Основные типы контактных соединений

Неразмыкающиеся (жесткие) контактные соединения применяются для жесткого крепления между собой отдельных токоведущих частей. К ним относятся соединения плоских шин, кабелей, места присоединения аппаратов к электрической цепи. Конструкция контактного соединения должна обеспечивать надежное сжатие контактных поверхностей и достаточно малое переходное сопротивление. С этой целью оба контакта скрепляются либо болтами, либо с помощью холодной или горячей сварки.

При соединении двух или нескольких шин прямоугольного сечения они должны быть предварительно зачищены от окислов и смазаны техническим вазелином. Необходимое сжатие контактных поверхностей обеспечивается путем подбора соответствующего числа болтов и определенной силы их затяжки. Величина момента при затяжке болтов контролируется специальным моментным ключом. После сборки весь контакт (и особенно швы) окрашиваются влагостойкой краской или лаком. В алюминиевых контактах болтовые соединения недостаточно надежны, поэтому в настоящее время алюминиевые контакты соединяются холодной или термитной сваркой.

Проводники круглого сечения соединяют с помощью концентрических зажимов или наконечников. Иногда для соединения проводников круглого сечения концы их расплющивают на плоскость, в центре которой высверливают отверстие под болт. Аналогичным образом соединяют плоские шины с проводниками круглого сечения. При больших токах круглый стержень с плоской шиной соединяют резьбовым соединением с помощью фасонной разрезной гайки.

Неразмыкающиеся контактные соединения подвижных элементов аппаратов используются для создания электрической цепи между подвижным и неподвижным контактами или для того, чтобы исключить возможность перемещения элемента неподвижного контакта под действием подвижного контакта.

Примером соединения такого типа является гибкая связь. Она изготовляется из медной ленты толщиной не более 0, 1 мм или из многожильного медного плетеного проводника с диаметром жил 0, 1 мм. Такие контакты применяются при перемещении подвижного элемента не более чем на 250 мм. При больших перемещениях и значительных номинальных токах используются скользящие и роликовые токосъемники.

Размыкающиеся контактные соединения являются основным элементом коммутационных аппаратов. Они применяются для размыкания и замыкания токоведущих частей в электрических аппаратах.

В контактных соединениях, рассчитанных на малые токи (до нескольких ампер), сопротивление контакта значительно изменяется под влиянием внешних условий. Поэтому, независимо от конструктивного исполнения контактов, стремятся иметь в них одноточечное соприкосновение. Это позволяет получить при малой общей силе нажатия относительно высокое удельное давление в контактной точке. Для этого, например, один из контактов выполняется полусферической формы или имеет закругленное острие, а другой изготовляется плоским.

Контактные соединения, рассчитанные на средние (до сотен ампер) и большие (до тысяч ампер) токи, делятся на главные и дугогасительные. Главные контакты предназначены для длительного протекания тока нагрузки. Дугогасительные контакты включаются параллельно главным и служат для разрыва дуги. Они рассчитываются на кратковременное протекание по ним всего тока при отключении аппарата. Сопротивление цепи главных контактов, меньше, чем дугогасительных, поэтому до 80% длительного тока протекает через главные контакты, имеющие малое переходное сопротивление.

Тело главных контактов выполняется из меди, а в местах соприкосновения — из серебра, в виде припаянных серебряных пластинок. Тело дугогасительных контактов выполняется из меди, а области контактирования — из дугостойкого материала или металлокерамики.

При отключении сначала расходятся главные контакты, но цепь для тока не разрывается, так как весь ток переходит на дугогасительные контакты. Дугогасительные контакты размыкаются в тот момент, когда расстояние между главными контактами достаточно для того, чтобы выдержать наибольшее напряжение, возникающее при гашении дуги на дугогасительных контактах.

Рис. 1.2.18. Пальцевая контактная система

При включении цепи вначале замыкаются дугогасительные, а затем главные контакты. Этим обеспечивается отсутствие дуги и оплавления, происходящих на главных контактах.

Иногда применяют систему из трех параллельных контактов: главных, предварительных и дугогасительных. Предварительные контакты облегчают переход тока с дугогасительных контактов на главные при замыкании и размыкании. При распределении тока между контактами основную роль играет взаимная индуктивность этих цепей.

Размыкаемые контактные соединения на средние и большие токи по конструктивному исполнению могут быть подразделены на

· пальцевые,

· мостиковые,

· врубные (ножевые),

· роликовые,

· стыковые,

· розеточные.

На рис. 1.2.18 показана пальцевая система контактов, широко применяемая в аппаратах с поворотной подвижной системой. В таких аппаратах оси вращения контакта О₁ и подвижной системы О₂ не совпадают. Контактный рычаг 3 связывается с якорем электромагнита. При включении центр О₁ перемещается по дуге радиуса О₁О₂. Касание пальцев неподвижного 1 и подвижного 2 контактов происходит в точке т (рис. 1.2.18, б). При дальнейшем перемещении О₁ точка касания т переходит в п (рис. 1.2.18, в). В результате происходит перекатывание с небольшим проскальзыванием подвижного контакта 2 по неподвижному 1. Проскальзывание контактов приводит к стиранию окисной пленки с контактной поверхности, т. е. к самозачистке контактов. При отключении контактов дуга загорается между точками т, что исключает обгорание контактов в точках п, в которых они касаются во включенном положении. Следовательно, контакт как бы разделен на две части: в одной происходит гашение дуги, в другой протекает ток.

Рис. 1.2.19. Мостиковый самоустанавливающийся контакт

Проскальзывание и шероховатость поверхности контактов вызывают дополнительную их вибрацию при замыкании. Поэтому стремятся при сохранении перекатывания контактов проскальзывание их свести к минимуму. При достаточно большой частоте включения в таких аппаратах контакты можно выполнить из меди, так как контактные точки в этом случае очищаются от окислов электрической дугой. При малой частоте включения медные контакты будут перегреваться. В этом случае необходимы контакты из серебра или из сплавов на основе серебра (металлокерамики). Если в аппарате ось вращения контакта совмещена с осью вращения всей подвижной части, то в такой контактной системе будет отсутствовать перекатывание и проскальзывание контактов.

В аппаратах с прямоходовой подвижной системой применяются мостиковые контакты. У мостиковых контактных систем отсутствует как проскальзывание, так и перекатывание контактов. Число контактных касаний у них удвоенное, вследствие чего может требоваться и увеличенное контактное нажатие общей контактной пружины по сравнению с пальцевыми контактами. На рис. 1.2.19 показан так называемый мостиковый самоустанавливающийся контакт. Он обладает возможностью свободно устанавливаться на поверхности и имеет максимальное число точек касания. Неподвижные контакты 1 и подвижный мостиковый контакт 3 имеют сферические цилиндрические напайки 2, выполненные из серебра или металлокерамики. Нажатие контактов создается пружиной 4. После касания контактов скоба 5 под действием якоря электромагнита может еще переместиться на величину, равную провалу контакта. В контактах рассматриваемой конструкции пленка окисла не стирается, поэтому медные контакты в такой системе не применяются.

Рис. 1.2.20. Врубные контакты

Врубные контакты приведены на рис. 1.2.20. Они состоят из неподвижной контактной стойки 1, в которую входит подвижный контактный нож 2. Контактные стойки выполняются из упругого материала (твердотянутая медь, специальная бронза) и имеют форму, которая придает им пружинящие свойства. В результате этого нож зажимается с некоторой силой между стойками. В процессе эксплуатации пружинящие свойства губок ослабляются и возрастает переходное сопротивление. Поэтому для получения достаточных нажатий и уменьшения переходного сопротивления во врубных контактах в настоящее время применяют стальные пружины 3 (рис. 1.2.20, а). Соприкосновение в таком контакте происходит по плоскости, и небольшой перекос контактных поверхностей приводит к значительному увеличению переходного сопротивления.

В контактах, изображенных на рис. 1.2.20, б, соприкосновение происходит по линии. В такой конструкции при одинаковом нажатии достигается большое удельное давление и меньшее переходное сопротивление. В контактах, представленных на рис. 1.2.20, в, неподвижный контакт 1 охватывается подвижными контактными ножами 2, имеющими цилиндрические выступы. Нажатие осуществляется стальными пружинами 3. В такой конструкции при возможных перекосах линейный контакт не нарушается.

Разновидностью врубного контакта является розеточный. У него роль ножа выполняет круглый штыревой контакт.

Роликовый контакт состоит из двух неподвижных контактов, которые замыкаются подвижным роликом. В зависимости от формы контактной поверхности ролика (цилиндр или часть шара) контактное соединение будет иметь линейный или точечный контакт.

Стыковым контактом называется контакт, у которого подвижный контакт перемещается перпендикулярно (или под каким-либо углом) к контактной поверхности. Причем с момента соприкосновения подвижного контакта с неподвижным его движение прекращается или происходит лишь в виде незначительного проскальзывания. Стыковые контакты выполняются в виде полых труб или сплошных металлических стержней с плоскими или сферическими контактными поверхностями. Такие контакты обладают большим переходным сопротивлением и требуют больших сил нажатия. Применяются они в основном как дугогасительные.

Плоский контакт — скользящий, в нем подвижный контакт скользит по неподвижному, перемещаясь в одной плоскости с контактной поверхностью.

Барабанный контакт — скользящий, здесь подвижный контакт скользит по неподвижному, перемещаясь по дуге поверхности цилиндра.

В заключение рассмотрим параметры размыкаемых контактных соединений коммутационных аппаратов.

Для надежного гашения дуги, образующейся при отключении, между неподвижными и подвижными контактами в отключенном состоянии должно быть определенное расстояние.

Кратчайшее расстояние между неподвижным и подвижным контактами в разомкнутом положении называется раствором контактов. Величина раствора контактов обычно выбирается из условия гашения дуги.

В процессе работы происходит изнашивание контактов. Для надежного их соприкосновения кинематическая схема аппарата должна позволять контактам соприкасаться раньше, чем подвижная система дойдет до упора. Так как контакт крепится к подвижной системе через пружину, то после соприкосновения с неподвижным контактом подвижный останавливается. Подвижная же система продолжает движение вперед до упора, сжимая дополнительно контактную пружину.

Расстояние, на которое может сместиться место конечного касания подвижного и неподвижного контактов из положения полного замыкания, если убрать неподвижный контакт, называется провалом контакта.

Одним из параметров, обеспечивающих надежную работу размыкающейся контактной системы, является контактное нажатие, т. е. усилие, с которым подвижный контакт воздействует на неподвижный. Усилие, приложенное к контактам при первом их соприкосновении, называется начальным контактным нажатием, а при полностью замкнутых контактах — конечным. Нажатие осуществляется контактной пружиной. Оптимальное нажатие на контакты определяет размеры аппарата и их коммутационные характеристики. От величины нажатия на контакты и жесткости контактных пружин зависит продолжительность вибрации при включении и условия сваривания контактов. Обычно конечное контактное нажатие превышает начальное в 1, 5—2 раза.

За последние годы широкое распространение в технике получили герметизированные магнитоуправляемые контакты — герконы. В простейшем виде геркон представляет собой стеклянный баллончик, заполненный инертным газом, в который впаяны два пластинчатых контакта из пермаллоя. При воздействии на геркон магнитного поля от тока катушки или постоянного магнита контакты замыкаются. При уменьшении напряженности магнитного поля пластины под действием упругих сил возвращаются в исходное положение и контакт размыкается. Для получения надежного контакта поверхности соприкосновения покрываются слоем благородного металла.

По сравнению с электромагнитными реле герконы имеют высокую надежность и быстродействие. Время срабатывания и отпускания у них в 2—3 раза меньше, чем у обычных реле. Герконовые реле могут выполняться поляризованными, а также иметь «триггерный» алгоритм работы.