8 Лекция 8. Материалы электрических контактов8

Содержание лекции:

материалы для контактных соединений.

Цель лекции:

изучение физических свойств основных проводниковых материалов, применяемых в качестве контактных соединений в аппаратостроении.

8.1 Материалы для контактных соединений

От материала контакта в значительной мере зависит его срок службы и надежность работы, а соответственно надежность работы аппаратов и электроснабжения потребителей в целом.

К контактным материалам предъявляются следующие требования:

- они должны обладать высокой электропроводностью и теплопроводностью;

- быть устойчивыми против коррозии и иметь токопроводящую окисную пленку;

-быть дугостойкими, т.е. иметь высокую температуру плавления и испарения;

- быть твердыми для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях, механически прочными и легко поддаваться механической обработке;

- иметь высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

- иметь невысокую стоимость.

Перечисленные требования иногда противоречивы, и невозможно найти материал, который удовлетворял бы всем требованиям.

Для контактных соединений применяют:

- медь;

- серебро;

- алюминий;

- вольфрам;

- металлокерамику.

Рассмотрим достоинства и недостатки этих материалов.

Медь

Самый распространенный контактный материал.

Медь удовлетворяет почти всем требованиям за исключением коррозиостойкости. Окиси меди имеют плохую электрическую проводимость.

К положительным свойствам меди относятся:

а) высокая удельная электрическая проводимость и теплопроводность;

б) достаточная твердость, что позволяет применять при частых включениях и выключениях;

в) довольно высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования;

г) простота технологии и низкая стоимость.

К недостаткам меди следует отнести:

а) при работе на воздухе медь покрывается слоем прочных оксидов, имеющих высокое электрическое сопротивление;

б) требует больших сил нажатия.

Для защиты меди от окисления поверхность контактов покрывается электролитическим способом слоем серебра толщиной 20-30 мкм. В контактах на большие токи иногда ставят серебряные пластинки. ( В аппаратах включаемых относительно редко).

Из-за низкой дугостойкости нежелательно применение в аппаратах отключающих мощную дугу и имеющих большое число включений в час. В контактах, не имеющих взаимное скольжение, из-за пленки оксидов применение меди не рекомендуется.

Применяется как для неразмыкаемых, так и для размыкаемых контактных соединений.

В неразмыкаемых соединениях применяют антикоррозийные покрытия контактных поверхностей, а именно: серебрение, лужение, никелирование и оцинкование, а также покрытие зачищенного медного контакта нейтральной смазкой с последующей заделкой швов.

Серебро

К положительным свойствам серебра относятся:

а) высокая электрическая проводимость и теплопроводность;

б) пленка оксида серебра имеет малую механическую прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки;

в) контакт серебра устойчив благодаря малому напряжению на смятие;

г) для работы достаточны малые нажатия.

Устойчивость контакта и малое переходное сопротивление контакта – характерные признаки серебра.

К недостаткам серебра можно отнести малую дугостойкость и недостаточную твердость, что препятствует применению его при наличии мощной дуги и частых включениях и отключениях.

Применяется в реле и контакторах при токах до 20А.

При больших токах используется как материал для главных контактов, работающих без дуги.

Чаще всего серебро применяется в виде накладок – в месте контакта, выполненного из меди, приваривается серебряная накладка, а также как второй компонент при создании контактов из металлокерамики.

Алюминий

К положительным свойствам алюминия относятся:

а) высокая электрическая проводимость и теплопроводность;

б) малая плотность материала, что позволяет уменьшить массу и вес аппарата.

К недостаткам следует отнести:

а) образование на воздухе пленок с высоким сопротивлением и с высокой механической прочностью;

б) низкую дугостойкость (температура плавления значительно меньше, чем у меди и серебра);

в) малую механическую прочность.

Из-за наличия в окружающем воздухе влаги и оксидов медный и алюминиевый контакты образуют гальванический элемент. Под действием ЭДС этого элемента происходит электрохимическое разрушение контактов (электрохимическая коррозия).

В связи с этим при соединении с медью алюминий должен покрываться электролитическим способом тонким слоем меди, либо оба металла должны быть покрыты серебром.

Алюминий и его сплавы (дюраль, силумин) применяется главным образом как материал для шин и конструкционных деталей аппаратов. В качестве размыкаемых контактов не применяется.

Вольфрам

К положительным свойствам относятся:

а) высокая дугостойкость;

б) большая стойкость против эрозии и сваривания;

в) высокая твердость позволяет применять его при частых включениях и отключениях;

г) высокая температура плавления.

А недостатками являются:

а) высокое удельное сопротивление;

б) малая теплопроводность;

в) образование прочных оксидных и сульфидных пленок.

В связи с образованием пленок и их высокой механической прочностью вольфрамовые контакты требуют большого нажатия.

Применяются в качестве дугогасительных контактов при отключаемых токах до 100 кА и более, на малых и средних токах в качестве рабочих контактов с большой частотой отключения.

Металлокерамика

Основные свойства контактного соединения: высокая электрическая проводимость и дугостойкость - не могут быть получены за счет сплавов таких материалов как серебро и вольфрам или медь и вольфрам, так как они не образуют сплавов.

Поэтому для получения материалов, обладающих необходимыми свойствами, применяют метод порошковой металлургии. Металлокерамику получают путем спекания смеси порошков различных металлов, один из которых обладает повышенной электропроводимостью, а другой повышенной дугостойкостью.

Полученные таким способом материалы сохраняют физические свойства входящих в них металлов. Дугостойкость металлокерамики обеспечивается такими компонентами как вольфрам и молибден.

Низкое переходное сопротивление контакта достигается использованием в качестве второго компонента серебра или меди.

Металлокерамика объединяет высокую дугостойкость с относительно хорошей электропроводностью.

Наиболее распространенными композициями металлокерамики являются: серебро-вольфрам, серебро-графит, серебро-молибден, медь-вольфрам, медь-молибден и др.

Применяется металлокерамика в качестве дугогасительных контактов на средние и большие отключаемые токи, а также как главные контакты на номинальные токи до 600 А в аппаратах с большим числом коммутаций.

9 Лекция 9. Основы теории горения и гашения электрической дуги ⁹

Содержание лекции:

процессы, возникающие при ионизации дугового промежутка. Термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия. Ударная и термическая ионизации. Процессы, возникающие при деионизации дугового промежутка. Рекомбинация и диффузия заряженных частиц.

Цель лекции:

изучение физических явлений, происходящих при возникновении электрической дуги между расходящимися контактами аппарата.

Размыкание электрической цепи при сколько-нибудь значительных токах и напряжениях, как правило, сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Воздушный промежуток между контактами ионизируется и становится на некоторое время проводящим. В нем возникает дуга, приводящая к нежелательным последствиям для контактов и аппарата в целом. Для эффективной борьбы с отрицательным влиянием электрической дуги необходимо иметь представления о современной теории возникновения электрической дуги, о физических процессах, сопровождающих это явление.