Mükemmel elektrik teması, malzeme özelliklerinin, basıncın ve boyutların temas direncine etkisi

Sabit kontaklar çoğu durumda kabloların mekanik bağlantısıyla yapılır ve bağlantı doğrudan kablo bağlantısıyla (örneğin, elektrik trafo merkezlerindeki otobüsler) veya ara cihazlar - kelepçeler ve terminaller ile yapılabilir.

Mekanik olarak oluşturulmuş kontaklar denir sıkmave münferit parçalarına zarar vermeden monte edilebilir veya demonte edilebilirler. Sıkıştırma kontaklarına ek olarak, bağlı tellerin lehimlenmesi veya kaynaklanmasıyla elde edilen sabit kontaklar vardır. Bu tür kişileri diyoruz hepsi metal, çünkü iki kabloyu sınırlayan fiziksel sınırları yoktur.

Çalışan kontakların güvenilirliği, direncin kararlılığı, aşırı ısınma ve diğer bozuklukların olmaması, kontakların bulunduğu tüm tesisatın veya hattın normal çalışmasını belirler.

Sözde ideal kontak iki ana gereksinimi karşılamalıdır:

• temas direnci, aynı uzunluktaki bir kesitte iletkenin direncine eşit veya daha düşük olmalıdır;
• anma akımı ile temas ısıtması, karşılık gelen kesitteki bir telin ısınmasına eşit veya daha düşük olmalıdır.

1913'te Harris, elektrik kontaklarını yöneten dört yasa geliştirdi (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Diğer tüm koşullar eşit olmak üzere, kontaktaki gerilim düşümü akımla doğru orantılı olarak artar. Diğer bir deyişle, iki malzeme arasındaki temas bir direnç gibi davranır.

2. Kontaktaki yüzeylerin durumunun bir etkisi yoksa, kontaktaki voltaj düşüşü basınçla ters orantılı olarak değişir.

3. Farklı malzemeler arasındaki temas direnci, onların özgül direncine bağlıdır. Düşük dirençli malzemeler aynı zamanda düşük temas direncine sahiptir.

4. Kontakların direnci, alanlarının büyüklüğüne bağlı değildir, sadece kontaktaki toplam basınca bağlıdır.

Temas yüzeyinin boyutu aşağıdaki faktörler tarafından belirlenir: kontakların ısı transfer koşulları ve korozyon direnci, çünkü küçük bir yüzeyle temas, aşındırıcı maddelerin atmosferden nüfuz etmesiyle büyük bir yüzeyle temasa göre daha kolay yok edilebilir. temas yüzeyi.

Bu nedenle, kenetleme kontaklarını tasarlarken, ideal bir temas için gereksinimlere uygunluğu sağlayan ve malzemeye, yüzey işlemine ve temasa bağlı olarak farklı olabilen temas yüzeyinin basınç normlarını, akım yoğunluğunu ve boyutunu bilmek gerekir. tasarım.

Temas direnci aşağıdaki malzeme özelliklerinden etkilenir:

1.Malzemenin özgül elektrik direnci.

Temas direnci ne kadar yüksek olursa, temas malzemesinin özgül direnci de o kadar yüksek olur.

2. Malzemenin sertliği veya basınç dayanımı. Daha yumuşak malzeme daha kolay deforme olur ve daha hızlı temas noktaları oluşturur ve bu nedenle daha düşük basınçta daha az elektrik direnci verir. Bu anlamda sert metalleri daha yumuşak olanlarla kaplamak yararlıdır: bakır ve pirinç için kalay ve demir için kalay veya kamiyum.

3. Termal genleşme katsayıları Ayrıca, kontakların malzemesi ile örneğin cıvatalar arasındaki fark nedeniyle, kontağın daha zayıf kısmının plastik deformasyonuna ve sıcaklığın düşmesiyle tahrip olmasına neden olan artan gerilimler meydana gelebileceğinden dikkate alınması gerekir. .

Temas direncinin miktarı, nokta kontaklarının sayısı ve boyutu ile belirlenir ve (değişen derecelerde) kontakların malzemesine, temas basıncına, temas yüzeylerinin işlenmesine ve temas yüzeylerinin boyutuna bağlıdır.

-de kısa devreler kontaklardaki sıcaklık o kadar artabilir ki, cıvata malzemesinin ve temasın tekdüze olmayan termal genleşme katsayısı nedeniyle, malzemenin elastik sınırının üzerinde gerilimler oluşabilir.

Bu, gevşemeye ve temas sıkılığının kaybolmasına neden olur. Bu nedenle, hesaplama yaparken, kısa devre akımlarının neden olduğu kontakta ek mekanik baskıları kontrol etmek gerekir.

Bakır, oda sıcaklığında (20 - 30 °) havada oksitlenmeye başlar.Ortaya çıkan oksit film, küçük kalınlığı nedeniyle, kontaklar sıkıştırıldığında yok olduğundan, bir kontağın oluşumuna özel bir engel oluşturmaz.

Örneğin, montajdan bir ay önce havaya maruz kalan kontaklar, yeni yapılmış kontaklara göre sadece %10 daha fazla direnç gösterir. Bakırın güçlü oksidasyonu 70 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda başlar. 100°'de yaklaşık 1 saat tutulan kontaklar, direncini 50 kat artırdı.

Sıcaklıktaki bir artış, kontaktaki gazların difüzyonunun hızlanması ve aşındırıcı maddelerin reaktivitesinin artması nedeniyle kontakların oksidasyonunu ve korozyonunu önemli ölçüde hızlandırır. Isıtma ve soğutmanın değişmesi, temas halindeki gazların penetrasyonunu teşvik eder.

Ayrıca, kontakların akımla uzun süre ısıtılması sırasında, sıcaklıklarında ve dirençlerinde döngüsel bir değişimin gözlendiği tespit edilmiştir.Bu fenomen, birbirini izleyen süreçlerle açıklanmaktadır:

• bakırın CuO'ya oksidasyonu ve direnç ve sıcaklıkta artış;
• hava eksikliği ile CuO'dan Cu2O'ya geçiş ve azalan direnç ve sıcaklık (Cu2O, CuO'dan daha iyi iletir);
• artan hava erişimi, yeni CuO oluşumu, direnç ve sıcaklıkta artış vb.

Oksit tabakasının kademeli olarak kalınlaşması nedeniyle, sonunda temas direncinde bir artış gözlenir.

Atmosferde kükürt dioksit, hidrojen sülfür, amonyak, klor ve asit buharlarının bulunması bakır ile temasta çok daha güçlü bir etkiye sahiptir.

Havada, alüminyum hızla ince, oldukça dirençli bir oksit film ile kaplanır. Oksit filmi çıkarmadan alüminyum kontakların kullanılması yüksek kontak direnci sağlar.

Filmin normal sıcaklıklarda çıkarılması ancak mekanik olarak mümkündür ve temas yüzeyinin temizliği, havanın temizlenen yüzeye ulaşmasını önlemek için bir vazelin tabakası altında yapılmalıdır. Bu şekilde işlenen alüminyum kontaklar, düşük temas direnci sağlar.

Teması iyileştirmek ve korozyona karşı korumak için, temas yüzeyleri genellikle alüminyum için vazelin ve bakır için kalay ile temizlenir.

Alüminyum telleri bağlamak için kelepçeler tasarlarken, alüminyumun zamanla "büzülme" özelliğini ve bunun sonucunda temasın zayıflamasını hesaba katmak gerekir. Alüminyum tellerin bu özelliği göz önünde bulundurularak, bağlantıda her zaman gerekli temas basıncının korunmasını sağlayan yaylı özel terminaller kullanmak mümkündür.

Temas basıncı, temas direncini etkileyen en önemli faktördür. Uygulamada, temas direnci esas olarak temas basıncına ve çok daha az ölçüde temas yüzeyinin işlemine veya boyutuna bağlıdır.

Temas basıncındaki bir artış şunlara neden olur:

• temas direncinin azaltılması:
• kayıp azaltma;
• kontakların oksidasyonunu azaltan ve böylece bağlantıyı daha kararlı hale getiren temas yüzeylerinin sıkı bir şekilde bağlanması.

Uygulamada, temas direnci stabilitesinin elde edildiği yerlerde genellikle normalize edilmiş temas basıncı kullanılır. Bu tür optimum temas basıncı değerleri, farklı metaller ve temas yüzeylerinin farklı durumları için farklıdır.

Temas yüzeyinin boyutundan bağımsız olarak belirli basınç normlarının korunması gereken tüm yüzey üzerindeki temas yoğunluğu önemli bir rol oynar.

Temas yüzeylerinin işlenmesi, yabancı filmlerin çıkarılmasını sağlamalı ve yüzeyler temas halindeyken maksimum nokta temasları sağlamalıdır.

Temas yüzeylerini kalaylama bakır veya demir kontaklar gibi daha yumuşak bir metalle kaplamak, daha düşük basınçlarda iyi temas elde etmeyi kolaylaştırır.

Alüminyum kontaklar için en iyi işlem, temas yüzeyini vazelin altında zımpara kağıdı ile zımparalamaktır. Vazelin gereklidir çünkü havadaki alüminyum çok hızlı bir şekilde bir oksit film ile kaplanır ve vazelin havanın korunan temas yüzeyine ulaşmasını engeller.

Bazı yazarlar, temas direncinin yalnızca temastaki toplam basınca bağlı olduğuna ve temas yüzeyinin boyutuna bağlı olmadığına inanmaktadır.

Bu, örneğin, temas yüzeyindeki bir azalma ile, temas noktalarının sayısındaki azalmaya bağlı olarak temas direncindeki artışın, belirli bir artış nedeniyle düzleşmeleri nedeniyle dirençteki bir azalma ile telafi edilmesi durumunda hayal edilebilir. temas basıncı.

Zıt yönlere sahip iki sürecin bu şekilde karşılıklı telafisi ancak istisnai durumlarda ortaya çıkabilir. Birçok deney, temas uzunluğu azaldıkça ve sabit bir toplam basınçta temas direncinin arttığını göstermektedir.

Yarıya indirilmiş temas uzunluğu ile daha yüksek basınçlarda direnç kararlılığı elde edilir.

Belirli bir akım yoğunluğunda temas ısınmasının azaltılması, temas malzemesinin aşağıdaki özellikleriyle kolaylaştırılır: düşük elektrik direnci, yüksek ısı kapasitesi ve termal iletkenlik ve ayrıca kontakların dış yüzeyinde ısı yayma kabiliyeti.

Farklı metallerden yapılmış kontakların korozyonu, aynı metallerden yapılmış kontaklardan çok daha yoğundur.Bu durumda, galvanik bir hücre olan bir elektrokimyasal makroçift (metal A - ıslak film - metal B) oluşur. Burada, mikro korozyon durumunda olduğu gibi, elektrotlardan biri, yani kontağın daha az asil bir metalden (anot) oluşan kısmı tahrip olacaktır.

Uygulamada, farklı metallerden, örneğin alüminyum ile bakırdan oluşan bağlantı telleri durumları olabilir. Özel koruma olmaksızın böyle bir temas daha az değerli metali, yani alüminyumu aşındırabilir. Aslında, bakır ile temas halindeki alüminyum oldukça aşındırıcıdır, bu nedenle bakır ve alüminyum arasındaki temas halinde doğrudan bağlanmaya izin verilmez.