Täydellinen sähkökontakti, materiaalin ominaisuuksien, paineen ja mittojen vaikutus kosketusvastukseen

Kiinteät koskettimet tehdään useimmiten johtojen mekaanisella kytkennällä, ja kytkentä voidaan tehdä joko suoralla johtoliitännällä (esim. sähköasemilla väylät) tai välilaitteilla - puristimilla ja liittimillä.

Mekaanisesti muodostettuja kontakteja kutsutaan kiristäminenja ne voidaan koota tai purkaa häiritsemättä niiden yksittäisiä osia. Kiinnityskoskettimien lisäksi on olemassa kiinteitä koskettimia, jotka saadaan juottamalla tai hitsaamalla kytkettyjä johtimia. Kutsumme tällaisia ​​kontakteja kaikki metalli, koska niillä ei ole fyysistä rajaa, joka rajaa kaksi johtoa.

Toiminnassa olevien koskettimien luotettavuus, vastuksen vakaus, ylikuumenemisen ja muiden häiriöiden puuttuminen määräävät koko asennuksen tai linjan normaalin toiminnan, jossa koskettimet ovat.

Niin sanotun ihanteellisen kontaktin on täytettävä kaksi päävaatimusta:

• kosketusvastuksen on oltava sama tai pienempi kuin johtimen vastus samanpituisessa osassa;
• kontaktilämmityksen nimellisvirralla tulee olla yhtä suuri tai pienempi kuin vastaavan poikkileikkauksen omaavan langan lämmitys.

Vuonna 1913 Harris kehitti neljä lakia, jotka säätelevät sähkökoskettimia (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Kaikkien muiden ehtojen ollessa samat, koskettimen jännitehäviö kasvaa suoraan verrannollisesti virtaan. Toisin sanoen kahden materiaalin välinen kosketus käyttäytyy vastuksena.

2. Jos koskettimen pintojen kunto ei vaikuta, koskettimen jännitehäviö vaihtelee käänteisesti paineen kanssa.

3. Eri materiaalien välinen kosketusresistanssi riippuu niiden ominaisresistanssista. Matalaresistiivisilla materiaaleilla on myös alhainen kosketusvastus.

4. Koskettimien vastus ei riipu niiden alueen koosta, vaan riippuu vain koskettimen kokonaispaineesta.

Kosketuspinnan koon määräävät seuraavat tekijät: koskettimien lämmönsiirtoolosuhteet ja korroosionkestävyys, koska kosketus pienen pinnan kanssa voi tuhoutua helpommin syövyttävien aineiden tunkeutuessa ilmakehästä kuin kosketus suureen kosketuspinta.

Siksi puristuskoskettimia suunniteltaessa on tiedettävä paineen, virrantiheyden ja kosketuspinnan koon normit, jotka varmistavat ihanteellisen koskettimen vaatimusten täyttymisen ja jotka voivat vaihdella materiaalista, pintakäsittelystä ja kosketuksesta riippuen. design.

Kosketusvastukseen vaikuttavat seuraavat materiaalin ominaisuudet:

1.Materiaalin ominaissähkövastus.

Mitä suurempi kosketusresistanssi on, sitä suurempi on kontaktimateriaalin ominaisvastus.

2. Materiaalin kovuus tai puristuslujuus. Pehmeämpi materiaali muotoutuu helpommin ja muodostaa kosketuspisteitä nopeammin ja antaa siten vähemmän sähkövastusta pienemmällä paineella. Tässä mielessä on hyödyllistä peittää kovat metallit pehmeämmillä: tinalla kuparilla ja messingillä ja tinalla tai kadmiumilla raudalla.

3. Lämpölaajenemiskertoimet On myös tarpeen ottaa huomioon, koska niiden erojen vuoksi koskettimien materiaalien ja esimerkiksi pulttien välillä voi esiintyä lisääntynyttä jännitystä, joka aiheuttaa koskettimen heikomman osan plastisen muodonmuutoksen ja sen tuhoutumisen lämpötilan laskun myötä. .

Kosketinvastuksen määrä määräytyy pistekoskettimien lukumäärän ja koon mukaan ja riippuu (eri määrin) koskettimien materiaalista, kosketuspaineesta, kosketuspintojen käsittelystä ja kosketuspintojen koosta.

klo oikosulkuja koskettimien lämpötila voi nousta niin paljon, että pulttien ja koskettimen materiaalin epätasaisesta lämpölaajenemiskertoimesta johtuen voi syntyä materiaalin kimmorajan ylittäviä jännityksiä.

Tämä aiheuttaa löystymistä ja kosketustiheyden menetyksen. Siksi laskennassa on tarkistettava oikosulkuvirtojen aiheuttamat mekaaniset lisäjännitykset koskettimessa.

Kupari alkaa hapettua ilmassa huoneenlämpötilassa (20-30 °).Tuloksena oleva oksidikalvo ei pienen paksuutensa vuoksi muodosta erityistä estettä koskettimen muodostumiselle, koska se tuhoutuu koskettimia puristettaessa.

Esimerkiksi koskettimet, jotka ovat altistuneet ilmalle kuukauden ajan ennen asennusta, osoittavat vain 10 % enemmän vastusta kuin vastavalmistetut koskettimet. Kuparin voimakas hapettuminen alkaa yli 70 °:n lämpötiloissa. Koskettimet, joita pidettiin noin 1 tunti 100 °:ssa, lisäsivät vastustaan ​​50 kertaa.

Lämpötilan nousu kiihdyttää merkittävästi koskettimien hapettumista ja korroosiota johtuen siitä, että kaasujen diffuusio koskettimessa kiihtyy ja syövyttävien aineiden reaktiivisuus lisääntyy. Lämmityksen ja jäähdytyksen vuorottelu edistää kosketuksissa olevien kaasujen tunkeutumista.

Todettiin myös, että koskettimien pitkäaikaisen lämmityksen aikana virralla havaitaan syklinen muutos niiden lämpötilassa ja vastuksessa. Tämä ilmiö selittyy peräkkäisillä prosesseilla:

• kuparin hapettuminen CuO:ksi ja vastuksen ja lämpötilan nousu;
• ilman puutteessa siirtyminen CuO:sta Cu2O:han ja vastuksen ja lämpötilan lasku (Cu2O johtaa paremmin kuin CuO);
• lisääntynyt ilman pääsy, uusi CuO:n muodostuminen, vastuksen ja lämpötilan nousu jne.

Oksidikerroksen asteittaisen paksuuntumisen vuoksi havaitaan lopulta kosketusvastuksen kasvu.

Rikkidioksidin, rikkivedyn, ammoniakin, kloorin ja happohöyryjen läsnäolo ilmakehässä vaikuttaa paljon voimakkaammin kosketukseen kuparin kanssa.

Ilmassa alumiini peittyy nopeasti ohuella, erittäin kestävällä oksidikalvolla. Alumiinikoskettimien käyttö ilman oksidikalvon poistamista antaa korkean kosketusvastuksen.

Kalvon poistaminen normaaleissa lämpötiloissa on mahdollista vain mekaanisesti ja kosketuspinnan puhdistus tulee suorittaa vaseliinikerroksen alla, jotta ilma ei pääse puhdistetulle pinnalle. Tällä tavalla käsitellyt alumiinikoskettimet antavat alhaisen kosketusvastuksen.

Kosketuksen parantamiseksi ja korroosion estämiseksi kosketuspinnat puhdistetaan yleensä vaseliinilla alumiinin ja tinan kuparilla.

Suunniteltaessa puristimia alumiinijohtojen liittämiseen on otettava huomioon alumiinin ominaisuus "kutistua" ajan myötä, minkä seurauksena kosketus heikkenee. Tämä alumiinilankojen ominaisuus huomioon ottaen on mahdollista käyttää erityisiä jousiliittimiä, joiden ansiosta tarvittava kosketuspaine ylläpidetään yhteydessä koko ajan.

Kosketuspaine on merkittävin kosketusresistanssiin vaikuttava tekijä. Käytännössä kosketusresistanssi riippuu pääasiassa kosketuspaineesta ja paljon vähemmässä määrin kosketuspinnan käsittelystä tai koosta.

Kosketuspaineen nousu aiheuttaa:

• kosketusvastuksen vähentäminen:
• tappioiden vähentäminen;
• kontaktipintojen tiukka liimaus, mikä vähentää koskettimien hapettumista ja tekee liitoksesta siten vakaamman.

Käytännössä käytetään yleensä normalisoitua kosketuspainetta, jossa saavutetaan kosketusvastuksen stabiilisuus. Tällaiset optimaaliset kosketuspainearvot ovat erilaisia ​​eri metalleille ja kosketuspintojen eri tiloihin.

Tärkeä rooli on koko pinnan kosketustiheydellä, jolle on noudatettava ominaispainenormeja kosketuspinnan koosta riippumatta.

Kosketuspintojen käsittelyn tulee varmistaa vieraiden kalvojen poistaminen ja maksimaalinen pistekosketus pintojen koskettaessa.

Peittämällä kosketuspinnat pehmeämmällä metallilla, kuten tinaamalla kupari- tai rautakoskettimet, on helpompi saavuttaa hyvä kosketus alhaisemmilla paineilla.

Alumiinisille koskettimille paras käsittely on hioa kosketuspinta hiekkapaperilla vaseliinin alla. Vaseliini on tarpeen, koska ilmassa oleva alumiini peittyy hyvin nopeasti oksidikalvolla ja vaseliini estää ilman pääsyn suojattuun kosketuspintaan.

Useat kirjoittajat uskovat, että kosketusresistanssi riippuu vain koskettimen kokonaispaineesta, eikä se riipu kosketuspinnan koosta.

Tämä voidaan kuvitella, jos esimerkiksi kosketuspinnan pienentyessä kontaktipisteiden lukumäärän vähenemisestä johtuva kosketusresistanssin kasvu kompensoituu vastuksen vähenemisellä, joka johtuu niiden litistymisestä johtuen ominaisvastuksen kasvusta. kosketuspaine.

Tällainen kahden vastakkaisen prosessin vastavuoroinen kompensointi voi tapahtua vain poikkeustapauksissa. Monet kokeet osoittavat, että koskettimen pituuden pienentyessä ja jatkuvalla kokonaispaineella kosketusresistanssi kasvaa.

Puolitetulla kosketuspituudella saavutetaan vastuksen vakaus korkeammissa paineissa.

Koskettimen kuumenemisen vähentämistä tietyllä virrantiheydellä helpottavat seuraavat kosketinmateriaalin ominaisuudet: alhainen sähkövastus, korkea lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus sekä korkea kyky säteillä lämpöä koskettimien ulkopinnalle.

Eri metalleista valmistettujen koskettimien korroosio on paljon voimakkaampaa kuin samoista metalleista valmistettujen koskettimien, jolloin muodostuu sähkökemiallinen makropari (metalli A — märkäkalvo — metalli B), joka on galvaaninen kenno. Tässä, kuten mikrokorroosion tapauksessa, yksi elektrodeista tuhoutuu, nimittäin koskettimen osa, joka koostuu vähemmän jalometallista (anodista).

Käytännössä voi olla tapauksia, joissa johtoja yhdistetään eri metalleista, esimerkiksi kuparista alumiiniin. Tällainen kosketin voi ilman erityistä suojausta syövyttää vähemmän jalometallia, eli alumiinia. Itse asiassa kuparin kanssa kosketuksissa oleva alumiini on erittäin syövyttävää, joten kuparin ja alumiinin välinen suora sidos ei ole sallittua.