Elektrik tesisatlarındaki ve elektrikli aparatlardaki kontaklar

Herhangi bir elektrik devresini oluşturan ayrı elemanların bağlantı noktalarına elektrik kontakları denir.

Elektrik kontağı - bir elektrik akımının taşınmasına izin veren tellerin bağlantısı. Akım iletkenlerinin kontağının oluşumu, bağlı oldukları akım kaynağının hangi kutbuna bağlı olarak kontak gövdeleri veya pozitif ve negatif kontaklar olarak adlandırılır.

"İletişim" kelimesi "dokunma", "dokunma" anlamına gelir. Çeşitli cihazları, makineleri, hatları vb. birleştiren bir elektrik sisteminde, bunları bağlamak için çok sayıda kontak kullanılır. Ekipmanın güvenilirliği ve sistemin çalışması büyük ölçüde kontak bağlantılarının kalitesine bağlıdır.

Elektrik kontaklarının sınıflandırılması

Elektrik kontakları sabit ve hareketlidir. Sabit kontaklar - uzun süreli kablo bağlantısı için tasarlanmış her türlü ayrılabilir ve entegre. Sökülebilir kontaklar, lehimleme, kaynaklama veya perçinleme yoluyla entegre olan kelepçeler, cıvatalar, vidalar vb. ile yapılır.Hareketli kontaklar kesintili (röle, düğme, anahtar, kontaktör vb.)

En basit elektrik kontağı tipi bir kontak çiftidir. Zor bir kontak türü, örneğin, çift paralel devre kapaması veya çift seri kapama oluşturan bir kontaktır (ikincisine kuplaj denir). Cihaz çalıştırıldığında devreyi değiştiren kontağa geçiş denir. Anahtarlama anında devreyi kesen anahtarlama kontağı anahtarlama kontağı, anahtarlama anında devreyi kesmeyen anahtarlama kontağı ise geçici kontak olarak adlandırılır.

Forma bağlı olarak, elektrik kontakları aşağıdakilere ayrılır:

• hassas cihazlarda ve küçük yükleri değiştiren rölelerde yaygın olarak kullanılan nokta (üst - düzlem, küre - düzlem, küre - küre);

• doğrusal - silindirik gövdeler biçimindeki temas noktalarında ve fırça temas noktalarında meydana gelir;

• düzlemsel — yüksek akım anahtarlama ekipmanında.

Genellikle kontaklar, sözde düz yaylara bağlanır. cihazın tüm hizmet ömrü boyunca mekanik özelliklerinin sabitliği ile ilgili yüksek gereksinimlere tabi olan, genellikle onlarca ve bir milyondan fazla döngü olarak hesaplanan temas (nikel gümüşü, fosfor ve berilyum bronzları ve daha az sıklıkla çelikten yapılmıştır). Aynı anda anahtarlanan ayrı bir blok şeklinde yapılmış bir yay seti, bir temas grubu (veya paket) oluşturur.

Elektrik kontağı bağlantılarının performans özellikleri

Temas noktalarının teması tüm yüzey üzerinde meydana gelmez, ancak temas yüzeyinin pürüzlülüğü nedeniyle işlenmesinin herhangi bir doğruluğu ile yalnızca tek tek noktalarda gerçekleşir. Kontakların türü ne olursa olsun, kontak elemanlarının teması her zaman küçük alanlar üzerinde gerçekleşir.

Bu, temas elemanlarının yüzeyinin tamamen düz olamamasıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle pratikte temas yüzeyleri birbirine yaklaştığında önce birkaç çıkıntılı uç (nokta) ile temas eder ve daha sonra ancak artan basınçla temas malzemesinin deformasyonu meydana gelir ve bu noktalar küçük oyun alanlarına dönüşür.

Bir kontaktan diğerine geçen elektrik akımı hatları bu temas noktalarına çekilir. Bu nedenle kontak, bağlı olduğu devreye bazı ek kontak direnci Rk getirir.

Temas yüzeyi bir filmle kaplanırsa, R artar. Ancak çok ince filmler (50 A'e kadar) tünelleme etkisinden dolayı temas direncini etkilemez. Daha kalın filmler, temas kuvveti veya uygulanan baskı altında kırılabilir.

Kontakt filmlerin elektriksel arızasına sürtünme denir. Filmler yok edilmezse, Rk esas olarak filmlerin direnci ile belirlenir. Bir kontağın soyulmasından hemen sonra ve ayrıca kontak devresinde yeterli temas kuvveti ve voltajı olduğunda, direnci esas olarak daralma bölgelerinin direnci ile belirlenir.

Temas noktalarına uygulanan kuvvet ne kadar büyük ve malzemeleri ne kadar yumuşaksa, temas yüzeylerinin toplam temas alanı o kadar büyük ve buna bağlı olarak o kadar az aktif elektrik direnci kavşakta (temas yüzeyleri arasındaki geçiş tabakası bölgesinde). Bu aktif dirence geçici direnç denir.

Geçici direnç - elektrik kontaklarının kalitesinin ana parametrelerinden biri, çünkü temas bileşiğinde emilen, ısıya dönüşen ve kontağı ısıtan enerji miktarını karakterize eder. Temas direnci, temas yüzeylerinin işlenme şeklinden ve durumlarından büyük ölçüde etkilenebilir. Örneğin, alüminyum kontaklar üzerinde hızla oluşan bir oksit film, temas direncini önemli ölçüde artırabilir.

Kontaklardan akım geçtiğinde ısınırlar ve geçiş direncinin varlığından dolayı kontak yüzeyinde en yüksek sıcaklık gözlenir. Temas ısıtmasının bir sonucu olarak, temas malzemesinin direnci ve buna bağlı olarak geçişin direnci.

Ek olarak, temas sıcaklığındaki bir artış, yüzeyinde oksit oluşumunu teşvik eder ve bu da geçiş direncini daha da önemli ölçüde artırır. Ve sıcaklıktaki bir artışla temas malzemesi, temas yüzeyindeki bir artışla ilişkili olarak bir miktar yumuşayabilse de, genel olarak bu işlem kontakların tahrip olmasına veya kaynaklanmasına yol açabilir. İkincisi, örneğin açık kontaklar için çok tehlikelidir, çünkü sonuç olarak bu kontaklara sahip cihaz devreyi kapatamayacaktır. Bu nedenle, farklı kontak türleri için, içlerinden uzun bir akım akan izin verilen maksimum sıcaklık belirlenir.

Isınmayı azaltmak için, kontakların metal kütlesini ve soğutulmuş yüzeylerini arttırmak mümkündür, bu da ısı dağılımını artıracaktır. Temas direncini azaltmak için temas basıncını artırmak, uygun malzeme ve kontak tipini seçmek gerekir.

Örneğin, harici kullanıma yönelik açık kontakların hafif oksitlenebilir malzemelerden yapılması veya yüzeylerinin korozyon önleyici bir tabaka ile kaplanması önerilir. Bu tür malzemeler, özellikle temas yüzeylerini kaplamak için kullanılabilen gümüşü içerir.

Bakır kırılmaz kontaklar kalaylanabilir (kalaylı yüzeylerin oksitlenmesi daha zordur). Aynı amaçlar için, temas yüzeyleri bir kayganlaştırıcı, örneğin vazelin ile kaplanır. Yağa batırılmış kontaklar, başka özel önlemler olmaksızın korozyona karşı iyi korunur. Yağlı devre kesicilerde kullanılır.

Herhangi bir elektriğin çalışması, her biri kontağın güvenilirliğini etkileyen açık durum, kısa devre, kapalı durum ve açılma olmak üzere 4 aşamadan oluşur.

Açık durumda, dış ortam elektrik kontağına etki eder ve bunun sonucunda yüzeylerinde filmler oluşur.

Kapalı durumda kontaklar birbirine bastırıldığında ve içlerinden akım geçtiğinde ısınırlar ve deforme olurlar; bazı koşullarda kontaklar aşırı ısınırsa kaynak oluşabilir.

Kontaklar kapanıp açıldığında, yüzeyini değiştirerek buharlaşma ve metal temasının transferi ile birlikte köprü veya deşarj olayları meydana gelir. Ayrıca mekanik aşınma da mümkündür. birbirine çarpma ve kayma sonucu oluşan temaslar.

Kontaklar birbirine çok küçük mesafelerde yaklaştıkça, küçük güç kaynağı voltajlarında bile, alan gradyanı o kadar büyük olur ki, boşluğun dielektrik gücü bozulur ve bozulma meydana gelir. Yüzeyde yabancı partiküller, özellikle karbon içerenler varsa, temas ettiklerinde buharlaşma meydana gelir ve bertaraf koşulları oluşur.

Açılış genellikle işin en zor kısmıdır. elektrik kontağı Devrenin parametrelerine (R, L ve C) ve açılırken uygulanan voltajın büyüklüğüne bağlı olarak, kontakların aşınmasına neden olan olaylar meydana gelir. Devre voltajı Upl voltajından büyükse, kontakların metalinin eridiği yerde, ayrıldıktan sonra temas kuvveti azalır ve dolayısıyla temas alanı, direnç ve sıcaklık artar.

Sıcaklık metalin erime noktasını aştığında, temas yüzeyleri arasında kademeli olarak esneyen ve ardından en sıcak noktada kırılan erimiş bir metal köprüsü oluşacaktır. Köprünün kırılma noktasındaki yüksek sıcaklık, fırlatmanın başlamasını kolaylaştırır.

Köprünün kendisi yalnızca ark geriliminin altındaki besleme gerilimlerinde omik devrelerde bulunur. Devrede bir endüktans varsa, akımın kesildiği anda neden olduğu aşırı gerilimler, ark akımlarının altındaki akımlarda ve ark akımlarının üzerindeki akımlarda - arkların ortaya çıkmasına katkıda bulunur. Devrede neredeyse her zaman endüktans olduğundan, köprülere çoğu durumda bir deşarj eşlik eder. Elektrik prizindeki minimum kıvılcım voltajı — 270-300 V.

Herhangi bir kontak türü, normal koşullar altında kabul edilemez aşırı ısınma olmadan sadece sürekli çalışmayı değil, aynı zamanda kısa devre modunda gerekli termal ve elektrodinamik direnci de sağlamalıdır. Hareketli kesme kontakları da açıldıklarında oluşan elektrik arkının yüksek sıcaklığı ile yok edilmemeli ve kısa devre için açıldıklarında kaynak ve eritme olmadan güvenilir bir şekilde kapatılmalıdır. Yukarıda tartışılan önlemler de bu gerekliliklerin yerine getirilmesine katkıda bulunur.

Ezilmiş bakır tozlarının tungsten veya molibden ve gümüşün tungsten ile karışımı olan metal-seramik kontaklar.

Böyle bir bileşik aynı anda sahip iyi elektriksel iletkenlik bakır veya gümüş kullanımı ve tungsten veya molibden kullanımı nedeniyle yüksek erime noktası nedeniyle.

İyi elektriksel iletkenliğe sahip malzemelerin (gümüş, bakır vb.) Kural olarak nispeten düşük bir erime noktasına sahip olması ve refrakter malzemelerin (tungsten, molibden) sahip olduğu gerçeğinden oluşan mevcut çelişkiyi ortadan kaldırmanın başka bir yolu vardır. düşük elektrik iletkenliği. Bu, paralel bağlı çalışma ve ark kontaklarından oluşan bir çift kontak sisteminin kullanılmasıdır.

Çalışma kontakları, yüksek elektrik iletkenliğine sahip malzemeden ve ark kontakları - yangına dayanıklı malzemeden yapılmıştır. Normal modda kontaklar kapalıyken akımın çoğu çalışan kontaklardan geçer.

Devrenin enerjisi kesildiğinde, önce çalışma kontakları açılır, ardından ark kontakları gelir.Bu nedenle, aslında devre, kısa devre akımının bile büyük bir tehlike oluşturmadığı ark kontakları tarafından kesilir (önemli kısa devre akımları için ayrıca özel ark cihazları kullanılır).

Devre açıldığında, önce ark kontakları, ardından çalışma kontakları kapanır. Böylece çalışma kontakları aslında devreyi tamamen kesmez veya kapatmaz. Bu, erime ve kaynak tehlikesini ortadan kaldırır.

Kontakların kendiliğinden açılması olasılığını ortadan kaldırmak için elektrodinamik çabalar kısa devre akımları aktığında, kontak sistemleri, bu koşullar altındaki elektrodinamik kuvvetlerin ek kontak basıncı sağlayacak ve kısa devre devresini, hızlandırılmış anahtarlamayı açma anında kontakların olası erimesini ve kaynaklanmasını önleyecek şekilde tasarlanmıştır.

Temas yüzeylerinde önemli bir elastik darbe tehlikesini ortadan kaldırmak için, kontaklara özel yaylarla ön presleme kullanın... Bu durumda, yay ön olduğundan hem yüksek bir anahtarlama hızı hem de olası titreşimlerin ortadan kaldırılması sağlanır. sıkıştırılmış ve kontaklara dokunduktan sonra, itme kuvveti sıfırdan değil, belirli bir değerden büyümeye başlar. modu, aynı zamanda kısa devre modunda gerekli termal ve elektrodinamik direnç.

Hareketli kesme kontakları da açıldıklarında oluşan elektrik arkının yüksek sıcaklığı ile yok edilmemeli ve kısa devre için açıldıklarında kaynak ve eritme olmadan güvenilir bir şekilde kapatılmalıdır.Yukarıda tartışılan önlemler de bu gerekliliklerin yerine getirilmesine katkıda bulunur.

Ezilmiş bakır tozlarının tungsten veya molibden ve gümüşün tungsten ile karışımı olan metal seramikten yapılmış kontaklar, bir elektrik arkının yıkıcı etkisine karşı özellikle dirençlidir.

Böyle bir bileşik, hem bakır ya da gümüş kullanımına bağlı olarak iyi bir elektrik iletkenliğine hem de tungsten ya da molibden kullanımına bağlı olarak yüksek bir erime noktasına sahiptir.

Elektrik tesisatlarında ve elektrikli cihazlarda temel kontak tasarımları

Sabit (sert) kırılmaz temas derzlerinin yapısı, temas yüzeylerinin güvenilir bir şekilde sıkıştırılmasını ve minimum temas direncini sağlamalıdır. Daha fazla temas noktası sağladığından, lastikleri bir büyük cıvata yerine birkaç küçük cıvatayla bağlamak daha iyidir. Lastikleri bağlarken temas direnci, lastiklerde delik delmek gerektiğinde cıvata kullanımına göre daha düşüktür. Kontak bağlantısının yüksek kalitesi, baraların kaynaklanmasıyla sağlanır.

Hareketli kesme kontakları - anahtarlama cihazlarının temel bir unsuru... Tüm kontaklar için genel gereksinimlere ek olarak, ark direncine, kısa devre durumunda devreyi güvenilir bir şekilde açıp kapatabilme özelliğine ve ayrıca mekanik hasar olmadan belirli sayıda anahtarlama işlemine ve kapatmaya dayanabilir.

Bu tipteki en basit kontak düz kesme kontağıdır. Kilitlendiğinde, hareketli bıçak sabit yaylı çenelerin arasına girer. Böyle bir düz temasın dezavantajı, temas yüzeylerinin temasının bu yüzeylerin düzensizlikleri nedeniyle birkaç noktada oluşmasıdır.

Doğrusal bir kontak elde etmek için bıçak şeritlerine yarı silindirik çıkıntılar damgalanır ve basıncı artırmak için şeritler yaylı çelik bir kelepçe ile sıkıştırılır.Kesme kontakları en çok devre kesicilerde ve ayırıcılarda kullanılır.

Kendiliğinden hizalanan parmak temasının temas kısmı parmak şeklinde, plakada - plaka şeklinde, uçta - düz bir tepe şeklinde, yuvada - lamel şeklinde yapılır ( segmentler), fırça içinde - elastik, ince bakır veya bronz plakalardan yapılmış fırçalar şeklinde.

Bir dizi tasarımdaki belirtilen temas parçaları (parçalar), sabit kontaklara göre konumlarını sınırlı sınırlar dahilinde değiştirebilir. Güvenilir elektrik bağlantıları için esnek akım taşıyan bağlantılar sağlanmıştır.

Kesme kontaklarının stabilitesi ve gerekli sıkıştırma kuvveti genellikle yaprak veya helezon yaylar vasıtasıyla sağlanır.

Parmak kontaklar ve kontaklar, çeşitli akımlar için 1000 V'un üzerindeki gerilimlere sahip cihazlarda çalışma ve ark kontakları olarak, düz kontaklar ise çalışma kontağı olarak kullanılır. Uç kontaklar, 110 kV ve üzeri gerilimler için, 1 — 1,5 kA'yı aşmayan akımlar için çalışma ve ark kontakları olarak kullanılır. Fırça kontakları, çeşitli voltajlar ve önemli akımlar için cihazlarda kullanılır, ancak yalnızca çalışan kontaklar olarak kullanılır, çünkü bir elektrik arkı nispeten ince fırçalara zarar verebilir.