Электрический контакт - место прохождения тока из одной токоведущей части в

в другую.
Контакт (в ЭА) - токоведущие детали, при соприкосновении

которых замыкается электрическая цепь.
Электрическое контактное соединение - функциональный узел, с помощью которого соединяются две и более токоведущих детали для перехода тока из одной детали в другую.
Контакты аппаратов:
коммутирующие,
замыкающие,
размыкающие,
неразмыкаемые (болтовые и винтовые соединения, пайка, соединение клеммами и др. ).
Контактное нажатие - усилие, создаваемое контактными пружинами.

Электрический контакт

от вида контактирующих поверхностей
точечные – соприкосновение в точке (сфера

- сфера, сфера - плоскость, вершина конуса - плоскость и т. п.)
линейные – соприкосновение по линии (цилиндр - цилиндр (по образующей), цилиндр - плоскость, тор - плоскость и т. п. ) ряд точек-площадок (минимум две), расположенных на одной линии.
плоскостные - соприкосновение по поверхности (ряд точек-площадок (минимум три), расположенных на этой поверхности).
Площадь соприкосновения контактов –

Р – сила, сжимающая контакты;
σ – временное сопротивление материала смятию

Sпр = Р/σ

контактное нажатие - усилие воздействия одной контактной поверхности на другую

при первом соприкосновении контактов.

Конечное контактное нажатие - усилие воздействия одной контактной поверхности на другую при полностью включенных контактах.

для проведения электрического тока,  но не предназначенный для коммутации (болтовое

соединение “шин”,  присоединение проводника к зажиму). 
Коммутирующие контакты - это конструктивный узел, предназначенный для коммутации электрической сети (выключатель, контактор , рубильник). 
Скользящие контакты – коммутирующий контакт,  у которого одна деталь скользит относительно другой, но электрический контакт при этом не нарушается (контакты реостата,  щеточный контакт,  шарнирный контакт, проскальзывающий контакт).

Токоведущие и контактные детали ЭА

Коммутирующие разрывные контакты :
на малые токи - одноточечное контактирование, т.к. при малых нажатиях высокое удельное давление контактов.
на большие токи – многоточечные: Рычажные (проскальзывающие, перекатывающиеся); Мостиковые; Врубные; Торцевые; Розеточные.
Эти контакты бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.
В многоступенчатых контактах - минимум две пары параллельных контактов:
Основные или рабочие - для проведения тока в рабочих режимах.
Дугогасительные - основная роль при включении, отключении.

неподвижного контактов в разомкнутом положении.
Контактное нажатие - сила, с

которой подвижной контакт должен давить на неподвижный, чтобы обеспечить нормальную работу аппарата.
Провал контактов - расстояние, на которое смещается подвижный контакт после полного замыкания контактов (если неподвижный контакт мысленно убрать) (паспортная техническая величина, обеспечивающая усилие нажатия).
Провал контактов в процессе эксплуатации контролируется. Допустимо уменьшение провала контактов на 50% от начального значения приведенного в документации завода -изготовителя.
Притирание – перемещение линии касания подвижного контакта по поверхности неподвижного контакта.
Износ - разрушение рабочей поверхности коммутирующего  контакта в процессе работы (изменение формы, размера, массы и уменьшение провала контактов).

перехода тока из одной детали в другую (Rк).
Для контактов всех

видов :

k - коэффициент переходного сопротивления, зависящий от материала контактов, Ом Н; F – сила, сжимающая контакты; m - показатель, определяющий степень зависимости переходного сопротивления от контактного нажатия F, Н.

контактного материала;
2 - увеличивается суммарная поверхность соприкосновения, так как облегчается

деформация микронеровностей вследствие снижения механической прочности контактного материала, и переходное сопротивление уменьшается скачкообразно;
3 - переходное сопротивление снова возрастает;
4 - резко падает при температуре плавления материалов контактов, когда происходит сваривание контактов.

многих металлов - плохие проводники.
Материалы c большей механической прочностью

имеют большие Rк и требуют большего контактного нажатия.
Чем выше электропроводность и теплопроводность материала, тем ниже Rк.

Зависимость Rк от состояния контактной поверхности , материала контактов

состоянии
Работа контактов при отключении цепи
Включение цепи:
Вибрация контактов
Эрозия (физический

износ)

Включенное состояние:
Номинальный ток
Ток короткого замыкания

Отключение цепи:
Коррозия (химический износ )
Электрические разряды

контактной системы за счет упругой деформации неподвижной контактной системы (0.01-

0.1 мм). Процесс идет с затухающей амплитудой. 

Электродинамические силы отброса возникают
вследствие сужения линий тока, при этом
возникает продольная сила, направленная внутрь
проводника.


Эрозия (физический износ) – износ контактов в результате переноса материала с одного контакта на другой или испарение материала в окружающее пространство без изменения состава материала.

Включение цепи

температурой, исключающей их интенсивное окисление. Например, Tдоп в пределах 75

оС (медные контакты), 120 оС (серебреные контакты).
Термическая стойкость контактов  - способность выдерживать в течение определенного времени большие токи не оплавляясь и не свариваясь.
Электродинамическая стойкость контактов – способность пропускать большие токи и не размыкаться под действием электродинамических усилий, значительно не снижая контактного нажатия.

Включенное состояние

и образованием на контактах пленок химических соединений материала контакта со

средой

Износ при размыкании – F 0 , Rк , j
Образование между расходящимися контактами мостика жидкого металла (контактный перешеек). Мостик рвется, между контактами возникает электрический разряд.

Два вида разряда:
Дуговой разряд (например, для Сu при I = 0,5 А и U > 15 В)
Искровой разряд - при I < 0,5 A.

Эрозия (физический износ) - при искровом разряде на поверхности контакта образуются лунки и наплывы.

теплопроводность.
2. Стойкость против коррозии.
3. Стойкость против образования пленок

с высоким ρ.
4. Малая твердость материала для уменьшения силы нажатия.
5. Высокая твердость для уменьшения механического износа при частых включениях и отключениях.
6. Малая эрозия.
7. Высокая дугостойкость (температура плавления).
8. Высокие значения тока и напряжения, необходимые для дугообразования.
9. Простота обработки и низкая стоимость.
Нет в природе таких материалов.

.
Серебро (Ag) удовлетворяет всем пунктам, кроме 7. Используют

в качестве накладок на рабочие поверхности из меди.
Aлюминий (Al) применяется только в разборных соединениях, при армировании его Cu или Ag. Применяются его сплавы, для коммутирующих контактов не используется.
Пластина, золото, молибден. Используются на малые токи при малых напряжениях, т.к. не образуют окисных пленок.
Вольфрам и его сплавы (с молибденом и платиной) используются на малые и большие токи для дугостойкости контактов.
Металлокерамика - механическая смесь двух практически не сплавляющихся металлов. Получают методом спекания их порошков или пропиткой одного расплавом другого. Один из материалов имеет большую проводимость, другой обладает механической прочностью, дугостойкостью, тугоплавкостью (серебро, вольфрам, Ag - Ni, Ag - Графит, Ag - окись кадмия, Ag - молибден). Металлокерамика применяется в качестве дугогасительных контактов, в качестве основных основных контактов на токи до 600 А.

Материалы для контактных соединений

2 Нетоковедущие ферромагнитные части.
3 Изоляция аппаратов.
4 Электрическая дуга.

эффектом близости
kn - коэффициент поверхностного эффекта

kn> 1,1-1,2
Если токоведущая часть выполнена из ферромагнитного материала (стали), то

поверхностный эффект резко увеличивается вследствие того, что магнитная проницаемость стали на много порядков выше, чем у меди или алюминия. В связи с этим ферромагнитные материалы не применяются для изготовления токоведущих элементов рассчитанных на большие токи.

же проводника больше сопротивления постоянному току: r > rо.

Это сопротивление r в отличие от сопротивления постоянному току rо и носит название активного сопротивления. Увеличение сопротивления проводника объясняется тем, что при переменном токе плотность тока не одинакова в различных точках поперечного сечения проводника. У поверхности проводника плотность тока получается больше, чем при постоянном токе, а в центре меньше.
При высокой частоте неравномерность проявляется так резко, что плотность тока в значительной центральной части сечения проводника практически равна нулю, ток проходит только в поверхностном слое, отчего это явление и получило название поверхностного эффекта.
Таким образом, поверхностный эффект приводит к уменьшению сечения проводника, по которому проходит ток (активного сечения), и, следовательно, к увеличению его сопротивления по сравнению с сопротивлением постоянному току.
Для объяснения причины возникновения поверхностного эффекта представим цилиндрический провод (рисунок 2) состоящим из большего числа элементарных проводников одинакового сечения, прилегающих вплотную друг к другу и расположенных концентрическими слоями. Сопротивления этих проводников постоянному току, найденные по формуле ρl/S будут одинаковы. При переменном электрическом токе вокруг каждого проводника создается переменное магнитное поле (рисунок 2). Очевидно, элементарный проводник, расположенный ближе к оси, охватывается большим магнитным потоком, чем проводник, расположенный у поверхности провода, поэтому первый обладает большей индуктивностью и индуктивным сопротивлением, чем второй.
При одинаковом напряжении на концах элементарных проводников длиной l, расположенных у оси и у поверхности, плотность тока в первых меньше, чем во вторых.
Разница в плотностях тока у оси и на периферии провода возрастает с увеличением диаметра провода d, проводимости материала γ, магнитной проницаемости материала μ и частоты переменного тока f.

поперечному сечению проводника, обусловленное влиянием магнитного поля тока, проходящего по

рядом расположенному другому проводнику. Отношение активного сопротивления проводника, находящегося в магнитном поле других проводников, к сопротивлению уединенного проводника называется коэффициентом эффекта близости

и магнитной проницаемостью материала. Эффект близости проявляется тем сильнее, чем

ближе друг к другу расположены проводники с током. Коэффициент эффекта близости, как правило, больше, но может быть и меньше единицы, когда близость проводников друг к другу улучшает распределение тока по сечению и здесь эффект близости частично компенсирует поверхностный эффект. Коэффициент эффекта близости зависит также и от направления тока в соседних проводниках. Для двух параллельно расположенных круглых проводников в случае токов одинакового направления плотность тока наибольшая в областях сечений, наиболее удаленных друг от друга; в случае токов разного направления – в областях, лежащих вблизи.

Рассматривая магнитное поле токов одного направления в двух параллельно расположенных проводах, легко показать, что те элементарные проводники, принадлежащие разным проводам, которые наиболее удалены друг от друга, сцеплены с наименьшим магнитным потоком, следовательно, плотность тока в них наибольшая. Если токи в параллельных проводах имеют разные направления, то можно показать, что большая плотность тока наблюдается в тех элементарных проводниках, принадлежащих разным проводам, которые наиболее сближены друг с другом.

активных потерь в токоведущей цепи, появляются активные потери в ферромагнитных

деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле. Под действием переменного магнитного потока в ферромагнитных деталях появляются вихревые токи таких направлений, при которых создаваемые ими потоки противодействуют изменению основного потока (правило Ленца). Кроме потерь от вихревых токов, возникают дополнительные потери на перемагничивание за счет гистерезиса.
Для уменьшения нагрева нетоковедущих частей аппаратов применяются несколько способов:
При больших номинальных токах (выше 1000А) используются немагнитные материалы взамен ферромагнитных. К ним относятся немагнитная сталь, латуни, бронзы, немагнитный чугун, алюминиевые сплавы.
Устройство прорезей, т. е. включение воздушных (или немагнитных) промежутков на пути магнитного потока (поток уменьшается за счет роста магнитного сопротивления цепи).
Применение короткозамкнутых витков из проводниковых материалов, охватывающих сечение ферромагнитной детали (ток, возникающий в короткозамкнутом витке, уменьшает поток).
В аппаратах высокого напряжения, помимо потерь в проводниковых и ферромагнитных материалах, необходимо учитывать потери в изоляции.

изоляции в переменном электрическом поле:

Потери в изоляции аппаратов из-за токов

проводимости. При эксплуатации аппаратов на открытом воздухе в условиях загрязнения и увлажнения по поверхности изоляции протекают токи проводимости i (токи утечки). В общем случае мощность потерь из-за тока утечки рассчитывается по формуле

Нагрев аппаратов электрической дугой. В процессе отключения выключателя вследствие высокой температуры возникающей дуги (3000-20000оС) происходит повышение температуры проводников, между которыми горит дуга. Кроме того, повышается температура дугогасящих камер. Нагрев проводников и дугогасящих камер может быть особенно большим при повторных включениях и отключениях выключателя. Таким образом, электрическая дуга существенно влияет на повышение температуры элементов выключателя.

температура аппарата и его частей не изменится. Все выделяющееся тепло

отдается в окружающее пространство.