7.1.2 Эрозия поверхности контактов

В процессе включения по мере приближения контактов друг к другу между ними возрастает напряженность электрического поля, и при определенном расстоянии (сотые доли миллиметра) возникает электрический пробой воздушного промежутка между контактами. При пробое электроны бомбардируют анод, и его материал переходит на катод, откладываясь на нем в виде тонких игл.

Износ контактов в результате переноса материала с одного контакта на другой, т.е. испарение материала в окружающее пространство без изменения состава материала называется физическим износом или эрозией.

7.2 Работа контактов во включенном состоянии

В этом режиме рассмотрим 2 случая:

а) через контакты проходит номинальный ток;

б) через контакты проходит ток КЗ.

7.2.1 Режим номинального тока

Как отмечалось на предыдущем занятии, для переходного сопротивления контактов характерны две температурные точки:

Температура размягчения материала и температура плавления.

Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе падение напряжения на переходном сопротивлении было равно

(7.1)

где - падение напряжения в контакте, при котором температура контакта равна температуре размягчения материала контакта (приводится в справочной литературе).

При расчетах контактных систем аппаратов при заданном номинальном токе и известному падению напряжения для материала контакта из формулы (7.1) определяется переходное сопротивление, а затем по формуле (6.2) находится необходимое контактное нажатие Р.

7.2.2 Режим короткого замыкания

При коротком замыкании через контакты проходит ток в 10-20 раз превышающие номинальные значения. Из-за малой постоянной времени нагрева температура контактной площадки поднимается практически мгновенно и может достигнуть температуры плавления.

Необходимо, также иметь в виду, что при коротком замыкании, за счет сил отталкивания, возникающих в контактных площадках, контактное нажатие ослабевает, переходное сопротивление при этом возрастает, возрастают тепловые потери и нагрев контактов, что может привести к их свариванию.

7.3 Отключение цепи

В процессе размыкания контактов контактное нажатие уменьшается, переходное сопротивление возрастает, и за счет этого растет температура точек касания. В момент разъединения микровыступы контактов нагреваются до температуры плавления, и между контактами возникает мостик из жидкого металла. При дальнейшем движении контактов мостик обрывается и в зависимости от параметров отключаемой цепи (напряжения и тока) возникает дуговой или тлеющий разряд, сопровождающейся высокой температурой.

Высокая температура приводит к интенсивному окислению и распылению материала в окружающее пространство, переносу материала с одного электрода на другой и образованию на контактах оксидной пленки. Все это влечет за собой износ контактов.

Износ, связанный с окислением и образованием на контактах пленок химических соединений материала контакта со средой называется химическим износом или коррозией.

Эрозия и коррозия контактов сокращают срок службы аппаратов. Направление эрозии и форма износа контактов зависят от вида разряда и значения тока. Для возникновения дугового разряда необходимо, чтобы значения напряжения и тока превышали некоторые минимальные значения U₀ и I₀, характерные для данного материала контактов. Например для меди U₀= 12,3В, а I₀= 0,43А. Если ток в цепи будет меньше I₀, между контактами будет возникать тлеющий разряд или искра, если больше - дуговой разряд.

Срок службы контактов зависит от материала контактов, их массы, числа коммутаций и величины коммутируемого тока цепи.

Для борьбы с эрозией контактов применяют следующие меры:

а) сокращение длительности горения дуги с помощью дугогасительных устройств;

б) устранение вибраций контак­тов при включении;

в) применение дугостойких материа­лов для контактов.