Режимы работы и износ контактов

В процессе работы контакты подвергаются износу, что сказывается на их надежности. Особенно подвержены износу коммутирующие и скользящие контакты. Износ может быть механическим и электрическим. Причинами механического износа являются удары, трение контактов и коррозия. При ударах происходит деформация контактов, изменяющая их размеры. Трение приводит к истиранию и утрате части материала. Износ из-за коррозии происходит потому, что при коммутации контактов хрупкая окисная пленка разрушается и часть материала утрачивается.

Электрический износ, или эрозия, связан с процессами, происходящими на поверхности контактов и сопровождающимися переносом части метала с одного контакта на другой. При рассмотрении вопросов, связанных с износом, необходимо учитывать режим работы контактов. Можно выделить три режима.

1. Включение электрической цепи. При замыкании коммутирующих

контактов по мере их сближения нарастает плотность электрического поля между контактами. При определенном расстоянии между контактами происходит электрический пробой межконтактного промежутка. В низковольтных аппаратах величина промежутка очень мала, при пробое возникает искровой разряд, который приводит к переносу материала анода на катод. Кроме того, при замыкании контактов в результате соударения возможно возникновение их вибрации – дребезга. При этом происходит кратковременное разделение контактов, обусловленное их упругой деформацией, появляется искровой разряд и усиливается износ за счет эрозии. Исключить дребезг контактов полностью нельзя, поэтому стремятся сократить время дребезга и амплитуду первого отскока контактов. Для этого на коммутирующих контактах применяют контактные пружины, как это показано на рис. 1.6. После соприкосновения контактов в процессе включения остальные детали подвижной части аппарата продолжают движение и действие упругой деформации материала контактов гасится сжатием контактной пружины, что препятствует отскоку подвижного контакта. При включении контактов на короткое замыкание их вибрация усиливается за счет действия электродинамических сил.

2. Замкнутое состояние контактов.В статическом замкнутом состоянии

контактов нет их взаимного перемещения, поэтому не должно быть износа. Однако и в этом случае могут происходить процессы, влияющие на работу контактов. Прежде всего в режиме короткого замыкания коммутирующие контакты могут быть разъединены электродинамическими силами, что из-за больших токов может привести к появлению электрической дуги. Кроме того, при протекании больших токов по замкнутым контактам при увеличенном их переходном сопротивлении, что может быть следствием ухудшения состояния их поверхности или ослабления контактного нажатия, может произойти значительное повышение температуры контактного соединения вплоть до расплавления материала контактов. При расплавлении переходное сопротивление контактов резко падает, выделение мощности в контактах снижается, а значит уменьшается и выделение тепла. Вследствие этого металл застывает и контакты свариваются. Слаботочные контакты из-за малых контактных нажатий могут свариваться и при сравнительно малых рабочих токах. В соединительных контактах короткие замыкания при перегреве могут вызвать значительные механические напряжения, поскольку увеличение температуры соединения приводит к тепловому расширению деталей. Поскольку контактные элементы выполняются из цветного металла, имеющего больший коэффициент теплового расширения, а соединяющие их болты стальные, термическое расширение происходит в разной степени, что приводит к появлению остаточной деформации. Для предотвращения ослабления болтовых соединений в них применяются круглые и пружинные шайбы. Способность контактов противостоять вредному воздействию токов короткого замыкания называется динамической и термической устойчивостью. Рассчитывают контакты так, чтобы за время воздействия токов короткого замыкания, определяемое срабатыванием защиты, температура не превышала допустимых пределов (для меди – 200–300^оС, для алюминия – 150–200^оС)

3. Отключение электрической цепи. При размыкании контактов прежде

всего происходит снижение контактного нажатия. При этом возрастает переходное сопротивление и, как следствие, увеличивается нагрев контактов. Это может привести к расплавлению металла и после расхождения контактов между ними образуется жидкометаллический мостик. Он рвется вблизи анода, вызывая его разрушение. После расхождения контактов между ними возникает искровой разряд, а при достаточно больших токах – дуговой разряд.

Усиливается эрозия, из-за высокой температуры опорного пятна дуги происходит испарение металла контактов и их интенсивное окисление. Средством снижения электрического износа при размыкании являются устройства дугогашения.