4.4. Переходное сопротивление в месте электрического контакта и зависимость его от давления.

Как было сказано ранее, по роду соприкосновения контакты делятся на плоские, линейные и точечные. Но на самом деле контакты соприкасаются друг с другом не по всей поверхности соприкосновения, а только в отдельных точках, так как поверхность твердого тела не может быть идеально ровной. Чем больше сила сжатия, тем больше таких точек. Контактная поверхность, воспринимающая давление, состоит из участков: 1) с металлическим контактом; 2) покрытых тонкой пленкой, не представляющей значительного сопротивления току; 3) покрытых оксидами, практически не проводящими ток. На рис. схематически показаны поверхности:S_к- кажущаяся,S_д- воспринимающая давление иS_п- проводящая. В общем случаеS_к >S_д >S_п . Если отсутствуют окислы, тоS_д =S_п.

Рис. 4.4.

Линии тока в теле контактных деталей отклоняются от направления, которое они имели бы, если бы вся кажущая поверхность соприкосновения была проводящей, что ведет к увеличению сопротивления. Это дополнительное сопротивление вызванное сужением линий тока, называетсясопротивлением сужения. Поясним на примере.R_пер=R_суж+R_пленR_суж. Толщина пленкиh_плен= 30 Ангстрем = 30·10^-8см. Для точечного контактаR_суж =/2а, где а - диаметр точки. И в случае когда несколько точекnR_суж =/n2а. По мере увеличения силы, приложенной к контактным частям, сопротивление контакта уменьшается, что объясняется увеличением числа контактных точек и обшей проводящей поверхности. При дальнейшем увеличении силыPдавление на контактной площадке увеличивается и при достижении значения твердости материала начнется деформация. Можно принять, давление по всей площадке одинаково и равно твердости материала контактов, т.е.

P=_та², где_т - твердость материала контактов по Бринеллю.

а = P/_тR_пер =_т/2nP=CP^-1/2 R_пер =CP^-m, где

m=1 для плоских контактов иm=1/3 для линейных контактов.

5. Общие сведения о дуге. Вольт-амперные характеристики дуги постоянного и переменного токов. Напряжение на дуге синусоидального тока.

5.1. Электрическая дуга.

Отключение цепей под током, а особенно цепей высоких напряжений, сопровождается, как правило, возникновением на контактах отключающих аппаратов электрической дуги. Дуга- это самостоятельный разряд в воздухе, сопровождаемый высокой температурой.

При расхождении контактов выключателя между ними образуется электрическое поле, напряженность которого тем больше, чем больше приложенное к контактам напряжение и чем меньше расстояние между ними. Под действием этого электрического поля свободные электроны, находящиеся в промежутке между контактами, начинают перемещаться с большой скоростью в направлении к аноду и на своем пути сталкиваются с атомами или молекулами газа. В момент столкновения электрон выбивает из частицы газа один или несколько электронов, в результате чего вместо нейтральной частицы газа образуются свободные электроны и положительно заряженный ион. Это явление носит название ударной ионизации газа.

В результате ионизации в промежутке между контактами появляются положительно и отрицательно заряженные частицы газа, т.е. пространство между контактами оказывается заполненным так называемой газоразрядной плазмой. Под действием приложенного к контактам напряжения происходит электрический пробой промежутка между ними и зажигание дугового разряда.

Различают три области дугового разряда (рис. 5.1.): 1)L_K - область катодного падения напряжения; 2)L_A -область у анода; 3)L_CT -столб дуги.

Рис. 5.1.

Область катодного падения напряжения представляет собой тончайший слой газа у поверхности катода. Падение напряжения в этом слое составляет 20-50 В.

У анода положительные ионы приобретают ускорение в направлении к катоду. Электроны уходят в анод и образуют в тонком слое отрицательный заряд. Падение напряжения у анода составляет 10-20 В.

Процессы в дуговом столбе представляют наибольший интерес при изучении выключателей, поскольку для гашения дуги используют различные виды воздействия именно на дуговой столб представляющий собой плазму с очень высокой температурой и одинаковым содержанием электронов и положительных ионов в единице объема.