第3章 电接触与触头.pdf
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1、第3章电接触与触头,第一节概述:第二节 接触电阻及其影响因素三节 电接触在长期工作中的问题第T概述一、什么是电接触电器的导电回路总是由若干元件构成,其中,两个零 件通过机械连接方式互相接触而实现导电的现象称为 电接触现象。二、电接触的分类1)固定电接触:用螺丝、钾钉夹 紧件将导电元件紧固在一起,无相对 运动的连接。如各种电器的出线端与母线的连 J 接;输配电线路中线夹与导线、导线 G 与电缆头的连接;弱电中的插接件等。2)滑动及滚动接触:一种可动但不可分的接触,接触元件间 可相互滑动或滚动。如开关电器中的中间触头、电机的电刷与滑环及电车的供电等。3)可分接触:机械式开关电器特有的电接触现象,电
2、路的接通 与开断必然伴随导电件的闭合与分离,这是靠开关的触头来完成 的,可动的导电件叫动触头,不动的叫静触头,为了加快触头间 的电压耐受能力,也有两个触头同时运动,相向拉开的。2000A捆绑式梅花触头三.对电接触的主要要求X 电器的电接触,特别是可分触头的工作可靠性是很重要的。如果触头的材料、结构或制造质量不好,触头在工作过程中就 会发生严重损坏或因电弧而熔焊,电器工作的可靠性就无 法保证。1)在长期工作中,要求电接触在长期通过额定电流时,温 升不超过一定数值。接触电阻要求稳定。2)在短时通过短路电流时,要求电接触不发生熔焊或触头 材料的喷溅等。3)在关合过程中,要求触头能关合短路电流,不发生
3、熔焊 或严重损坏。4)在开断过程中,要求触头在开断电路时电磨损尽可能小.第二节接触电阻及其影响因素一、接触电阻口实验:导体电阻:R=U/I接触电阻:4=4/口产生接触电阻的原理:1)接触面积变小:放大观察,任何精细加工的固体表面,其微观 结构总是粗糙不平的,即使外加很大的接触压 力也只有为数不多的点实际接触。R oc=1/5当电流通过两接触面的导电点时,电流线必然 收缩。卜收缩电阻与2)表面覆盖物:电接触的接触面上总会被一些导电性能很差的物质覆盖。由于这种原因出现的电阻增大称为表面电阻或膜电阻居,接触表面的覆盖物可能是金属的氧化物、硫,物等。这是由于电接触材料与周围介质如空气、油等起化学作用而
4、生成的,也可能是落在接触表 面上的灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、水膜 等。对于断路器来说,金属的氧化物是主要的。Ag:0.016xW6Q-m Ag2O:lxW4Q-mCu:0.017x 1()6。加 Cu?0:5xl08Q-mAl:0.029x106。,加V Al2O3:lxlOloQ-m故,接触电阻:R=R+R j s m1-视在接触面2-实际接触面3-实际导电斑点二、接触电阻的影响因素及工程算法1.材料性质构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小。这些性质是材料的电阻率P,材料的布氏硬度修,材料的 化学性能以及金属化合物的机械强度与电阻率。理想材料:电阻率,小,硬度4小,高熔点,
5、不易氧化,造价低。1)银:电阻率与硬度与都小;低温下不易氧化,高温下银的 氧化物很容易还原成金属银;银的氧化物的电阻率也很低。从 减少接触电阻角度看,银是最理想的材料。但是,银的价格较 贵,因此高压电器中常采用铜镀银或镶银的方法。2)铜:电阻率与硬度比银略大;在室温下,在大气中或变压器 油中铜会氧化,铜的氧化膜厚度随温度增高而增加。从减小接 触电阻看,铜是仅次于银的材料。为了减小接触电阻,可以在 铜上镀银或镶银,也可以镀锡。锡的优点是硬度小,氧化膜的 机械强度低。Tulip contact in oil circuit breaker镀银Tulip contacts in SF6 circui
6、tbreaker3)铝:电阻率及硬度不算太高;铝的严重缺点是化学性质活泼.在空气中,室温条件下很容易生成又硬又厚的氧化膜,从而 使接触电阻增高。因此铝一般只用于固定接触,并常采用表 面覆盖锡的方法来减小接触电阻。4)金、轴、银等:这些贵重金属的优点是化学性能稳定,触头 表面不会产生不导电的薄膜。但是这类贵重金属材料价格昂贵,来源稀缺,不能大量使用,一般只用于低压电器中的弱电流触 实。5)鸽铜和鸽银复合材料:以高熔点金属铐与高导电金属铜、银 采用粉末治金的方法制成的铝铜和铝银复合材料具有导电性能 好,在电弧作用下烧损小的特点,是开关电器中广泛使用的触 头材料。铝铜复合材料价格较便宜,主要缺点是在
7、大气中易氧 化,接触电阻不稳定。适宜用在油断路器和六氟化硫断路器中。常用的是含鸽量为80%的鸽铜复合材料。鸦银复合材料通常用 于对接式的触头上,接触电阻稳定但耐弧性能稍差。2.接触压力试验表明,在弹性变形范围内,愈小金属部分氧化膜部分接触压力愈大,接触电阻会并非越大越好!接触压力达一定值后,接触压力趋于稳定,因此书大的接触压力也没有必要,对于可分合接触是更有害 而无益。3.接触形式接触的形式很多,按触头外形的几何形状不同,可分为点接 触、线接触和面接触三类。1)点接触:一个球面与一个平面或两个球面相接触,从几何 学角度看,两面接触于一点,所以称为点接触。当然,实际 建触面是在一个小面积内的若干
8、个接触点。0幺&也2)线接触:一个圆柱面与一个平面相接触,从几何学角度看,曲面接触在一条直线上,所以称线接触。当然,实际接触面 是分布在狭长区域内的若干个接触点。3)面接触:两平面相接触,从几何学角度看,接触面是一个 平面,所以称为面接触。当然,实际接触面是分布在若干处 的很多个接触点。/面 于线 Rjn线 Rm点收缩电阻:&X3 膜电阻:压力F一定时,0=凡+段与接触形式及压力F有关试验表明,在一定范围内且压力相同时,线接触的接触电阻比 点、面接触都低。这是因为点接触的接触点少、压强大,面接 触的接触点多、压强小,线接触压力强度和接触面积得到了较 适当的配合,故线接触广泛用于高压开关电器的可
9、动接触中,而面接触多用于固定连接。4.接触表面加工情况口接触表面可以是粗加工(机械),也可以是精加工(研 磨)。加工精度对接触电阻有一定影响,它表现在接触点数 的多少不同。口但实践表明,过于精细的表面加工对于降低接触电阻未必 是有利的。要综合考虑接触形式、接触压力等情况。材料接触电阻F=107V/=1000 N机加工1304机加工,表 面有油3403研磨加工19001研磨加工,表面有油280065.接触电阻的工程计算方法从上面的分析中我们可以看到,影响接触电阻的因素很多,要准确的计算接触电阻是很困难的,通常只能用经验公式估算。Rj=与接触材料、表面加工等有关,由齐一实验确定 g)、一与接触形式
10、 有关r点接触:m=0.5J线接触:m=0.75m=0.80.95合金_/系数K值:、面接触:接触材料银-银铜-铜铜-铜(镀锡)铝-铜铝-黄铜K6080-1401009801900第三苴电接触在长期工作中的问题长期工作中的主要问题:发热卜与接触电阻异常恶化有关熔焊J磨损所谓触头磨损是指触头在长期的通流与合分动作过程中,因污染、腐蚀、机械撞击及电弧的烧蚀(熔化、飞溅、气化)等作用使触头导电状态严重恶化甚至产生变形、材料脱落 丢失等现象。口磨损的结果又加剧发热和熔焊的发生。一、接触电阻的异常恶化问题 4的大小直接影响触头温度及工作可靠性,设计和维护 良好的断路器,4不应变化太大。新加工的触头,表面
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