Usura dei contatti elettrici

Durante il funzionamento, i contatti di commutazione vengono spesso attivati ​​e disattivati. Questo porta all'usura. L'usura dei contatti è consentita in modo che non porti a un malfunzionamento del dispositivo fino alla fine della vita utile.

L'usura dei contatti è la distruzione della superficie di lavoro dei contatti con un cambiamento nella loro forma, dimensione, peso e riduzione dell'immersione.

Viene chiamata l'usura dei contatti elettrici, che si verifica sotto l'influenza di fattori meccanici usura meccanica... I contatti dei sezionatori sono esposti all'usura meccanica: dispositivi che aprono il circuito elettrico senza carico. L'usura si manifesta sotto forma di schiacciamento e appiattimento dei contatti terminali e usura delle superfici di contatto tagliate.

Per ridurre l'usura meccanica, i contatti mobili o fissi sono dotati di una molla che preme il contatto fino all'arresto nella posizione di spegnimento del dispositivo, eliminando la possibilità di vibrazioni del contatto.In posizione on, il contatto, che ha una molla, si allontana dall'arresto e la molla preme i contatti l'uno contro l'altro, fornendo pressione di contatto.

L'usura più intensa si verifica sotto l'influenza di fattori elettrici, in presenza di un carico di corrente. Questa usura è chiamata usura elettrica o erosione elettrica.

La misura più comune dell'usura dei contatti elettrici è la perdita volumetrica o di peso del materiale di contatto.

I contatti progettati per la commutazione di circuiti elettrici sotto carico sono soggetti a usura meccanica ed elettrica. Inoltre, i contatti si usurano a causa della formazione di pellicole sulla loro superficie di vari composti chimici dal materiale dei contatti con l'ambiente, che si chiama usura chimica o corrosione.

Quando un circuito elettrico viene commutato con un carico elettrico, si verifica una scarica elettrica sui contatti, che può trasformarsi in una potente arco elettrico.

Chiusura del processo di usura

Quando i contatti si toccano durante il processo di chiusura, il contatto a molla viene rigettato sotto l'influenza delle forze elastiche. Potrebbero esserci diverse reiezioni di contatto, ad es. si osservano vibrazioni di contatto con ampiezza smorzata. L'ampiezza delle vibrazioni diminuisce ad ogni impatto successivo. Anche il tempo di rifiuto è ridotto.

Vibrazione dei contatti quando il dispositivo è acceso: x1, x2 — ampiezza dei rifiuti; t1, T2, T3 — perdita di tempo

Quando i contatti vengono espulsi, si forma un breve arco che fonde i punti di contatto e vaporizza il metallo. In questo caso, nella zona di contatto si crea una maggiore pressione dei vapori metallici e il contatto "si blocca" nel flusso di questi vapori.Il tempo per chiudere il contatto aumenta.

L'usura dei contatti elettrici all'accensione dipende dalla depressione iniziale al momento del contatto dei contatti, dalla rigidità della molla che crea la pressione di contatto e dalle proprietà fisiche dei materiali di contatto.

Spinta iniziale dei contatti al momento del loro contatto: questa è la forza che contrasta il rifiuto dei contatti quando si scontrano. Maggiore è questa forza, minore sarà l'ampiezza e il tempo di rigetto, minore sarà la vibrazione dei contatti e la loro usura. All'aumentare della rigidità della molla, la reiezione del contatto diminuisce e l'usura del contatto diminuisce.

Maggiore è il punto di fusione del materiale di contatto, minore è l'usura del contatto. Maggiore è la corrente nel circuito commutato, maggiore è l'usura dei contatti.

Processo di usura aperto

Al momento dell'apertura dei contatti, la pressione di contatto viene ridotta a zero. In questo caso, la resistenza di contatto aumenta e aumenta la densità di corrente nell'ultimo punto di contatto. Il punto di contatto si scioglie e tra i contatti divergenti si forma un istmo (ponte) di metallo fuso, che poi si rompe. Potrebbe verificarsi una scintilla o un arco tra i contatti.

Sotto l'influenza dell'alta temperatura durante l'espulsione, una parte del metallo dell'istmo di contatto viene vaporizzata, una parte viene espulsa dallo spazio di contatto sotto forma di schizzi e una parte viene trasferita da un contatto all'altro. Si osservano fenomeni di erosione sui contatti: la comparsa di crateri su di essi o l'adesione del metallo.L'usura dei contatti dipende dal tipo e dall'entità della corrente, dalla durata dell'arco e dal materiale dei contatti.

Con la corrente continua, il trasferimento di materiale da un contatto all'altro avviene più intensamente che con la corrente alternata, poiché la direzione della corrente nel circuito non cambia.

A basse correnti, l'erosione dei contatti è causata dalla distruzione dell'istmo di contatto non nel mezzo, ma più vicino a uno degli elettrodi. Più spesso si osserva l'interruzione dell'istmo di contatto all'anodo, l'elettrodo positivo.

Si osserva un trasferimento di metallo all'elettrodo più lontano dal punto di fusione, solitamente il catodo. Il metallo trasferito si solidifica sul catodo sotto forma di sporgenze affilate che peggiorano le condizioni di contatto e riducono lo spazio tra i contatti nello stato aperto. La quantità di erosione è proporzionale alla quantità di elettricità passata attraverso i contatti durante la scarica della scintilla. Maggiore è la corrente e il tempo di combustione dell'arco, maggiore è l'erosione dei contatti.

A correnti elevate nelle reti elettriche industriali, si verificano spesso archi tra contatti aperti. L'usura del contatto dell'arco dipende da molti fattori. Tra questi, i seguenti fattori possono essere vendicati: tensione di rete, tipo e grandezza della corrente, intensità del campo magnetico, induttanza del circuito, proprietà fisiche dei materiali di contatto, frequenza di commutazione del ciclo, natura del contatto di contatto, velocità di apertura del contatto.

L'arco elettrico tra i contatti si accende ad un certo valore di tensione.In presenza di dispositivi di estinzione dell'arco che provocano il movimento dell'arco, l'arco si mescolerà dai contatti quando appare uno spazio tra i contatti di 1 - 2 mm, che non è correlato all'entità della tensione. Pertanto, l'usura dei contatti è praticamente indipendente dalla tensione. I valori minimi di tensione a cui si verifica un arco elettrico per un certo numero di metalli utilizzati come contatti sono riportati in una tabella. 1.

Tabella 1. Tensione e corrente minime dell'arco per metalli selezionati

Parametri del circuito Materiale dei contatti Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Corrente minima, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Tensione minima, V 15 12 13 14 14 17 15 14

L'usura dei contatti aumenta all'aumentare della corrente di interruzione. Questa dipendenza è quasi lineare. Allo stesso tempo, il cambiamento di corrente porta a un cambiamento nel campo magnetico esterno, che influisce sulla natura dell'usura dei contatti. L'usura dei contatti è più intensa in corrente continua, che è correlata al ritardo nell'estinzione dell'arco. Con la corrente continua, i contatti si consumano in modo non uniforme.

Il movimento dell'arco nei dispositivi di estinzione dell'arco avviene in un campo magnetico creato da un filo percorso da corrente. All'aumentare della forza del campo magnetico, aumenta la velocità di movimento dei punti di riferimento dell'arco. Allo stesso tempo, i contatti si riscaldano meno e si sciolgono, riducendo l'usura. Tuttavia, quando si verifica un istmo di metallo fuso tra i contatti aperti, l'aumento dell'intensità del campo magnetico aumenta le forze elettrodinamiche che tendono ad espellere il metallo fuso dall'interstizio dei contatti.Ciò comporta una maggiore usura dei contatti.

L'usura dei contatti è influenzata dall'induttanza del circuito in quanto è correlata alla costante di tempo del circuito e alla velocità di variazione della corrente. In un circuito a corrente costante, l'aumento dell'induttanza può ridurre l'usura quando i contatti sono chiusi perché la corrente sale più lentamente e non raggiunge il suo valore massimo quando i contatti cadono.

In un circuito CA, l'aumento dell'induttanza può aumentare e diminuire l'usura da cortocircuito. Dipende da quando i contatti vengono scartati. Quando i contatti si aprono, l'induttanza del circuito influisce sull'usura se influisce sulla corrente e sul tempo di estinzione dell'arco.

Un'usura più intensa si osserva nei contatti realizzati con materiali di contatto puri (rame, argento) e diminuisce significativamente nei contatti realizzati con leghe con componenti refrattari (rame-tungsteno, argento-tungsteno).

L'argento ha una resistenza all'usura relativamente elevata a correnti fino a 63 A, a correnti di 100 A e superiori, la resistenza all'usura diminuisce e a correnti di 10 kA diventa uno dei materiali meno resistenti all'usura.

L'usura dei contatti aumenta con l'aumentare della frequenza di commutazione. Più spesso il dispositivo viene acceso, più i contatti si riscaldano e la loro resistenza all'erosione diminuisce. L'aumento della velocità di apertura dei contatti ridurrà il tempo d'arco e ridurrà l'usura dell'arco sui contatti.

I parametri dei contatti elettrici (guasto, soluzione, pressione) e la natura del contatto (contatto puntuale o planare, contatto distorto) influenzano sia l'usura meccanica che l'usura elettrica.Ad esempio, all'aumentare della soluzione di contatto, aumenta la loro usura, poiché aumenta il rilascio di energia termica nel cilindro dell'arco.

I contatti elettrici usurati possono causare un contatto scadente e la perdita delle connessioni dei contatti. Ciò può causare un guasto prematuro del dispositivo di commutazione. L'usura dei contatti è influenzata dal loro rifiuto sotto l'influenza delle forze elettrodinamiche.

Shterbakov E.F.