Тяговые подстанции городского транспорта - Электрические контакты

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Глава VIII
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА
§ 28. Электрические контакты

Электрическим контактом называется поверхность соприкосновения двух проводников тока. Контактные соединения могут быть жесткими, например болтовые соединения; скользящими (неразмыкающимися), например подвод тока к подвижной шинке при помощи неподвижной щетки, и размыкающимися. К последнему виду относятся контакты аппаратов; производящие включение и отключение цепей (выключатели, разъединители, автоматы и т. п.).
Надежность контактов имеет чрезвычайно большое значение в эксплуатации, поэтому к ним предъявляются жесткие требования, главные из которых следующие:

1. температура нагрева контактов в аппаратах не должна превышать +80° С для неподвижных и +75° С для подвижных контактов при температуре окружающей среды +35° С; для шин принимается температура +70° С при окружающей температуре +25° С;
2. контакты в замкнутом положении должны обладать электродинамической и термической прочностью как при длительных токах нормальной нагрузки, так и при сквозных токах короткого замыкания;
3. включение и отключение токов в пределах нормированных величин и нормированного числа включений и отключений не должны разрушать контакт.

Главным физическим фактором в работе контактов является переходное сопротивление контактов.
Соприкосновение двух контактирующих плоскостей практически редко осуществляется по всей площади. При небольшой силе нажатия соприкосновение будет точечным (рис. 28-1, а), а при увеличении силы нажатия переходит в плоскостное (рис. 28-1, б).
В месте соприкосновения возникает так называемое переходное сопротивление контакта, на которое существенное влияние оказывают уменьшение сечения проводников вблизи контакта, сила давления между контактами и их материал.

Рис. 28-1. Площадь соприкосновения элементарных выступов контактных поверхностей в зависимости от силы давления:
а — при малой силе нажатия; б — при большой силе нажатия.

Переходное сопротивление r точечного контакта может быть представлено в виде

(28-1)
где С — постоянная, зависящая от материала контактов;
F — сила нажатия контактов, кГ.
Если при той же силе F имеет место и точек соприкосновения, то переходное сопротивление каждого точечного контакта

(28-2)
а общее сопротивление всех п точек соприкосновения

Выражения (28—1) и (28—3) с достаточной точностью могут быть заменены одним

Значения коэффициента С приведены в табл. 28-1.

Таблица 28-1
Значения коэффициента С

Согласно уравнению (28-4) переходное сопротивление контакта уменьшается с увеличением силы нажатия, однако это происходит лишь до определенного значения. Оптимальной силой нажатия неподвижных контактных соединений можно считать для луженой меди 50—100 кГ/см; для алюминия 250 кГ/см². Таким образом, при контактных соединениях плоских шин выгоднее применять несколько стяжных болтов, чем один большего диаметра.
Наиболее распространенными контактными соединениями являются контакты медь — медь. Если принять сопротивление контактов медь — медь условно за 1, то сопротивление контактов других пар металлов характеризуется коэффициентами, приведенными ниже:

Приведенные коэффициенты действительны только для свежезачищенных поверхностей. При окислении металлов соприкосновение контактов резко увеличивается. Объясняется это тем, что лишь окислы серебра имеют то же сопротивление, что и металл. Другие наиболее употребительные металлы имеют плохо проводящие окислы.
Для уменьшения влияния окислов на контактное сопротивление размыкающихся контактов конструкция их осуществляется таким образом, чтобы пленка окисла при каждом включении и отключении контактов очищалась. Для ответственных аппаратов с малым контактным давлением применяется серебро высокой пробы.
Уменьшение влияния окисла жестких контактов достигается путем предохранения контактной поверхности от доступа воздуха. Для этого увеличивается давление в контактах, медные контакты залуживаются, алюминиевые контакты смазываются техническим вазелином. Для рубильников и разъединителей с целью улучшения антифрикционных свойств рекомендуется вазелин заменять техническим касторовым маслом.
Последнее время широко применяются так называемые металло-керамические соединения из серебра или меди с вольфрамом или молибденом. Для изготовления таких контактов смешиваются два порошка (например, серебро и вольфрам), которые затем прессуются и нагреваются до 1200° С. Такие контакты обладают хорошей электропроводностью и дугостойкостью.

Протекание тока через разъемный контакт может вызвать вибрацию и сваривание контакта. Предельное значение силы тока, не вызывающее сваривание контактов, по опытным данным будет
(28—7)
где F— сила нажатия, кГ;
k2 — опытный коэффициент (для одиночного пальцевого контакта из меди k2=4000; для одного элемента розеточного контакта k2=6000).
Разнородные металлы в контакте подвергаются коррозии.
Коррозия контактных соединений происходит вследствие того, что разнородные контакты образуют гальваническую микропару.
Электрохимический ряд напряжений (потенциалы по отношению к водороду) приведен ниже в в:

Контакты электрических аппаратов при частых включениях и отключениях подвергаются электроэрозии.
Электроэрозией называется такое физическое явление, когда под действием электрической дуги или искры происходит перенос металла с одного электрода на другой. При дуговом разряде перенос металла происходит с катода на анод, а при искровом — с анода на катод.