ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
РАБОТА И ИЗНОС ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЫВНЫХ КОНТАКТОВ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
Электрические контакты, применяемые в различных электрических установках, сетях, машинах, аппаратах и приборах, существенно различаются между собой по конструкции, условиям эксплуатации и характеру износа и в соответствии с этим могут быть разделены на три типа: неподвижные, разрывные и скользящие контакты.
Разрывные контакты применяются в различного рода электрических аппаратах: выключателях, контакторах, реле и подобных им аппаратах. Этот тин охватывает большое количество разновидностей контактов, различающихся по разрываемой мощности, току и напряжению, в соответствии с чем характер их износа существенно различен. На этом признаке основана классификация разрывных контактов на мало-, средне- и высоконагруженные.
В замкнутом состоянии неподвижные, разрывные и скользящие контакты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к неподвижным. Поэтому в первую очередь необходимо кратко рассмотреть свойства неподвижных контактов.
На рис. 1-1 изображена модель контактной поверхности. Вся поверхность контакта представляет собой кажущуюся контактную поверхность, так как вследствие шероховатости действительное соприкосновение контактирующих частей происходит только на отдельных участках а, б и в, представляющих собой в сумме истинную контактную поверхность. Ток проходит только через участки а и б истинной контактной поверхности, на которых имеется металлический или квазиметаллический контакт.
Рис. 1-1. Схема поверхности контакта.
а — чисто металлический контакт; б — квазиметаллический контакт; в — изолирующие пленки; г — несоприкасающиеся участки; д—д, е—е — линии тока.
Последний осуществляется через мономолекулярные пленки, покрывающие контактирующие участки, благодаря туннельному эффекту и образованию пронизывающих пленку металлических мостиков. Остальная часть поверхности покрыта изолирующими пленками окислов, сульфидов и т. п. и тока не проводит (участки в) или вовсе не контактирует (участки г).
Контактное сопротивление представляет собой «ситовое» сопротивление, обусловленное тем, что ток, проходя из одного проводника в другой, при прохождении через токопроводящие участки (а-поверхности) испытывает сопротивление вследствие стягивания линий тока.
При одной контактной точке с радиусом а сопротивление стягивания Rс равно:
где р — удельное сопротивление материала контактов;
а — радиус контактной точки;
г — радиус цилиндрического тела контакта.
Так как г значительно больше а1, можно принять, что
Если контакт составлен из разных материалов с удельными сопротивлениями р1 и р8, то
Отметим, что в реальных условиях контактное сопротивление состоит из суммы сопротивлений стягивания и пленки:
Однако при достаточно высоких контактных давлениях вследствие пластической деформации контактных точек пленки трескаются и число а-поверхностей увеличивается, в результате чего величина Rк определяется почти исключительно величиной. Напротив, при очень малых контактных давлениях сопротивление пленки играет существенную роль.
Нагрев контактных точек током вызывает изменение удельного сопротивления, а также размягчение материала контактов и увеличение вследствие этого а-поверхностей. Контактное сопротивление первоначального контакта изменяется с температурой согласно рис. 1-2.
Рис. 1-2. Характеристики симметричного чистого металлического контакта (Хольм).
АВ — вычисления; ACDF— измеренная; А1С и EF— обратимые.
При увеличении нагрева контакта на кривой сопротивления наблюдаются два резких скачка вниз. Первый соответствует размягчению материала и увеличению вследствие этого поверхностей; второй соответствует плавлению материала контактов. Если контакт нагреть током до первого скачка, а затем ток уменьшать, то сопротивление контакта пойдет ниже первоначальной кривой, вследствие того, что α-поверхности сохраняют свои увеличенные размеры. Вторичная кривая является обратимой. При более высоком контактном усилии кривые сопротивления контакта идут ниже, но оба скачка сопротивления остаются при тех же температурах, характерных для данного металла.
Перегрев контактных точек согласно теории приблизительно пропорционален квадрату напряжения, приложенного к контакту:
(1-3)
При небольших токах перегрев контактных точек приблизительно пропорционален падению напряжения в контакте и, следовательно, однозначно определяется этой величиной.
Хольм дает таблицу величин Uк для некоторых контактных материалов, соответствующих первому и второму скачкам на рис. 1-2, т. е. температурам рекристаллизации и плавления [Л. 1-1] (табл. 1-1).
Таблица 1-1
Напряжения и температуры рекристаллизации и плавления металлов
Зависимость между максимальной температурой контактной точки (°К) и падением напряжения в контакте может быть приблизительно выражена уравнением 
По этой формуле может быть рассчитано напряжение кипения металлов:
величина которого не была установлена эмпирически [Л, 1-2].
