7. Контакты и контактные соединения; переходное контактное электрическое сопротивление : основные составляющие, изменение со временем, сопротивление стягивания.

Электрические аппараты состоят из отдельных деталей (проводников), электрически соединенных между собой. Соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи, называется электрическим контактом; деталь, соприкасающаяся с другой деталью при образовании электрического контакта, - контакт-деталью.

Электрическое контактирование весьма сложное явление. Контактные поверхности всегда имеют некоторую шороховатость и, как правило, всегда покрыты пленками, которые образуются под воздействием кислорода воздуха, озона, азота и других химических реагентов. Пленки имеют толщину примерно до см и удельное сопротивление Ом см. Металлическое контактирование осуществляется не по всей поверхности, а лишь в немногих точках. Имеющаяся на поверхности металла пленка может быть в одних случаях продавлена силой, сжимающей контакты (рис. А), в других случаях пробита под влиянием разности электрических потенциалов. В месте пробоя может образоваться металлический перешеек (рис. Б), проводящий электрический ток.

Чисто металлическое контактирование – явление редкое. Такой контакт при значительной площади соприкосновения поверхностей невозможно было бы разорвать теми силами, которые раельно существуют в электрических аппаратах. Чисто металлическое контактирование может наблюдаться лишь в местах очень узких металлических перешейков, которые могут образоваться при пробое пленок и развиваться под воздействием электростатических сил. Явления электрического контактирования окончательно еще не изучены.

По форме контактирования различают три вида контактов: точечный, линейный, поверхностный.

Точечный электрический контакт – электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит в точке.

Линейный электрический контакт – электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по линии.

Поверхностный электрический контакт – электрический контакт, при котором соприкосновение рабочих поверхностей контакт-деталей происходит по поверхности.

Под рабочей поверхностью контакт-детали понимают часть поверхности контакт-детали, предназначенную для осуществления электрического контакта. При этом часть рабочей поверхности контакт-детали, по которой происходит соприкосновение с другой контакт-деталью, называют условной площадью контактирования, а ту часть условной площади контактирования, по которой электрический ток переходит из одной контакт-детали в другую, - эффективной площадью контактирования.

В зоне перехода тока из одной детали в другую имеет место относительно большое электрическое сопротивление, называемое переходным сопротивлением контакта.

Переходное сопротивление контакта определяется сопротивлением суженных участков, по которым проходит ток к площадкам сжатия (рис. А), и сопротивлением узких металлических перешейков, возникающих вследствие фриттинга ( разрушения пленки под действием разности потенциалов ).

С уточнениями на основании опытных данных значение переходного сопротивления определяется выражением

Где - некоторая величина, зависящая от материала и формы контаткта, способа обработки контакта и состояния контактной поверхности; P – сила, сжимающая контакты; n – показатель степени, характеризующий число точек соприкосновения.

С увеличением числа точек соприкосновения переходное сопротивление электрического контакта уменьшается. В выражении показатель степени принимает значения: для одноточечного контакта , для многоточечных ( для линейного контакта для поверхностного ).

Переходное сопротивление чрезвычайно чувствительно к окислению поверхности ввиду того, что оксиды многих металлов (в частности меди) являются плохими проводниками. У медных открытых контактов вследствие их окисления с течением времени переходное сопротивление может возрасти в тысячи раз.

В процессе длительного пребывания под током на поверхности замкнутых контактов также возникают оксидные, плохо проводящие ток пленки. Они проникают к площадкам контактирования и, увеличивая тем самым переходное сопротивление, могут вывести контакты из строя. Повышение температуры ускоряет рост поверхностных пленок и сокращает промежуток времени, приводящий к выходу контактов из строя. Повышение контактного нажатия, наоброт, затрудняет проникновение оксидных пленок к площадкам контактирования, повышая тем самым срок службы контактов.

Оксиды серебра имеют электрическую проводимость, близкую к проводимости чистого серебра. При повышенных температурах они разрушаются. Поэтому переходное сопротивление контактов из серебра, а также из серебросодержащих металлокерамик практически не изменяется с течением времени. Оно даже может понизиться вследствие медленной пластической деформации материала в площадках контактирования. Для медных контактов необходимо применять меры борьбы с окислением их рабочих поверхностей.

В разборных соединениях производят антикоррозионные покрытия рабочих поверхностей – серебрят, лудят, кадмируют, иногда никелируют и цинкуют.

Чем выше электрическая проводимость и теплопроводность материала, тем ниже переходное сопротивление.

Переходное сопротивление контакта может быть представлено как сумма сопротивления стягивания и сопротивления пленки

Сопротивление стягивания – сопротивление, появляющееся в результате стягивания линий тока к истинной площадке соприкосновения.

Сопротивление пленок может меняться в процессе эксплуатации в очень широких пределах. Сопротивление стягивания зависит от материала контактов, числа площадок соприкосновения и силы сжатия

Сопротивление стягивания составляет основную часть сопротивления контакта, поскольку сопротивление тонкой пленки из адсорбированных газов незначительно. Для окисленных контактов сопротивление стягивания велико вследствие меньшего числа и меньших размеров контактных точек.