Фізичні явища в електричному контакті. Види контактів. Параметри контактних конструкцій.

Контактна система є однією з найбільш істотних частин ЕЛЕКТРОАПАРАТ, від надійної роботи якої суттєво залежить працездатність всього апарату.
Електричний контакт - це опір тіл, що забезпечує протікання струму в електричному ланцюзі.
Конструктивний вузол, за допомогою якого в процесі роботи апарату виробляються періодичні замикання і розмикання електричного кола, називається електричним контактним з'єднання.
Контактна з'єднання складається в більшості випадків з рухомого і нерухомого елементів.
Поверхня зіткнення провідників носить назву контактної поверхні.
Наявність шорсткості і хвилястості поверхні зіткнення контактів призводить до того, що зіткнення контактів завжди відбувається в окремих точках. Їх кількість залежить від навантаження (сили стискання контактів), температури, механічних властивостей контактного матеріалу і його геометричних обрисів.
Завдяки натискання контактів вершини виступів деформуються і утворюються площі дійсного дотику контактів.
В результаті стягання ліній струму до майданчиків торкання їх довжина збільшується, а перетин провідника, через яке фактично проходить струм, зменшується, що викликає збільшення опору.
Такий опір називається перехідним опором стягання контакту R _ст. Воно пропорційно питомій опору матеріалу контакту r, кореню квадратному від тимчасового опору на зминання цього матеріалу s і назад пропорційно кореню квадратному з сили контактного натискання Р _конт

Як видно з наведеного графіка із зростанням контактного натискання Р _конт перехідний опір зменшується. При багаторазових замикання і розмикання контактів криві не повторюють один одного, тому що в кожному разі торкання відбувається в різних точках.
Таким чином, повний опір контактного з'єднання складається з двох складових: опір власного матеріалу контактних елементів і перехідного опору в місці їх зіткнення, тобто
.
На величину перехідного опору впливає ряд факторів:
- Вплив матеріалу контакту.
Величина напруги зминання s при зминання матеріалу від притиснення поверхонь контактів S зовнішньою силою F залежить від твердості використовуваного матеріалу
.
Мідь є одним з найбільш поширених провідникових матеріалів, що застосовуються для контактів апаратів.
При застосовуваних покриттях твердих металів м'якими (міді - оловом, сріблом, сталі - кадмієм і цинком) s зменшується, а дійсна контактна поверхня збільшується, внаслідок чого R _перехпадає при тому ж зусиллі натискання.
Величина перехідного опору змінюється залежно від питомого опору матеріалу контактів, зменшуючись при зниженні останнього.
- Вплив температури.
Енергія, що виділяється при проходженні струму через контактні елементи, частково перетворюється на теплову, нагріваючи їх в процесі роботи і розсіюючись в навколишнє середовище.
^ Надмірний нагрів контактів часто призводить до їх окислення, причому оксидні плівки здебільшого металів неелектропровідних і збільшують величину перехідного опору.

Єдиним матеріалом, що має оксидную плівку такого ж питомого опору, як і сам метал, є срібло.
Металом, взагалі не утворюючим оксидних плівок, є платина.
З підвищенням температури контактів окислення зазвичай збільшується і для більшості металів стає істотним, починаючи з температури + (70 - 75) ⁰ С.
Особливо значно підвищення температури контактів при к.з. в ланцюзі. В умовах к.з. відбувається деформація матеріалу і зміна форми контактів, зниження їх механічної міцності та інших властивостей. Для ряду апаратів розміри контактів визначаються можливістю роботи при токах к.з. При визначенні гранично допустимої для апарату величини струму к.з. тривалістю проходження струму приймають рівною 1, 5 або 10 сек.
Гранично допустима короткочасна температура контактів при к.з. для контактів з міді - 200-300 ⁰ С, для контактів з алюмінію - 150-200 ⁰ С.
- Вплив величини і стану контактної поверхні.
Розміри контактної поверхні мало впливає на контактний опір, так як одночасно із збільшенням числа точок дійсного дотику зменшуються натискання на одиницю поверхні і її зминання.
Розміри поверхні контакту має значення для умов нагріву, так як з їх збільшенням збільшується теплоємність і поверхня охолодження.
При тому ж опорі великі за розміром контакти допускають велике навантаження по струму.
Обробка поверхні контакту також впливає на його перехідний опір контакту зменшується. Перехідний опір шліфованих контактів вище, ніж контактів з більш грубою обробкою.
- Вплив сили натискання.
В області малих зусиль на контакт спостерігається різке збільшення перехідного опору.
При дуже великих силах натискання величина перехідного опору контактів змінюється надзвичайно незначно. Крім того, занадто великі сили натискання викликають надмірні напруги в матеріалі контактів, внаслідок чого втрачається їх пружність, вони стають менш міцними.
Кожен метал характеризується певним оптимальним значенням зусилля, що забезпечує граничний тиск, вище якого перехідний опір практично залишається незмінним.
^ Знос контактів
Розрізняють механічний і електричний знос контактів. Останній значно більше і суттєвіше визначає роботу контактів.
Знос контактів можна визначити двома способами:
- По провалу контактів;
- По зменшенню ваги контактів.
Механічний знос є в основному наслідком ударів між собою контактних елементів при їх зіткненні, а також ударів в приводному механізмі. У результаті відбувається деформація. Механічний знос контактів пропорційний числу спрацьовувань контактів.
Порівняння мідних і мідно-вольфрамових сплавів показує, що сплав при струмах до 20 ка витримує в кілька разів більше число включень до повного зносу, ніж мідь. У реальній апаратурі застосовується сплав - срібло-нікель. Він дає значно менший знос, ніж мідь.
До електричного зносу слід віднести ерозію і корозію поверхонь контактів.
Знос контактів в результаті перенесення матеріалу з одного контакту на інший, тобто випаровування в навколишній простір без зміни складу матеріалу називається фізичним зносом або ерозією.
Знос, пов'язаний з окисленням і утворенням на контактах плівок хімічних сполук матеріалу контактів із середовищем називається хімічним зносом або корозією.
Перенесення матеріалу з одного електрода на інший найбільш шкідливий при постійному струмі. Напрямок переносу в цьому випадку постійно, що веде до швидкого виходу з ладу контактів.
Перенесення матеріалу з анода на катод називають позитивною ерозією, перенесення у зворотний бік - негативною.