3.1.4 Конструкции контактов шин и аппаратов. Основные характеристики контактных соединений
Места соприкосновения отдельных проводников в аппарате (или в электрической цепи) и само устройство, обеспечивающее их соединение, называют электрическим контактом.
По назначению и условиям работы контакты разделяют на неразмыкаемые (неразъемные или соединительные) (рис. 3.8), которые служат только для соединения различных элементов электрической цепи, и размыкающие рис. 3.9. (коммутирующие), служащие для включения, отключения и переключения электрических цепей.
Рис. 3.8. Неразъёмные неподвижные контакты
Контакты различают по форме соприкасающихся поверхностей на точечные, линейные и плоские. Понятия точечный, линейный и плоский контакты условны, связаны с геометрическими формами и предполагают идеально гладкие поверхности.
Реальные контактные поверхности всегда обладают некоторой шероховатостью, а их соприкосновение осуществляется лишь в некоторых бугорках или точках, через которые проходят токи. Это приводит к уменьшению площади сечения контактной поверхности (сужению). На контактных поверхностях имеется также тонкий слой из окислов, хлоридов, сульфидов и других соединений с малой проводимостью. А это приводит к тому, что контактные соединения обладают переходным сопротивлением Rк.
Сопротивление контакта зависит не только от формы, наличия окислов и температуры соприкасающихся поверхностей, но и от силы, приложенной к контактным частям. Наилучшими показателями обладают точечные и линейные контакты, так как их проводимость оказывается удовлетворительной при небольших контактных давлениях. При этом увеличивается число контактных точек и частично разрушается слой окислов.
Наибольшая допустимая температура контактных соединений токоведущих шин и большинства аппаратов при длительных нагрузках составляет 70—75 °С, так как при более высоких температурах сопротивление контакта весьма неустойчиво и может достигать значений, при которых возможны лавина нагрева, разрушение и сваривание контактных поверхностей.
а
б
в
г
д
е
Рис. 3.9. Размыкающиеся контакты.
а щеточные; б пальцевые; в ламельные;
г торцевые; д профиль ламелей; е розеточные
Для изготовления контактных соединений применяют различные материалы в зависимости от назначения контактов и предъявляемых требований, а именно: медь и ее сплавы для неразмыкаемых контактов (без покрытия и с антикоррозионным покрытием контактных поверхностей, серебрением, лужением, кадмированием) и для размыкаемых контактов при кратковременных режимах работы; серебро для главных (рабочих) контактов в аппаратах на большие токи в длительных режимах; алюминий (без покрытия или с серебрением, омеднением, армировкой медью) применяют для всех жестких (неразмыкаемых) контактных соединений (шины, провода); вольфрам и его сплавы при малых токах для контактов с большим количеством операции отключения и включения, а при средних и больших токах среднего и большого значении используют в качестве дугогасительных контактов при отключаемых токах до 100 кА и более; металлокерамику механическую смесь, получаемую спеканием порошков под давлением (серебро вольфрам, серебро молибден, серебро графит и др.) для дугогасительных контактов на средние и большие отключаемые токи, а также для главных контактов на средние номинальные токи (600 А и более).
Неразмыкаемые контакты подразделяют: на неподвижные, в которых отсутствует взаимное перемещение контактных поверхностей (контактные соединения проводов, шин и проводников к электрическим аппаратам); на подвижные, в которых контактные поверхности могут иметь взаимное перемещение без нарушения электрического контакта (контакты скольжения или качения, применяемые, например, в коммутационных аппаратах). Эти функции контактов в коммутационных аппаратах часто совмещают (при рабочих токах до 1500 А).
Неразмыкаемые контактные соединения выполняют в виде болтовых соединений, винтовых зажимов, обычной и холодной сварки (прессования).
Их применяют для соединения медных и алюминиевых шин, проводов, присоединений аппаратов. В неразмыкаемых болтовых контактных соединениях термическое действие вследствие теплового расширения создает дополнительное напряжение в материале болтов, которое, складываясь с напряжением затяжки болта, может привести к остаточным деформациям и ослаблению контактного соединения. Поэтому контактные соединения такого типа проверяют на допустимость упомянутых дополнительных напряжений и в каждом случае регламентируют затяжку болтовых соединений.
Наиболее широкое применение получили сварные соединения.
Размыкающие контакты по своему назначению разделяются: на главные, обеспечивающие прохождение длительных рабочих токов и кратковременных токов в аварийных режимах без повреждений; на дугогасительные, обладающие свойствами противостоять термическому действию дуги и электродинамическим силам (свариванию, вибрации, окислению), возникающим при коммутации токов в рабочих или аварийных режимах.
Размыкающие контактные соединения должны надежно работать в замкнутом состоянии, и поэтому на них распространяются общие требования, предъявляемые к контактам при длительных нагрузках и при КЗ.
Они должны дополнительно обладать дугостойкостью (способностью выдерживать воздействие дуги во время размыкания и замыкания) и способностью включать на КЗ (без приваривания контактов). Кроме того, все размыкающие контакты должны выдерживать определенное число операций включения и отключения без механических повреждений.
При рабочих токах 1000—1500 А и более трудно выполнить размыкающие контакты, которые удовлетворили бы всем требованиям. Поэтому выключатели конструируют с двумя системами контактов — рабочими и дугогасительными, включенными электрически параллельно. При включении прежде замыкаются дугогасительные контакты, затем рабочие, а при отключении, наоборот, сначала размыкаются рабочие, а затем — дугогасительные.