Φθορά ηλεκτρικών επαφών

Κατά τη λειτουργία, οι επαφές μεταγωγής ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται συχνά. Αυτό οδηγεί σε φθορά. Η φθορά των επαφών επιτρέπεται για να μην οδηγήσει σε δυσλειτουργία της συσκευής μέχρι το τέλος της διάρκειας ζωής της.

Η φθορά επαφής είναι η καταστροφή της επιφάνειας εργασίας των επαφών με αλλαγή στο σχήμα, το μέγεθος, το βάρος τους και τη μείωση της βύθισης.

Η φθορά των ηλεκτρικών επαφών, που συμβαίνει υπό την επίδραση μηχανικών παραγόντων, ονομάζεται μηχανική φθορά... Οι επαφές των αποζεύξεων εκτίθενται σε μηχανική φθορά — συσκευές που ανοίγουν το ηλεκτρικό κύκλωμα χωρίς φορτίο. Η φθορά εκδηλώνεται με τη μορφή σύνθλιψης και ισοπέδωσης των ακραίων επαφών και φθοράς των κομμένων επιφανειών επαφής.

Για τη μείωση της μηχανικής φθοράς, οι κινητές ή σταθερές επαφές παρέχονται με ένα ελατήριο που πιέζει την επαφή στο τέλος της στη θέση off της συσκευής, εξαλείφοντας την πιθανότητα δονήσεων επαφής.Στη θέση ενεργοποίησης, η επαφή, η οποία έχει ένα ελατήριο, απομακρύνεται από το στοπ και το ελατήριο πιέζει τις επαφές μεταξύ τους, παρέχοντας πίεση επαφής.

Η πιο έντονη φθορά συμβαίνει υπό την επίδραση ηλεκτρικών παραγόντων, παρουσία ρεύματος φορτίου. Αυτή η φθορά ονομάζεται ηλεκτρική φθορά ή ηλεκτρική διάβρωση.

Το πιο κοινό μέτρο της φθοράς της ηλεκτρικής επαφής είναι η ογκομετρική ή η απώλεια βάρους του υλικού επαφής.

Οι επαφές που έχουν σχεδιαστεί για μεταγωγή ηλεκτρικών κυκλωμάτων υπό φορτίο υπόκεινται σε μηχανική και ηλεκτρική φθορά. Επιπλέον, οι επαφές φθείρονται λόγω του σχηματισμού φιλμ στην επιφάνειά τους από διάφορες χημικές ενώσεις από το υλικό των επαφών με το περιβάλλον, που ονομάζεται χημική φθορά ή διάβρωση.

Όταν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αντικαθίσταται από ένα ηλεκτρικό φορτίο, εμφανίζεται μια ηλεκτρική εκκένωση στις επαφές, η οποία μπορεί να μετατραπεί σε ισχυρή ηλεκτρικό τόξο.

Κλείσιμο της διαδικασίας φθοράς

Όταν οι επαφές εφάπτονται κατά τη διαδικασία κλεισίματός τους, η επαφή του ελατηρίου ρίχνεται πίσω υπό την επίδραση ελαστικών δυνάμεων. Μπορεί να υπάρχουν πολλές απορρίψεις επαφής, δηλαδή παρατηρείται δόνηση επαφής με απόσβεση του πλάτους. Το πλάτος των κραδασμών μειώνεται με κάθε επόμενη κρούση. Ο χρόνος απόρριψης μειώνεται επίσης.

Δόνηση των επαφών όταν η συσκευή είναι ενεργοποιημένη: x1, x2 — πλάτος απορρίψεων. t1, T2, T3 — χάσιμο χρόνου

Όταν οι επαφές εκτινάσσονται, σχηματίζεται ένα κοντό τόξο, που λιώνει τα σημεία επαφής και εξατμίζει το μέταλλο. Σε αυτή την περίπτωση δημιουργείται αυξημένη πίεση μεταλλικών ατμών στη ζώνη επαφής και η επαφή «κολλάει» στη ροή αυτών των ατμών.Ο χρόνος για το κλείσιμο της επαφής αυξάνεται.

Η φθορά των ηλεκτρικών επαφών κατά την ενεργοποίηση εξαρτάται από την αρχική πίεση τη στιγμή της επαφής των επαφών, την ακαμψία του ελατηρίου που δημιουργεί την πίεση επαφής και από τις φυσικές ιδιότητες των υλικών επαφής.

Αρχική ώθηση των επαφών τη στιγμή της επαφής τους — αυτή είναι η δύναμη που εξουδετερώνει την απόρριψη των επαφών όταν συγκρούονται. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η δύναμη, τόσο μικρότερο θα είναι το πλάτος και ο χρόνος απόρριψης, τόσο μικρότερος θα είναι ο κραδασμός των επαφών και η φθορά τους. Καθώς αυξάνεται η ακαμψία του ελατηρίου, η απόρριψη επαφής μειώνεται και η φθορά επαφής μειώνεται.

Όσο υψηλότερο είναι το σημείο τήξης του υλικού επαφής, τόσο χαμηλότερη είναι η φθορά επαφής. Όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα στο κύκλωμα μεταγωγής, τόσο μεγαλύτερη είναι η φθορά των επαφών.

Ανοιχτή διαδικασία φθοράς

Τη στιγμή του ανοίγματος των επαφών, η πίεση επαφής μειώνεται στο μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση επαφής αυξάνεται και η πυκνότητα ρεύματος στο τελευταίο σημείο επαφής αυξάνεται. Το σημείο επαφής λιώνει και σχηματίζεται ένας ισθμός (γέφυρα) λιωμένου μετάλλου ανάμεσα στις αποκλίνουσες επαφές, ο οποίος στη συνέχεια σπάει. Μπορεί να εμφανιστεί σπινθήρα ή τόξο μεταξύ των επαφών.

Υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας κατά την εκτίναξη, μέρος του μετάλλου του ισθμού επαφής εξατμίζεται, μέρος εκτοξεύεται από το διάκενο επαφής με τη μορφή πιτσιλιών και μέρος μεταφέρεται από τη μια επαφή στην άλλη. Στις επαφές παρατηρούνται φαινόμενα διάβρωσης — εμφάνιση κρατήρων πάνω τους ή κόλλημα μετάλλου.Η φθορά των επαφών εξαρτάται από τον τύπο και το μέγεθος του ρεύματος, τη διάρκεια της καύσης του τόξου και το υλικό των επαφών.

Με συνεχές ρεύμα, η μεταφορά υλικού από τη μια επαφή στην άλλη γίνεται πιο εντατικά από ό,τι με το εναλλασσόμενο ρεύμα, καθώς η κατεύθυνση του ρεύματος στο κύκλωμα δεν αλλάζει.

Σε χαμηλά ρεύματα, η διάβρωση των επαφών προκαλείται από την καταστροφή του ισθμού επαφής όχι στη μέση, αλλά πιο κοντά σε ένα από τα ηλεκτρόδια. Πιο συχνά, η διακοπή του ισθμού επαφής παρατηρείται στην άνοδο - το θετικό ηλεκτρόδιο.

Παρατηρείται μεταφορά μετάλλου στο ηλεκτρόδιο πιο μακριά από το σημείο τήξης, συνήθως την κάθοδο. Το μεταφερόμενο μέταλλο στερεοποιείται στην κάθοδο με τη μορφή αιχμηρών προεξοχών που επιδεινώνουν τις συνθήκες επαφής και μειώνουν το χάσμα μεταξύ των επαφών σε ανοιχτή κατάσταση. Η ποσότητα της διάβρωσης είναι ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τις επαφές κατά την εκκένωση του σπινθήρα. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα και ο χρόνος καύσης του τόξου, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάβρωση των επαφών.

Σε υψηλά ρεύματα στα βιομηχανικά ηλεκτρικά δίκτυα, το τόξο εμφανίζεται συχνά μεταξύ ανοιχτών επαφών. Η φθορά σε επαφή με τόξο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Μεταξύ αυτών, μπορούν να εκδικηθούν οι ακόλουθοι παράγοντες: τάση δικτύου, τύπος και μέγεθος ρεύματος, ένταση μαγνητικού πεδίου, επαγωγή κυκλώματος, φυσικές ιδιότητες των υλικών επαφής, συχνότητα εναλλαγής κύκλου, φύση επαφής, ταχύτητα ανοίγματος επαφής.

Το ηλεκτρικό τόξο μεταξύ των επαφών αναφλέγεται σε μια συγκεκριμένη τιμή τάσης.Παρουσία συσκευών πυρόσβεσης τόξου που προκαλούν την κίνηση του τόξου, το τόξο θα αναμιχθεί από τις επαφές όταν εμφανιστεί ένα κενό μεταξύ επαφής 1 - 2 mm, το οποίο δεν σχετίζεται με το μέγεθος της τάσης. Επομένως, η φθορά επαφής είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την τάση. Οι ελάχιστες τιμές τάσης στις οποίες εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό τόξο για έναν αριθμό μετάλλων που χρησιμοποιούνται ως επαφές δίνονται σε έναν πίνακα. 1.

Πίνακας 1. Ελάχιστη τάση και ρεύμα τόξου για επιλεγμένα μέταλλα

Παράμετροι κυκλώματος Υλικό επαφής Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Ελάχιστο ρεύμα, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Ελάχιστη τάση, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Η φθορά επαφής αυξάνεται καθώς αυξάνεται το ρεύμα θραύσης. Αυτή η εξάρτηση είναι σχεδόν γραμμική. Ταυτόχρονα, η αλλαγή του ρεύματος οδηγεί σε αλλαγή στο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο επηρεάζει τη φύση της φθοράς επαφής. Η φθορά επαφής είναι πιο έντονη στο συνεχές ρεύμα, γεγονός που σχετίζεται με την καθυστέρηση κατά την κατάσβεση του τόξου. Με συνεχές ρεύμα, οι επαφές φθείρονται ανομοιόμορφα.

Η κίνηση του τόξου στις συσκευές πυρόσβεσης τόξου συμβαίνει σε ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα σύρμα που μεταφέρει ρεύμα. Καθώς η ισχύς του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται, η ταχύτητα κίνησης των σημείων αναφοράς του τόξου αυξάνεται. Ταυτόχρονα, οι επαφές θερμαίνονται λιγότερο και λιώνουν και η φθορά μειώνεται. Ωστόσο, όταν εμφανίζεται ένας ισθμός λιωμένου μετάλλου μεταξύ των ανοιχτών επαφών, η αύξηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου αυξάνει τις ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις που τείνουν να εκτοξεύουν το λιωμένο μέταλλο από το διάκενο επαφής.Αυτό οδηγεί σε αυξημένη φθορά των επαφών.

Η φθορά επαφής επηρεάζεται από την αυτεπαγωγή του κυκλώματος καθώς σχετίζεται με τη σταθερά χρόνου του κυκλώματος και τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος. Σε ένα κύκλωμα σταθερού ρεύματος, η αυξανόμενη αυτεπαγωγή μπορεί να μειώσει τη φθορά όταν οι επαφές είναι κλειστές επειδή το ρεύμα αυξάνεται πιο αργά και δεν φτάνει στη μέγιστη τιμή του όταν πέφτουν οι επαφές.

Σε ένα κύκλωμα AC, η αύξηση της επαγωγής μπορεί να αυξήσει και να μειώσει τη φθορά βραχυκυκλώματος. Εξαρτάται από το πότε απορρίπτονται οι επαφές. Όταν οι επαφές ανοίγουν, η αυτεπαγωγή του κυκλώματος επηρεάζει τη φθορά εάν επηρεάζει το ρεύμα και το χρόνο για να σβήσει το τόξο.

Πιο εντατική φθορά παρατηρείται σε επαφές από καθαρά υλικά επαφής (χαλκός, άργυρος) και μειώνεται σημαντικά στις επαφές από κράματα με πυρίμαχα συστατικά (χαλκός — βολφράμιο, ασήμι — βολφράμιο).

Το ασήμι έχει σχετικά υψηλή αντοχή στη φθορά σε ρεύματα έως 63 A, σε ρεύματα 100 A και υψηλότερα, η αντίσταση στη φθορά μειώνεται και σε ρεύματα 10 kA γίνεται ένα από τα λιγότερο ανθεκτικά στη φθορά υλικά.

Η φθορά επαφής αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας μεταγωγής. Όσο πιο συχνά ενεργοποιείται η συσκευή, τόσο περισσότερο θερμαίνονται οι επαφές και μειώνεται η αντοχή τους στη διάβρωση. Η αύξηση της ταχύτητας ανοίγματος της επαφής θα μειώσει το χρόνο δημιουργίας τόξου και θα μειώσει τη φθορά του τόξου στις επαφές.

Οι παράμετροι των ηλεκτρικών επαφών (σφάλμα, λύση, πίεση) και η φύση της επαφής (σημείο ή επίπεδη επαφή, παραμορφωμένη επαφή) επηρεάζουν τόσο τη μηχανική φθορά όσο και την ηλεκτρική φθορά.Για παράδειγμα, όσο αυξάνεται το διάλυμα επαφής, αυξάνεται η φθορά τους, καθώς αυξάνεται η απελευθέρωση θερμικής ενέργειας στον κύλινδρο τόξου.

Οι φθαρμένες ηλεκτρικές επαφές μπορεί να οδηγήσουν σε κακή επαφή και απώλεια των συνδέσεων επαφής. Αυτό μπορεί να προκαλέσει πρόωρη βλάβη της συσκευής μεταγωγής. Η φθορά επαφής επηρεάζεται από την απόρριψή τους υπό την επίδραση ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων.

Shterbakov E.F.