Koskettimet sähköasennuksissa ja sähkölaitteissa

Minkä tahansa sähköpiirin muodostavien yksittäisten elementtien kytkentäpisteitä kutsutaan sähkökontakteiksi.

Sähkökosketin — johtojen kytkentä, jotka mahdollistavat sähkövirran kuljettamisen. Virtajohtimien koskettimen muodostumista kutsutaan kosketinkappaleiksi tai positiivisiksi ja negatiivisiksi koskettimiksi riippuen siitä, mihin virtalähteen napaan ne on kytketty.

Sana "kontakti" tarkoittaa "kosketus", "kosketus". Sähköjärjestelmässä, joka yhdistää erilaisia ​​laitteita, koneita, linjoja jne., niiden yhdistämiseen käytetään valtavaa määrää koskettimia. Laitteen luotettavuus ja järjestelmän toiminta riippuu pitkälti kosketinliitäntöjen laadusta.

Sähkökoskettimien luokitus

Sähkökoskettimet ovat kiinteitä ja liikkuvia. Kiinteät koskettimet - kaikentyyppiset irrotettavat ja kiinteät, suunniteltu johtojen pitkäaikaiseen kytkemiseen. Irrotettavat koskettimet tehdään puristimilla, pulteilla, ruuveilla jne., kiinteästi - juottamalla, hitsaamalla tai niitamalla.Siirrettävät koskettimet jaetaan keskeytettyihin (releiden koskettimet, painikkeet, kytkimet, kontaktorit jne.) ja liukuvat (koskettimet keräimen ja harjojen välillä, kytkinten koskettimet, potentiometrit jne.).

Yksinkertaisin sähkökosketintyyppi on kosketinpari. Vaikea kosketintyyppi on esimerkiksi kosketin, joka muodostaa kaksoisrinnakkaissulkemisen tai kaksoissarjasulkimen (jälkimmäistä kutsutaan kytkimeksi). Kosketinta, joka kytkee piirin, kun laite käynnistetään, kutsutaan vaihdoksi. Kytkentäkosketinta, joka katkaisee piirin kytkentähetkellä, kutsutaan kytkentäkoskettimeksi, ja joka ei katkaise piiriä kytkentähetkellä, kutsutaan transienttikoskettimeksi.

Muodosta riippuen sähkökoskettimet jaetaan:

• piste (ylä - taso, pallo - taso, pallo - pallo), joita käytetään yleisesti herkissä laitteissa ja releissä, jotka kytkevät pieniä kuormia;

• lineaarinen - esiintyy koskettimissa sylinterimäisten kappaleiden muodossa ja harjakoskettimissa;

• tasomainen — suurvirtakytkentälaitteissa.

Yleensä koskettimet kiinnitetään litteisiin jousiin, ns koskettimet (valmistettu nikkelihopeasta, fosfori- ja berylliumpronssista ja harvemmin teräksestä), joille asetetaan korkeat vaatimukset mekaanisten ominaisuuksiensa pysyvyydestä laitteen koko käyttöiän ajan, usein laskettuna kymmenissä ja yli miljoonassa jaksossa. Jousisarja, joka on valmistettu erillisen lohkon muodossa ja jotka kytketään samanaikaisesti, muodostavat kosketinryhmän (tai paketin).

Sähkökoskettimien suorituskykyominaisuudet

Koskettimien kosketus ei tapahdu koko pinnalla, vaan vain yksittäisissä kohdissa kosketuspinnan karheuden vuoksi sen käsittelyn tarkkuudella. Lähes riippumatta koskettimien tyypistä kosketinelementtien kosketus tapahtuu aina pienillä alueilla.

Tämä selittyy sillä, että kosketinelementtien pinta ei voi olla täysin tasainen. Siksi käytännössä, kun kosketuspinnat lähestyvät toisiaan, ne joutuvat ensin kosketukseen useiden ulkonevien kärkien (pisteiden) kanssa ja sitten, mutta paineen kasvaessa, tapahtuu kosketusmateriaalin muodonmuutoksia ja nämä pisteet muuttuvat pieniksi leikkikentiksi.

Koskettimesta toiseen kulkevat sähkövirtalinjat vetäytyvät näihin kosketuspisteisiin. Siksi kosketin tuo jonkin verran ylimääräistä kosketinresistanssia Rk sen kytkemään piiriin.

Jos kosketuspinta on peitetty kalvolla, R kasvaa. Hyvin ohuet kalvot (50 A asti) eivät kuitenkaan vaikuta kosketusvastukseen tunnelointivaikutuksen vuoksi. Paksummat kalvot voivat rikkoutua kosketusvoiman tai kohdistuvan jännityksen vaikutuksesta.

Kosketuskalvojen sähkövikaa kutsutaan frittimiseksi. Jos kalvot eivät tuhoudu, niin Rk määräytyy pääasiassa kalvojen vastuksen mukaan. Välittömästi koskettimen kuorimisen jälkeen sekä riittävällä kosketusvoimalla ja jännitteellä kosketinpiirissä sen resistanssi määräytyy pääasiassa supistusvyöhykkeiden resistanssin perusteella.

Mitä suurempi voima koskettimiin kohdistetaan ja mitä pehmeämpi niiden materiaali on, sitä suurempi on kosketuspintojen kokonaiskosketuspinta-ala ja vastaavasti sitä vähemmän aktiivinen sähköinen vastus risteyksessä (kosketuspintojen välisen siirtymäkerroksen vyöhykkeellä). Tätä aktiivista vastusta kutsutaan transienttiresistanssiksi.

Ohimenevä vastus on yksi sähköisten kosketinten laadun pääparametreista, koska se kuvaa kontaktiyhdisteeseen absorboituneen energian määrää, joka muuttuu lämmöksi ja lämmittää kosketinta. Kosketusresistanssiin voi vaikuttaa voimakkaasti kosketuspintojen käsittelytapa ja niiden kunto. Esimerkiksi nopeasti muodostuva oksidikalvo alumiinikoskettimissa voi merkittävästi lisätä kosketusvastusta.

Kun virta kulkee koskettimien läpi, ne kuumenevat ja kontaktipinnalla havaitaan korkein lämpötila siirtymävastuksen vuoksi. Kosketuslämmityksen seurauksena kontaktimateriaalin vastus ja vastaavasti siirtymän vastus.

Lisäksi kosketuslämpötilan kohoaminen edistää oksidien muodostumista sen pinnalle, mikä lisää transienttiresistanssia vieläkin merkittävästi. Ja vaikka lämpötilan noustessa kontaktimateriaali voi pehmentää jonkin verran, mikä liittyy kosketuspinnan kasvuun, tämä prosessi voi yleensä johtaa koskettimien tuhoutumiseen tai niiden hitsaukseen. Jälkimmäinen on esimerkiksi erittäin vaarallinen avoimille koskettimille, koska seurauksena näillä koskettimilla varustettu laite ei pysty sammuttamaan piiriä. Siksi erityyppisille koskettimille määritetään suurin sallittu lämpötila, jonka läpi kulkee pitkä virta.

Lämmityksen vähentämiseksi on mahdollista lisätä koskettimien metallin ja niiden jäähdytetyn pinnan massaa, mikä lisää lämmön hajoamista. Kosketinvastuksen vähentämiseksi on tarpeen lisätä kosketuspainetta, valita sopiva materiaali ja koskettimien tyyppi.

Esimerkiksi ulkokäyttöön tarkoitetut avoimet koskettimet suositellaan valmistamaan heikosti hapettuvista materiaaleista tai peittämään niiden pinta korroosionestokerroksella. Tällaisia ​​materiaaleja ovat erityisesti hopea, jota voidaan käyttää kosketuspintojen päällystämiseen.

Kupariset särkymättömät koskettimet voidaan tinata (tinatut pinnat ovat vaikeammin hapettuvia). Samoja tarkoituksia varten kosketuspinnat peitetään voiteluaineella, esimerkiksi vaseliinilla. Öljyllä upotetut koskettimet ovat hyvin suojattuja korroosiota vastaan ​​ilman muita erikoistoimenpiteitä. Tätä käytetään öljykatkaisimissa.

Minkä tahansa sähkölaitteen toiminta koostuu 4 vaiheesta - avoin tila, oikosulku, suljettu tila ja avautuminen, joista jokainen vaikuttaa koskettimen luotettavuuteen.

Avoimessa tilassa ulkoinen ympäristö vaikuttaa sähkökontaktiin, minkä seurauksena niiden pinnalle muodostuu kalvoja.

Suljetussa tilassa, kun koskettimet painetaan yhteen ja virta kulkee niiden läpi, ne kuumenevat ja muotoutuvat; joissain olosuhteissa, jos koskettimet ylikuumenevat, voi tapahtua hitsausta.

Kun koskettimet sulkeutuvat ja avautuvat, tapahtuu silta- tai purkausilmiöitä, joihin liittyy metallikoskettimen haihtumista ja siirtymistä, mikä muuttaa sen pintaa. Lisäksi mekaaninen kuluminen on mahdollista. törmäyksestä ja liukumisesta toisiaan vasten aiheutuvia kosketuksia.

Kun koskettimet lähestyvät toisiaan hyvin pienillä etäisyyksillä, jopa pienillä virtalähteiden jännitteillä, kenttägradientti tulee niin suureksi, että raon dielektrinen lujuus hajoaa ja tapahtuu rikkoutuminen. Jos pinnalla on vieraita hiukkasia, erityisesti hiiltä sisältäviä, niiden joutuessa kosketuksiin tapahtuu haihtumista ja syntyy olosuhteet hävittämiselle.

Avaaminen on yleensä työn vaikein osa. sähkökosketus Riippuen piirin parametreista (R, L ja C) ja avattaessa syötetyn jännitteen suuruudesta, tapahtuu kulumista aiheuttavia ilmiöitä Koskettimet. Jos piirin jännite on suurempi kuin jännite Upl, jossa koskettimien metalli sulaa, niiden erotuksen jälkeen kosketusvoima pienenee ja siksi kosketuspinta, resistanssi ja lämpötila kasvavat.

Kun lämpötila ylittää metallin sulamispisteen, kosketuspintojen väliin muodostuu sulametallisilta, joka venyy vähitellen ja sitten katkeaa kuumimmassa kohdassa. Korkea lämpötila sillan murtumiskohdassa helpottaa heiton alkamista.

Itse silta on olemassa vain ohmissa piireissä kaarijännitteen alapuolella olevilla syöttöjännitteillä. Jos piirissä on induktanssi, sen aiheuttamat ylijännitteet virran katkeamishetkellä myötävaikuttavat kipinän syntymiseen kaarivirtojen alapuolella olevissa virroissa ja kaarivirtojen yläpuolella olevissa virroissa - kaaria. Koska piirissä on lähes aina induktanssi, silloihin liittyy useimmissa tapauksissa purkaus. Pienin kipinäjännite pistorasiassa — 270-300 V.

Kaiken tyyppisten koskettimien on tarjottava paitsi jatkuvaa toimintaa ilman hyväksyttävää ylikuumenemista normaaleissa olosuhteissa, myös tarvittava lämpö- ja sähködynaaminen vastus oikosulkutilassa. Liikkuvat katkaisukoskettimet eivät myöskään saa tuhoutua avattaessa muodostuvan valokaaren korkean lämpötilan vuoksi ja sulkeutua luotettavasti ilman hitsausta ja sulamista oikosulun vuoksi. Edellä käsitellyt toimenpiteet edistävät myös näiden vaatimusten täyttämistä.

Metalli-keraamiset koskettimet, joka on seos murskattua kuparijauhetta volframin tai molybdeenin kanssa ja hopeaa volframin kanssa.

Tällaisella yhdisteellä on samanaikaisesti hyvä sähkönjohtavuus johtuen kuparin tai hopean käytöstä ja korkeasta sulamispisteestä, joka johtuu volframin tai molybdeenin käytöstä.

On olemassa toinenkin tapa poistaa olemassa oleva ristiriita, joka koostuu siitä, että materiaaleilla, joilla on hyvä sähkönjohtavuus (hopea, kupari jne.), on yleensä suhteellisen alhainen sulamispiste ja tulenkestävällä materiaalilla (volframi, molybdeeni) on alhainen sähkönjohtavuus. Tämä on kaksoiskosketinjärjestelmän käyttö, joka koostuu rinnakkain kytketyistä käyttö- ja valokaarikoskettimista.

Työkoskettimet on valmistettu korkean sähkönjohtavuuden omaavasta materiaalista ja kipinöitävät koskettimet - valmistettu palonkestävästä materiaalista. Normaalitilassa, kun koskettimet ovat kiinni, suurin osa virrasta kulkee työkoskettimien kautta.

Kun piiri on jännitteettömänä, käyttökoskettimet avautuvat ensin ja sen jälkeen valokaarikoskettimet.Siksi itse asiassa piirin katkaisevat valokaarikoskettimet, joille edes oikosulkuvirta ei aiheuta suurta vaaraa (merkittäville oikosulkuvirroille käytetään lisäksi erityisiä kaarilaitteita).

Kun piiri kytketään päälle, ensin suljetaan kaarikoskettimet ja sen jälkeen käyttökoskettimet. Siten käyttökoskettimet eivät itse asiassa katkaise tai sulje piiriä kokonaan. Tämä eliminoi sulamis- ja hitsausvaaran.

Estääksesi kontaktien spontaanin avautumisen mahdollisuudesta sähködynaamiset ponnistelut kun oikosulkuvirrat kulkevat, kosketinjärjestelmät on suunniteltu siten, että sähködynaamiset voimat näissä olosuhteissa tuottavat lisäkosketinpainetta ja estävät koskettimien mahdollisen sulamisen ja hitsauksen oikosulkuvirtauksen, kiihdytetyn kytkentähetken aikana.

Välttääksesi merkittävän elastisen iskun vaaran kosketuspintoihin, käytä koskettimien esipuristusta erikoisjousilla... Tässä tapauksessa varmistetaan sekä suuri kytkentänopeus että mahdollisten tärinöiden eliminointi, koska jousi on esipuristettu. puristettuna ja koskettimien kosketuksen jälkeen työntövoima alkaa kasvaa ei nollasta, vaan tietystä määritetystä arvosta. tilassa, mutta myös tarvittava lämpö- ja sähködynaaminen vastus oikosulkutilassa.

Liikkuvat katkaisukoskettimet eivät myöskään saa tuhoutua avattaessa muodostuvan valokaaren korkean lämpötilan vuoksi ja sulkeutua luotettavasti ilman hitsausta ja sulamista oikosulun vuoksi.Edellä käsitellyt toimenpiteet edistävät myös näiden vaatimusten täyttämistä.

Metallikeramiikasta, joka on sekoitus murskattua kuparijauhetta volframin tai molybdeenin ja hopean ja volframin kanssa, valmistetut koskettimet kestävät erityisen hyvin sähkökaaren tuhoavaa vaikutusta.

Tällaisella yhdisteellä on sekä hyvä sähkönjohtavuus johtuen kuparin tai hopean käytöstä että korkea sulamispiste volframin tai molybdeenin käytöstä johtuen.

Koskettimien perussuunnittelut sähköasennuksissa ja sähkölaitteissa

Kiinteiden (jäykkien) rikkoutumattomien kosketinliitosten rakenteen on varmistettava kosketuspintojen luotettava kiinnitys ja minimaalinen kosketusvastus. Renkaat on parempi liittää usealla pienemmällä pultilla kuin yhdellä isolla, koska näin saadaan enemmän kosketuskohtia. Renkaita kytkettäessä kosketusvastus on pienempi kuin pultteja käytettäessä, kun renkaisiin on porattava reikiä. Kosketinliitoksen korkea laatu varmistetaan kiskojen hitsauksella.

Siirrettävät katkaisukoskettimet — kytkinlaitteiden peruselementti... Kaikille koskettimille asetettujen yleisten vaatimusten lisäksi niillä tulee olla valokaarivastus, kyky kytkeä virtapiiri luotettavasti päälle ja pois päältä oikosulun sattuessa sekä kestää tietyn määrän kytkentätoimintoja ja sammutuksia ilman mekaanisia vaurioita.

Yksinkertaisin tämän tyyppinen kosketin on litteä leikkauskosketin. Kun se on kytkettynä, liikkuva terä menee kiinteiden jousikuormitettujen leukojen väliin. Tällaisen tasaisen kosketuksen haittana on, että kosketuspintojen kosketus tapahtuu useissa kohdissa näiden pintojen epätasaisuuksien vuoksi.

Lineaarisen koskettimen saamiseksi veitsinauhoihin meistetään puolisylinterimäisiä ulkonemia ja paineen lisäämiseksi nauhat puristetaan jousella varustetulla teräspuristimella.Katkaisukoskettimia käytetään useimmiten katkaisijoissa ja erottimissa.

Itsesuuntautuvan sormikontaktin kosketusosa on tehty sormien muodossa, levyssä - levyjen muodossa, lopussa - litteän yläosan muodossa, hylsyssä - lamellien muodossa ( segmentit), harjassa - elastisten, ohuiden kupari- tai pronssilevyjen harjojen muodossa.

Määritetyt kosketinosat (osat) useissa eri malleissa voivat muuttaa asemaansa kiinteisiin koskettimiin nähden rajoitetuissa rajoissa. Joustavat virtaa johtavat liitännät on varustettu niiden luotettavaa sähköliitäntää varten.

Katkaisukoskettimien vakaus ja tarvittava puristusvoima saavutetaan yleensä lehti- tai kierrejousien avulla.

Sormikoskettimia ja koskettimia käytetään laitteissa, joiden jännite on yli 1000 V eri virroille käyttö- ja valokaarikoskettimina ja litteitä koskettimia käyttökoskettimina. Päätykoskettimia käytetään jännitteille 110 kV ja korkeammille, virroille, jotka eivät ylitä 1 - 1,5 kA, käyttö- ja valokaarikoskettimina. Harjakoskettimia käytetään laitteissa erilaisille jännitteille ja merkittäville virroille, mutta vain työkoskettimina, koska sähkökaari voi vahingoittaa suhteellisen ohuita harjoja.