Contatti negli impianti elettrici e negli apparecchi elettrici

I punti di connessione dei singoli elementi che compongono un qualsiasi circuito elettrico sono chiamati contatti elettrici.

Contatto elettrico: connessione di fili che consentono il trasporto di corrente elettrica. La formazione dei contatti dei conduttori di corrente sono chiamati corpi di contatto o contatti positivi e negativi, a seconda del polo della sorgente di corrente a cui sono collegati.

La parola "contatto" significa "toccare", "toccare". In un sistema elettrico che combina vari dispositivi, macchine, linee, ecc., Viene utilizzato un numero enorme di contatti per collegarli. L'affidabilità dell'apparecchiatura e il funzionamento del sistema dipendono in gran parte dalla qualità delle connessioni di contatto.

Classificazione dei contatti elettrici

I contatti elettrici sono fissi e mobili. Contatti fissi: tutti i tipi di staccabili e integrali, progettati per il collegamento a lungo termine dei cavi. I contatti staccabili sono realizzati mediante morsetti, bulloni, viti, ecc., Integrali — mediante saldatura, saldatura o rivettatura.I contatti mobili si dividono in interrotti (contatti di relè, pulsanti, interruttori, contattori, ecc.) e scorrevoli (contatti tra collettore e spazzole, contatti di interruttori, potenziometri, ecc.).

Il tipo più semplice di contatto elettrico è una coppia di contatti. Un tipo di contatto difficile è, ad esempio, un contatto che forma una doppia chiusura a circuito parallelo o una doppia chiusura in serie (quest'ultima è detta accoppiamento). Il contatto che commuta il circuito quando il dispositivo viene azionato è chiamato scambio. Un contatto di commutazione che interrompe il circuito al momento della commutazione è chiamato contatto di commutazione, mentre il contatto che non interrompe il circuito al momento della commutazione è chiamato contatto transitorio.

A seconda della forma, i contatti elettrici sono suddivisi in:

• punto (superiore - piano, sfera - piano, sfera - sfera), che sono comunemente usati in dispositivi sensibili e relè che commutano carichi minori;

• lineare - si verificano ai contatti sotto forma di corpi cilindrici e ai contatti del pennello;

• planare - in apparecchiature di commutazione ad alta corrente.

Di solito i contatti sono fissati a molle piatte, le cosiddette contatto (realizzato in alpacca, bronzo fosforoso e berillio e meno spesso acciaio), che sono soggetti a requisiti elevati in merito alla costanza delle loro proprietà meccaniche per l'intera vita utile del dispositivo, spesso calcolata in decine e oltre un milione di cicli. Un insieme di molle, realizzate sotto forma di un blocco separato, che vengono commutate contemporaneamente, formano un gruppo di contatti (o pacchetto).

Caratteristiche prestazionali delle connessioni dei contatti elettrici

Il contatto dei contatti non avviene su tutta la superficie, ma solo in singoli punti a causa della rugosità della superficie di contatto con l'accuratezza della sua lavorazione. Quasi indipendentemente dal tipo di contatti, il contatto degli elementi di contatto avviene sempre su piccole aree.

Ciò si spiega con il fatto che la superficie degli elementi di contatto non può essere perfettamente piana. Pertanto, in pratica, quando le superfici di contatto si avvicinano l'una all'altra, entrano prima in contatto con diverse punte (punte) sporgenti e poi, ma con l'aumentare della pressione, si verifica la deformazione del materiale di contatto e questi punti si trasformano in piccoli campi da gioco.

Le linee di corrente elettrica che passano da un contatto all'altro sono attratte da questi punti di contatto. Pertanto, il contatto introduce una resistenza di contatto aggiuntiva Rk nel circuito da esso collegato.

Se la superficie di contatto è ricoperta da una pellicola, allora R aumenta. Tuttavia, film molto sottili (fino a 50 A) non influiscono sulla resistenza di contatto a causa dell'effetto tunnel. I film più spessi possono rompersi sotto la forza di contatto o lo stress applicato.

Il guasto elettrico delle pellicole di contatto è chiamato fritting. Se le pellicole non vengono distrutte, allora Rk è determinato principalmente dalla resistenza delle pellicole. Immediatamente dopo la rimozione di un contatto, oltre che con forza di contatto e tensione sufficienti nel circuito di contatto, la sua resistenza è determinata principalmente dalla resistenza delle zone di contrazione.

Maggiore è la forza applicata ai contatti e più morbido è il loro materiale, maggiore è l'area di contatto totale delle superfici di contatto e, di conseguenza, meno attiva resistenza elettrica alla giunzione (nella zona dello strato di transizione tra le superfici di contatto). Questa resistenza attiva è chiamata resistenza transitoria.

Resistenza transitoria — uno dei parametri principali della qualità dei contatti elettrici, in quanto caratterizza la quantità di energia assorbita nel composto di contatto, che si trasforma in calore e riscalda il contatto. La resistenza di contatto può essere fortemente influenzata dal modo in cui vengono trattate le superfici di contatto e dalle loro condizioni. Ad esempio, una pellicola di ossido che si forma rapidamente sui contatti in alluminio può aumentare significativamente la resistenza di contatto.

Quando la corrente passa attraverso i contatti, questi vengono riscaldati e si osserva la temperatura più alta sulla superficie di contatto a causa della presenza della resistenza di transizione. Come risultato del riscaldamento del contatto, della resistenza del materiale di contatto e, di conseguenza, della resistenza della transizione.

Inoltre, un aumento della temperatura di contatto favorisce la formazione di ossidi sulla sua superficie, che aumentano in modo ancora più significativo la resistenza ai transitori. E sebbene con un aumento della temperatura, il materiale di contatto possa leggermente ammorbidirsi, il che è associato ad un aumento della superficie di contatto, in generale questo processo può portare alla distruzione dei contatti o alla loro saldatura. Quest'ultimo, ad esempio, è molto pericoloso per i contatti aperti, perché di conseguenza il dispositivo con questi contatti non sarà in grado di spegnere il circuito. Pertanto, per diversi tipi di contatti, viene determinata una temperatura massima consentita con una lunga corrente che li attraversa.

Per ridurre il riscaldamento, è possibile aumentare la massa del metallo dei contatti e la loro superficie raffreddata, che migliorerà la dissipazione del calore. Per ridurre la resistenza di contatto, è necessario aumentare la pressione di contatto, scegliere il materiale e il tipo di contatti appropriati.

Ad esempio, si raccomanda che i contatti aperti destinati all'uso esterno siano realizzati con materiali leggermente ossidabili o che ne coprano la superficie con uno strato anticorrosione. Tali materiali includono, in particolare, l'argento, che può essere utilizzato per rivestire le superfici di contatto.

I contatti infrangibili in rame possono essere stagnati (le superfici stagnate sono più difficili da ossidare). Per gli stessi scopi, le superfici di contatto sono ricoperte da un lubrificante, ad esempio vaselina. I contatti in bagno d'olio sono ben protetti dalla corrosione senza altre misure speciali. Questo è utilizzato negli interruttori automatici dell'olio.

Il funzionamento di qualsiasi impianto elettrico è costituito da 4 stadi: stato aperto, cortocircuito, stato chiuso e apertura, ognuno dei quali influisce sull'affidabilità del contatto.

Nello stato aperto, l'ambiente esterno agisce sul contatto elettrico e, di conseguenza, si formano dei film sulla loro superficie.

Nello stato chiuso, quando i contatti vengono premuti insieme e la corrente li attraversa, si riscaldano e si deformano; in alcune condizioni, se i contatti si surriscaldano, possono verificarsi saldature.

Quando i contatti si chiudono e si aprono, si verificano fenomeni di ponte o scarica, accompagnati da evaporazione e trasferimento del contatto metallico, modificandone la superficie. Inoltre, è possibile l'usura meccanica. contatti risultanti da urti e scivolamenti l'uno contro l'altro.

Quando i contatti si avvicinano l'uno all'altro a distanze molto piccole, anche a piccole tensioni di alimentazione, il gradiente di campo diventa così grande che la rigidità dielettrica del traferro si rompe e si verifica un guasto. Se sulla superficie sono presenti particelle estranee, in particolare quelle contenenti carbonio, quando vengono a contatto si verifica l'evaporazione e si creano le condizioni per lo smaltimento.

L'apertura è di solito la parte più difficile del lavoro. contatto elettrico In funzione dei parametri del circuito (R, L e C) e dell'entità della tensione applicata all'apertura, si verificano fenomeni che provocano l'usura dei contatti. Se la tensione del circuito è maggiore della tensione Upl, nel punto in cui il metallo dei contatti fonde, dopo la loro separazione, la forza di contatto diminuisce e quindi l'area di contatto, la resistenza e la temperatura aumentano.

Quando la temperatura supera il punto di fusione del metallo, si formerà un ponte di metallo fuso tra le superfici di contatto, che si allungherà gradualmente e poi si romperà nel punto più caldo. L'alta temperatura alla rottura del ponte facilita l'inizio dell'espulsione.

Il ponte stesso esiste solo nei circuiti ohmici a tensioni di alimentazione inferiori alla tensione dell'arco. Se è presente un'induttanza nel circuito, le sovratensioni da essa causate al momento dell'interruzione della corrente contribuiscono alla comparsa di una scintilla a correnti inferiori alle correnti d'arco ea correnti superiori alle correnti d'arco - archi. Poiché nel circuito è quasi sempre presente induttanza, i ponti sono nella maggior parte dei casi accompagnati da una scarica. Tensione minima della scintilla alla presa elettrica — 270-300 V.

I contatti di qualsiasi tipo devono fornire non solo un funzionamento continuo senza surriscaldamento inaccettabile in condizioni normali, ma anche la necessaria resistenza termica ed elettrodinamica in modalità di cortocircuito. Inoltre, i contatti di interruzione mobili non devono essere distrutti dall'elevata temperatura dell'arco elettrico che si forma quando vengono aperti e chiusi in modo affidabile senza saldatura e fusione quando vengono accesi per un cortocircuito. Anche le misure sopra discusse contribuiscono al soddisfacimento di tali requisiti.

Contatti in metallo-ceramica, che è una miscela di polveri di rame frantumate con tungsteno o molibdeno e argento con tungsteno.

Un tale composto possiede contemporaneamente buona conducibilità elettrica dovuto all'uso di rame o argento e all'alto punto di fusione dovuto all'uso di tungsteno o molibdeno.

Esiste un altro modo per eliminare la contraddizione esistente, che consiste nel fatto che i materiali con una buona conduttività elettrica (argento, rame, ecc.), Di norma, hanno un punto di fusione relativamente basso e i materiali refrattari (tungsteno, molibdeno) hanno una bassa conduttività elettrica. Si tratta dell'utilizzo di un sistema a doppio contatto costituito da contatti operativi e d'arco collegati in parallelo.

I contatti di lavoro sono realizzati in materiale con elevata conduttività elettrica e i contatti ad arco sono realizzati in materiale resistente al fuoco. In modalità normale, quando i contatti sono chiusi, la maggior parte della corrente scorre attraverso i contatti di lavoro.

Quando il circuito è diseccitato, i contatti operativi si aprono per primi, seguiti dai contatti d'arco.Pertanto, infatti, il circuito è interrotto da contatti ad arco, per i quali anche la corrente di cortocircuito non rappresenta un grande pericolo (per correnti di cortocircuito significative vengono inoltre utilizzati dispositivi ad arco speciali).

Quando il circuito è acceso, i contatti d'arco vengono chiusi per primi, seguiti dai contatti operativi. Pertanto, i contatti operativi non interrompono o chiudono completamente il circuito. Questo elimina il pericolo di fusione e saldatura.

Per eliminare la possibilità di apertura spontanea dei contatti da sforzi elettrodinamici quando scorrono correnti di cortocircuito, i sistemi di contatto sono progettati in modo tale che le forze elettrodinamiche in queste condizioni forniscano una pressione di contatto aggiuntiva e impediscano la possibile fusione e saldatura dei contatti al momento dell'accensione del circuito di cortocircuito, commutazione accelerata.

Per eliminare il pericolo di un impatto elastico significativo sulle superfici di contatto, utilizzare la pre-pressatura dei contatti con molle speciali... In questo caso è garantita sia un'elevata velocità di commutazione che l'eliminazione di possibili vibrazioni, poiché la molla è pre- compresso e dopo aver toccato i contatti, la forza di spinta inizia a crescere non da zero, ma da un certo valore specificato. modalità, ma anche la resistenza termica ed elettrodinamica richiesta in modalità di cortocircuito.

Inoltre, i contatti di interruzione mobili non devono essere distrutti dall'elevata temperatura dell'arco elettrico che si forma quando vengono aperti e chiusi in modo affidabile senza saldatura e fusione quando vengono accesi per un cortocircuito.Anche le misure sopra discusse contribuiscono al soddisfacimento di tali requisiti.

I contatti realizzati in metalloceramica, che è una miscela di polveri di rame frantumate con tungsteno o con molibdeno e argento con tungsteno, sono particolarmente resistenti all'azione distruttiva di un arco elettrico.

Tale composto ha sia una buona conduttività elettrica dovuta all'uso di rame o argento, sia un alto punto di fusione dovuto all'uso di tungsteno o molibdeno.

Disegni di base dei contatti negli impianti elettrici e nei dispositivi elettrici

La costruzione di giunti di contatto infrangibili fissi (rigidi) deve garantire un bloccaggio affidabile delle superfici di contatto e una resistenza di contatto minima. È meglio collegare i pneumatici con più bulloni più piccoli che con uno grande, in quanto ciò fornisce più punti di contatto. Quando si collegano i pneumatici, la resistenza di contatto è inferiore rispetto a quando si utilizzano bulloni, quando è necessario praticare fori nei pneumatici. L'alta qualità della connessione dei contatti è assicurata dalla saldatura delle sbarre.

Contatti di interruzione mobili: un elemento base dei dispositivi di commutazione... Oltre ai requisiti generali per tutti i contatti, devono avere resistenza all'arco, la capacità di accendere e spegnere in modo affidabile il circuito in caso di cortocircuito, nonché sopportare un certo numero di operazioni di commutazione e spegnimento senza danni meccanici.

Il contatto più semplice di questo tipo è un contatto a taglio piatto. Quando è innestata, la lama mobile entra tra le ganasce fisse caricate a molla. Lo svantaggio di un tale contatto piatto è che il contatto delle superfici di contatto avviene in più punti a causa delle irregolarità di queste superfici.

Per ottenere un contatto lineare, le sporgenze semicilindriche vengono stampate sulle lamelle e per aumentare la pressione le lamelle vengono compresse con un morsetto in acciaio con molla I contatti di apertura sono spesso utilizzati negli interruttori automatici e nei sezionatori.

La parte di contatto del contatto autoallineante delle dita è realizzata sotto forma di dita, nella piastra - sotto forma di piastre, alla fine - sotto forma di una sommità piatta, nella presa - sotto forma di lamelle ( segmenti), nel pennello - sotto forma di pennelli di lastre elastiche, sottili di rame o bronzo.

Le parti di contatto specificate (parti) in una serie di modelli possono cambiare, entro limiti limitati, la loro posizione rispetto ai contatti fissi. Sono previsti collegamenti flessibili per il trasporto di corrente per il loro collegamento elettrico affidabile.

La stabilità dei contatti di apertura e la forza di compressione richiesta sono generalmente ottenute mediante molle a balestra o elicoidali.

I contatti a dito e i contatti vengono utilizzati in dispositivi con tensioni superiori a 1000 V per varie correnti come contatti operativi e ad arco e i contatti piatti vengono utilizzati come contatti operativi. I contatti terminali vengono utilizzati per tensioni di 110 kV e superiori, per correnti non superiori a 1 - 1,5 kA come contatti operativi e ad arco. I contatti a spazzola sono utilizzati in dispositivi per varie tensioni e correnti significative, ma solo come contatti di lavoro, poiché un arco elettrico può danneggiare spazzole relativamente sottili.