Opotřebení elektrických kontaktů

Během provozu se spínací kontakty často zapínají a vypínají. To vede k opotřebení. Opotřebení kontaktů je povoleno tak, aby nevedlo k poruše zařízení až do konce životnosti.

Kontaktní opotřebení je destrukce pracovní plochy kontaktů se změnou jejich tvaru, velikosti, hmotnosti a snížením ponoru.

Opotřebení elektrických kontaktů, ke kterému dochází vlivem mechanických faktorů, se nazývá mechanické opotřebení... Mechanickému opotřebení jsou vystaveny kontakty odpojovačů — zařízení, která otevírají elektrický obvod bez zátěže. Opotřebení se projevuje v podobě drcení a zploštění koncových kontaktů a opotřebení řezaných kontaktních ploch.

Pro snížení mechanického opotřebení jsou pohyblivé nebo pevné kontakty opatřeny pružinou, která tlačí kontakt až na doraz ve vypnuté poloze zařízení, čímž se eliminuje možnost vibrací kontaktu.V zapnuté poloze se kontakt, který má pružinu, pohybuje směrem od dorazu a pružina tlačí kontakty proti sobě a vytváří kontaktní tlak.

K nejintenzivnějšímu opotřebení dochází pod vlivem elektrických faktorů, za přítomnosti proudového zatížení. Toto opotřebení se nazývá elektrické opotřebení nebo elektrická eroze.

Nejběžnějším měřítkem opotřebení elektrického kontaktu je objemová nebo hmotnostní ztráta materiálu kontaktu.

Kontakty určené pro spínání elektrických obvodů pod zátěží podléhají mechanickému a elektrickému opotřebení. Kromě toho se kontakty opotřebovávají v důsledku tvorby filmů na jejich povrchu různých chemických sloučenin z materiálu kontaktů s okolím, což se nazývá chemické opotřebení nebo koroze.

Při komutaci elektrického obvodu s elektrickou zátěží dochází na kontaktech k elektrickému výboji, který se může změnit na silný elektrický oblouk.

Uzavření procesu opotřebení

Když se kontakty v procesu zavírání dotknou, pružinový kontakt se pod vlivem elastických sil odhodí zpět. Může dojít k několika odmítnutím kontaktu, tj. jsou pozorovány kontaktní vibrace s tlumenou amplitudou. Amplituda vibrací klesá s každým dalším nárazem. Zkracuje se také doba odmítnutí.

Vibrace kontaktů při zapnutí zařízení: x1, x2 — amplituda odmítnutí; t1, T2, T3 — ztráta času

Když jsou kontakty vysunuty, vytvoří se krátký oblouk, který roztaví kontaktní body a odpaří kov. V tomto případě se v kontaktní zóně vytvoří zvýšený tlak kovových par a kontakt "visí" v proudění těchto par.Doba pro uzavření kontaktu se prodlouží.

Opotřebení elektrických kontaktů při zapnutí závisí na počátečním stlačení v okamžiku kontaktu kontaktů, tuhosti pružiny, která vytváří kontaktní tlak, a na fyzikálních vlastnostech materiálů kontaktů.

Počáteční zatlačení kontaktů v okamžiku jejich kontaktu — to je síla, která působí proti odmítnutí kontaktů, když se srazí. Čím větší je tato síla, tím menší bude amplituda a doba odmítnutí, tím menší bude vibrace kontaktů a jejich opotřebení. Se zvyšující se tuhostí pružiny se snižuje odmítnutí kontaktu a snižuje se opotřebení kontaktu.

Čím vyšší je bod tání kontaktního materiálu, tím nižší je opotřebení kontaktu. Čím vyšší je proud ve spínaném obvodu, tím větší je opotřebení kontaktů.

Otevřený proces opotřebení

V okamžiku rozepnutí kontaktů se kontaktní tlak sníží na nulu. V tomto případě se zvyšuje přechodový odpor a zvyšuje se proudová hustota v posledním bodě kontaktu. Kontaktní bod se roztaví a mezi rozbíhavými kontakty se vytvoří isthmus (můstek) roztaveného kovu, který se pak zlomí. Mezi kontakty může vzniknout jiskra nebo oblouk.

Pod vlivem vysoké teploty při vyhazování se část kovu kontaktní šíje vypařuje, část je vymrštěna z kontaktní mezery ve formě rozstřiků a část se přenáší z jednoho kontaktu do druhého. Na kontaktech jsou pozorovány jevy eroze — výskyt kráterů na nich nebo lepení kovu.Opotřebení kontaktů závisí na druhu a velikosti proudu, době hoření oblouku a materiálu kontaktů.

U stejnosměrného proudu dochází k přenosu materiálu z jednoho kontaktu na druhý intenzivněji než u střídavého proudu, protože směr proudu v obvodu se nemění.

Při nízkých proudech je eroze kontaktů způsobena destrukcí kontaktní šíje nikoli uprostřed, ale blíže k jedné z elektrod. Častěji je přerušení kontaktního isthmu pozorováno na anodě - kladné elektrodě.

Je pozorován přenos kovu na elektrodu dále od bodu tání, obvykle katody. Přenesený kov tuhne na katodě ve formě ostrých výstupků, které zhoršují kontaktní podmínky a zmenšují mezeru mezi kontakty v otevřeném stavu. Velikost eroze je úměrná množství elektřiny, která prošla kontakty během jiskrového výboje. Čím větší je proud a doba hoření oblouku, tím větší je eroze kontaktů.

Při vysokých proudech v průmyslových elektrických sítích často dochází k jiskření mezi otevřenými kontakty. Opotřebení obloukového kontaktu závisí na mnoha faktorech. Mezi nimi lze pomstít následující faktory: síťové napětí, druh a velikost proudu, intenzita magnetického pole, indukčnost obvodu, fyzikální vlastnosti materiálů kontaktů, frekvence spínání cyklu, povaha kontaktu kontaktu, rychlost otevírání kontaktu.

Elektrický oblouk mezi kontakty se zapálí při určité hodnotě napětí.V přítomnosti zhášecích zařízení oblouku způsobujících pohyb oblouku se oblouk smíchá z kontaktů, když se objeví mezikontaktní mezera 1 - 2 mm, která nesouvisí s velikostí napětí. Proto je opotřebení kontaktů prakticky nezávislé na napětí. Minimální hodnoty napětí, při kterém vzniká elektrický oblouk pro řadu kovů používaných jako kontakty, jsou uvedeny v tabulce. 1.

Tabulka 1. Minimální napětí a proud oblouku pro vybrané kovy

Parametry obvodu Materiál kontaktu Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimální proud, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimální napětí, V 15 12 13 14 14 17 15 14

S rostoucím vypínacím proudem se zvyšuje opotřebení kontaktů. Tato závislost se blíží lineární. Změna proudu zároveň vede ke změně vnějšího magnetického pole, což ovlivňuje charakter opotřebení kontaktů. Opotřebení kontaktů je intenzivnější při stejnosměrném proudu, což souvisí se zpožděním zhášení oblouku. Při stejnosměrném proudu se kontakty opotřebovávají nerovnoměrně.

K pohybu oblouku u zhášecích zařízení oblouku dochází v magnetickém poli vytvořeném vodičem s proudem. S rostoucí silou magnetického pole se zvyšuje rychlost pohybu referenčních bodů oblouku. Kontakty se zároveň méně zahřívají a taví a snižuje se opotřebení. Když se však mezi otevřenými kontakty objeví šíje roztaveného kovu, zvýšení intenzity magnetického pole zvyšuje elektrodynamické síly, které mají tendenci vytlačovat roztavený kov z kontaktní mezery.To vede ke zvýšenému opotřebení kontaktů.

Opotřebení kontaktů je ovlivněno indukčností obvodu, protože souvisí s časovou konstantou obvodu a rychlostí změny proudu. V obvodu s konstantním proudem může zvýšení indukčnosti snížit opotřebení, když jsou kontakty sepnuté, protože proud stoupá pomaleji a nedosahuje maximální hodnoty, když kontakty poklesnou.

Ve střídavém obvodu může zvýšení indukčnosti zvýšit a snížit zkratové opotřebení. Záleží na tom, kdy jsou kontakty vyřazeny. Když se kontakty otevřou, indukčnost obvodu ovlivňuje opotřebení, pokud ovlivňuje proud a čas do zhasnutí oblouku.

Intenzivnější opotřebení je pozorováno u kontaktů z čistých kontaktních materiálů (měď, stříbro) a výrazně klesá u kontaktů ze slitin se žáruvzdornými složkami (měď — wolfram, stříbro — wolfram).

Stříbro má poměrně vysokou odolnost proti opotřebení při proudech do 63 A, při proudech 100 A a vyšších odolnost proti opotřebení klesá a při proudech 10 kA se stává jedním z nejméně odolných materiálů proti opotřebení.

Opotřebení kontaktů se zvyšuje se zvyšující se frekvencí spínání. Čím častěji je zařízení zapínáno, tím více se kontakty zahřívají a jejich odolnost proti erozi klesá. Zvýšení rychlosti otevírání kontaktů zkrátí dobu oblouku a sníží opotřebení kontaktů obloukem.

Parametry elektrických kontaktů (porucha, řešení, tlak) a povaha kontaktu (bodový nebo rovinný kontakt, deformovaný kontakt) ovlivňují mechanické opotřebení i elektrické opotřebení.Například s rostoucím kontaktním řešením se zvyšuje jejich opotřebení, protože se zvyšuje uvolňování tepelné energie ve válci oblouku.

Opotřebované elektrické kontakty mohou vést ke špatnému kontaktu a ztrátě kontaktů. To může způsobit předčasné selhání spínacího zařízení. Opotřebení kontaktů je ovlivněno jejich odmítnutím pod vlivem elektrodynamických sil.

Shterbakov E.F.