Desgaste dos contatos elétricos

Durante a operação, os contatos de comutação são frequentemente ligados e desligados. Isso leva ao desgaste. O desgaste dos contatos é permitido para que não cause mau funcionamento do dispositivo até o final da vida útil.

O desgaste do contato é a destruição da superfície de trabalho dos contatos com alteração de sua forma, tamanho, peso e redução da imersão.

O desgaste dos contatos elétricos, que ocorre sob a influência de fatores mecânicos, é chamado desgaste mecânico... Os contatos dos seccionadores estão expostos ao desgaste mecânico - dispositivos que abrem o circuito elétrico sem carga. O desgaste se manifesta na forma de esmagamento e achatamento dos contatos das extremidades e desgaste das superfícies de contato cortadas.

Para reduzir o desgaste mecânico, os contatos móveis ou fixos são fornecidos com uma mola que pressiona o contato até o fim na posição desligada do dispositivo, eliminando a possibilidade de vibrações do contato.Na posição ligado, o contato, que possui uma mola, se afasta do batente e a mola pressiona os contatos um contra o outro, fornecendo pressão de contato.

O desgaste mais intenso ocorre sob a influência de fatores elétricos, na presença de uma carga de corrente. Esse desgaste é chamado de desgaste elétrico ou erosão elétrica.

A medida mais comum de desgaste de contato elétrico é a perda volumétrica ou de peso do material de contato.

Os contatos projetados para comutar circuitos elétricos sob carga estão sujeitos a desgaste mecânico e elétrico. Além disso, os contatos se desgastam devido à formação de filmes em sua superfície de vários compostos químicos do material dos contatos com o meio ambiente, o que é chamado de desgaste químico ou corrosão.

Quando um circuito elétrico é comutado com uma carga elétrica, ocorre uma descarga elétrica nos contatos, que pode se transformar em uma poderosa arco eletrico.

Fechando o processo de desgaste

Quando os contatos se tocam no processo de fechamento, o contato da mola é jogado para trás sob a influência de forças elásticas. Pode haver várias rejeições de contato, ou seja, vibração de contato com amplitude amortecida é observada. A amplitude das vibrações diminui com cada impacto subsequente. O tempo de rejeição também é reduzido.

Vibração dos contatos quando o dispositivo é ligado: x1, x2 — amplitude das rejeições; t1, T2, T3 — perda de tempo

Quando os contatos são ejetados, um curto arco é formado, derretendo os pontos de contato e vaporizando o metal. Nesse caso, um aumento da pressão dos vapores metálicos é criado na zona de contato e o contato "trava" no fluxo desses vapores.O tempo para fechar o contato é aumentado.

O desgaste dos contatos elétricos quando ligados depende da depressão inicial no momento do contato dos contatos, da rigidez da mola que cria a pressão de contato e das propriedades físicas dos materiais de contato.

Empurrão inicial dos contatos no momento do contato — esta é a força que neutraliza a rejeição dos contatos quando eles colidem. Quanto maior esta força, menor será a amplitude e o tempo de rejeição, menor será a vibração dos contatos e seu desgaste. À medida que a rigidez da mola aumenta, a rejeição de contato diminui e o desgaste de contato diminui.

Quanto maior o ponto de fusão do material de contato, menor o desgaste do contato. Quanto maior a corrente no circuito comutado, maior o desgaste dos contatos.

Processo de desgaste aberto

No momento da abertura dos contatos, a pressão de contato é reduzida a zero. Nesse caso, a resistência de contato aumenta e a densidade de corrente no último ponto de contato aumenta. O ponto de contato derrete e um istmo (ponte) de metal fundido se forma entre os contatos divergentes, que então se rompe. Uma faísca ou arco pode ocorrer entre os contatos.

Sob a influência de alta temperatura durante a ejeção, parte do metal do istmo de contato é vaporizada, parte é ejetada da lacuna de contato na forma de respingos e parte é transferida de um contato para outro. Os fenômenos de erosão são observados nos contatos - o aparecimento de crateras neles ou a aderência do metal.O desgaste dos contatos depende do tipo e magnitude da corrente, da duração da queima do arco e do material dos contatos.

Com corrente contínua, a transferência de material de um contato para outro ocorre de forma mais intensa do que com corrente alternada, pois a direção da corrente no circuito não muda.

Em correntes baixas, a erosão dos contatos é causada pela destruição do istmo de contato não no meio, mas mais próximo de um dos eletrodos. Mais frequentemente, a interrupção do istmo de contato é observada no ânodo - o eletrodo positivo.

Observa-se uma transferência de metal para o eletrodo mais distante do ponto de fusão, geralmente o cátodo. O metal transferido solidifica no cátodo na forma de saliências afiadas que pioram as condições de contato e reduzem a folga entre os contatos no estado aberto. A quantidade de erosão é proporcional à quantidade de eletricidade que passou pelos contatos durante a descarga de faísca. Quanto maior a corrente e o tempo de queima do arco, maior a erosão dos contatos.

Em altas correntes em redes elétricas industriais, arcos freqüentemente ocorrem entre contatos abertos. O desgaste do contato do arco depende de muitos fatores. Entre eles, os seguintes fatores podem ser vingados: tensão da rede, tipo e magnitude da corrente, intensidade do campo magnético, indutância do circuito, propriedades físicas dos materiais de contato, frequência de comutação do ciclo, natureza do contato do contato, velocidade de abertura do contato.

O arco elétrico entre os contatos se inflama em um determinado valor de tensão.Na presença de dispositivos de extinção de arco causando o movimento do arco, o arco se misturará dos contatos quando aparecer uma folga entre contatos de 1 - 2 mm, que não está relacionada à magnitude da tensão. Portanto, o desgaste dos contatos é praticamente independente da tensão. Os valores mínimos de tensão em que ocorre um arco elétrico para vários metais usados ​​​​como contatos são dados em uma tabela. 1.

Tabela 1. Tensão e corrente mínimas do arco para metais selecionados

Parâmetros do circuito Material de contato Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Corrente mínima, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Tensão mínima, V 15 12 13 14 14 17 15 14

O desgaste dos contatos aumenta à medida que a corrente de interrupção aumenta. Esta dependência é quase linear. Ao mesmo tempo, a mudança na corrente leva a uma mudança no campo magnético externo, o que afeta a natureza do desgaste do contato. O desgaste dos contatos é mais intenso em corrente contínua, o que está relacionado ao retardo na extinção do arco. Com corrente contínua, os contatos se desgastam de forma desigual.

O movimento do arco em dispositivos de extinção de arco ocorre em um campo magnético criado por um fio condutor de corrente. À medida que a força do campo magnético aumenta, a velocidade de movimento dos pontos de referência do arco aumenta. Ao mesmo tempo, os contatos esquentam menos e derretem, reduzindo o desgaste. No entanto, quando ocorre um istmo de metal fundido entre os contatos abertos, o aumento da intensidade do campo magnético aumenta as forças eletrodinâmicas que tendem a ejetar o metal fundido da lacuna de contato.Isso leva a um maior desgaste dos contatos.

O desgaste do contato é afetado pela indutância do circuito, pois está relacionado à constante de tempo do circuito e à taxa de variação da corrente. Em um circuito de corrente constante, aumentar a indutância pode reduzir o desgaste quando os contatos estão fechados porque a corrente sobe mais lentamente e não atinge seu valor máximo quando os contatos caem.

Em um circuito CA, o aumento da indutância pode aumentar e diminuir o desgaste por curto-circuito. Depende de quando os contatos são descartados. Quando os contatos se abrem, a indutância do circuito afeta o desgaste se afetar a corrente e o tempo de extinção do arco.

O desgaste mais intenso é observado nos contatos feitos de materiais de contato puros (cobre, prata) e diminui significativamente nos contatos feitos de ligas com componentes refratários (cobre — tungstênio, prata — tungstênio).

A prata tem resistência ao desgaste relativamente alta em correntes de até 63 A, em correntes de 100 A e superiores, a resistência ao desgaste diminui e em correntes de 10 kA torna-se um dos materiais menos resistentes ao desgaste.

O desgaste dos contatos aumenta com o aumento da frequência de comutação. Quanto mais o dispositivo é ligado, mais os contatos esquentam e sua resistência à erosão diminui. Aumentar a velocidade de abertura do contato encurtará o tempo de arco e reduzirá o desgaste do arco nos contatos.

Os parâmetros dos contatos elétricos (falha, solução, pressão) e a natureza do contato (ponto ou contato plano, contato distorcido) afetam tanto o desgaste mecânico quanto o desgaste elétrico.Por exemplo, à medida que a solução de contato aumenta, seu desgaste aumenta, pois a liberação de energia térmica no cilindro do arco aumenta.

Contatos elétricos gastos podem levar a um contato ruim e perda de conexões de contato. Isso pode causar falha prematura do dispositivo de comutação. O desgaste dos contatos é afetado por sua rejeição sob a influência de forças eletrodinâmicas.

Shterbakov E.F.