Режимы работы контактов

Включение цепи. При включении электрических ап­паратов в их контактных   системах могут иметь место сле­дующие процессы: 1) вибрация контактов; 2) эрозия на поверхности контактов в результате образования электри­ческого разряда между ними.

Рассмотрим контактную систему контактора (рис. 2.7).

Подвижный контакт 1 связан с контактным рычагом 2 и кон­тактной пружиной 3. Неподвижный кон­такт 4 жестко закреплен на опоре. При включении контактора его электромагнит воздействует на рычаг 2, перемещение которого приводит к соприкосновению контактов 1 и 4. В момент соприкоснове­ния контактов происходит удар, в резуль­тате которого происходят деформация смятия контактов и отброс контакта вправо. Между контактами образуется зазор, и под воздействием приложенного к ним напряжения загорается электриче­ская дуга. Движение контакта 1 вправо прекратится тогда, когда энергия, полу­ченная им при ударе, перейдет в энер­гию сжатия пружины 3. После этого кон­такт 1 под действием пружины 3 начнет перемещаться влево. Произойдет новый удар и новый отброс контакта.

В процессе включения по мере приближения подвижно­го контакта к неподвижному возрастает напряженность электрического поля между ними. При определенном рас­стоянии между контактами произойдет пробой междукон­тактного зазора. В аппаратах низкого напряжения пробой возникает при очень малом расстоянии между контактами (сотые доли миллиметра). Электрическая дуга при пробое не возникает, так как подвижный контакт продолжает дви­гаться и, замыкая промежуток, прекращает разрядные процессы. Однако при пробое электроны бомбардируют контакт с положительным потенциалом – анод, и его ма­териал переходит на катод, откладываясь на нем в виде тонких игл. Износ контактов в результате переноса мате­риала с  одного контакта на другой, т.е. испарение в окру­жающее пространство без изменения состава материала, называется физическим износом или эрозией. Эрозия при замыкании контактов невелика, но при малых нажатиях и малых междуконтактных зазорах она может привести к их привариванию.

Контакты во включенном состоянии. В этом режиме следует различать два случая: через контакты проходит длительный номинальный ток и через контакты проходит ток к.з.

В табл. 2.1 приведены температуры и падения напря­жения в контакте для двух характерных точек – точки размягчения материала, и точки плавления мате­риала,. Для надежной работы контактов необхо­димо, чтобы при номинальном токе падение напряже­ния на переходном сопротивлении было меньше 

.                                          (2.4)

Для расчета контактов на малые токи используется формула (2.4). По заданному току  и падению напряжения  определяют переходное сопротивление  для данного материала. После этого находится  необходимое контактное нажатие с помощью формулы (2.3).

При КЗ через контакты проходят токи, в 10…20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой посто­янной времени нагрева температура контактной площадки поднимается практически мгновенно и может достигнуть температуры плавления.

Следует отметить, что, с точки зрения нагрева, контакты являются наиболее нагруженным местом токоведущей це­пи. При больших токах (2 кА и выше) идут по пути повы­шения температуры контактной точки до 200 °С (при се­ребряных контактах) и применения жидкостного охлажде­ния. В этом случае удается значительно облегчить контакт­ную систему, уменьшить габаритные размеры аппарата и получить высокое  быстродействие.

Аналитический расчет плавящего тока при КЗ затруд­нен, так как существующие формулы не учитывают раз­мягчения материала при высокой температуре. Поэтому при расчетах целесообразно пользоваться опытными данными, непосредственно связывающими ток сваривания и контактное нажатие. При расчетах электродинамической стойкости контактов достаточно точна экспериментальная формула  (2.1)

,

где – ток электродинамической стойкости (амплитуда ударного тока), А; -  контактное нажатие, Н.

Отключение цепи. В процессе размыкания контактов контактное нажатие уменьшается, переходное сопротивле­ние возрастает, и за счет этого растет температура точек касания. В момент разъединения контакты нагреваются до температуры плавления, и между ними возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отклю­чаемой цепи возникает дуговой (табл. 2.2) либо тлеющий разряд.

Таблица 2.2

Минимальные значения напряжения и тока, необходимые для поддержания дугового разряда

Материал

контактов

Материал контактов

Платина

Золото

Серебро

17

15

12

0,90

0,38

0,40

Вольфрам Медь

Уголь

17,0

12,3

18…22

0,90

0,43

0,03

Высокая температура приводит к интенсивному окисле­нию и распылению материала контактов в окружающем пространстве, переносу материала с одного электрода на другой и образованию пленок. Все это влечет за собой из­нос контактов. Износ, связанный с окислением и образо­ванием на электродах пленок химических соединений мате­риала контактов со средой, называется химическим изно­сом или коррозией.

Для существования дугового разряда необходимо, чтобы значения напряжения и тока превышали минимальные значения и , приведенные  в табл. 2.2.