5.2 Электрические контакты
Электрические контакты – наиболее ответственные элементы выключателей, кнопок и многих других электрических аппаратов. От работы контактов зависят срок службы и надежность электрического аппарата.
В месте электрических контактов соприкасаются два проводника и возникает переходное сопротивление Rk, которое зависит от:
размеров,
материала контактов,
шероховатости поверхности.
Соприкосновение контактов происходит не по всей поверхности, а по вершинам микронеровностей, которые всегда имеются на поверхности деталей.
Если контакты сильно сжать, то микронеровности сминаются, площадь контакта увеличивается и переходное сопротивление уменьшается.
Обычное переходное сопротивление в новых контактах не должно превышать 0,01...0,02 Ом.
Многие материалы (медь и др.) на воздухе покрываются слоем окиси, которая плохо проводит электрический ток. Контакты, покрытые слоем окиси, могут быть замкнуты, но переходное сопротивление контактной пары будет столь велико, что цепь тока практически окажется разомкнутой.
При нагреве контактов током тепловая мощность, выделяемая в контактной паре, определяется формулой
(5.1)
где I – сила постоянного тока или действующее значение переменного тока, А.
Из (5.1) видно, что чем больше переходное сопротивление, тем больше нагреваются контакты. В критическом случае нагрев бывает так велик, так что может произойти сваривание контактов.
Таким образом, необходимо, чтобы переходное сопротивление контактов было по возможности малым. Для этого подбирают материал, форму контактов и сжимают контакты специальной пружиной.
Наиболее тяжелый режим – размыкание контактов, т.к. при этом между ними возникает электрическая дуга. Дуга продолжает замыкать цепь тока, и оборудование не отключается от сети, что может привести к аварии.
Кроме того, под действием электрической дуги контакты «обгорают» и быстро выходят из строя. Интенсивность дуги и время ее горения зависят от электромагнитной энергии, запасенной в индуктивных элементах электрической цепи. Электрическая дуга между контактами существует до тех пор, пока вся электромагнитная энергия перейдет в тепло.
Чтобы уменьшить дугу, в электрической цепи включают дополнительный резистор. Тогда часть электромагнитной энергии переходит в тепло в этом резисторе и дуга гаснет быстрее. Кроме того, увеличивают расстояние между контактами, а в мощных аппаратах применяют специальные меры дугогашения.
Особенно опасна электрическая дуга в цепях постоянного тока. В цепях синусоидального тока дуга часто гаснет, когда сила тока проходит через ноль. Однако при определенных условиях дуга может вновь загореться в следующий полупериод.
Лучшими проводящими материалами являются серебро, медь, алюминий. Первые два материала применяют и для электрических контактов. Алюминиевые контакты не применяют, т.к. плотная пленка окиси алюминия плохо проводит ток. Наиболее распространенным материалом электрических контактов является медь.
Серебряные контакты применяют в маломощных устройствах. Кроме того, в небольших и ответственных контактных электрических аппаратах используют золото, платину и др. драгоценные металлы.