Contatos em instalações elétricas e aparelhos elétricos

Os pontos de conexão dos elementos individuais que compõem qualquer circuito elétrico são chamados de contatos elétricos.

Contato elétrico — conexão de fios que permitem a passagem de uma corrente elétrica. Os contatos de formação de condutores de corrente são chamados de corpos de contato ou contatos positivos e negativos, dependendo de qual pólo da fonte de corrente eles estão conectados.

A palavra "contato" significa "toque", "toque". Em um sistema elétrico que combina vários dispositivos, máquinas, linhas, etc., um grande número de contatos é usado para conectá-los. A confiabilidade do equipamento e a operação do sistema dependem muito da qualidade das conexões de contato.

Classificação de contatos elétricos

Os contatos elétricos são fixos e móveis. Contatos fixos - todos os tipos de destacáveis ​​e integrais, projetados para conexão de fios de longo prazo. Os contatos destacáveis ​​são feitos por braçadeiras, porcas, parafusos, etc., integrais — por solda, soldagem ou rebitagem.Os contatos móveis são divididos em interrompidos (contatos de relés, botões, interruptores, contatores, etc.) e deslizantes (contatos entre o coletor e as escovas, contatos de interruptores, potenciômetros, etc.).

O tipo mais simples de contato elétrico é um par de contatos. Um tipo de contato difícil é, por exemplo, um contato que forma um duplo fechamento de circuito paralelo ou um duplo fechamento em série (o último é chamado de acoplamento). O contato que comuta o circuito quando o dispositivo é acionado é chamado de comutação. Um contato de comutação que interrompe o circuito no momento da comutação é chamado de contato de comutação e o que não interrompe o circuito no momento da comutação é chamado de contato transiente.

Dependendo da forma, os contatos elétricos são divididos em:

• ponto (topo — plano, esfera — plano, esfera — esfera), que são comumente usados ​​em dispositivos sensíveis e relés que comutam cargas menores;

• linear — ocorrem em contatos na forma de corpos cilíndricos e em contatos de pincel;

• planar — em equipamentos de comutação de alta corrente.

Normalmente os contatos são fixados em molas planas, as chamadas contato (feito de prata de níquel, fósforo e bronze de berílio e, menos frequentemente, aço), que estão sujeitos a altos requisitos quanto à constância de suas propriedades mecânicas ao longo de toda a vida útil do dispositivo, geralmente calculadas em dezenas e mais de um milhão de ciclos. Um conjunto de molas, feitas na forma de um bloco separado, que são acionadas simultaneamente, formam um grupo de contato (ou pacote).

Características de desempenho de conexões de contato elétrico

O contato dos contatos não ocorre em toda a superfície, mas apenas em pontos individuais devido à rugosidade da superfície de contato com qualquer precisão de seu processamento. Quase independentemente do tipo de contatos, o contato dos elementos de contato sempre ocorre em pequenas áreas.

Isso é explicado pelo fato de que a superfície dos elementos de contato não pode ser perfeitamente plana. Portanto, na prática, quando as superfícies de contato se aproximam, elas primeiro entram em contato com várias pontas (pontas) salientes e depois, mas com o aumento da pressão, ocorre a deformação do material de contato e esses pontos se transformam em pequenos playgrounds.

Linhas de corrente elétrica passando de um contato para o outro são atraídas para esses pontos de contato. Portanto, o contato introduz alguma resistência de contato adicional Rk no circuito conectado por ele.

Se a superfície de contato estiver coberta por um filme, então R é aumentado. No entanto, filmes muito finos (até 50 A) não afetam a resistência de contato devido ao efeito de tunelamento. Filmes mais espessos podem quebrar sob força de contato ou tensão aplicada.

A falha elétrica dos filmes de contato é chamada fritting. Se os filmes não forem destruídos, então Rk é determinado principalmente pela resistência dos filmes. Imediatamente após a separação de um contato, bem como com força de contato e tensão suficientes no circuito de contato, sua resistência é determinada principalmente pela resistência das zonas de contração.

Quanto maior a força aplicada aos contatos e mais macio o material, maior a área de contato total das superfícies de contato e, portanto, menos ativo resistência elétrica na junção (na zona da camada de transição entre as superfícies de contato). Essa resistência ativa é chamada de resistência transitória.

Resistência transitória — um dos principais parâmetros da qualidade dos contatos elétricos, pois caracteriza a quantidade de energia absorvida no composto de contato, que se transforma em calor e aquece o contato. A resistência de contato pode ser fortemente influenciada pela forma como as superfícies de contato são tratadas e suas condições. Por exemplo, um filme de óxido de formação rápida em contatos de alumínio pode aumentar significativamente a resistência de contato.

Quando a corrente passa pelos contatos, eles são aquecidos e a maior temperatura é observada na superfície de contato devido à presença de resistência de transição. Como resultado do aquecimento do contato, a resistência do material de contato e, consequentemente, a resistência da transição.

Além disso, um aumento na temperatura de contato promove a formação de óxidos em sua superfície, o que aumenta ainda mais significativamente a resistência transiente. E embora com o aumento da temperatura o material de contato possa amolecer um pouco, o que está associado ao aumento da superfície de contato, em geral, esse processo pode levar à destruição dos contatos ou à sua soldagem. Este último, por exemplo, é muito perigoso para contatos abertos, pois com isso o aparelho com esses contatos não conseguirá desligar o circuito. Portanto, para diferentes tipos de contatos, é determinada uma temperatura máxima permitida com uma longa corrente fluindo através deles.

Para reduzir o aquecimento, é possível aumentar a massa do metal dos contatos e sua superfície resfriada, o que aumentará a dissipação de calor. Para reduzir a resistência de contato, é necessário aumentar a pressão de contato, escolher o material e o tipo de contato adequados.

Por exemplo, recomenda-se que os contatos abertos destinados ao uso externo sejam feitos de materiais levemente oxidáveis ​​ou cubram sua superfície com uma camada anticorrosiva. Tais materiais incluem, em particular, prata, que pode ser usada para revestir superfícies de contato.

Contatos inquebráveis ​​de cobre podem ser estanhados (superfícies estanhadas são mais difíceis de oxidar). Para os mesmos fins, as superfícies de contato são cobertas com um lubrificante, por exemplo, vaselina. Contatos imersos em óleo são bem protegidos contra corrosão sem outras medidas especiais. Isso é usado em disjuntores de óleo.

A operação de qualquer elétrico consiste em 4 estágios - estado aberto, curto-circuito, estado fechado e abertura, cada um dos quais afeta a confiabilidade do contato.

No estado aberto, o ambiente externo atua no contato elétrico e, como resultado, formam-se filmes em sua superfície.

No estado fechado, quando os contatos são pressionados e a corrente passa por eles, eles aquecem e se deformam; em algumas condições, se os contatos superaquecerem, pode ocorrer soldagem.

Quando os contatos se fecham e se abrem, ocorrem fenômenos de ponte ou descarga, acompanhados de evaporação e transferência do contato metálico, alterando sua superfície. Além disso, o desgaste mecânico é possível. contatos resultantes de batidas e deslizamentos uns contra os outros.

À medida que os contatos se aproximam a distâncias muito pequenas, mesmo em pequenas tensões da fonte de energia, o gradiente de campo torna-se tão grande que a rigidez dielétrica da lacuna se rompe e ocorre a quebra. Se houver partículas estranhas na superfície, especialmente as que contêm carbono, quando elas entram em contato, ocorre a evaporação e são criadas as condições para o descarte.

A abertura costuma ser a parte mais difícil do trabalho. contato elétrico Dependendo dos parâmetros do circuito (R, L e C) e da magnitude da tensão aplicada na abertura, ocorrem fenômenos que causam o desgaste dos contatos. Se a tensão do circuito for maior que a tensão Upl, onde o metal dos contatos derrete, após a separação deles, a força de contato diminui e, portanto, a área de contato, a resistência e a temperatura aumentarão.

Quando a temperatura excede o ponto de fusão do metal, uma ponte de metal fundido se formará entre as superfícies de contato, esticando gradualmente e quebrando no ponto mais quente. A alta temperatura na ruptura da ponte facilita o início da ejeção.

A própria ponte só existe em circuitos ôhmicos com tensões de alimentação abaixo da tensão do arco. Se houver indutância no circuito, as sobretensões causadas por ela no momento da interrupção da corrente contribuem para o aparecimento de uma faísca nas correntes abaixo das correntes de arco e nas correntes acima das correntes de arco - arcos. Como quase sempre há indutância no circuito, as pontes são, na maioria dos casos, acompanhadas por uma descarga. Tensão mínima de faísca na tomada elétrica — 270-300 V.

Contatos de qualquer tipo devem fornecer não apenas operação contínua sem superaquecimento inaceitável em condições normais, mas também a resistência térmica e eletrodinâmica necessária no modo de curto-circuito. Os contatos de interrupção móveis também não devem ser destruídos pela alta temperatura do arco elétrico que se forma quando são abertos e fechados de forma confiável sem solda e derretimento quando ligados por um curto-circuito. As medidas discutidas acima também contribuem para o cumprimento desses requisitos.

Contatos metalocerâmicos, que é uma mistura de pós de cobre triturados com tungstênio ou molibdênio e prata com tungstênio.

Tal composto possui simultaneamente boa condutividade elétrica devido ao uso de cobre ou prata e o alto ponto de fusão devido ao uso de tungstênio ou molibdênio.

Existe outra forma de eliminar a contradição existente, que consiste no fato de que materiais com boa condutividade elétrica (prata, cobre, etc.), via de regra, possuem ponto de fusão relativamente baixo, e materiais refratários (tungstênio, molibdênio) possuem uma baixa condutividade elétrica. Este é o uso de um sistema de contato duplo que consiste em contatos de operação e arco conectados em paralelo.

Os contatos de trabalho são feitos de material com alta condutividade elétrica e contatos de arco - feitos de material resistente ao fogo. No modo normal, quando os contatos estão fechados, a maior parte da corrente flui pelos contatos de trabalho.

Quando o circuito é desenergizado, os contatos de operação abrem primeiro, seguidos pelos contatos de arco.Portanto, de fato, o circuito é interrompido por contatos de arco, para os quais mesmo a corrente de curto-circuito não representa um grande perigo (para correntes de curto-circuito significativas, dispositivos especiais de arco são usados ​​adicionalmente).

Quando o circuito é ligado, os contatos de arco são fechados primeiro, seguidos pelos contatos de operação. Assim, os contatos operacionais na verdade não quebram ou fecham o circuito completamente. Isso elimina o perigo de derretimento e soldagem.

Para eliminar a possibilidade de abertura espontânea de contatos de esforços eletrodinâmicos quando circulam correntes de curto-circuito, os sistemas de contato são projetados para que as forças eletrodinâmicas nessas condições forneçam pressão de contato adicional e evitem possível derretimento e soldagem dos contatos no momento da ativação do circuito de curto-circuito, comutação acelerada.

Para eliminar o perigo de um impacto elástico significativo nas superfícies de contato, use a pré-pressão dos contatos com molas especiais... Nesse caso, é garantida uma alta velocidade de comutação e a eliminação de possíveis vibrações, pois a mola é pré- comprimido e depois de tocar os contatos, a força de empurrão começa a crescer não de zero, mas de um determinado valor especificado. modo, mas também a resistência térmica e eletrodinâmica necessária no modo de curto-circuito.

Os contatos de interrupção móveis também não devem ser destruídos pela alta temperatura do arco elétrico que se forma quando são abertos e fechados de forma confiável sem solda e derretimento quando ligados por um curto-circuito.As medidas discutidas acima também contribuem para o cumprimento desses requisitos.

Contatos feitos de metalocerâmica, que é uma mistura de pó de cobre moído com tungstênio ou com molibdênio e prata com tungstênio, são particularmente resistentes à ação destrutiva de um arco elétrico.

Tal composto tem boa condutividade elétrica devido ao uso de cobre ou prata e um alto ponto de fusão devido ao uso de tungstênio ou molibdênio.

Projetos básicos de contatos em instalações elétricas e dispositivos elétricos

A construção de juntas de contato inquebráveis ​​fixas (rígidas) deve garantir uma fixação confiável das superfícies de contato e uma resistência de contato mínima. É melhor conectar os pneus com vários parafusos menores do que com um grande, pois isso fornece mais pontos de contato. Ao conectar os pneus, a resistência de contato é menor do que ao usar parafusos, quando é necessário fazer furos nos pneus. A alta qualidade da conexão de contato é assegurada pela soldagem dos barramentos.

Contatos de interrupção móveis - um elemento básico de dispositivos de comutação... Além dos requisitos gerais para todos os contatos, eles devem ter resistência ao arco, a capacidade de ligar e desligar o circuito de forma confiável em caso de curto-circuito, bem como suportar um certo número de operações de comutação e desligamento sem danos mecânicos.

O contato mais simples desse tipo é um contato de corte plano. Quando engatada, a lâmina móvel entra entre as mandíbulas fixas com mola. A desvantagem desse contato plano é que o contato das superfícies de contato ocorre em vários pontos devido às irregularidades dessas superfícies.

Para obter um contato linear, saliências semicilíndricas são estampadas nas tiras de facas e, para aumentar a pressão, as tiras são comprimidas com uma braçadeira de aço com mola.Os contatos de abertura são mais usados ​​em disjuntores e seccionadores.

A parte de contato do contato de dedo auto-alinhado é feita na forma de dedos, na placa - na forma de placas, no final - na forma de um topo plano, no soquete - na forma de lamelas ( segmentos), na escova — na forma de escovas de cobre elástico, fino ou placas de bronze.

As partes de contato especificadas (peças) em vários projetos podem mudar, dentro de limites limitados, sua posição em relação aos contatos fixos. Conexões flexíveis de transporte de corrente são fornecidas para sua conexão elétrica confiável.

A estabilidade dos contatos de ruptura e a força de compressão necessária são geralmente alcançadas por meio de molas de lâmina ou helicoidais.

Contatos de dedo e contatos são usados ​​em dispositivos com tensões acima de 1000 V para várias correntes como contatos operacionais e de arco, e contatos planos são usados ​​como contatos operacionais. Os contatos finais são usados ​​para tensões de 110 kV e superiores, para correntes não superiores a 1 — 1,5 kA como contatos operacionais e de arco. Os contatos de escova são usados ​​​​em dispositivos para várias tensões e correntes significativas, mas apenas como contatos de trabalho, pois um arco elétrico pode danificar escovas relativamente finas.