Главные контакты автоматического выключателя ВА 55-41 на 1000А

Контакты низковольтных аппаратов

Виды контактов автоматических выключателей, контакторов, пускателей и рубильников; переходное сопротивление как качественный показатель контактного соединения; применяемые контактные материалы, рекомендации по эксплуатации

 
 
 
Содержание статьи:
 

Контакты для низковольтной аппаратуры (НВА)

Под низковольтными аппаратами понимаются автоматические выключатели, пускатели и контакторы, а также рубильники (выключатели-разъединители).
 
Контактом или контактным соединением называют соединение двух токопроводящих элементов, которое производится при помощи сжатия. Зачастую, пару контактов составляют – подвижный и неподвижный (или малоподвижный) контакт.
 

Контактные соединения разделяют на следующие группы:

  • неразмыкающиеся контактные соединения (при нормальной работе не разъединяются, только во время ремонтных или профилактических мероприятий – болтовые соединения);
  • размыкающиеся контактные соединения (контакты низковольтных аппаратов, коммутирующие цепь);
  • скользящие контактные соединения (контакты перемещаются друг относительно друга без потери сцепления, например, шарнирное присоединение ножей рубильника с неподвижными контактами).

Виды контактов, встречающиеся в автоматических выключателях и контакторах:

  • главные контакты (или главная контактная группа);
  • дугогасительные контакты (контакты, предназначенные для гашения электрической дуги);
  • вспомогательные контакты (или дополнительные контакты, или блок-контакты).
Практически во всей, массово выпускаемой, низковольтной аппаратуре главные контакты играют роль дугогасительных.
 
Раздельные главные и дугогасительные контакты имеются у автоматического выключателя Электрон и контактора серии КТ.
Вспомогательные контакты (поставляется как дополнительная заказная опция) служат для сигнализации положения главных контактов.
 

Переходное сопротивление контактов

Одним из наиболее важных параметров для оценки качества контактного соединения является его переходное сопротивление. Снижение переходного сопротивления, приводит к снижению выделяемого тепла при протекании тока. Проводимый ток в основном ограничивается заданной максимальной температурой. Следовательно, чем ниже переходное сопротивление, тем обеспечен лучший контакт.
 
На практике определяют значение падения напряжения на контактном соединении, через которое высчитывают переходное сопротивление: Rп = ∆Un / In.
 

Факторы, влияющие на переходное сопротивление следующие:

  • контактное сжатие;
  • форма контактов в месте соприкосновения;
  • окисление контактов;
  • вибрационные нагрузки.
 
Контактное сжатие.
Самая тщательная обработка поверхности контактов всё равно оставит микронеровности. Тогда металлический контакт возникает в одной либо нескольких точках. Чтобы обеспечить более полное прилегание поверхностей контактов, создают сжимающую силу, которая сдавливает микроскопические бугорки.
 
Форма контактов в месте соприкосновения.
Кинематика низковольтного аппарата, а также выполняемые им функции определяют поверхности контактного соединения. По характеру контакта выделяют три вида контактных соединений:
  • точечный контакт рис. а (ток проходит сквозь точку);
  • линейный контакт рис. б (ток протекает по совокупности точек – линию);
  • плоскостной либо многоточечный контакт рис. в (ток течёт сквозь несколько точек).
Вариации соприкосновения контактов автоматических выключателей, пускателей и контакторов, рубильниковНа рисунках показаны виды контактов:
1 – остриё + плоскость; 2 – остриё + сфера; 3 – сфера + плоскость; 4 – две сферы;
5 – призма + плоскость; 6 – цилиндр + плоскость; 7 – два цилиндра;
8 – две плоскости.
Точечный контакт характерен для блок-контактов, где не столь важно качество сцепления и мал проводимый ток (не выше 10А), усилие сжатия до 5 Н.
 
Линейный контакт характерен для большинства главных контактов автоматических выключателей, пускателей, контакторов и рубильников, сжимающее усилие до 500 Н.
 
Многоточечный контакт характерен для неразъёмных болтовых соединений, сжимающее усилие до 5 000 Н. Например, место присоединения кабеля и контактного вывода аппарата, либо электротехнической шины и вывода.
 
Окисление контактных поверхностей.
Все металлы под воздействием атмосферного кислорода и озона окисляются. Наличие оксидной плёнки может существенно повлиять на переходное сопротивление, которое может возрасти в сотни раз.
 
Приведём примерное изменение переходного сопротивления при температуре +35⁰С (данные союзной лаборатории Смурова). Приведенный коэффициент α прямо пропорционален переходному сопротивлению.
 
Материал контактов Продолжительность окисления, суток Коэффициент α Возрастание переходного сопротивления, раз
до окисления после окисления
медь (Cu) 2 1,10∙10-4 180∙10-4 164
олово (Sn) 12 1,56∙10-4 110∙10-4 77
серебро (Ag) 100 0,50∙10-4 11∙10-4 22
 
Как видно, серебро является наиболее предпочтительным материалом для контактов, эксплуатирующихся в продолжительном режиме. Когда выбраны медные контакты (зачастую, из-за относительно низкой стоимости), применяют регулярное смыкание и размыкание контактов для механического стирания оксидной плёнки либо скользящее контактное соединение.
 
Вибрация.
Вибрационные нагрузки возникают повсеместно, где монтируется низковольтная аппаратура. Например, автоматические выключатели устанавливаются в распределительные щиты, которые монтируются в промышленных цехах; пускатели устанавливаются поблизости с управляемыми асинхронными электрическими двигателями.
 
Наиболее опасны вибрации, которые направлены по той же линии, что и сжимающее усилие в контактах; а также вибрации, которые могут привести к резонансу крепёжных элементов и контактов. Если сила от вибрации превысит значение сжимающей силы, то произойдёт кратковременное расцепление. При больших токах это грозит свариванием контактов, при малых токах – их обгоранием.
 

Материалы, применяемые для контактов

Медные контакты
Наиболее распространённым материалом для контактов является медь. Ключевые факторы: высокая электропроводность, хорошая твёрдость, тугоплавкость, а также высокая коммутационная износостойкость. Главным недостаток – быстрое образование оксидной плёнки со значительным возрастанием переходного сопротивления.
 
Серебряные контакты
Лучший материал для коммутационных аппаратов, работающих в продолжительном режиме. Теплопроводность и электрическая проводимость наилучшая среди металлов. Окисление очень медленное, окислы имеют достаточную проводимость. Отрицательные факторы – плохая коммутационная износостойкость (быстрое выгорание или разбрызгивание серебра), высокая цена.
 
Вольфрамовые контакты
Механическая прочность вольфрама стабильна в широком диапазоне температур, а также значительно превышает ту же характеристику других контактных материалов. Вольфрам устойчив к высоким температурам электрической дуги (тугоплавкий материал). Отрицательные стороны – подвержен окислению, обладает высокой ценой, переходное сопротивление в разы больше серебряного или медного электрического сопротивления. Основное применение – контакторы с низким амперажём с высокой частотой включений и отключений.
 
Графитовые контакты
Графит имеет высокое удельное сопротивление и обладает самой высокой температурой эксплуатации. Графитовые контакты применяются в автоматических регуляторах напряжения и отличаются тем, что не свариваются и могут включать большие токи. Износ очень быстрый, что приводит к образованию копоти.
 
Металлокерамические контакты
Так как у многих массовых коммутационных аппаратов главные контакты совмещены с дугогасительными, то и накладываются противоречивые требования – малое переходное сопротивление, стойкость к высоким температурам электрической дуги, малая подверженность коррозии. Ни один из чистых металлов либо сплавов не проходит проверки. Поэтому нашли выход – гетерогенные сплавы, которые сохраняют свойства отдельно взятых компонентов.
 
Наиболее простыми двухкомпонентными металлокерамическими контактами работают составы металла с высокой электрической проводимостью в сочетании с маленькой температурой плавления (медь либо серебро) и тугоплавкого металла (молибден или вольфрам). В итоге получается тугоплавкий скелет с вставками из металла с высокой электрической проводимостью. При воздействии дуги, серебро плавиться, но не разбрызгивается, а удерживается в металлокерамике силами смачивания.

Металлы измельчают до получения порошка с частицами порядка 40 мк, затем смешивают, прессуют и запекают при температурах 800 - 900⁰С.
Наибольшее распространение получили сочетания: серебро + окись кадмия (второй материал может заменяться: вольфрамом, молибденом, никелем, графитом), а также медь + графит.
 
Для обеспечения хорошей электропроводности в месте соединения металлокерамической пластины с контактной деталью, внутреннюю сторону покрывают подслоем серебра (до 1 мм).
 

Размыкающиеся контакты

По условия работы контакты низковольтных аппаратов распределяют по трём группам:

  • контакты, включающие и отключающие электрические цепи без тока (например, контакты разъединителей). Износ происходит из-за механических факторов, обеспечивают протекание номинального электрического тока либо кратковременное протекание сверхтока;
  • контакты, которые включают и отключают ток при очень малых значениях напряжения (до нескольких вольт). Например, контакты контакторов ускорения. При работе подвержены не только механическому износу, но и незначительному электрическому износу (возникновение искры);
  • контакты, которые коммутируют ток при номинальном напряжении (контакты автоматических выключателей, пускателей и контакторов, рубильников).
Остановимся на последней группе.
Основная задача таких контактов обеспечить беспрепятственное протекание номинального тока и сверхтока (короткие замыкания, перегрузки). Изнашиваются контактные группы в основном из-за выгорания и разбрызгивания материала при гашении электрической дуги, механические факторы играют второстепенную роль. Повторное включение допустимо после остывания контактов.
 
Интенсивность исчезновения контактного материала зависит от силы отключаемого тока, применяемого материала, способа гашения дуги. При включении, некоторое время контакты вибрируют, что тоже может привести к износу.
 
Наиболее тяжёлые условия у тех контактов, которые смыкаются во время протекания аварийных токов. Проявляется сильный отброс контактов друг от друга из-за электродинамических сил, рождается мощная электрическая дуга. Близкие условия у контакторов, запускающих мощные электрические двигатели, пусковые токи могут отличаться от номинальных на порядок.
 

Важными факторами, за которыми нужно следить во время эксплуатации являются:

  • начальное и конечное сжатие (в основном обеспечивается пружиной, которую следует регулярно менять);
  • провал контактов (расстояние между точкой сцепления и положением, которое занимает подвижный контакт при отсутствии неподвижного);
  • состояние контактных поверхностей;
  • наличие проскальзывания или переката, если они гарантируются кинематической схемой.
Посеребренные и металлокерамические контакты не следует зачищать напильником. Зачищают лишь заметные бугорки и остывшие брызги металла. После каждого аварийного отключения следует протереть поверхности ветошью смоченной в бензине для устранения гари. Зачастую, приработанные контакты проводят ток лучше, чем новые. Не следует употреблять какую-либо смазку, так как она сгорает и оставляет копоть на контактах.
 
Развёрнутая информация по уходу за контактами, измерению контролируемых величин находится в книге, указанной ниже (практические рекомендации со страницы 35).
 
 
Список использованной литературы
Образцов В. А. Уход за контактами низковольтных аппаратов. – Ленинград: ГосЭнергоИздат, 1959 – 61 с.
Книга в свободном доступе на странице прайс-лист.