2.3. Матеріали контактів
До матеріалів контактів висуваються наступні вимоги: висока електрична провідність і теплопровідність, стійкість до корозії, струмопровідність окисної плівки, дугостійкість, достатня твердість і механічна міцність, легкість механічної обробки, невисока вартість. Знайти природний матеріал, що задовольняє таким різностороннім вимогам одночасно, практично неможливо. В контактних пристроях застосовуються наступні матеріали:
Срібло. Завдяки своїй високій електро- та теплопровідності, легкому руйнуванню окисної плівки при невеликих механічних зусиллях срібло могло б широко використовуватися в контактних пристроях. Однак недостатня дугостійкість (невисока температура плавлення і випаровування) при проходженні великих струмів і висока вартість значно звужують сферу використання срібла. Срібні (посріблені) контакти використовуються в відповідальних колах керування з невеликими струмами. В ппаратах з великими струмами використовують срібні накладки на основних контактах, що виконані з міді.
Мідь. Задовольняє майже всім вищеперерахованим вимогам за виключенням антикорозійності, поганої провідності окисної плівки та низької температури плавлення. Але створення в контактах тиску більше 3 Н і взаємного проковзування дозволяє зруйнувати плівку окисла міді. Ці якості поряд з невисокою вартістю міді зробили її найпоширенішим матеріалом для контактів комутаційних пристроїв.
Алюміній. Із-за невисокої механічної міцності, низької дугостійкості та окисної плівки, яку практично неможливо прибрати, алюміній як конструкційний матеріал в комутуючих контактах не використовується. Він застосовується в розбірних нерухомих контактних з’єднаннях силових проводів, шинах та шинопроводах.
Вольфрам. Висока електрична зносостійкість (дугостійкість) зумовила широке використання вольфраму в дугогасильних контактах при комутації великих струмів (більше 10 кА). Сплави вольфраму з молібденом, платиною та іридієм усувають його головний недолік – високий електричний опір, підвищують електропровідність вольфраму. Ці сплави широко використо-вуються в контактах на невеликі струми, але з високою частотою вимкнення.
Металокераміка. Сплави деяких металів отримати практично неможливо. Вихід знаходять у використанні металокераміки – матеріалу, отриманого механічним змішуванням порошків двох металів (одного з гарною провідністю, іншого з високою дугостійкістю) та витриманих при високій температурі до спікання.
Найбільш розповсюджені композиції металокераміки: срібло-молібден, срібло-нікель, мідь-вольфрам, мідь-молібден тощо. Металокераміка використовується в головних контактах на струми до 600 А, а в дугогасних контактах і на великі струми.
2.4.Нагрівання контактів
Підвищений опір електричного контакту зумовлює його нагрівання при протіканні струму. Враховуючи рельєфні зміни поверхні контакту при нагріванні (поступове зминання бугорків за наявності стискуючого зусилля), збільшення опору контактів при підвищенні температури може бути оцінено за допомогою формули
,
(2.3)
де
–
опір контакту при температурі
;
–
опір холодного контакту (
=20
ºС);
– температурний коефіцієнт питомого
опору;
–
перевищення температури контакту над
.
Коефіцієнт
враховує зниження твердості матеріалу
при нагріванні.
На
рис. 4.3 приведена залежність зміни
перехідного опору контакту від
температури. Спочатку, при підвищенні
температури, опір контактів зростає
згідно з виразом (4.3). При температурі
відбувається розм’якшення металу (для
міді
≈180
ºС), різко збільшується ефективна площа
контактування і опір контакту значно
знижується. Подальше нагрівання продовжує
збільшувати опір контакту. При
температурі
(для
міді близько 900 ºС)
в
r
rθ
rхол
ідбувається розплавлення металу, контакти зварюються та їх перехідний опір різко знижується.
θ1
θ2
θ
Рис.
2.3
У правильно спроектованих контактах та при виконанні правил їх експлуатації температура контактуючих поверхонь не повинна перевищувати середню температуру тіла контакту більше ніж на 10 ºС.