Sähkökoskettimien kuluminen

Käytön aikana kytkentäkoskettimet kytkeytyvät usein päälle ja pois. Tämä johtaa kulumiseen. Koskettimien kuluminen on sallittua, jotta se ei aiheuta laitteen toimintahäiriöitä käyttöiän loppuun asti.

Koskettimien kuluminen on koskettimien työpinnan tuhoutumista niiden muodon, koon, painon ja upottamisen vähenemisen myötä.

Sähkökoskettimien kulumista, joka tapahtuu mekaanisten tekijöiden vaikutuksesta, kutsutaan mekaaniseksi kulumiseksi... Erotinten koskettimet altistuvat mekaaniselle kulumiselle — laitteille, jotka avaavat sähköpiirin ilman kuormitusta. Kuluminen ilmenee päätykoskettimien murskaantumisena ja litistymisenä sekä leikattujen kosketuspintojen kulumisena.

Mekaanisen kulumisen vähentämiseksi liikkuvat tai kiinteät koskettimet on varustettu jousella, joka painaa koskettimen rajoittimeen laitteen off-asennossa, mikä eliminoi kosketusvärähtelyn mahdollisuuden.Päällä-asennossa kosketin, jossa on jousi, siirtyy pois rajoittimesta ja jousi painaa koskettimet toisiaan vasten, jolloin saadaan kosketuspainetta.

Voimakkain kuluminen tapahtuu sähköisten tekijöiden vaikutuksesta virtakuorman läsnä ollessa. Tätä kulumista kutsutaan sähkökulumiseksi tai sähköeroosioksi.

Yleisin sähkökoskettimen kulumisen mitta on kosketusmateriaalin tilavuus- tai painohäviö.

Koskettimet, jotka on suunniteltu kytkemään sähköisiä virtapiirejä kuormitettuina, ovat alttiina mekaaniselle ja sähköiselle kulumiselle. Lisäksi koskettimet kuluvat, koska niiden pinnalle muodostuu erilaisten kemiallisten yhdisteiden kalvoja ympäristökontaktien materiaalista, jota kutsutaan kemialliseksi kulumiseksi tai korroosioksi.

Kun sähköpiiri kommutoidaan sähkökuormalla, koskettimissa tapahtuu sähköpurkaus, joka voi muuttua voimakkaaksi. sähkökaari.

Kulutusprosessin sulkeminen

Kun koskettimet koskettavat niitä sulkemisprosessissa, jousikosketin heitetään takaisin elastisten voimien vaikutuksesta. Kosketushylkäyksiä voi olla useita, eli havaitaan vaimennettua kontaktivärähtelyä. Värähtelyn amplitudi pienenee jokaisen seuraavan iskun myötä. Myös hylkäysaika lyhenee.

Koskettimien tärinä, kun laite käynnistetään: x1, x2 — hylkäysten amplitudi; t1, T2, T3 – ajanhukkaa

Kun koskettimet työnnetään ulos, muodostuu lyhyt kaari, joka sulattaa kosketuspisteet ja höyrystää metallin. Tässä tapauksessa metallihöyryjen paine syntyy kosketusvyöhykkeelle ja kosketin "roikkuu" näiden höyryjen virtauksessa.Aikaa kontaktin sulkemiseen pidennetään.

Sähkökoskettimien kuluminen päällekytkettynä riippuu koskettimien kosketushetken alkupaineesta, kosketuspaineen muodostavan jousen jäykkyydestä sekä kosketinmateriaalien fysikaalisista ominaisuuksista.

Koskettimien ensimmäinen työntö niiden kosketushetkellä – tämä on voima, joka estää koskettimien hylkäämisen niiden törmääessä. Mitä suurempi tämä voima, sitä pienempi on hylkäysamplitudi ja -aika, sitä pienempi on koskettimien värähtely ja niiden kuluminen. Kun jousen jäykkyys kasvaa, kosketusten hylkäys vähenee ja koskettimen kuluminen vähenee.

Mitä korkeampi kosketusmateriaalin sulamispiste on, sitä pienempi on kosketuskuluminen. Mitä suurempi virta kytketyssä piirissä, sitä suurempi on koskettimien kuluminen.

Avoin kulumisprosessi

Koskettimien avaushetkellä kosketuspaine laskee nollaan. Tässä tapauksessa kosketusresistanssi kasvaa ja virrantiheys viimeisessä kosketuspisteessä kasvaa. Kosketuspiste sulaa ja erottuvien koskettimien väliin muodostuu sulan metallin kannas (silta), joka sitten katkeaa. Koskettimien väliin voi syntyä kipinä tai kaari.

Korkean lämpötilan vaikutuksesta ulostyönnön aikana osa kosketuskannaksen metallista höyrystyy, osa irtoaa kosketusraosta roiskeina ja osa siirtyy koskettimesta toiseen. Koskettimissa havaitaan eroosioilmiöitä - kraatterien ilmestymistä niihin tai metallin tarttumista.Koskettimien kuluminen riippuu virran tyypistä ja suuruudesta, valokaaren palamisen kestosta ja koskettimien materiaalista.

Tasavirralla materiaalin siirtyminen koskettimesta toiseen tapahtuu voimakkaammin kuin vaihtovirralla, koska virran suunta piirissä ei muutu.

Pienillä virroilla koskettimien eroosion aiheuttaa kosketuskannen tuhoutuminen ei keskellä, vaan lähempänä yhtä elektrodeista. Useammin kontaktin katkos havaitaan anodilla - positiivisella elektrodilla.

Havaitaan metallin siirtyminen elektrodille, joka on kauempana sulamispisteestä, yleensä katodista. Siirretty metalli jähmettyy katodilla terävien ulkonemien muodossa, jotka huonontavat kosketusolosuhteita ja pienentävät koskettimien välistä rakoa avoimessa tilassa. Eroosion määrä on verrannollinen sähkön määrään, joka kulkee koskettimien läpi kipinäpurkauksen aikana. Mitä suurempi virta ja valokaaren palamisaika, sitä suurempi on koskettimien kuluminen.

Teollisuuden sähköverkoissa suurilla virroilla avoimien koskettimien välillä tapahtuu usein kaaria. Valokaarikontaktien kuluminen riippuu monista tekijöistä. Näistä voidaan kostaa seuraavat tekijät: verkkojännite, virran tyyppi ja suuruus, magneettikentän voimakkuus, piirin induktanssi, kosketinmateriaalien fysikaaliset ominaisuudet, syklin kytkentätaajuus, koskettimen luonne, koskettimen avautumisnopeus.

Koskettimien välinen valokaari syttyy tietyllä jännitearvolla.Valokaarisammutuslaitteiden läsnä ollessa, jotka aiheuttavat kaaren liikettä, kaari sekoittuu koskettimista, kun koskettimien väliin tulee 1 - 2 mm:n rako, joka ei liity jännitteen suuruuteen. Siksi koskettimien kuluminen on käytännössä riippumatonta jännitteestä. Jännitteen vähimmäisarvot, joilla kaari syntyy useille koskettimina käytetyille metalleille, on annettu taulukossa. 1.

Taulukko 1. Vähimmäiskaaren jännite ja virta valituille metalleille

Piirin parametrit Kosketinmateriaali Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Minimivirta, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Minimijännite, V 15 12 13 14 14 17 15 14

Koskettimien kuluminen lisääntyy katkaisuvirran kasvaessa. Tämä riippuvuus on lähellä lineaarista. Samanaikaisesti virran muutos johtaa ulkoisen magneettikentän muutokseen, mikä vaikuttaa koskettimien kulumisen luonteeseen. Koskettimien kuluminen on voimakkaampaa tasavirralla, mikä liittyy valokaaren sammumisen viiveeseen. Tasavirralla koskettimet kuluvat epätasaisesti.

Valokaarisammutuslaitteissa kaaren liike tapahtuu magneettikentässä, jonka muodostaa virtaa kuljettava johdin. Magneettikentän voimakkuuden kasvaessa kaaren vertailupisteiden liikenopeus kasvaa. Samalla koskettimet kuumenevat vähemmän ja sulavat, ja kuluminen vähenee. Kuitenkin, kun avoimien koskettimien välissä esiintyy sulan metallin kannake, magneettikentän voimakkuuden kasvu lisää sähködynaamisia voimia, jotka pyrkivät työntämään sulan metallin ulos kosketusraosta.Tämä lisää koskettimien kulumista.

Koskettimien kulumiseen vaikuttaa piirin induktanssi, koska se liittyy piirin aikavakioon ja virran muutosnopeuteen. Vakiovirtapiirissä induktanssin lisääminen voi vähentää kulumista, kun koskettimet ovat kiinni, koska virta nousee hitaammin eikä saavuta maksimiarvoaan koskettimien pudotessa.

Vaihtovirtapiirissä induktanssin lisääminen voi lisätä ja vähentää oikosulkukulumista. Se riippuu siitä, milloin kontaktit hylätään. Kun koskettimet avautuvat, piirin induktanssi vaikuttaa kulumiseen, jos se vaikuttaa virtaan ja valokaaren sammumisaikaan.

Voimakkaampaa kulumista havaitaan puhtaista kontaktimateriaaleista (kupari, hopea) valmistetuissa koskettimissa ja vähenee merkittävästi tulenkestäviä komponentteja sisältävistä seoksista (kupari-volframi, hopea-volframi) valmistetuissa koskettimissa.

Hopealla on suhteellisen korkea kulutuskestävyys virroilla 63 A asti, 100 A:n ja sitä suuremmilla virroilla kulutuskestävyys laskee, ja 10 kA virroilla siitä tulee yksi vähiten kulutusta kestävistä materiaaleista.

Koskettimien kuluminen lisääntyy kytkentätaajuuden kasvaessa. Mitä useammin laite kytketään päälle, sitä enemmän koskettimet kuumenevat ja niiden eroosionkestävyys heikkenee. Koskettimen avautumisnopeuden lisääminen lyhentää valokaariaikaa ja vähentää koskettimien valokaaren kulumista.

Sähkökoskettimien parametrit (vika, ratkaisu, paine) ja koskettimen luonne (piste- tai tasokosketin, vääntynyt kosketin) vaikuttavat sekä mekaaniseen kulumiseen että sähköiseen kulumiseen.Esimerkiksi kontaktiratkaisun kasvaessa niiden kuluminen lisääntyy, kun lämpöenergian vapautuminen kaarisylinterissä lisääntyy.

Kuluneet sähkökoskettimet voivat johtaa huonoon kosketukseen ja kontaktiliitäntöjen katkeamiseen. Tämä voi aiheuttaa kytkinlaitteen ennenaikaisen vian. Koskettimien kulumiseen vaikuttaa niiden hylkääminen sähködynaamisten voimien vaikutuksesta.

Shterbakov E.F.