Печать
Опубликовано: 31 марта 2014 31 марта 2014
Просмотров: 7069 7069

 Электрический контакт – соприкосновение тел, которое обеспечивает непрерывность электрической цепи, а также устройство, содержащее соприкасающиеся детали.

 

Электрический контакт твердых тел возникает при возникновении на их поверхностях участков, проводящих ток. Реальная площадь контакта в сотни раз меньше номинальной площади контактирующих поверхностей из-за шероховатости, неровности, наличия непроводящих пленок. При этом под воздействием нагрузки разные участки площади деформируются по-разному, электрический ток проходит только через пятна контакта, линии тока стягиваются к ним, в итоге возникает «сопротивление стягивания» (рис. 1).

 

Рис. 1. 

а – кажущаяся Аа и воспринимающая нагрузку Аb площади контакта;

б – сопротивление стягивания в электрическом контакте.

а – радиус контактного пятна;

заштрихованные области – с непроводящими пленками.

Сопротивление стягивания для контакта материалов с удельным сопротивлением ρ:

Rc=ρ/2a

 

На величину сопротивления стягивания, кроме геометрии контактирующих поверхностей, влияет также и частота тока. На переменном токе свой вклад в проводимость контактного пятна вносит скин-эффект, уменьшающий эффективную площадь прохождения тока. Эффективная толщина слоя проводника определяется глубиной проникновения электромагнитного поля δ: 

 

где f – частота поля, µ0=4π∙10-7 н/м – магнитная постоянная.

 

Расчеты показывают, что для определенного радиуса контактного пятна сопротивление стягивания снижается при увеличении частоты поля.

Таким образом, общее контактное сопротивление (переходное сопротивление) складывается из сопротивления стягивания единичного пятна, учета распределения пятен и деформации контактирующих поверхностей.

Проблема создания надежных электрических контактов до сих пор является не решенной. Трудность этой задачи заключается в следующем:

- Поскольку поверхности электрических контактов являются шероховатыми, а сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, то рабочая площадь электрического контакта заметно меньше его геометрических размеров. Форма неровностей поверхности, значительно влияет на величину переходного сопротивления и эксплуатационные свойства электрических контактов: износоустойчивость трущихся поверхностей, коррозионную устойчивость и др.

- Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу электрических контактов. В случае контакта между разнородными металлами, имеющими разные электрохимические потенциалы, при взаимодействии содержащихся в атмосфере различных оксидов (СО2, SO2 и др.) с влагой воздуха образуются растворы кислот, которые являясь электролитом, вызовут гальванический процесс между электродами контактной пары. Электрохимическая коррозия приведет к постепенному разрушению контактного соединения. Кроме того, с течением времени возможно окисление самих контактных поверхностей, приводящее к возрастанию переходного сопротивления.

- На долговечность электрических контактов также оказывают влияние такие факторы как: возможный перегрев площади контакта, фреттинг, электромиграция, различные коэффициенты термического расширения контактирующих проводников, сила тока и др.

Для уменьшения сопротивления контакта существуют следующие способы:

 

1.      Для болтовых соединений возможно использовать токоведущие шины с продольными разрезами на контактирующих поверхностях, разделяющими общую площадь соединения. Дзекцером Н.Н. показано, что за счет этого обеспечивается более равномерное распределение давления под болтами и повышается реальная площадь контакта. Переходное сопротивление шин с пазами ниже на 30-40%, чем при их отсутствии.

 

2.      Необходимо обеспечить параллельность контактных поверхностей, поскольку любое отклонение направлений при сборке приведет к снижению площади контакта, увеличению его сопротивления и нагрева. Также перед сборкой контактных соединений рекомендуется их предварительная зачистка.

 

3.      Выбранная величина давления должна обеспечивать необходимую площадь контакта, но не превышать предела упругости для предотвращения его механического отказа.

 

4.      Применение многоточечных контактных элементов из специальных упругих сплавов. Они формируют параллельные проводящие мостики и резко снижают переходное сопротивление. Эти элементы можно использовать и для электрических соединений из разнородных металлов. Для сильноточных контактов применение данного способа может потребовать значительного увеличения их площади, это будет определяться величиной номинального тока единичного многоточечного элемента.

 

5.      Использование специальных смазок и электропроводящих составов. Смазки защищают соединения от окисления, а также снижают нестабильность контактного падения напряжения, что приводит к повышению их надежности. Электропроводящие составы формируют множество проводящих цепочек между контактными поверхностями, защищают от окисления, тем самым снижая переходное сопротивление. Но при циклической нагрузке электрического соединения применение этих составов требует проведения дополнительных испытаний.