Kontakty v elektrických instalacích a elektrických přístrojích

Místa připojení jednotlivých prvků, které tvoří jakýkoli elektrický obvod, se nazývají elektrické kontakty.

Elektrický kontakt — připojení vodičů, které umožňují vedení elektrického proudu. Vznik kontaktu proudových vodičů se nazývá kontaktní tělesa nebo kladné a záporné kontakty, podle toho, ke kterému pólu zdroje proudu jsou připojeny.

Slovo „kontakt“ znamená „dotek“, „dotek“. V elektrickém systému, který kombinuje různá zařízení, stroje, vedení atd., se k jejich spojení používá obrovské množství kontaktů. Spolehlivost zařízení a provoz systému do značné míry závisí na kvalitě spojení kontaktů.

Klasifikace elektrických kontaktů

Elektrické kontakty jsou pevné a pohyblivé. Pevné kontakty - všechny typy odnímatelné a integrální, určené pro dlouhodobé připojení vodičů. Rozpojitelné kontakty jsou vyrobeny svorkami, šrouby, šrouby atd., integrální — pájením, svařováním nebo nýtováním.Pohyblivé kontakty se dělí na přerušované (kontakty relé, tlačítek, spínačů, stykačů atd.) a posuvné (kontakty mezi kolektorem a kartáčky, kontakty spínačů, potenciometry atd.).

Nejjednodušším typem elektrického kontaktu je pár kontaktů. Obtížným typem kontaktu je např. kontakt tvořící dvojitý paralelní uzávěr obvodu nebo dvojitý sériový uzávěr (druhý se nazývá spojka). Kontakt, který spíná obvod, když je zařízení aktivováno, se nazývá přepínací. Spínací kontakt, který přeruší obvod v okamžiku sepnutí, se nazývá spínací kontakt a nerozepnutí obvodu v okamžiku sepnutí se nazývá přechodový kontakt.

V závislosti na formě se elektrické kontakty dělí na:

• bod (top — rovina, koule — rovina, koule — koule), které se běžně používají v citlivých zařízeních a relé spínajících menší zátěže;

• lineární — vyskytují se na kontaktech ve formě válcových těles a na kartáčových kontaktech;

• planární — ve vysokoproudých spínacích zařízeních.

Obvykle jsou kontakty připevněny k plochým pružinám, tzv kontaktní (z nikl-stříbrných, fosforových a beryliových bronzů a méně často oceli), na které jsou kladeny vysoké požadavky na stálost jejich mechanických vlastností po celou dobu životnosti zařízení, často počítané v desítkách a více než milionech cyklů. Sada pružin, vyrobených ve formě samostatného bloku, které se spínají současně, tvoří skupinu kontaktů (nebo pack).

Výkonové charakteristiky spojení elektrických kontaktů

Ke kontaktu kontaktů nedochází celoplošně, ale pouze v jednotlivých bodech díky drsnosti kontaktní plochy při jakékoliv přesnosti jejího zpracování. Téměř bez ohledu na typ kontaktů dochází ke kontaktu kontaktních prvků vždy na malých plochách.

To je vysvětleno skutečností, že povrch kontaktních prvků nemůže být dokonale plochý. V praxi se tedy styčné plochy při přiblížení k sobě nejprve dostanou do kontaktu s více vyčnívajícími hroty (body) a následně, ale s rostoucím tlakem, dochází k deformaci kontaktního materiálu a tyto body se mění v malá hřiště.

K těmto kontaktním bodům jsou přitahovány čáry elektrického proudu procházející z jednoho kontaktu do druhého. Kontakt proto zavádí do jím připojeného obvodu nějaký další přechodový odpor Rk.

Pokud je kontaktní plocha pokryta filmem, pak se R zvýší. Velmi tenké vrstvy (do 50 A) však neovlivňují přechodový odpor díky tunelovému efektu. Silnější fólie se mohou pod přítlačnou silou nebo aplikovaným napětím zlomit.

Elektrické selhání kontaktních filmů se nazývá fritování. Pokud nejsou fólie zničeny, pak je Rk určeno především odolností fólií. Bezprostředně po odizolování kontaktu, stejně jako při dostatečné kontaktní síle a napětí v kontaktním obvodu, je jeho odpor určen především odporem kontrakčních zón.

Čím větší je síla působící na kontakty a čím je jejich materiál měkčí, tím větší je celková kontaktní plocha kontaktních ploch a tím méně aktivní elektrický odpor v místě přechodu (v zóně přechodové vrstvy mezi styčnými plochami). Tento aktivní odpor se nazývá přechodový odpor.

Přechodový odpor — jeden z hlavních parametrů kvality elektrických kontaktů, protože charakterizuje množství energie absorbované kontaktní hmotou, která se mění v teplo a zahřívá kontakt. Kontaktní odpor může být silně ovlivněn způsobem úpravy kontaktních ploch a jejich stavem. Například rychle se tvořící oxidový film na hliníkových kontaktech může výrazně zvýšit přechodový odpor.

Když proud prochází kontakty, jsou zahřívány a nejvyšší teplota je pozorována na kontaktní ploše kvůli přítomnosti přechodového odporu. V důsledku zahřívání kontaktů odpor materiálu kontaktu a tím i odpor přechodu.

Zvýšení kontaktní teploty navíc podporuje tvorbu oxidů na jeho povrchu, čímž se přechodový odpor ještě výrazněji zvyšuje. A i když se zvýšením teploty může kontaktní materiál poněkud měknout, což je spojeno se zvětšením kontaktní plochy, obecně může tento proces vést ke zničení kontaktů nebo jejich svařování. Ten je například velmi nebezpečný pro otevřené kontakty, protože v důsledku toho zařízení s těmito kontakty nebude moci vypnout obvod. Proto je pro různé typy kontaktů stanovena maximální přípustná teplota s dlouhým proudem, který jimi protéká.

Pro snížení zahřívání je možné zvýšit hmotnost kovu kontaktů a jejich chlazeného povrchu, což zvýší odvod tepla. Pro snížení přechodového odporu je nutné zvýšit kontaktní tlak, zvolit vhodný materiál a typ kontaktů.

Například otevřené kontakty určené pro vnější použití se doporučuje vyrábět z materiálů, které jsou mírně oxidovatelné, nebo jejich povrch pokrýt antikorozní vrstvou. Mezi takové materiály patří zejména stříbro, které lze použít k nátěru kontaktních ploch.

Měděné nerozbitné kontakty lze pocínovat (pocínované povrchy se hůře oxidují). Pro stejné účely jsou kontaktní plochy pokryty lubrikantem, například vazelínou. Kontakty v olejové lázni jsou dobře chráněny proti korozi bez dalších speciálních opatření. To se používá u olejových jističů.

Činnost jakékoli elektroinstalace se skládá ze 4 stupňů — otevřený stav, zkrat, uzavřený stav a rozpojení, z nichž každý ovlivňuje spolehlivost kontaktu.

V otevřeném stavu působí vnější prostředí na elektrický kontakt a v důsledku toho se na jejich povrchu tvoří filmy.

V zavřeném stavu, když jsou kontakty stlačeny k sobě a prochází jimi proud, se zahřívají a deformují; za určitých podmínek, pokud se kontakty přehřívají, může dojít ke svařování.

Při sevření a rozepnutí kontaktů dochází k můstkovým nebo výbojovým jevům doprovázeným odpařováním a přenosem kovového kontaktu, který mění jeho povrch. Navíc je možné mechanické opotřebení. kontakty vzniklé v důsledku narážení a klouzání proti sobě.

Když se kontakty k sobě přibližují na velmi malé vzdálenosti, dokonce i při malých napětích zdroje energie, gradient pole se tak zvětší, že se dielektrická pevnost mezery poruší a dojde k průrazu. Pokud jsou na povrchu cizorodé částice, zejména ty obsahující uhlík, pak při jejich kontaktu dochází k odpařování a jsou vytvořeny podmínky pro likvidaci.

Otevření je obvykle nejtěžší část práce. elektrický kontakt V závislosti na parametrech obvodu (R, L a C) a velikosti přiloženého napětí při otevírání dochází k jevům, které způsobují opotřebení Kontakty. Je-li napětí obvodu větší než napětí Upl, kde se kov kontaktů taví, po jejich oddělení se kontaktní síla zmenšuje a tím se zvětší plocha kontaktu, odpor a teplota.

Když teplota překročí bod tání kovu, vytvoří se mezi kontaktními plochami roztavený kovový můstek, který se postupně natáhne a pak se v nejteplejším bodě zlomí. Vysoká teplota při protržení můstku usnadňuje iniciaci vyhazování.

Samotný můstek existuje pouze v ohmických obvodech při napájecích napětích pod napětím oblouku. Pokud je v obvodu indukčnost, pak přepětí způsobená tím v okamžiku přerušení proudu přispívají ke vzniku jiskry při proudech pod obloukovými proudy a při proudech nad obloukovými proudy - oblouky. Protože v obvodu je téměř vždy indukčnost, můstky jsou ve většině případů doprovázeny výbojem. Minimální napětí jiskry v elektrické zásuvce — 270-300 V.

Kontakty jakéhokoli typu musí zajistit nejen nepřetržitý provoz bez nepřijatelného přehřívání za normálních podmínek, ale také potřebnou tepelnou a elektrodynamickou odolnost ve zkratovém režimu. Pohyblivé vypínací kontakty by také neměly být zničeny vysokou teplotou elektrického oblouku, který se vytváří při jejich otevření, a spolehlivě uzavřeny bez svařování a roztavení při zapnutí na zkrat. Ke splnění těchto požadavků přispívají i výše diskutovaná opatření.

Metalokeramické kontakty, což je směs drcených měděných prášků s wolframem nebo molybdenem a stříbra s wolframem.

Taková sloučenina současně obsahuje dobrá elektrická vodivost díky použití mědi nebo stříbra a vysoké teplotě tání díky použití wolframu nebo molybdenu.

Existuje další způsob, jak odstranit stávající rozpor, který spočívá v tom, že materiály s dobrou elektrickou vodivostí (stříbro, měď atd.) mají zpravidla relativně nízkou teplotu tání a žáruvzdorné materiály (wolfram, molybden) mají nízkou elektrickou vodivostí. Jedná se o použití systému dvojitých kontaktů sestávajícího z paralelně zapojených ovládacích a obloukových kontaktů.

Pracovní kontakty jsou vyrobeny z materiálu s vysokou elektrickou vodivostí a obloukovými kontakty — vyrobené z ohnivzdorného materiálu. V normálním režimu, když jsou kontakty sepnuté, většina proudu protéká pracovními kontakty.

Když je obvod bez napětí, nejprve se otevřou provozní kontakty a poté obloukové kontakty.Proto je ve skutečnosti obvod přerušován obloukovými kontakty, pro které ani zkratový proud nepředstavuje velké nebezpečí (pro výrazné zkratové proudy se navíc používají speciální zhášecí zařízení).

Při sepnutí obvodu se nejprve sepnou obloukové kontakty a poté provozní kontakty. Provozní kontakty tedy ve skutečnosti nepřeruší nebo zcela neuzavřou obvod. Tím se eliminuje nebezpečí roztavení a svařování.

Aby se eliminovala možnost samovolného rozepnutí kontaktů z elektrodynamické úsilí při protékání zkratových proudů jsou kontaktní systémy navrženy tak, aby elektrodynamické síly za těchto podmínek zajistily přídavný kontaktní tlak a zabránily případnému roztavení a svaření kontaktů v okamžiku sepnutí zkratového obvodu, zrychlené spínání.

Pro eliminaci nebezpečí výrazného pružného dopadu na kontaktní plochy použijte předlisování kontaktů speciálními pružinami... V tomto případě je zajištěna jak vysoká rychlost spínání, tak eliminace případných vibrací, jelikož pružina je před- stlačený a po dotyku kontaktů začne tlačná síla růst nikoli od nuly, ale od určité stanovené hodnoty. režimu, ale také požadovaný tepelný a elektrodynamický odpor ve zkratovém režimu.

Pohyblivé vypínací kontakty by také neměly být zničeny vysokou teplotou elektrického oblouku, který se vytváří při jejich otevření, a spolehlivě uzavřeny bez svařování a roztavení při zapnutí na zkrat.Ke splnění těchto požadavků přispívají i výše diskutovaná opatření.

Kontakty vyrobené z kovokeramiky, což je směs drcených měděných prášků s wolframem nebo s molybdenem a stříbra s wolframem, jsou zvláště odolné proti destruktivnímu působení elektrického oblouku.

Taková sloučenina má jak dobrou elektrickou vodivost díky použití mědi nebo stříbra, tak vysokou teplotu tání díky použití wolframu nebo molybdenu.

Základní návrhy kontaktů v elektrických instalacích a elektrických zařízeních

Konstrukce pevných (tuhých) nerozbitných styčných spojů musí zajistit spolehlivé sevření styčných ploch a minimální přechodový odpor. Je lepší spojit pneumatiky několika menšími šrouby než jedním velkým, protože to poskytuje více styčných bodů. Při spojování pneumatik je kontaktní odpor nižší než při použití šroubů, kdy je nutné vrtání děr do pneumatik. Vysoká kvalita spojení kontaktů je zajištěna svařováním přípojnic.

Pohyblivé vypínací kontakty — základní prvek spínacích přístrojů... Kromě obecných požadavků na všechny kontakty musí mít odolnost proti oblouku, schopnost spolehlivě zapnout a vypnout obvod při zkratu a také vydrží určitý počet sepnutí a vypnutí bez mechanického poškození.

Nejjednodušší kontakt tohoto typu je plochý řezný kontakt. Při záběru se pohyblivá čepel dostane mezi pevné odpružené čelisti. Nevýhodou takového plochého kontaktu je, že ke kontaktu kontaktních ploch dochází v několika bodech v důsledku nepravidelností těchto ploch.

Pro získání lineárního kontaktu jsou na nožové pásy vyraženy půlválcové výstupky a pro zvýšení tlaku jsou pásy stlačeny ocelovou svorkou s pružinou.Zrušovací kontakty se nejčastěji používají u jističů a odpojovačů.

Kontaktní část samovyrovnávacího prstového kontaktu je vytvořena ve formě prstů, v destičce — ve formě destiček, na konci — ve formě plochého vršku, v objímce — ve formě lamel ( segmenty), v kartáči — ve formě kartáčů z elastických, tenkých měděných nebo bronzových plátů.

Uvedené kontaktní části (díly) v řadě provedení mohou v omezených mezích měnit svou polohu vůči pevným kontaktům. Pro jejich spolehlivé elektrické připojení jsou k dispozici flexibilní přípojky s proudem.

Stabilita vypínacích kontaktů a potřebná tlaková síla se obvykle dosahuje pomocí listových nebo vinutých pružin.

Prstové kontakty a kontakty se používají v zařízeních s napětím nad 1000 V pro různé proudy jako pracovní a obloukové kontakty a ploché kontakty se používají jako pracovní kontakty. Koncové kontakty se používají pro napětí 110 kV a vyšší, pro proudy nepřesahující 1 — 1,5 kA jako pracovní a zhášecí kontakty. Kartáčové kontakty se používají v zařízeních pro různá napětí a významné proudy, ale pouze jako pracovní kontakty, protože elektrický oblouk může poškodit relativně tenké kartáče.