mogen ook niet worden vernietigd door de hoge temperatuur van de elektrische boog die wordt gevormd wanneer ze worden geopend en betrouwbaar worden gesloten zonder lassen en smelten wanneer ze worden ingeschakeld voor kortsluiting. Ook de hierboven besproken maatregelen dragen bij aan het voldoen aan deze eisen.

Metaalkeramische contacten, een mengsel van gemalen koperpoeders met wolfraam of molybdeen en zilver met wolfraam.

Zo'n verbinding bezit tegelijkertijd goede elektrische geleiding door het gebruik van koper of zilver en het hoge smeltpunt door het gebruik van wolfraam of molybdeen.

Er is een andere manier om de bestaande tegenstrijdigheid op te heffen, namelijk dat materialen met een goede elektrische geleidbaarheid (zilver, koper, enz.) In de regel een relatief laag smeltpunt hebben en vuurvaste materialen (wolfraam, molybdeen) hebben een lage elektrische geleidbaarheid. Dit is het gebruik van een dubbel contactsysteem bestaande uit parallel geschakelde werk- en vlamboogcontacten.

Werkcontacten zijn gemaakt van materiaal met een hoge elektrische geleidbaarheid en boogcontacten - gemaakt van brandwerend materiaal. In de normale modus, wanneer de contacten gesloten zijn, vloeit de meeste stroom door de werkcontacten.

Wanneer het circuit spanningsloos is, openen eerst de werkcontacten, gevolgd door de boogcontacten.Daarom wordt het circuit in feite onderbroken door boogcontacten, waarvoor zelfs de kortsluitstroom geen groot gevaar vormt (voor aanzienlijke kortsluitstromen worden bovendien speciale boogapparaten gebruikt).

Bij het inschakelen van de schakeling worden eerst de boogcontacten gesloten, daarna de werkcontacten. De bedieningscontacten verbreken of sluiten dus niet echt het circuit volledig. Dit elimineert het gevaar van smelten en lassen.

Om de mogelijkheid van spontane opening van contacten uit te sluiten elektrodynamische inspanningen wanneer kortsluitstromen vloeien, zijn de contactsystemen zo ontworpen dat de elektrodynamische krachten onder deze omstandigheden zorgen voor extra contactdruk en mogelijk smelten en lassen van de contacten voorkomen op het moment van inschakelen van de kortsluiting, versneld schakelen.

Gebruik voorpersen van contacten met speciale veren om het gevaar van een aanzienlijke elastische impact op de contactoppervlakken uit te sluiten... In dit geval is zowel een hoge schakelsnelheid als het elimineren van mogelijke trillingen verzekerd, aangezien de veer is voorgespannen gecomprimeerd en na het aanraken van contacten, begint de duwkracht niet vanaf nul te groeien, maar vanaf een bepaalde gespecificeerde waarde. modus, maar ook de vereiste thermische en elektrodynamische weerstand in kortsluitmodus.

Beweegbare breekcontacten mogen ook niet worden vernietigd door de hoge temperatuur van de elektrische boog die wordt gevormd wanneer ze worden geopend en betrouwbaar worden gesloten zonder lassen en smelten wanneer ze worden ingeschakeld voor kortsluiting.Ook de hierboven besproken maatregelen dragen bij aan het voldoen aan deze eisen.

Contacten van metaalkeramiek, een mengsel van gemalen koperpoeder met wolfraam of met molybdeen en zilver met wolfraam, zijn bijzonder goed bestand tegen de vernietigende werking van een elektrische boog.

Zo'n verbinding heeft zowel een goede elektrische geleiding door het gebruik van koper of zilver als een hoog smeltpunt door het gebruik van wolfraam of molybdeen.

Basisontwerpen van contacten in elektrische installaties en elektrische apparaten

De constructie van vaste (stijve) onbreekbare contactverbindingen moet zorgen voor een betrouwbare klemming van de contactvlakken en een minimale contactweerstand. Het is beter om de banden met meerdere kleinere bouten te verbinden dan met één grote, omdat dit meer contactpunten oplevert. Bij het aansluiten van de banden is de contactweerstand lager dan bij het gebruik van bouten, waarbij het boren van gaten in de banden noodzakelijk is. De hoge kwaliteit van de contactverbinding wordt gewaarborgd door het lassen van de rails.

Beweegbare verbreekcontacten - een basiselement van schakelapparaten... Naast de algemene vereisten voor alle contacten, moeten ze boogweerstand hebben, de mogelijkheid hebben om het circuit betrouwbaar in en uit te schakelen in geval van kortsluiting, evenals bestand tegen een bepaald aantal schakelhandelingen en uitschakeling zonder mechanische schade.

Het eenvoudigste contact van dit type is een vlak snijcontact. Wanneer ingeschakeld, komt het beweegbare mes tussen de vaste veerbelaste kaken. Het nadeel van een dergelijk vlak contact is dat het contact van de contactvlakken door de oneffenheden van deze vlakken op meerdere punten plaatsvindt.

Om een ​​lineair contact te verkrijgen, worden halfcilindrische uitsteeksels op de messtrips gestanst en om de druk te verhogen, worden de strips samengedrukt met een stalen klem met veer.Breekcontacten worden meestal gebruikt in stroomonderbrekers en scheiders.

Het contactgedeelte van het zelfuitlijnende vingercontact is gemaakt in de vorm van vingers, in de plaat - in de vorm van platen, uiteindelijk - in de vorm van een platte bovenkant, in de kom - in de vorm van lamellen ( segmenten), in de borstel - in de vorm van borstels van elastische, dunne koperen of bronzen platen.

De gespecificeerde contactdelen (delen) in een aantal ontwerpen kunnen binnen beperkte grenzen hun positie ten opzichte van de vaste contacten wijzigen. Voor een betrouwbare elektrische verbinding zijn flexibele stroomvoerende verbindingen voorzien.

De stabiliteit van de verbreekcontacten en de benodigde drukkracht worden meestal bereikt door middel van blad- of schroefveren.

Vingercontacten en contacten worden gebruikt in apparaten met spanningen boven 1000 V voor verschillende stromen als werk- en lichtboogcontacten, en platte contacten worden gebruikt als werkcontacten. Eindcontacten worden gebruikt voor spanningen van 110 kV en hoger, voor stromen van maximaal 1 - 1,5 kA als werk- en vlamboogcontacten. Borstelcontacten worden gebruikt in apparaten voor verschillende spanningen en aanzienlijke stromen, maar alleen als werkende contacten, omdat een elektrische boog relatief dunne borstels kan beschadigen.