Ideaalne elektriline kontakt, materjali omaduste, rõhu ja mõõtmete mõju kontakttakistusele

Fikseeritud kontaktid tehakse enamasti juhtmete mehaanilise ühendamise teel ning ühendus võib toimuda kas juhtmete otseühenduse (näiteks elektrialajaamade siinid) või vaheseadmete - klambrite ja klemmide abil.

Mehaaniliselt moodustatud kontakte nimetatakse pingutamineja neid saab kokku panna või lahti võtta ilma nende üksikuid osi häirimata. Lisaks kinnituskontaktidele on fikseeritud kontaktid, mis on saadud ühendatud juhtmete jootmise või keevitamise teel. Me kutsume selliseid kontakte kõik metallist, kuna neil puudub füüsiline piir, mis kahte juhtmest piiraks.

Töötavate kontaktide töökindlus, takistuse stabiilsus, ülekuumenemise ja muude häirete puudumine määravad kogu paigaldise või liini normaalse töö, milles kontaktid on.

Niinimetatud ideaalne kontakt peab vastama kahele põhinõudele:

• kontakttakistus peab olema võrdne või väiksem kui juhi takistus sama pikkusega lõigul;
• kontaktküte nimivooluga peab olema võrdne vastava ristlõikega traadi kuumutamisega või sellest väiksem.

1913. aastal töötas Harris välja neli seadust, mis reguleerivad elektrikontakte (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Kui kõik muud tingimused on võrdsed, suureneb kontakti pingelang proportsionaalselt vooluga. Teisisõnu, kahe materjali vaheline kontakt käitub takistusena.

2. Kui kontakti pindade seisukord ei oma mõju, muutub kontakti pingelang pöördvõrdeliselt rõhuga.

3. Erinevate materjalide vaheline kontakttakistus sõltub nende eritakistusest. Madala takistusega materjalidel on ka madal kontakttakistus.

4. Kontaktide takistus ei sõltu nende pindala suurusest, vaid sõltub ainult kogurõhust kontaktis.

Kontaktpinna suuruse määravad järgmised tegurid: kontaktide soojusülekande tingimused ja korrosioonikindlus, kuna kokkupuute väikese pinnaga võib söövitavate ainete atmosfäärist tungimine hävitada kergemini kui kokkupuude suure pinnaga. kontaktpind.

Seetõttu on kinnituskontaktide projekteerimisel vaja teada rõhu, voolutiheduse ja kontaktpinna suuruse norme, mis tagavad ideaalse kontakti nõuete täitmise ja mis võivad olenevalt materjalist, pinnatöötlusest ja kontaktist olla erinevad. disain.

Kontaktikindlust mõjutavad järgmised materjali omadused:

1.Materjali elektriline eritakistus.

Mida suurem on kontakttakistus, seda suurem on kontaktmaterjali eritakistus.

2. Materjali kõvadus või survetugevus. Pehmem materjal deformeerub kergemini ja tekitab kiiremini kontaktpunkte ning annab seetõttu madalamal rõhul väiksema elektritakistuse. Selles mõttes on kasulik katta kõvad metallid pehmematega: vase ja messingi puhul tina ning raua puhul tina või kaadmium.

3. Soojuspaisumise koefitsiendid Arvestada tuleb ka seetõttu, et nende erinevuse tõttu kontaktide ja näiteks poltide materjali vahel võivad tekkida suurenenud pinged, mis põhjustavad kontakti nõrgema osa plastilist deformatsiooni ja selle hävimist temperatuuri langusega. .

Kontakttakistuse suuruse määrab punktkontaktide arv ja suurus ning see sõltub (erineval määral) kontaktide materjalist, kontaktrõhust, kontaktpindade töötlusest ja kontaktpindade suurusest.

Kell lühised temperatuur kontaktides võib tõusta nii palju, et poltide ja kontakti materjali ebaühtlase soojuspaisumisteguri tõttu võivad tekkida materjali elastsuspiirist suuremad pinged.

See põhjustab lõdvenemise ja kontakti tiheduse kadumise. Seetõttu on arvutamisel vaja kontrollida, kas kontaktis ei tekiks lühisvooludest põhjustatud täiendavaid mehaanilisi pingeid.

Vask hakkab toatemperatuuril (20–30 °) õhu käes oksüdeeruma.Saadud oksiidkile ei kujuta oma väikese paksuse tõttu erilist takistust kontakti moodustumisel, kuna see hävib kontaktide kokkusurumisel.

Näiteks kuu aega enne kokkupanekut õhu käes olnud kontaktid näitavad vaid 10% suuremat takistust kui värskelt valmistatud kontaktid. Vase tugev oksüdatsioon algab temperatuuril üle 70 °. Kontaktid, mida hoiti umbes 1 tund 100 ° juures, suurendasid oma takistust 50 korda.

Temperatuuri tõus kiirendab oluliselt kontaktide oksüdeerumist ja korrosiooni, kuna gaaside difusioon kontaktis kiireneb ja söövitavate ainete reaktsioonivõime suureneb. Kütte ja jahutuse vaheldumine soodustab kokkupuutuvate gaaside läbitungimist.

Samuti tehti kindlaks, et kontaktide pikaajalisel kuumutamisel vooluga täheldatakse nende temperatuuri ja takistuse tsüklilist muutust, mis on seletatav järjestikuste protsessidega:

• vase oksüdeerumine CuO-ks ning takistuse ja temperatuuri tõus;
• õhupuuduse korral üleminek CuO-lt Cu2O-le ning takistuse ja temperatuuri langus (Cu2O juhib paremini kui CuO);
• suurenenud õhu juurdepääs, CuO uus moodustumine, takistuse ja temperatuuri tõus jne.

Oksiidkihi järkjärgulise paksenemise tõttu täheldatakse lõpuks kontakttakistuse suurenemist.

Vääveldioksiidi, vesiniksulfiidi, ammoniaagi, kloori ja happeaurude olemasolu atmosfääris avaldab vasega kokkupuutel palju tugevamat mõju.

Õhus kattub alumiinium kiiresti õhukese, väga vastupidava oksiidkilega. Alumiiniumkontaktide kasutamine ilma oksiidkilet eemaldamata annab suure kontaktikindluse.

Kile eemaldamine tavatemperatuuridel on võimalik ainult mehaaniliselt ning kontaktpinna puhastamine tuleb läbi viia vaseliinikihi all, et vältida õhu jõudmist puhastatud pinnale. Sel viisil töödeldud alumiiniumkontaktid annavad madala kontakttakistuse.

Kontakti parandamiseks ja korrosiooni eest kaitsmiseks puhastatakse kontaktpinnad tavaliselt alumiiniumi puhul vaseliiniga ja vase puhul tinaga.

Alumiiniumjuhtmete ühendamiseks mõeldud klambrite projekteerimisel tuleb arvestada alumiiniumi omadusega aja jooksul "kokkutõmbuda", mille tagajärjel kontakt nõrgeneb. Võttes arvesse seda alumiiniumjuhtmete omadust, on võimalik kasutada spetsiaalseid vedruga klemme, tänu millele säilib ühenduses kogu aeg vajalik kontaktrõhk.

Kontaktrõhk on kõige olulisem kontakttakistust mõjutav tegur. Praktikas sõltub kontakttakistus peamiselt kontaktrõhust ja palju vähemal määral kontaktpinna töötlusest või suurusest.

Kontaktrõhu suurenemine põhjustab:

• kontakttakistuse vähendamine:
• kahju vähendamine;
• kontaktpindade tihe sidumine, mis vähendab kontaktide oksüdeerumist ja muudab seeläbi ühenduse stabiilsemaks.

Praktikas kasutatakse tavaliselt normaliseeritud kontaktrõhku, kus saavutatakse kontakttakistuse stabiilsus. Sellised optimaalsed kontaktrõhu väärtused on erinevate metallide ja erinevate kontaktpindade olekute puhul erinevad.

Olulist rolli mängib kontakti tihedus kogu pinna ulatuses, mille puhul tuleb erirõhunorme säilitada sõltumata kontaktpinna suurusest.

Kontaktpindade töötlemine peab tagama võõrkilede eemaldamise ja andma maksimaalsed punktkontaktid pindade kokkupuutel.

Kontaktpindade katmine pehmema metalliga, näiteks vase- või raudkontaktide tinatamine, muudab hea kontakti saavutamise lihtsamaks madalama rõhu korral.

Alumiiniumkontaktide puhul on parim töötlus kontaktpinna lihvimine liivapaberiga vaseliini all. Vaseliin on vajalik, kuna õhus olev alumiinium kattub väga kiiresti oksiidkilega ja vaseliin ei lase õhul jõuda kaitstud kontaktpinnale.

Mitmed autorid usuvad, et kontakttakistus sõltub ainult kogurõhust kontaktis ja ei sõltu kontaktpinna suurusest.

Seda võib ette kujutada, kui näiteks kontaktpinna vähenemise korral kompenseeritakse kontaktpunktide arvu vähenemisest tingitud kontakttakistuse suurenemine takistuse vähenemisega, mis on tingitud nende lamenemisest, mis on tingitud eriväärtuse suurenemisest. kontaktrõhk.

Selline kahe vastandsuunalise protsessi vastastikune kompenseerimine saab toimuda vaid erandjuhtudel. Paljud katsed näitavad, et kontakti pikkuse vähenemisel ja konstantse kogurõhu korral kontakttakistus suureneb.

Poolitatud kontakti pikkusega saavutatakse takistuse stabiilsus kõrgematel rõhkudel.

Kontakti kuumutamise vähendamist antud voolutiheduse juures soodustavad järgmised kontaktmaterjali omadused: madal elektritakistus, suur soojusmahtuvus ja soojusjuhtivus, samuti suur soojuskiirguse võime kontaktide välispinnal.

Erinevatest metallidest valmistatud kontaktide korrosioon on palju intensiivsem kui samadest metallidest valmistatud kontaktidel, sel juhul tekib elektrokeemiline makropaar (metall A — märg kile — metall B), milleks on galvaaniline element. Siin, nagu mikrokorrosiooni puhul, hävib üks elektroodidest, nimelt kontakti osa, mis koosneb vähem väärismetallist (anood).

Praktikas võib ette tulla erinevatest metallidest, näiteks vasest koosnevate juhtmete ühendamist alumiiniumiga. Selline kontakt, ilma erikaitseta, võib korrodeerida vähem väärismetalli, st alumiiniumi. Tegelikult on vasega kokkupuutuv alumiinium väga söövitav, seega ei ole vase ja alumiiniumi kokkupuutel otsene sidumine lubatud.