Что такое переходное сопротивление контактов и как его померить?

В электротехнике довольно часто появляется необходимость коммутации электро цепей. Каждое электромеханическое коммутирующее устройство имеет, как минимум, одну пару соединительных контактов.

Наперекор ожиданиям, очень часто можно наблюдать, что контакты греются. Вина этому считается переходное сопротивление контактов, от которого не получиться абсолютно избавиться.
Контактное пятно образуется в результате любого соприкасания проводников.

В точке соединения проводов всегда появляется сопротивление, которое превосходит величину удельных сопротивлений материалов проводника. Есть несколько причин подобного явления, о которых речь пойдёт в этой публикации.

А для начала узнаем, что предполагают под термином переходного сопротивления контактов.

Что это такое?

Сопротивление, возникающее в зоне соприкасания контактных поверхностей, при преодолении током точек касания, называется переходного сопротивления контактов. Говоря иначе – это скачкообразное увеличение активного сопротивления во время прохождения тока через контактное пятно.

Математически такое явления можно выразить как отношение падения напряжения на контактах к протекающему через них току: ?U/I
Как видно из формулы эта величина обратно пропорциональна силе контактного нажатия: Rn = ?/F, где ? – показатель, зависящий от физических параметров материала и чистоты обработки поверхности.

Эту зависимость можно показать на графике (рис. 1).

Переходное сопротивление контакта

Рис. 1. График зависимости от приложенной силы нажатия

Нагревание контактных поверхностей – одна из причин быстрого их износа. Благодаря этому наиболее прочным соединением считается такое, для которого сопротивление контактного перехода считается наиболее низким.

В совершенстве оно должно равняться нулю. Однако в силу ряда причин добиться такого значения В практических условиях нереально.

Причины появления

Для сплошного проводника справедлива формула: R = ? * ( l / S ), где ? – удельное сопротивление, l – длина, S – сечение проводника. Кажется, решение очень обычное – нужно сделать больше площадь контактных площадок в конструкции электрического аппарата. К большому сожалению, такое усовершенствование не решает задачи радикально.

И дело даже не в том, что использовать закон Ома к плоскостным контактам следует с учитыванием площади прикосновения поверхностей. Оказывается, что увеличение контактной площадки не очень площадь делает больше контактного пятна.
Если увидеть под микроскопом на поверхность плоской контактной площадки, то можно заметить неровности (рис.

2). Касание контактов происходит лишь в определенных точках. Даже подробная шлифовка мало помогает.

А дело все в том, что в результате замыкания и отключения питания контактов образуется искра (электродуга), которая повышает неровности контактных поверхностей.

Измерение контактных сопротивлений при помощи микромиллиомметра ИКС-1А

Рис. 2. Структура плоских контактных площадок
Внимание свое обратите на то, как возрастает контактное пятно под действием силы нажатия (рисунок с правой стороны).

Это объясняет причину зависимости сопротивления контактного перехода от нажатия, (график такой зависимости представлен на рисунке 1).

От чего обуславливается переходное сопротивление контактов?

Мы выяснили, что от площадей соприкасаемых поверхностей мало что зависит. На нагрев участка механического соединения оказывают влияние и прочие явления. К примеру, окисление меди приводит к повышению температуры нагрева на скрутках соединительных проводов.

Подобный процесс происходит также при соединении металлических проводников.
В результате окисления проводников на их поверхностях образуется тонкая оксидная плёнка.

С одной стороны, наличия пленок препятствует проникновению кислорода вглубь металла, предотвращая последующее его разрушение, если посмотреть по другому они считаются ещё одной основой роста переходных сопротивлений.
Когда медь окисляется, то на поверхности контактной площадки образуется устойчива плёнка. А это всегда приводит к увеличению сопротивляемости перехода.

Убрать дефект можно путём протирания контактов спиртом. Постоянная процедура чистки помогает содержать коммутационные устройства в важном состоянии.
Металлический контакт лучше подаётся влиянию контактного нажатия, благодаря пластичности этого металла.

Для увеличения силы нажатия используются болты, пружинные зажимы и разные клеммники.
Медные соединительные провода часто припаивают.

В местах спайки переходное сопротивление небольшое.
Подводя итоги, можем констатировать:

  1. Обычное соприкосновение контактных поверхностей не дает надёжного контакта, потому как соединение происходит не по всей поверхности, а лишь в немногих точках.
  2. на преодоление контактного перехода почти не оказывают влияние размеры и формы контактных площадок (см. график на рис. 3).
  3. Контактное нажатие значительно оказывает влияние на структуру перехода. Но, это влияние вырисовывается исключительно при сравнительно несущественных усилиях. После некоторого значения приложенной силы, вызвавшей смятие, сопротивляемость току стабилизируется.
  4. В течении определенного времени на алюминиевых и медных контактах образуется плёнки для защиты, увеличивающая сопротивление. Для борьбы с этим событием применяют сплавы, покрывают поверхности серебром. Окисление активизируется во время температурного повышения (для меди более 70 ?C). Температура со своей стороны зависит от токов нагрузки.
  5. Довольно активно на чистом воздухе окисляется алюминий. Оксидная плёнка алюминия обладает очень большим удельным сопротивлением.
Переходное сопротивление контакта

Рис. 3. Переходное сопротивление стали
Чтобы достичь необходимого результата, нужно брать во внимание системное влияние всех перечисленных выше факторов.

Микроометр ИКС 200А. Обзор и практика применения.

Правилами устройств электрических установок строго регламентируется сопротивление контактной группы. Нарушение таких требований может привести к авариям.

Нормы по ПУЭ 7

Правилами рассчитано соблюдение основных параметров, включая допустимые значения для контактных переходов. Измерения сопротивления постоянному току проводятся при испытаниях разъединителей и отделителей. Нормы по ПУЭ 7 просят, чтобы показания величин для отделителей и разъединителей, которые предназначены для работы под напряжением от 110 кВ, соответствовали данным заводов-производителей.

По правилам ПУЭ 7 для разъединителей типа РОН3, которые расчитаны на фактическое напряжение 400 – 500 кВ (при номинальном токе 2000 А) переходное сопротивление не должно быть больше 200 мкОм. Для ЛРН (110 – 220 кВ/ 600 А сопротивление контактов должно составлять 220 мкОм.

Требования для других типов отделителей, используемые в сетях 110 – 500 кВ:

  • Минимальному току 600 А отвечает сопротивление 175 мкОм;
  • 1000 А – 120 мкОм;
  • 1500 – 2000 А – самое большое допустимое сопротивление 50 мкОм.

Измерения осуществляются между точкой «контактный ввод» и на клемме «контактный вывод».

Переходное сопротивление контакта

Методика измерения

Можно применять формулу ?U/I и провести вычисления при помощи амперметра и вольтметра. Таким способом измеряют переходное параметры контактов мощных силовых выключателей. Для этого амперметр включают постепенно с контактами, а вольтметр параллельно.

Перед амперметром добавляют балластовый резистор, параметры которого выбирают таким образом, чтобы рабочий ток контактов подходил току контактного сопротивления (с учитыванием требований ПУЭ).
Эта процедура довольно громоздкая.

Разумно воспользоваться милиомметром.
При подборе прибора для измерения электрического (омического) сопротивления нужно брать во внимание следующие обстоятельства:

  1. Границы измерений должны пребывать в диапазоне контроля прибора.
  2. Нижний предел диапазона прибора для измерения электрического (омического) сопротивления должен начинаться от 10 мкОм.
  3. Измерительная погрешность работ не должна быть больше 0,5%.

Есть специализированные приборы, предназначающиеся для измерений переходного сопротивления контактов. Выше приведённые требования уже взяты в учет в этих приборах.

Один из измерителей показан на рисунке 4. Результат измерений отображается конкретно на цифровом дисплее.

Переходное сопротивление контакта

Рис. 4. Прибор для измерений METREL
При измерениях нужно брать во внимание засорение контактов и эксплутационную температуру агрегата.

Наличие посторонних включений на площадках контактов, так же как и заниженная температура может исказить показания измерителя в большую сторону. Дабы получить наиболее настоящие параметры, следует подбирать токи и напряжения, близкие по значению к номинальным, отличительным для определенного разъединителя.

Переходное сопротивление контакта

Необходимо также не забывать про то, что контакты обладают первоначальным непостоянным сопротивлением, которое уменьшается после прогрева.
Есть профессиональные приборы измерений, у которые можно настраивать мощность на выходе в очень больших пределах.

Они предоставляют более большую точность измерения.

Величина — переходное сопротивление — контакт (Техническая Энциклопедия том VII)

Величина переходного сопротивления контакта не должна быть больше более чем на 20% величину сопротивления сплошного участка этой цепи приблизительно аналогичный длины.
Величина переходного сопротивления контакта зависит от степени окисления соединяемых контактных поверхностей проводников. Металл контактов взаимодействует с внешней средой, кислородом воздуха, агрессивными тазами и влагой и вступает с ними в химические реакции, вызывая химическую коррозию металла.

Пленка окиси, образующаяся на металлические поверхности ( к примеру, алюминия) от воздействия воздуха и внешней среды, создается достаточно быстро и обладает огромным электрическим сопротивлением.
Величина переходного сопротивления контакта зависит от его конструкции, материала сопрекасающихся частей и силы прижатия их друг к другу. Контактные поверхности всегда имеют микроскопические возвышения и впадины; благодаря этому соприкосновение происходит только в отдельных точках-небольших площадках. Действительная площадь касания возрастает с увеличением силы прижатия контактов друг к другу.

Под влиянием силы прижатия металл в точках касания сминается и размеры площадок становятся больше, появляется соприкосновение в новых точках. Это приводит к уменьшению переходного сопротивления.
Проверка расстояния. Величина переходного сопротивления контактов выключателей ( на одну фазу) для масляных выключателей 200 а составляет не больше 350 мком и для выключателей 1000 а-100 мком.

Для всей цепи одной фазы воздушных выключателей сопротивление контактов должно быть не больше 500 мком.
Величина переходных сопротивлений контактов выключателей зависит от их типа.
На величину переходного сопротивления контакта, как показывают квалифицированные данные, влияет ряд причин. Оно зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактными элементами, величины поверхности их соприкасания и ее состояния, а еще температуры контакта.
На величину переходного сопротивления контакта, как показывают квалифицированные данные, влияет ряд причин: оно зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактными элементами, величины поверхности их соприкасания и ее состояния и температуры контакта.
На величину переходного сопротивления контакта влияет ряд причин. Сопротивление зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактами, величины поверхности соприкасания, состояния поверхности и температуры контакта.
Немалое влияние на величину переходного сопротивления контактов оказывает их окисление. Контакты, помещенные в масло, подвержены существенно меньшему окислению, чем работающие в воздухе.

Конструкция контактов должна быть такая, чтобы замыкание и отключение питания контактов сопровождалось трением одной поверхности о иную, что способствует их очищению от оксидной пленки.
Когда не так значительна величина переходного сопротивления контакта, как его постоянство ( к примеру, в измерительной аппаратуре), используют гальваническое осаждение палладия, содержащего проводимость электричества в семь раз меньшую, чем у серебра, но очень стойкого к химической коррозии и твёрдого.
При достаточно больших силах нажатия величина переходного сопротивления контактов меняется чрезвычайно не-значительно. Более того, через чур большие силы нажатия вызывают чрезмерные напряжения в материале контактных элементов, благодаря чему контакты утрачивают упругость и становятся менее прочными.
Если величины сопротивлений существенно превышают величину переходных сопротивлений контактов или ими можно пренебречь, измерения можно выполнять одинарным мостом. Одинарный мост постоянного тока имеет 4-ре плеча: в три плеча включены магазины сопротивлений, а в четвертое — измеряемое сопротивление.

В диагональ моста включают гальванометр и источник питания.
Вследствие большой величины сопротивления сеточной цепи изменение величины переходного сопротивления контакта не оказывает влияния на работу электронного реле.
В том случае, когда не так значительна величина переходного сопротивления контакта, как его постоянство ( к примеру, в измерительной аппаратуре), используют гальваническое осаждение чистого палладия, содержащего проводимость электричества в 7 раз меньше серебра, но очень стойкого к химической коррозии и твёрдого.
При необходимости померять сопротивление, величина которого соизмерима с величиной переходного сопротивления контактов, используют двойной мост. При помощи двойного моста ликвидируют влияние переходных сопротивлений и сопротивлений соединительных проводов на результат измерений.
Проверка быстродействующих переключающих устройств при их наладке состоит в измерениях контактного нажатия и величин переходных сопротивлений контактов, величины электрического сопротивления токоограничивающих сопротивлений, проверке работы контактов избирателя переключающего устройства и чередования работы контактов пускателя. Измерение контактного нажатия и переходных сопротивлений контактов переключающих устройств выполняется при ревизии избирателя и пускателя. Сопротивление контактов избирателя измеряется до заливки устройства переключения отводов трансформаторным маслом, когда доступ к контактам свободный.

Измерения делают на каждом контакте по очереди, переводя двигающиеся контакты переключателя с одной ламели на иную во время работы ручным приводом. Этот метод контроля позволяет, более того, зрительно следить за характером работы контактной системы избирателя. Номинальная сила нажатия контактных пружин для контактов избирателей равна 6 кгс; переходное сопротивление контактов избирателя порядка 20 мком.

При ревизии пускателя измеряются величины переходных сопротивлений его контактов, которые должны находиться в границах 10 — 20 мком, а еще величины токоограничивающих сопротивлений. При измерении щупы от микроомметра ( в случае использования мостовой схемы) или милливольтметра ( в случае использования метода падения напряжения) прикладываются конкретно к выводам токоограничивающих сопротивлений.

Проверка правильности работы переключающего устройства изготавливается на полностью собранном трансформаторе после измерения коэффициента трансформации и сопротивлений постоянному току.
В установленном выключателе контролируются безошибочность действия подвижной системы, одновременность замыкания контактов по фазам, величина давления в контактах, величина переходных сопротивлений контактов, время включения и выключения.
Так как сопротивление сеточной цепи очень велико ( порядка миллионов ом), то ни безусловная величина, ни изменение величины переходного сопротивления контактов ( много меньшего, чем сопротивление сеточной цепи) не оказывает влияние на работу электронного реле. Для простого же маломощного контакта, работающего без электронной лампы, его переходное сопротивление способен значительно оказывать влияние на величину электрического тока в цепи, замыкаемой контактом.
Зажимное усилие, вместе с остальными факторами ( материал электрода и контактных щек, состояние их поверхностей, температура) значительно оказывает влияние на величину переходного сопротивления контакта электрододержатель — электрод и определяет электрические потери в нем.
Стандартные конструкции проволочных переменных сопротивлений. Главное внимание при намотке обращается на плотную укладывание витков провода с достаточным и одинаковым усилием натяжения, что нужно для получения постоянного по величине переходного сопротивления контакта ползунка с проводом и плавности хода.
После того как произошла установка выключателей на опорные конструкции и со единения их с приводом проверяют действие всей подвижной систе мы, одновременность замыкания контактов по фазам, величин переходных сопротивлений контактов и время включения и отелю чения.
Нажатие контактов во время погружения их в масло приблизительно в 1 4 — 1 6 раза боль — шее вследствие вязкости масла и влияния продуктов разложения масла при большой температуре на величину переходного сопротивления контактов.
Не обращая внимания на большой ряд хороших сторон штепсельного контакта, рычажно-щеточный переключатель из-за причины исключительных удобств в работе находит на данный момент более большое применение ( фиг. Величина переходного сопротивления рычажно-щеточных контактов намного выше, чем у рычажного контакта и в среднем составляет 200 (J . Q, в отдельных же случаях может достигать величины в 500 и 1000 J.Q.

Для поддержки малого переходного сопротивления щеточного контакта его стоит поддерживать и чистоте и смааывать тоненьким слоем очень хорошего минерального масла. Вследствие наличия контактных сопротивлений и сопротивлений соединительных проводов сопротивление магазина при всех вставленных штепселях или при всех выведенных рычагах никогда не бывает равно нулю и составляет в большинстве случаев ок.
Измерением переходного сопротивления контактов выключателя проверяют его надежность, так как очень высокое переходное сопротивление может привести к перегреву контактов, их оплавлению и выходу выключателя из строя. Величина переходных сопротивлений контактов выключателей зависит от типа выключателя.
Переходное сопротивление всех стыков собранной колодки штепсельного разъема со вставкой должно быть не больше 0 002 Ом. Изменение величины переходного сопротивления контактов при вибрации разрешается не больше чем на 10% первоначального значения.
Пример зависимости переходного сопротивления от давления контактов.
При уменьшении давления кривая идет меньше, чем при увеличении, ввиду наличия остаточных деформирований материала контактов. Кривая приведена только для иллюстрации и ни в каком случае не носит многофункционального характера, но она представление дает о порядке величин переходных сопротивлений контактов. Действительные величины сопротивлений предрасположены существенному разбросу, тем более при давлениях, благодаря этому величины давлений контактов берутся не ниже 4 — 5 кГ, чтобы сопротивление проникало в область пологой части кривой, где разброс меньше.

Если есть наличие электрических токов в газах механизм образования пленок затрудняется, Под влиянием большой температуры разрядов появляются стекловидные смешанные окислы и нитриды, образующие неравномерные по толщине пленки, локализованные вблизи мест разрядов. Дальнейшие разряды могут вызвать выборочное разложение пленок и очищение контактной поверхности, но во многих случаях скорость образования пленок выше скорости очищения даже на контактах из драгоценных металлов. Наличие пленки значительно изменяет величину переходного сопротивления контактов.

Как правильно подключить СИП к автомату

Ниже приведены значения удельного сопротивления некоторых окислов, часто образующихся на поверхности контактов.
Такие значения обычны для режима трения при граничной смазке, что говорит о наличии на поверхности трения активных молекул, ориентировочно жирных кислот. В пользу этого предположения говорит величина переходного сопротивления контакта Обычные значения переходного сопротивления составляют единицы или десятки МОм. У контактов с исследованными ПАВ — содержащими средами эксгшуатационные характеристики сравнимы с параметрами контактов, в которых применяются промышленные смазочные материалы.

Подобным образом, экспериментальные результаты говорят о возможности использования биотехнодогических методов получения ПАВ-содержащих сред из отходов производства в сельском хозяйстве и продуктов переработки торфа В ходе дачьнейших работ разумно изучать влияние разных режимов экстракции на выход ПАВ из субстрата, например, провести исследования ультразвуковой экстракции.
По виду касания отличают размыкаемые контакты точечные, линейные и плоскостные. Поверхности контактов из-за шероховатости контактируют в ограниченном числе точек.

Величина переходного сопротивления контакта зависит от силы сжатия контактов, пластичности их материала, качества обработки поверхности и ее состояния, а еще от удельного сопротивления материала и вида касания.
Переходным сопротивлением именуется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-нибудь электрический аппарат, если есть наличие плохого контакта, к примеру, в соединительных местах и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов. При прохождении тока нагрузки в подобных местах за единицу времени выделяется определенное количество тепла, величина которого пропорциональна квадрату тока и сопротивлению места переходного контакта, какое может разогреваться до очень большой температуры. Если нагретые контакты контактируют с горючими материалами, то возможно их зажигание, а если есть наличие взрывчатой системы возможен взрыв.

В этом и состоит пожарная опасность переходных сопротивлений, которая усугубляется тем, что места с наличием переходного сопротивления сложно выявить, а защитные аппараты сетей и установок, даже идеально подобранные, не могут предупредить появление пожаров, так как ток в цепи не увеличивается, а нагрев участка с переходным сопротивлением происходит только вследствие увеличения сопротивления. Величина переходного сопротивления контактов зависит от материала, из которого они сделаны, геометрической формы и размеров, степени обработки поверхностей контактов, силы нажатия контактов и степени окисления. Особенно интенсивное окисление происходит в мокрой обстановке и с химически активными веществами, а еще при нагревании контактов выше 70 — 75 С.
При применении устройства РЭУВ-2 в цепях сигнализации или дистанционного управления силовыми механизмами используются простые пусковые кнопки или неизолированные провода. Контакты кнопки или провода подсоединяются к зажимам 10 и 12 управляющей цепи устройства. Реле срабатывает при нажатии на кнопку или соприкасания одного провода с иным.

В последнем варианте реле должно работает при любом фактически возможном переходном сопротивлении в месте соприкасания проводов. Величина переходного сопротивления контакта 2-ух стальных корродированных проводов находится в границах 0 — 1000 ом.

При подобных сопротивлениях между зажимами 10 и 12 цепи управления реле работает четко.
В конденсаторе с жидким электролитом анод имеет цилиндрическую форму или трубки, которые прессуются из мелкодисперсного порошка тантала, смешанного с искусственной смолой. Прессование выполняется под на гидравлике прессом, после этого заготовка подвергается спеканию в вакууме. При этом применяемая в качестве водного ингибитора смола должна полностью выгорать без зольного остатка при нагревании до 800 С. Эта технология дает возможность повысить активную поверхность анода если сравнивать с гладкой в 40 — 50 раз.

Рабочим электролитом служит раствор воды хлористого лития, который обладает малым удельным сопротивлением. Корпусы для этих конденсаторов изготавливаются из латуни или меди способом ударного выдавливания.

Поверхность внутри корпусов покрывается слоем серебра гальваническим путем, что делает лучше смачиваемость поверхности корпуса, уменьшает величину переходного сопротивления контакта между корпусом и электролитом, а еще увеличивает коррозийную стойкость материала корпуса в агрессивных электролитах.

Суперконт, Примаконт, Экстраконт, УВС, электропроводящие смазки, токопроводящие смазки

Переходное сопротивление контактов

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
1.Общие сведения.

2.Переходное сопротивление контактов

3.Влияние разных физических факторов на сопротивление контактов
4.

Недвижымые клиновые соединения
5.Недвижымые соединения которые неразъемны

6.Сборка клиновых соединений
7.

Сварные соединения.
8.

Соединения, ответвления и оконцевания жил проводов и кабелей
Общие сведения

Электрическим контактным соединением именуют такой конструктивный узел, с помощью которого выполняется со­единение 2-ух или нескольких проводников для перехода тока из одного в другой. Место соприкасания данных проводников, через которое проходит ток, именуется электрическим кон­тактом.
В электрических контактных соединениях место соприкос­новения проводников 1 и 2может быть образовано скрепле­нием всевозможными вариантами: болтами (рисунок 1, в и б), при помощи зажимов (рисунок1, в), прижима­нием их друг к другу, к примеру, пружиной П (рисунок 1,г).

Поверхность проводника, которая предназначена для соприко­сновения с поверхностью иного проводника, называется контактной поверхности.
Контактные соединения являются неотъемлемыми частями каждого электрического аппарата, оборудования, электролинии.

Ошибочная конструкция контактных соединений, небрежное выполнение их и плохое состояние могут быть причинами не только раз­рушения оборудования, но и аварий в месте их установки.

Переходное сопротивление контакта

Скрутка, СМК и винтовой зажим- сравнение переходного сопротивления.

Рисунок 1. Контактные соединения.
Большую сложность собой представляет выполнение контакта, надежно работающего при больших рабочих токах и токах короткого замыкания.

В электрических аппаратах используют разные по собственное­му конструктивному выполнению контактные соединения, кото­рые по рабочим условиям разделяют на три главных вида:
2) двигающиеся (размыкающиеся и за­мыкающиеся);
1. Недвижымые (жёсткие) контактные соединения пред­ставляют собой такие соединения, во время работы которых не про­исходит отделения (разграничения) одной контактной поверх­ности от другой.

Недвижымые контактные соединения выполняются во многих случаях путем механического соединения проводников болтами, заклепками и тому подоб­ными способами. Цельнометаллические недвижымые контакт­ные соединения получаются путем пайки или сварки.
Недвижымые контактные соединения применяются во всех электрических аппаратах для присоединения к ним внеш­них токоведущих частей (шин, проводов и т. п.), а еще для соединения отдельных внутренних токоведущих частей между собой.

2. Двигающиеся (размыкающиеся и замыкающиеся) кон­тактные соединения собой представляют такие соединения, в которых должно быть гарантировано отделение одной контакт­ной поверхности от другой так, чтобы электриче­ская цепь между ними была полностью прервана и при необ­ходимости вновь создана.
Размыкающиеся и замыкаю­щиеся двигающиеся контактные соединения, работающие для периодического отключения питания и замыкания электро цепей, используются в разных выключателях, контакторах, реле и множества прочих аппаратах. Они охватывают огромное количество разных видов контактных соединений, выделяющихся по от­ключаемой мощности, току и напряжению.

3. Скользящиеконтактные соединения — это такие соеди­нения, в которых должно быть гарантировано перемещение одной контактной поверхности по другой без нарушения между ними электрического контакта. Эти токоснимающие контактные со­единения используются не только в электрических машинах, но также и в аппаратах.

Во всех контактных соединениях нужно сжатие контактных поверхностей друг к другу с некоторой силой F. В недвигающихся соединениях сила обоюдного сжатия обес­печивается болтами, заклепками и т. п., а в разъемных и скользящих — в основном с помощью пружин.

Ко всем контактным соединениям предъявляют следую­щие ключевые условия:
надежность электрического соеди­нения,
достаточная механическая крепость,
перегрев не свы­ше допустимого значения при долгом протекании по ним минимального тока,
термическая и электродинамическая устой­чивости при протечке токов короткого замыкания,
устойчивость против внешних влияний.
Не считая данных общих требований к контактам разного рода в зависимости от конструкции предъявляют и иные условия.

Переходное сопротивление контактов
Наличие в контактных соединениях мест перехода из одно­го проводника в другой, как показали измерения, создаёт уве­личение электрического сопротивления если сравнивать со сплош­ным проводником подобных же размеров и формы.

Это сопротив­ление контакта именуется переходным сопротивлением.
Подобным образом, сопротивление контактного соединения RK состоит из 2-ух слагаемых: сопротив­ления металла контакта RM и переходного сопротивления Рп

(1)
Сопротивление самого металла контакта RM зависит от ма­териала контактов, размеров соединения и считается величиной постоянной.
При исследовании природы переходного сопротивления в большинстве случаев рассматривают территорию перехода между соприкасающи­мися контактными поверхностями.

При этом общепризнанным считается представление об электрическом контакте, не как о сплошном соприкосновении двух контактирующих по­верхностей (кажущиеся кон­тактные поверхности), а как о соприкосновении во многих отдельных точках, что обу­словлено шершавостью со­прикасающихся поверхно­стей.
На самом деле, как бы ни были тщательно обрабо­таны контактные поверхно­сти, они всегда имеют ми­кроскопические возвышения и впадины.

На рисунке 2,а показана в увеличенном ви­де граница между 2-мя контактными телами с со­прикасающимися выступами в точках А, Б, В.
Как видно из данного рисунка, в местах соприкасания проводников и в области, конкретно прилегающей к ним, ток идет через участки с сильно су­женным сечением, они собой представляют серьезное сопротивление. Отсюда и выражения — переходное сопротивление, или сопротивление сужения Rn.

Эти суженные сечения при­водят к местному увеличению плотностей тока, росту потери и падения напряжения.

Переходное сопротивление контакта

Рисунок 2. Соприкосновение 2-ух контактных поверхностей в сильно увеличенном виде
Если две поверхности наложены одна на иную без нажа­тия их один на один какой-нибудь внешней силой, то число точек соприкасания будет несущественно. Поскольку при соз­дании хорошего контакта поверхности контактных тел при­жимаются друг к другу с некоторой силой F, то в месте соприкасания происходит смятие материала и увеличение площади соприкасания.

Последнее явление ведет к возник­новению новых точек соприкасания. Размер и число подобных площадок зависят от надежности материала проводников и от силы обоюдного нажатия F.

Площадь соприкасания контактных поверхностей устанавливается следующей формулой:

(2)
где F — общая сила нажатия контактов, Н (кГ);
? — предел надежности материала на смятие, Н/ м2 (кГ\см 2 )( табл. 1).

Если представить микроскопические выступы контактирующих поверхностей в виде конусов, то перед началом соприкасания без приложения силы, состояние контакта будет таким, как показано на рисунке 2, б, а после приложения силы F — как на рисунке 2, в. Под действием силы нажатия вершина конуса сминается и обра­зуется простая площадка соприкасания S0 (рисунок 2,в), которая условно именуется контактной точкой или одното­чечным контактом.

Таблица 1 –Значение предела надежности материала на смятие

Материал кГ\см л Материал кг/см 2
Медь жесткая Медь мягкая Алюминий Серебро Платина Цинк Свинец Олово i 5 200 3 900 9 000 3100 7 800 4300 230 450 Золото Графит Молибден Никель Висмут Ванадий Сурьма Тантал 5 300 16 900 22 500 37 200 1 060 9 000

Переходное сопротивление Rп отдельного точечного контакта может быть определено, осно­вываясь на популярной из теоретической электробытовой техники формуле связи сопротивления между 2-мя элек­тродами и емкости между аналогичными электродами в вакууме:

(3)
где R—активное сопротивление проводника между дан­ными электродами, Ом;

— диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м;
? — удельная электрическая проводимость проводя­щей среды, 1/Омм;
С — емкость между электродами, Ф;

— удельное электрическое сопротивление проводящей среды, Омм.
Число точек соприкасания п зависит от силы взаим­ного нажатия контактов, т. е. n=f(F).В первый момент соприкосновение происходит в маленьком числе точек, ма­териал контакта сминается и площади простых кон­тактных поверхностей становятся больше, что одновременно приводит к сближению двоих контактных тел и возникнове­нию контактов в новых точках. Этот процесс не будет прекращаться до той поры, пока

не станет равным или больше ?. Впрочем увеличение усилия F на контакт не всегда даёт прямую зависимость роста числа точек соприкоснове­ния, а при конкретных значениях связано с деформацией материала контактов.
Выражение переходного сопротивления многоточечного контакта будет

(4)
где то — показатель, зависящий от рода материала контак­тов, способа обработки и состояния контактной по­верхности (табл. 2);
F — общая сила нажатия контактов, кГ;

т — показатель, зависящий от формы контактов, а в основном от числа точек соприкасания и лежащий в границах от 0,5 до 1 (табл. 3).
Таблица 2 — Значения коэффициента k

Материал проводников образующих контакт k Состояние контактной поверхности
Медь-медь (0,08—0,14) 10 -3 Очищенная от окислов
Медь—медь луженая . (0,07—0,1)10 -8 То же
Медь луженая—медь луженая 0,1.10 -3 В сухом состоянии
Медь луженая—медь луженая 0,07-10 -з Смазанная маслом
Медь луженая—медь луженая 0,03-10 -з Частично окисленная
Медь—медь (пальцевый контакт) 0,28-10 -з Очищенная от окислов
Медь—медь (щеточный контакт) 0,1-10 -з То же
Алюминий—алюминий 3—6,7-10 -з „ „
Алюминий—латунь 1,9-10 -8 „ я
Алюминий—медь 0,98-10 -з „ „
Алюминий—сталь 4,4 10 -3
Сталь-сталь 7,6 10 -з “ „
Сталь—медь 3,1-10 -з "
Сталь—серебро 0,06-10 -3 »

Таблица 3 — Значения коэффициента т

Вид контакта т
Поверхность—поверхность
Острие—поверхность 0,5
Шар—поверхность 0,5
Шар—шар 0,5
Щетка многолластинчатая — поверхность
Шинный контакт 0,5-0,7

Подобным образом, переходное сопротивление контакта Rn есть функция материала контакта, силы F обоюдного нажатия сопрекасающихся контактных поверхностей, состояния и фор­мы данных поверхностей.
Переходное сопротивление контакта по собственной природе при­ближается к металическому сопротивлению. Все-таки все контакты во время работы греются.

Под воздействием кислорода воздуха, азота, озона и прочих химических реагентов на поверхности контактов появляются разные пленки : окисные (Cu2O) и сульфидные (H2S), именуемые пленками потускнения и имеющие толщину до 10 -6 мм. Пленки обладают в большинстве случаев намного большим удельным сопротивлением, чем ключевой металл.

Благодаря этому изменение переходного сопротивления контакта про­исходит как правило по нелинейному закону.

Что такое переходное контактное сопротивление и как с ним бороться

Переходное сопротивление контакта

Из расположенных на ресурсе Электрик Инфо раньше статей можно заметить, что как только вопрос касается возможностей соединения проводов, то сразу появляются споры вокруг того, какой из вариантов соединения лучше и лучше. Наиболее прочным соединением контактов всегда будет то, которое обеспечивает наиболее невысокое значение переходного контактного сопротивления как можно намного дольше.
Контактные соединения в больших количествах входят во все электрические цепи и аппараты и считаются их самыми ответственными элементами.

Так как от состояния электрических контактов в самой большой степени зависит безаварийная работа электрического оборудования и электрической проводки, то в данной заметке предлагаю разобраться что же это такое — «переходное контактное сопротивление» и от каких факторов зависит его величина. Опираться при этом будем на теорию электрических аппаратов , так как собственно именно в данной дисциплине вопросы электрическ ого контакт ирования исследован ы наиболее хорошо и детально.

Итак. Контактное соединение – это конструктивное устройство, в котором выполняется электрическое и механическое соединения 2-ух или нескольких отдельных проводников, которые входят в электрическую цепь. В месте соприкасания проводников образуется электрический контакт – токопроводящее соединение, через которое ток течет из одной части в иную.

Обычное наложение контактных поврехностей соединяемых проводников не дает отличного контакта, так как действительное соприкосновение происходит не по всей поверхности, а исключительно в немногих точках. Причина такого — неровность поверхности контактирующих элементов и даже при очень старательной шлифовке на поверхности остаются микроскопические возвышения и впадины.

В книгах по электрическим аппаратам можно повстречать доказательство этому на фото изготовленных с помощью микроскопа. Действительная площадь спорикосновения многократно меньше общей контактной поверхности.
Благодаря небольшой площади соприкасания контакт представляет довольно внушительное сопротивление для прохождения тока.

Сопротивление в месте перехода тока из одной контактной поверхности в иную именуется переходным контактным сопротивлением. Сопротивление контакта постоянно больше, чем сплошного проводника подобных же размеров и формы.
Переходное контактное сопротивление – это внезапное увеличение активного сопротивления в месте перехода тока из одной детали в иную.


Его величина устанавливается по формуле, которая вываедена эксперементальным путем в результате многих исследований :
г де ? – показатель, который зависит от параметров материала контактов, а т а кже от способа обработки и чистоты контактной поверхности ( ? зависит от физических параметров материалов контактов , удельного электрического сопротивления, механической прочности, способности материалов контактов к окислению, теплопроводимости ) , F – сила контактного нажатия, Н, m – показатель, зависящий от числа точек соприкасания контак т ных поверхностей. Этот показатель может принимать значения от 0,5 до 1. Для плос костного контакта m = 1.

Из уравнения также следует, что сопротивление контакта не зависит от размеров контактных поверхностей и для контакта устанавливается прежде всего силой давления (контактного нажатия).
Контактное нажатие – усилие, с которым одна контактная поверхность действует на иную.

Число соприкосновений в контакте быстро растет при нажатии. Даже при маленьких давлениях в контакте происходит пластическая дефармация, вершины выступов сминаются и с повышением давления все новые точки приходят в соприкосновение. Благодаря этому при разработке контактных соединений используют разные способы нажатия и закрепления проводников:
— механическое соединение с помощью болтов (чтобы это сделать применяются разные клеммники)
— приведение в соприкосновение с помощью упругого нажатия пружин (клеммники с плоско-пружинным зажимом, к примеру WAGO),

Если два проводника контактируют в контакте, то число площадок и общаяя площадь соприкасания будут подчиняться от величины силы нажатия и от надежности материала контакта (его временного сопротивления на смятие).
Переходное контактное сопротивление тем меньше, чем больше сила нажатия, так как от нее зависит действительная площадь соприкасания.

Впрочем давление в контакте разумно наращивать только до некоторой конкретной величины, из-за того что при малых значениях давления переходное сопротивление уменьшается быстро, а при больших – практически не меняется.
Подобным образом, давление должно быть довольно большим чтобы гарантировать небольшое переходное сопротивление, однако не должно вызывать пластических деформирований в металле контактов, что может привести к их разрушению.

Свойства контактного соединения могут со временем меняться. Только новый, тщательно обработанный и зачищенный контакт при достаточном давлении имеет минимальное возможное переходное контактное сопротивление.
Во время эксплуатации под действием очень разных факторов внутреннего и внешнего характера переходное сопротивление контакта возрастает.

Контактное соединение может настолько ухудшиться, что иногда становится источником аварии.
В очень большей степени переходное контактное сопротивление зависит от температуры.

При протечке тока контакт нагревается и температурное увеличение вызывает увеличение переходного сопротивления. Впрочем увеличение переходного сопротивления контакта идет очень медленно, чем увеличение удельного сопротивления материала контакта, так как при нагревании уменьшается твердость материала и его временное сопротивление смятию, что, как все знают, делает меньше переходное сопротивление.

Нагрев контакта приобретает особенно приоритетное значение и в связи с его влиянием на процесс окисления контактных поверхностей. Окисление вызывает слишком сильное увеличение переходного сопротивления.

При этом окисление поверхности контакта идет тем интенсивнее, чем выше температура контакта.
Медь окисляется на воздухе при обыкновенных температурах жилищных помещений (около 20 о С). Образующаяся при этом окисная пленка не обладает высокой прочностью и очень легко рушиться при сжатии.

Особенно интенсивное окисление меди начинается при температуре выше 70 о С.
Металлические контакты на воздухе окисляются наиболее интенсивнее, чем медь.

Они быстренько порываются пленкой окиси алюминия, которая является довольно стойкой и тугоплавкой и обладает такая пленка очень большим сопротивлением – порядка 10 12 ом х см.
Отсюда делаем вывод, что достичь нормального контактирования со стабильным переходным контактным сопротивлением, которое не будет становиться больше во время эксплуатации в данном случае довольно сложно. Собственно по этому применять алюминий в электрической проводке некомфортно и страшно и массу проблем с электрической проводкой, которые описываются в книгах и во всемирной сети случаются конкретно во время применения проводов и кабелей с жилами из алюминия.

Подобным образом, состояние контактных поврехностей оказывает важное воздействие на рост переходного сопротивления контакта. Для получения стойкости и долговечности контактного соединения обязана быть сделана хорошая очистка и обработка контактной поверхности, а еще создано подходящее давление в контакте. Критериями высокого качества контактов служат его переходное контактное сопротивление и температура нагрева.

Практически применяя любой из популярных возможностей соединения проводов (клеммники различных вариантов, сварка проводов, пайка, опрессовка) можно достичь стабильно невысокого переходного контактного сопротивления. При этом, важно объединять провода правильно, обязательно выполняя технологию с применением нужного для каждого варианта соединения и ответвления проводов материалов и инструмента.