Desgaste de contactos eléctricos.

Durante el funcionamiento, los contactos de conmutación se conectan y desconectan con frecuencia. Esto conduce al desgaste. Se permite el desgaste de los contactos para que no provoque un mal funcionamiento del dispositivo hasta el final de la vida útil.

El desgaste de los contactos es la destrucción de la superficie de trabajo de los contactos con un cambio en su forma, tamaño, peso y reducción de la inmersión.

El desgaste de los contactos eléctricos, que ocurre bajo la influencia de factores mecánicos, se llama desgaste mecánico... Los contactos de los seccionadores están expuestos al desgaste mecánico: dispositivos que abren el circuito eléctrico sin carga. El desgaste se manifiesta en forma de aplastamiento y aplastamiento de los contactos finales y desgaste de las superficies de contacto cortadas.

Para reducir el desgaste mecánico, los contactos móviles o fijos cuentan con un resorte que presiona el contacto hasta su tope en la posición de apagado del dispositivo, eliminando la posibilidad de vibraciones del contacto.En la posición de encendido, el contacto, que tiene un resorte, se aleja del tope y el resorte presiona los contactos entre sí, proporcionando presión de contacto.

El desgaste más intenso ocurre bajo la influencia de factores eléctricos, en presencia de una carga actual. Este desgaste se denomina desgaste eléctrico o erosión eléctrica.

La medida más común del desgaste de los contactos eléctricos es la pérdida volumétrica o de peso del material de contacto.

Los contactos diseñados para conmutar circuitos eléctricos bajo carga están sujetos a desgaste mecánico y eléctrico. Además, los contactos se desgastan debido a la formación de películas en su superficie de diversos compuestos químicos del material de los contactos con el medio ambiente, lo que se denomina desgaste químico o corrosión.

Cuando se conmuta un circuito eléctrico con una carga eléctrica, se produce una descarga eléctrica en los contactos, que puede convertirse en una potente arco eléctrico.

Cerrando el proceso de desgaste

Cuando los contactos se tocan en el proceso de cerrarlos, el contacto de resorte retrocede bajo la influencia de fuerzas elásticas. Puede haber varios rechazos de contacto, es decir, se observa vibración de contacto con amplitud amortiguada. La amplitud de las vibraciones disminuye con cada impacto posterior. El tiempo de rechazo también se reduce.

Vibración de los contactos cuando el dispositivo está encendido: x1, x2 — amplitud de rechazos; t1, T2, T3 — pérdida de tiempo

Cuando se expulsan los contactos, se forma un arco corto, derritiendo los puntos de contacto y vaporizando el metal. En este caso, se crea una mayor presión de vapores metálicos en la zona de contacto y el contacto "cuelga" en el flujo de estos vapores.Se aumenta el tiempo para cerrar el contacto.

El desgaste de los contactos eléctricos cuando se encienden depende de la depresión inicial en el momento del contacto de los contactos, la rigidez del resorte que crea la presión de contacto y de las propiedades físicas de los materiales de contacto.

Empuje inicial de los contactos en el momento de su contacto: esta es la fuerza que contrarresta el rechazo de los contactos cuando chocan. Cuanto mayor sea esta fuerza, menor será la amplitud y el tiempo de rechazo, menor será la vibración de los contactos y su desgaste. A medida que aumenta la rigidez del resorte, disminuye el rechazo del contacto y disminuye el desgaste del contacto.

Cuanto mayor sea el punto de fusión del material de contacto, menor será el desgaste de contacto. Cuanto mayor sea la corriente en el circuito conmutado, mayor será el desgaste de los contactos.

Proceso de desgaste abierto

En el momento de abrir los contactos, la presión de contacto se reduce a cero. En este caso, aumenta la resistencia de contacto y aumenta la densidad de corriente en el último punto de contacto. El punto de contacto se derrite y se forma un istmo (puente) de metal fundido entre los contactos divergentes, que luego se rompe. Puede producirse una chispa o un arco entre los contactos.

Bajo la influencia de altas temperaturas durante la eyección, parte del metal del istmo de contacto se vaporiza, parte se expulsa del espacio de contacto en forma de salpicaduras y parte se transfiere de un contacto a otro. Se observan fenómenos de erosión en los contactos: la aparición de cráteres en ellos o la adherencia del metal.El desgaste de los contactos depende del tipo y magnitud de la corriente, la duración de la quema del arco y el material de los contactos.

Con corriente continua, la transferencia de material de un contacto a otro ocurre más intensamente que con corriente alterna, ya que la dirección de la corriente en el circuito no cambia.

A bajas corrientes, la erosión de los contactos se debe a la destrucción del istmo de contacto no en el medio, sino más cerca de uno de los electrodos. Más a menudo, la interrupción del istmo de contacto se observa en el ánodo, el electrodo positivo.

Se observa una transferencia de metal al electrodo más alejado del punto de fusión, generalmente el cátodo. El metal transferido se solidifica sobre el cátodo en forma de protuberancias afiladas que empeoran las condiciones de contacto y reducen el espacio entre los contactos en estado abierto. La cantidad de erosión es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de los contactos durante la descarga de la chispa. Cuanto mayor sea la corriente y el tiempo de combustión del arco, mayor será la erosión de los contactos.

A altas corrientes en las redes eléctricas industriales, a menudo se forman arcos entre contactos abiertos. El desgaste del contacto del arco depende de muchos factores. Entre ellos, se pueden compensar los siguientes factores: tensión de red, tipo y magnitud de la corriente, intensidad del campo magnético, inductancia del circuito, propiedades físicas de los materiales de los contactos, frecuencia de conmutación del ciclo, naturaleza del contacto del contacto, velocidad de apertura del contacto.

El arco eléctrico entre los contactos se enciende a un cierto valor de voltaje.En presencia de dispositivos de extinción de arco que provoquen el movimiento del arco, el arco se mezclará desde los contactos cuando aparezca un espacio entre contactos de 1 a 2 mm, que no está relacionado con la magnitud del voltaje. Por lo tanto, el desgaste de los contactos es prácticamente independiente del voltaje. Los valores mínimos de voltaje a los que se produce un arco eléctrico para una serie de metales utilizados como contactos se dan en una tabla. 1.

Tabla 1. Voltaje y corriente de arco mínimos para metales seleccionados

Parámetros del circuito Material de contacto Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Corriente mínima, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Tensión mínima, V 15 12 13 14 14 17 15 14

El desgaste de los contactos aumenta a medida que aumenta la corriente de ruptura. Esta dependencia es casi lineal. Al mismo tiempo, el cambio en la corriente provoca un cambio en el campo magnético externo, lo que afecta la naturaleza del desgaste de los contactos. El desgaste de los contactos es más intenso en corriente continua, lo que está relacionado con el retraso en la extinción del arco. Con corriente continua, los contactos se desgastan de manera desigual.

El movimiento del arco en los dispositivos de extinción de arco ocurre en un campo magnético creado por un cable que transporta corriente. A medida que aumenta la fuerza del campo magnético, aumenta la velocidad de movimiento de los puntos de referencia del arco. Al mismo tiempo, los contactos se calientan menos y se derriten, y se reduce el desgaste. Sin embargo, cuando se produce un istmo de metal fundido entre los contactos abiertos, el aumento de la intensidad del campo magnético aumenta las fuerzas electrodinámicas que tienden a expulsar el metal fundido del espacio de contacto.Esto conduce a un mayor desgaste de los contactos.

El desgaste de los contactos se ve afectado por la inductancia del circuito, ya que está relacionado con la constante de tiempo del circuito y la tasa de cambio de la corriente. En un circuito de corriente constante, aumentar la inductancia puede reducir el desgaste cuando los contactos están cerrados porque la corriente sube más lentamente y no alcanza su valor máximo cuando los contactos caen.

En un circuito de CA, el aumento de la inductancia puede aumentar y disminuir el desgaste por cortocircuito. Depende de cuándo se descartan los contactos. Cuando los contactos se abren, la inductancia del circuito afecta el desgaste si afecta la corriente y el tiempo para extinguir el arco.

Se observa un desgaste más intenso en los contactos hechos de materiales de contacto puros (cobre, plata) y disminuye significativamente en los contactos hechos de aleaciones con componentes refractarios (cobre - tungsteno, plata - tungsteno).

La plata tiene una resistencia al desgaste relativamente alta con corrientes de hasta 63 A, con corrientes de 100 A y superiores, la resistencia al desgaste disminuye y con corrientes de 10 kA se convierte en uno de los materiales menos resistentes al desgaste.

El desgaste de los contactos aumenta con el aumento de la frecuencia de conmutación. Cuanto más se enciende el dispositivo, más se calientan los contactos y disminuye su resistencia a la erosión. El aumento de la velocidad de apertura de los contactos acortará el tiempo de arco y reducirá el desgaste del arco en los contactos.

Los parámetros de los contactos eléctricos (fallo, solución, presión) y la naturaleza del contacto (contacto puntual o plano, contacto distorsionado) afectan tanto al desgaste mecánico como al eléctrico.Por ejemplo, a medida que aumenta la solución de contacto, aumenta su desgaste, a medida que aumenta la liberación de energía térmica en el cilindro de arco.

Los contactos eléctricos desgastados pueden provocar un mal contacto y la pérdida de conexiones de contacto. Esto puede causar una falla prematura del dispositivo de conmutación. El desgaste de los contactos se ve afectado por su rechazo bajo la influencia de fuerzas electrodinámicas.

Shterbakov E. F.