Хабање електричних контаката

Током рада, прекидачи контакти се често укључују и искључују. То доводи до хабања. Дозвољено је хабање контаката како не би дошло до квара уређаја до краја радног века.

Контактно хабање је уништавање радне површине контаката са променом њиховог облика, величине, тежине и смањењем потапања.

Хабање електричних контаката, које настаје под утицајем механичких фактора, назива се механичко хабање... Механичком хабању су изложени контакти растављача — уређаја који отварају електрично коло без оптерећења. Хабање се манифестује у виду гњечења и спљоштења крајњих контаката и хабања посечених контактних површина.

Да би се смањило механичко хабање, покретни или фиксни контакти су опремљени опругом која притиска контакт до његовог заустављања у искљученом положају уређаја, елиминишући могућност контактних вибрација.У укљученом положају, контакт, који има опругу, помера се од граничника, а опруга притиска контакте један на други, обезбеђујући контактни притисак.

Најинтензивније хабање се јавља под утицајем електричних фактора, у присуству струјног оптерећења. Ово хабање се назива електрично хабање или електрична ерозија.

Најчешћа мера хабања електричног контакта је запремински или губитак тежине контактног материјала.

Контакти дизајнирани за пребацивање електричних кола под оптерећењем су подложни механичком и електричном хабању. Поред тога, контакти се троше услед формирања филмова на њиховој површини различитих хемијских једињења из материјала контакта са околином, што се назива хемијско хабање или корозија.

Када се електрично коло комутира са електричним оптерећењем, долази до електричног пражњења на контактима, које се може претворити у снажно електрични лук.

Затварање процеса хабања

Када се контакти додирују у процесу њиховог затварања, контакт опруге се враћа назад под утицајем еластичних сила. Може доћи до неколико одбијања контакта, тј. примећује се контактна вибрација са пригушеном амплитудом. Амплитуда вибрација се смањује са сваким наредним ударом. Време одбијања је такође смањено.

Вибрација контаката када је уређај укључен: к1, к2 — амплитуда одбијања; т1, Т2, Т3 — губљење времена

Када се контакти избаце, формира се кратак лук који топи контактне тачке и испарава метал. У овом случају се ствара повећан притисак металних пара у контактној зони и контакт „виси“ у протоку ових пара.Време затварања контакта се повећава.

Хабање електричних контаката при укључивању зависи од почетне депресије у тренутку контакта контаката, крутости опруге која ствара контактни притисак и од физичких особина материјала контакта.

Почетни притисак контаката у тренутку њиховог контакта — то је сила која спречава одбацивање контаката када се сударе. Што је већа ова сила, мања ће бити амплитуда и време одбацивања, мања ће бити вибрација контаката и њихово трошење. Како се крутост опруге повећава, одбијање контакта се смањује и хабање контакта се смањује.

Што је већа тачка топљења контактног материјала, то је мање хабање контакта. Што је већа струја у укљученом колу, то је веће хабање контаката.

Отворени процес хабања

У тренутку отварања контаката контактни притисак се смањује на нулу. У овом случају се повећава контактни отпор и повећава се густина струје у последњој тачки контакта. Контактна тачка се топи и између дивергентних контаката формира се превлака (мост) од растопљеног метала, која се затим ломи. Између контаката може доћи до варнице или лука.

Под утицајем високе температуре при избацивању, део метала контактне превлаке се испарава, део се избацује из контактног зазора у облику прскања, а део се преноси са једног контакта на други. На контактима се примећују појаве ерозије — појава кратера на њима или лепљење метала.Хабање контаката зависи од врсте и величине струје, трајања сагоревања лука и материјала контаката.

Код једносмерне струје, пренос материјала са једног контакта на други се дешава интензивније него код наизменичне струје, пошто се смер струје у колу не мења.

При малим струјама, ерозија контаката је узрокована уништавањем контактне превлаке не у средини, већ ближе једној од електрода. Чешће, прекид контактног истхмуса се примећује на аноди - позитивној електроди.

Примећује се пренос метала на електроду даље од тачке топљења, обично катоду. Пренесени метал се учвршћује на катоди у облику оштрих избочина које погоршавају контактне услове и смањују размак између контаката у отвореном стању. Количина ерозије је пропорционална количини електричне енергије која је прошла кроз контакте током варничног пражњења. Што је већа струја и време сагоревања лука, то је већа ерозија контаката.

При великим струјама у индустријским електричним мрежама, између отворених контаката често се јавља лук. Хабање контактног лука зависи од многих фактора. Међу њима се могу осветити следећи фактори: напон мреже, врста и величина струје, јачина магнетног поља, индуктивност кола, физичка својства материјала контакта, фреквенција укључивања циклуса, природа контактног контакта, брзина отварања контакта.

Електрични лук између контаката се пали при одређеној вредности напона.У присуству уређаја за гашење лука који изазивају померање лука, лук ће се мешати са контаката када се појави међуконтактни размак од 1 - 2 мм, што није повезано са величином напона. Због тога је хабање контакта практично независно од напона. Минималне вредности напона при којима се јавља електрични лук за одређени број метала који се користе као контакти дате су у табели. 1.

Табела 1. Минимални напон и струја лука за одабране метале

Параметри кола Материјал контакта Ау Аг Цу Фе Ал Мон В Ни Минимална струја, А 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Минимални напон, В 15 12 13 14 14 17 15 14

Хабање контаката се повећава са повећањем струје прекида. Ова зависност је близу линеарне. Истовремено, промена струје доводи до промене спољашњег магнетног поља, што утиче на природу хабања контакта. Хабање контаката је интензивније при једносмерној струји, што је повезано са кашњењем у гашењу лука. Са једносмерном струјом, контакти се неравномерно троше.

Кретање лука у уређајима за гашење лука се дешава у магнетном пољу које ствара струјна жица. Како се јачина магнетног поља повећава, брзина кретања референтних тачака лука расте. У исто време, контакти се мање загревају и топе, а хабање се смањује. Међутим, када се између отворених контаката појави превлака растопљеног метала, повећање јачине магнетног поља повећава електродинамичке силе које теже да избаце растопљени метал из контактног зазора.То доводи до повећаног хабања контаката.

На хабање контаката утиче индуктивност кола јер је повезана са временском константом кола и брзином промене струје. У колу константне струје, повећање индуктивности може смањити хабање када су контакти затворени јер струја расте спорије и не достиже своју максималну вредност када контакти падну.

У АЦ колу, повећање индуктивности може повећати и смањити хабање кратког споја. Зависи од тога када су контакти одбачени. Када се контакти отворе, индуктивност кола утиче на хабање ако утиче на струју и време за гашење лука.

Интензивније хабање се примећује код контаката направљених од чистих контактних материјала (бакар, сребро) и значајно опада код контаката од легура са ватросталним компонентама (бакар — волфрам, сребро — волфрам).

Сребро има релативно високу отпорност на хабање на струјама до 63 А, при струјама од 100 А и више, отпорност на хабање опада, а при струјама од 10 кА постаје један од најмање отпорних материјала.

Хабање контаката се повећава са повећањем фреквенције укључивања. Што се уређај чешће укључује, контакти се више загревају и њихова отпорност на ерозију се смањује. Повећање брзине отварања контакта ће скратити време стварања лука и смањити хабање лука на контактима.

Параметри електричних контаката (квар, решење, притисак) и природа контакта (тачкасти или равни контакт, изобличени контакт) утичу и на механичко и на електрично хабање.На пример, како се контактни раствор повећава, повећава се њихово хабање, јер се ослобађање топлотне енергије у лучном цилиндру повећава.

Истрошени електрични контакти могу довести до лошег контакта и губитка контактних веза. Ово може довести до превременог квара прекидача. На хабање контакта утиче њихово одбацивање под утицајем електродинамичких сила.

Схтербаков Е.Ф.