Επαφές σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις και ηλεκτρικές συσκευές

Τα σημεία σύνδεσης των επιμέρους στοιχείων που αποτελούν οποιοδήποτε ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζονται ηλεκτρικές επαφές.

Ηλεκτρική επαφή — σύνδεση καλωδίων που επιτρέπουν τη μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος. Ο σχηματισμός επαφών αγωγών ρεύματος ονομάζονται σώματα επαφής ή θετικές και αρνητικές επαφές, ανάλογα με τον πόλο της πηγής ρεύματος με τον οποίο συνδέονται.

Η λέξη «επαφή» σημαίνει «αφή», «αφή». Σε ένα ηλεκτρικό σύστημα που συνδυάζει διάφορες συσκευές, μηχανές, γραμμές κ.λπ., χρησιμοποιείται ένας τεράστιος αριθμός επαφών για τη σύνδεσή τους. Η αξιοπιστία του εξοπλισμού και η λειτουργία του συστήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα των συνδέσεων επαφής.

Ταξινόμηση ηλεκτρικών επαφών

Οι ηλεκτρικές επαφές είναι σταθερές και κινητές. Σταθερές επαφές - παντός τύπου αποσπώμενες και ενσωματωμένες, σχεδιασμένες για μακροχρόνια σύνδεση καλωδίων. Οι αποσπώμενες επαφές γίνονται με σφιγκτήρες, μπουλόνια, βίδες κ.λπ., ενσωματωμένες — με συγκόλληση, συγκόλληση ή πριτσίνωμα.Οι κινητές επαφές χωρίζονται σε διακεκομμένες (επαφές ρελέ, κουμπιά, διακόπτες, επαφές κ.λπ.) και συρόμενες (επαφές συλλέκτη και βούρτσες, επαφές διακοπτών, ποτενσιόμετρα κ.λπ.).

Ο απλούστερος τύπος ηλεκτρικής επαφής είναι ένα ζεύγος επαφής. Ένας δύσκολος τύπος επαφής είναι, για παράδειγμα, μια επαφή που σχηματίζει ένα κλείσιμο διπλού παράλληλου κυκλώματος ή ένα κλείσιμο διπλής σειράς (το τελευταίο ονομάζεται σύζευξη). Η επαφή που αλλάζει το κύκλωμα όταν ενεργοποιείται η συσκευή ονομάζεται εναλλαγή. Μια επαφή μεταγωγής που διακόπτει το κύκλωμα τη στιγμή της μεταγωγής ονομάζεται επαφή μεταγωγής και η μη διακοπή του κυκλώματος τη στιγμή της μεταγωγής ονομάζεται μεταβατική επαφή.

Ανάλογα με τη μορφή, οι ηλεκτρικές επαφές χωρίζονται σε:

• σημείο (κορυφή — επίπεδο, σφαίρα — επίπεδο, σφαίρα — σφαίρα), που χρησιμοποιούνται συνήθως σε ευαίσθητες συσκευές και ρελέ που αλλάζουν μικρά φορτία.

• γραμμικό — εμφανίζονται στις επαφές με τη μορφή κυλινδρικών σωμάτων και στις επαφές βούρτσας.

• επίπεδο — σε εξοπλισμό μεταγωγής υψηλού ρεύματος.

Συνήθως οι επαφές συνδέονται με επίπεδα ελατήρια, τα λεγόμενα επαφής (από νικέλιο ασήμι, φώσφορο και μπρούντζο βηρυλλίου και σπανιότερα χάλυβα), τα οποία υπόκεινται σε υψηλές απαιτήσεις όσον αφορά τη σταθερότητα των μηχανικών ιδιοτήτων τους καθ' όλη τη διάρκεια ζωής της συσκευής, που συχνά υπολογίζονται σε δεκάδες και περισσότερους από ένα εκατομμύριο κύκλους. Ένα σύνολο ελατηρίων, κατασκευασμένα με τη μορφή ξεχωριστού μπλοκ, τα οποία ενεργοποιούνται ταυτόχρονα, σχηματίζουν μια ομάδα επαφής (ή πακέτο).

Χαρακτηριστικά απόδοσης συνδέσεων ηλεκτρικής επαφής

Η επαφή των επαφών δεν συμβαίνει σε ολόκληρη την επιφάνεια, αλλά μόνο σε επιμέρους σημεία λόγω της τραχύτητας της επιφάνειας επαφής με οποιαδήποτε ακρίβεια επεξεργασίας της. Σχεδόν ανεξάρτητα από τον τύπο των επαφών, η επαφή των στοιχείων επαφής γίνεται πάντα σε μικρές περιοχές.

Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η επιφάνεια των στοιχείων επαφής δεν μπορεί να είναι τελείως επίπεδη. Επομένως, στην πράξη, όταν οι επιφάνειες επαφής πλησιάζουν η μία την άλλη, πρώτα έρχονται σε επαφή με πολλές προεξέχουσες άκρες (σημεία) και στη συνέχεια, αλλά με αυξανόμενη πίεση, συμβαίνει παραμόρφωση του υλικού επαφής και τα σημεία αυτά μετατρέπονται σε μικρές παιδικές χαρές.

Γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος που περνούν από τη μια επαφή στην άλλη έλκονται σε αυτά τα σημεία επαφής. Επομένως, η επαφή εισάγει κάποια πρόσθετη αντίσταση επαφής Rk στο κύκλωμα που συνδέεται με αυτήν.

Εάν η επιφάνεια επαφής καλύπτεται με μεμβράνη, τότε το R αυξάνεται. Ωστόσο, πολύ λεπτές μεμβράνες (έως 50 A) δεν επηρεάζουν την αντίσταση επαφής λόγω του φαινομένου της σήραγγας. Πιο παχύρρευστα φιλμ μπορεί να σπάσουν λόγω της δύναμης επαφής ή της ασκούμενης πίεσης.

Η ηλεκτρική αστοχία των μεμβρανών επαφής ονομάζεται θρυμματισμός. Εάν τα φιλμ δεν καταστραφούν, τότε το Rk καθορίζεται κυρίως από την αντίσταση των μεμβρανών. Αμέσως μετά την απογύμνωση μιας επαφής, καθώς και με επαρκή δύναμη επαφής και τάση στο κύκλωμα επαφής, η αντίστασή της προσδιορίζεται κυρίως από την αντίσταση των ζωνών συστολής.

Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που εφαρμόζεται στις επαφές και όσο πιο μαλακό είναι το υλικό τους, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνολική επιφάνεια επαφής των επιφανειών επαφής και, κατά συνέπεια, τόσο λιγότερο ενεργό ηλεκτρική αντίσταση στη διασταύρωση (στη ζώνη του μεταβατικού στρώματος μεταξύ των επιφανειών επαφής). Αυτή η ενεργή αντίσταση ονομάζεται παροδική αντίσταση.

Παροδική αντίσταση — μία από τις κύριες παραμέτρους της ποιότητας των ηλεκτρικών επαφών, καθώς χαρακτηρίζει την ποσότητα ενέργειας που απορροφάται στην ένωση επαφής, η οποία μετατρέπεται σε θερμότητα και θερμαίνει την επαφή. Η αντίσταση επαφής μπορεί να επηρεαστεί έντονα από τον τρόπο επεξεργασίας των επιφανειών επαφής και την κατάστασή τους. Για παράδειγμα, μια ταχέως σχηματιζόμενη μεμβράνη οξειδίου στις επαφές αλουμινίου μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αντίσταση επαφής.

Όταν το ρεύμα διέρχεται από τις επαφές, αυτές θερμαίνονται και η υψηλότερη θερμοκρασία παρατηρείται στην επιφάνεια επαφής λόγω της παρουσίας αντίστασης μετάβασης. Ως αποτέλεσμα της θέρμανσης επαφής, η αντίσταση του υλικού επαφής και, κατά συνέπεια, η αντίσταση της μετάβασης.

Επιπλέον, η αύξηση της θερμοκρασίας επαφής προάγει το σχηματισμό οξειδίων στην επιφάνειά του, γεγονός που αυξάνει ακόμη πιο σημαντικά τη μεταβατική αντίσταση. Και παρόλο που με αύξηση της θερμοκρασίας, το υλικό επαφής μπορεί να μαλακώσει κάπως, γεγονός που σχετίζεται με αύξηση της επιφάνειας επαφής, γενικά, αυτή η διαδικασία μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή των επαφών ή στη συγκόλλησή τους. Το τελευταίο, για παράδειγμα, είναι πολύ επικίνδυνο για ανοιχτές επαφές, επειδή ως αποτέλεσμα, η συσκευή με αυτές τις επαφές δεν θα μπορεί να απενεργοποιήσει το κύκλωμα. Επομένως, για διαφορετικούς τύπους επαφών, προσδιορίζεται μια μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία με μεγάλο ρεύμα που τις διαρρέει.

Για να μειωθεί η θέρμανση, είναι δυνατό να αυξηθεί η μάζα του μετάλλου των επαφών και η ψυχρή τους επιφάνεια, γεγονός που θα ενισχύσει τη διάχυση της θερμότητας. Για να μειώσετε την αντίσταση επαφής, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την πίεση επαφής, να επιλέξετε το κατάλληλο υλικό και τον τύπο των επαφών.

Για παράδειγμα, οι ανοιχτές επαφές που προορίζονται για εξωτερική χρήση συνιστάται να είναι κατασκευασμένες από υλικά που είναι ελαφρώς οξειδωτικά ή να καλύπτουν την επιφάνειά τους με αντιδιαβρωτική στρώση. Τέτοια υλικά περιλαμβάνουν, ειδικότερα, το ασήμι, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίστρωση επιφανειών επαφής.

Οι χάλκινες άθραυστες επαφές μπορούν να επικασσιτερωθούν (οι επικασσιτερωμένες επιφάνειες είναι πιο δύσκολο να οξειδωθούν). Για τους ίδιους σκοπούς, οι επιφάνειες επαφής καλύπτονται με λιπαντικό, για παράδειγμα, βαζελίνη. Οι επαφές βυθισμένες στο λάδι προστατεύονται καλά από τη διάβρωση χωρίς άλλα ειδικά μέτρα. Αυτό χρησιμοποιείται σε διακόπτες κυκλώματος λαδιού.

Η λειτουργία οποιουδήποτε ηλεκτρικού αποτελείται από 4 στάδια — ανοιχτή κατάσταση, βραχυκύκλωμα, κλειστή κατάσταση και άνοιγμα, καθένα από τα οποία επηρεάζει την αξιοπιστία της επαφής.

Στην ανοιχτή κατάσταση, το εξωτερικό περιβάλλον δρα στην ηλεκτρική επαφή και ως αποτέλεσμα σχηματίζονται μεμβράνες στην επιφάνειά τους.

Σε κλειστή κατάσταση, όταν οι επαφές συμπιέζονται μεταξύ τους και το ρεύμα περνά μέσα από αυτές, θερμαίνονται και παραμορφώνονται. υπό ορισμένες συνθήκες, εάν οι επαφές υπερθερμανθούν, μπορεί να συμβεί συγκόλληση.

Όταν οι επαφές κλείνουν και ανοίγουν, εμφανίζονται φαινόμενα γεφύρωσης ή εκκένωσης, που συνοδεύονται από εξάτμιση και μεταφορά μεταλλικής επαφής, αλλάζοντας την επιφάνειά του. Επιπλέον, είναι δυνατή η μηχανική φθορά. επαφές που προκύπτουν από πρόσκρουση και ολίσθηση μεταξύ τους.

Καθώς οι επαφές πλησιάζουν η μία την άλλη σε πολύ μικρές αποστάσεις, ακόμη και σε μικρές τάσεις πηγής ισχύος, η κλίση πεδίου γίνεται τόσο μεγάλη ώστε η διηλεκτρική ισχύς του διακένου διασπάται και επέρχεται διάσπαση. Εάν υπάρχουν ξένα σωματίδια στην επιφάνεια, ειδικά αυτά που περιέχουν άνθρακα, τότε όταν έρθουν σε επαφή, συμβαίνει εξάτμιση και δημιουργούνται συνθήκες απόρριψης.

Το άνοιγμα είναι συνήθως το πιο δύσκολο κομμάτι της δουλειάς. ηλεκτρική επαφή Ανάλογα με τις παραμέτρους του κυκλώματος (R, L και C) και το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης κατά το άνοιγμα, συμβαίνουν φαινόμενα που προκαλούν φθορά Επαφές. Εάν η τάση του κυκλώματος είναι μεγαλύτερη από την τάση Upl, όπου λιώνει το μέταλλο των επαφών, μετά τον διαχωρισμό τους, η δύναμη επαφής μειώνεται και επομένως η περιοχή επαφής, η αντίσταση και η θερμοκρασία θα αυξηθούν.

Όταν η θερμοκρασία υπερβεί το σημείο τήξης του μετάλλου, θα σχηματιστεί μια γέφυρα λιωμένου μετάλλου μεταξύ των επιφανειών επαφής, που σταδιακά τεντώνεται και στη συνέχεια σπάει στο πιο ζεστό σημείο. Η υψηλή θερμοκρασία στη ρήξη της γέφυρας διευκολύνει την έναρξη της εκτόξευσης.

Η ίδια η γέφυρα υπάρχει μόνο σε ωμικά κυκλώματα σε τάσεις τροφοδοσίας κάτω από την τάση τόξου. Εάν υπάρχει επαγωγή στο κύκλωμα, τότε οι υπερτάσεις που προκαλούνται από αυτήν τη στιγμή της διακοπής του ρεύματος συμβάλλουν στην εμφάνιση σπινθήρα σε ρεύματα κάτω από τα ρεύματα τόξου και σε ρεύματα πάνω από τα ρεύματα τόξου - τόξα. Δεδομένου ότι υπάρχει σχεδόν πάντα αυτεπαγωγή στο κύκλωμα, οι γέφυρες στις περισσότερες περιπτώσεις συνοδεύονται από εκκένωση. Ελάχιστη τάση σπινθήρα στην πρίζα — 270-300 V.

Οι επαφές οποιουδήποτε τύπου πρέπει να παρέχουν όχι μόνο συνεχή λειτουργία χωρίς απαράδεκτη υπερθέρμανση υπό κανονικές συνθήκες, αλλά και την απαραίτητη θερμική και ηλεκτροδυναμική αντίσταση σε λειτουργία βραχυκυκλώματος. Οι κινητές επαφές θραύσης δεν πρέπει επίσης να καταστρέφονται από την υψηλή θερμοκρασία του ηλεκτρικού τόξου που σχηματίζεται όταν ανοίγουν και να κλείνουν αξιόπιστα χωρίς συγκόλληση και τήξη όταν είναι ενεργοποιημένο για βραχυκύκλωμα. Τα μέτρα που αναφέρθηκαν παραπάνω συμβάλλουν επίσης στην εκπλήρωση αυτών των απαιτήσεων.

Επαφές μετάλλου-κεραμικού, που είναι ένα μείγμα θρυμματισμένης σκόνης χαλκού με βολφράμιο ή μολυβδαίνιο και ασήμι με βολφράμιο.

Μια τέτοια ένωση διαθέτει ταυτόχρονα καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα λόγω της χρήσης χαλκού ή αργύρου και του υψηλού σημείου τήξης λόγω της χρήσης βολφραμίου ή μολυβδαινίου.

Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να εξαλειφθεί η υπάρχουσα αντίφαση, η οποία συνίσταται στο γεγονός ότι τα υλικά με καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα (άργυρος, χαλκός κ.λπ.), κατά κανόνα, έχουν σχετικά χαμηλό σημείο τήξης και τα πυρίμαχα υλικά (βολφράμιο, μολυβδαίνιο) έχουν χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτή είναι η χρήση ενός συστήματος διπλής επαφής που αποτελείται από επαφές λειτουργίας και τόξου συνδεδεμένες παράλληλα.

Οι επαφές εργασίας είναι κατασκευασμένες από υλικό με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και επαφές τόξου — κατασκευασμένες από πυρίμαχο υλικό. Στην κανονική λειτουργία, όταν οι επαφές είναι κλειστές, το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος ρέει μέσω των επαφών εργασίας.

Όταν το κύκλωμα απενεργοποιηθεί, οι επαφές λειτουργίας ανοίγουν πρώτα και ακολουθούν οι επαφές τόξου.Επομένως, στην πραγματικότητα, το κύκλωμα διακόπτεται από επαφές τόξου, για τις οποίες ακόμη και το ρεύμα βραχυκυκλώματος δεν αποτελεί μεγάλο κίνδυνο (για σημαντικά ρεύματα βραχυκυκλώματος, χρησιμοποιούνται επιπλέον ειδικές συσκευές τόξου).

Όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, οι επαφές τόξου κλείνουν πρώτα και ακολουθούν οι επαφές λειτουργίας. Έτσι, οι επαφές λειτουργίας δεν σπάνε ή κλείνουν εντελώς το κύκλωμα. Αυτό εξαλείφει τον κίνδυνο τήξης και συγκόλλησης.

Για να εξαλειφθεί η πιθανότητα αυθόρμητου ανοίγματος επαφών από ηλεκτροδυναμικές προσπάθειες όταν ρέουν ρεύματα βραχυκυκλώματος, τα συστήματα επαφής σχεδιάζονται έτσι ώστε οι ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις υπό αυτές τις συνθήκες να παρέχουν πρόσθετη πίεση επαφής και να αποτρέπουν πιθανή τήξη και συγκόλληση των επαφών τη στιγμή της ενεργοποίησης του βραχυκυκλώματος, επιταχυνόμενης μεταγωγής.

Για να αποφύγετε τον κίνδυνο σημαντικής ελαστικής πρόσκρουσης στις επιφάνειες επαφής, χρησιμοποιήστε προπρεσάρισμα επαφών με ειδικά ελατήρια... Σε αυτήν την περίπτωση, εξασφαλίζεται τόσο υψηλή ταχύτητα ενεργοποίησης όσο και η εξάλειψη πιθανών κραδασμών, καθώς το ελατήριο είναι προ συμπιεσμένο και αφού αγγίξετε τις επαφές, η δύναμη ώθησης αρχίζει να αυξάνεται όχι από το μηδέν, αλλά από μια συγκεκριμένη καθορισμένη τιμή. τρόπο λειτουργίας, αλλά και την απαιτούμενη θερμική και ηλεκτροδυναμική αντίσταση σε λειτουργία βραχυκυκλώματος.

Οι κινητές επαφές θραύσης δεν πρέπει επίσης να καταστρέφονται από την υψηλή θερμοκρασία του ηλεκτρικού τόξου που σχηματίζεται όταν ανοίγουν και να κλείνουν αξιόπιστα χωρίς συγκόλληση και τήξη όταν είναι ενεργοποιημένο για βραχυκύκλωμα.Τα μέτρα που αναφέρθηκαν παραπάνω συμβάλλουν επίσης στην εκπλήρωση αυτών των απαιτήσεων.

Οι επαφές από μεταλλικό κεραμικό, που είναι ένα μείγμα θρυμματισμένης σκόνης χαλκού με βολφράμιο ή με μολυβδαίνιο και ασήμι με βολφράμιο, είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές στην καταστροφική δράση ενός ηλεκτρικού τόξου.

Μια τέτοια ένωση έχει τόσο καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα λόγω της χρήσης χαλκού ή αργύρου όσο και υψηλό σημείο τήξης λόγω της χρήσης βολφραμίου ή μολυβδαινίου.

Βασικά σχέδια επαφών σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις και ηλεκτρικές συσκευές

Η κατασκευή σταθερών (άκαμπτων) άθραυστων αρμών επαφής πρέπει να εξασφαλίζει αξιόπιστη σύσφιξη των επιφανειών επαφής και ελάχιστη αντίσταση επαφής. Είναι καλύτερο να συνδέσετε τα ελαστικά με πολλά μικρότερα μπουλόνια παρά με ένα μεγάλο, καθώς αυτό παρέχει περισσότερα σημεία επαφής. Κατά τη σύνδεση των ελαστικών, η αντίσταση επαφής είναι χαμηλότερη από ό,τι όταν χρησιμοποιείτε μπουλόνια, όταν είναι απαραίτητη η διάνοιξη οπών στα ελαστικά. Η υψηλή ποιότητα της σύνδεσης επαφής εξασφαλίζεται από τη συγκόλληση των ράβδων.

Κινητές επαφές θραύσης — βασικό στοιχείο των συσκευών μεταγωγής... Εκτός από τις γενικές απαιτήσεις για όλες τις επαφές, πρέπει να έχουν αντίσταση τόξου, δυνατότητα αξιόπιστης ενεργοποίησης και απενεργοποίησης του κυκλώματος σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, καθώς και αντέχουν σε έναν ορισμένο αριθμό λειτουργιών μεταγωγής και διακοπής λειτουργίας χωρίς μηχανικές βλάβες.

Η απλούστερη επαφή αυτού του τύπου είναι μια επίπεδη επαφή κοπής. Όταν εμπλακεί, η κινητή λεπίδα εισέρχεται ανάμεσα στις σταθερές σιαγόνες με ελατήριο. Το μειονέκτημα μιας τέτοιας επίπεδης επαφής είναι ότι η επαφή των επιφανειών επαφής συμβαίνει σε πολλά σημεία λόγω των ανωμαλιών αυτών των επιφανειών.

Για να ληφθεί μια γραμμική επαφή, οι ημικυλινδρικές προεξοχές σφραγίζονται στις λωρίδες των μαχαιριών και για να αυξηθεί η πίεση, οι λωρίδες συμπιέζονται με έναν ατσάλινο σφιγκτήρα με ένα ελατήριο. Οι επαφές διακοπής χρησιμοποιούνται συχνότερα σε διακόπτες κυκλώματος και αποζεύκτες.

Το τμήμα επαφής της αυτοευθυγραμμιζόμενης επαφής των δακτύλων γίνεται με τη μορφή δακτύλων, στην πλάκα - με τη μορφή πλακών, στο τέλος - με τη μορφή επίπεδης κορυφής, στην υποδοχή - με τη μορφή ελασμάτων ( τμήματα), στη βούρτσα — με τη μορφή πινέλων από ελαστικές, λεπτές χάλκινες ή μπρούτζινες πλάκες.

Τα καθορισμένα μέρη επαφής (εξαρτήματα) σε διάφορα σχέδια μπορούν να αλλάξουν, εντός περιορισμένων ορίων, τη θέση τους σε σχέση με τις σταθερές επαφές. Για την αξιόπιστη ηλεκτρική τους σύνδεση παρέχονται εύκαμπτες συνδέσεις που μεταφέρουν ρεύμα.

Η σταθερότητα των επαφών θραύσης και η απαιτούμενη θλιπτική δύναμη επιτυγχάνονται συνήθως με φυλλοειδή ή σπειροειδή ελατήρια.

Οι επαφές και οι επαφές των δακτύλων χρησιμοποιούνται σε συσκευές με τάσεις πάνω από 1000 V για διάφορα ρεύματα ως επαφές λειτουργίας και τόξου και οι επίπεδες επαφές χρησιμοποιούνται ως επαφές λειτουργίας. Οι ακραίες επαφές χρησιμοποιούνται για τάσεις 110 kV και άνω, για ρεύματα που δεν υπερβαίνουν το 1 — 1,5 kA ως επαφές λειτουργίας και τόξου. Οι επαφές βούρτσας χρησιμοποιούνται σε συσκευές για διάφορες τάσεις και σημαντικά ρεύματα, αλλά μόνο ως επαφές εργασίας, καθώς ένα ηλεκτρικό τόξο μπορεί να καταστρέψει σχετικά λεπτές βούρτσες.