Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti

7/26/2019 Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti

1/56

ELEKTRINI KONTAKTI

1


2/56

Elektrini kontaktje mjesto prijelaza struje iz jednog u drugi

element provodnog sistema na mjestu njihovog dodira.

Istovremeno, kontakt elektrinogsklopnog aparata

predstavlja konstrukcijski sklop, u kojem se elektrinikontakti

izmeupojedinih provodnih elemenata ostvaruju putem

pritiskanja jednog na drugi element pomoukontaktnih

opruga ili vijaka, spojnih dijelova s navojem ili na bilo koji

drugi nain.

2


3/56

Elektrini kontakt je jedan od najbitnijih dijelovasklopnog aparata!

Kada je kontakt zatvoren on dozvoljava protok struje u strujnom krugu.

Struja mora teikontaktima bez da ih pregrijava; pregrijavanje bi mogloprouzroiti njihovo zavarivanje ili troenje kontaktnih povrina zbogoksidacije.

U nekim sluajevimakontakti moraju ostati zatvoreni mnogo godina; udrugim su pak estaotvaranja i zatvaranja redovita pojava.

Kada se kontakti otvaraju pod optereenjem, izloeni su vrlo visokimtemperaturama elektrinog luka. U tom sluaju oni moraju izdrati

prekomjernu eroziju i zadrati mehanikucijelovitost.

Kontaktne povrine takoermoraju zadrativisoku elektrinuvodljivost,tako da, kada se ponovno zatvore struja moe ponovno tei bezprekomjernog zagrijavanja.

3


4/56

Ako se dva cilindra sastave i izmjeri otporizmeu

toakaAi B, on ebiti veinego toje otpor

homogenog cilindra jednake duljine. Odnosno ukupni

otpor se sastoji od otpora cilindra, RC, i kontaktnog

otpora, RK.

Kontaktni otpor sklopnih aparata Rk

RAB = RC + RK

A B

K

4

RAB= U/I


5/56

5


6/56

Provlani otpor Rp i slojni otpor Rs

Provlani otpor Rp-bez obzira koliko paljivobile obraene, plohecilindara nikad nisu savrenoglatke pa se kontakt ostvaruje samo u

nekoliko dodirnih toakakontaktne plohe, te dolazi do skretanja

strujnica prema tim uskim prolazima. Struja se mjestimino

koncentrira na mnogo manji presjek vodia, tose oituje

poveanjemotpora.

1

2p p

HR k

F F

- specifini otporH - tvrdoa kontaktaF - sila

6

struja

vodi 1

vodi 2


7/56

Slojni otpor Rs- posljedica je slabo vodljivih stranih slojeva na

dodirnim plohama koji potjeu od neistoa, sredstva za

podmazivanje ili kemijskih spojeva.

2

ss

kHR

a F F

specifini slojni otpor (za metale oko 10-12 m)

U aparatima slabe struje zbog malih tlakova prevladavaslojni otpor, a u aparatima jake struje provlani.

7


8/56

RK = Rp + Rs

Ukupan kontaktni otpor RK

sastoji se od provlaneRpi slojne komponente Rs :

8


9/56

Proraun provlanogotpora

Holmov kuglin model

Kad bi se kontakti dodirivali cijelom eonom

plohom, strujnice bi prolazile jednoliko gusto i

okomito na dodirnu plohu.

Ako vodieodvojimo vrlo uskim rasporom te

meunjih simetrinostavimo kuglicu promjera

2ai zanemarivo malog specifinogotpora,

skrenut estrujnice radijalno prema kuglici.

Time nastaje provlano podrujekoje moemo

ograniitikuglastom plohom promjera 2b.

9


10/56

Provlaniotpor RP je poveanjeotpora unutar kugle radijusa b !

Provlano podruje

)RR(2R 12p 10


11/56

Infitezimalno maleni dio elektrinog otpora aksijalnog toka

struje koji se nalazi u cilindrinom platu radijusax,

debljine dxi visine 22 xb

dxx2

xbdR

22

1

1

b

0

222

1

2

1

22

b

022

b

0x 11

R

1b2xb

2u

2duu

2

12

ux2

xdu2

x2

dudxxdx2du

xbu

xb

xdx2

dR

1

R

1

b

1

2

R1

11


12/56

22 x2

dxdR

b1a12x12xdx2R

b

a

b

a

22

a polumjer kuglice meu kontaktima

b polumjer cilindrinog kontakta

Infinitezimalno maleni dio elektrinog otporaradijalnog toka struje koji se nalazi u ljusci polukugle

radijusaxi debljine dx

12


13/56

)RR(2R 12p

b

2

a

1

Rp

Odnosno budui da je b >> a

aRp

Holmov kuglin modelje dobar sa istoteoretskog stajalitajer nam

daje dobar uvid u fizikalnu sliku. U praksi, meutim, nije uope

primjenljiv.

Zbog toga je i razvijen tzv. Holmoveliptinimodel za proraun

provlanekomponente kontaktnog otpora, koji daje mnogo tonijei

stvarnosti blierezultate. 13


14/56

Holmov eliptini model

Kod ovog modela polazi se od pretpostavke da je provlano podrujeelipsoid.

Jednadbaelipsoida, uz parametar, uxyzkordinatnom sustavu je,

xa

yb

zc

c b a

a

2

2

2

2

2

2

2

1

Ako je parametar=, elipsoid prelazi u kuglu.

Ako je parametar = -a2, elipsoid se spljotavau beskonanotanki

disk u ravnini yz. 14


15/56

Kapacitet beskonanotankog diska u odnosu na poluelipsoid iznosi,

Cd

a

4

20

Elektrinavodljivost odreujese na temelju elektrostatikeanalogije iz izraza,

G C

odnosno elektriniotpor iz izraza,

R

G C

d

a aarctg

a

1

4 4

22

0 0

Ako se stavi = , dobije se provlaniotpor u poluelipsoidnom provlanompodruju,

Ra

arctga a

2 4015


16/56

Ukupni provlani otpor je dva puta vei, poto je ukupnoprovlano podrujeelipsoid, a ne poluelipsoid.

a2Rp

Ako se materijali oba kontakta razlikuju, na primjerspecifini

elektriniotpora , treba uvrstit njihovu srednju aritmetiku

vrijednost:

21 i

221

16


17/56

Veliina dodirne povrine koja nastaje kao posljedica plastine

deformacije ovisi o kontaktnoj sili Fi tvrdoi materijala H sukladno

izrazu za tvrdou kontakata

2a

FH

H

Fa

17


18/56

F

H

2Rp

F

H

F

H

2aa2R s

sK

2

sS

a

R

Kontaktni otpor tokastih kontakata

18


19/56

Koliki je provlani otpor tokastih kontakatas vie istih dodirnih toaka polumjera a?

F

H

2na2nRp

19


20/56

20

Koliki je provlani otpor tokastih kontakata s vieistih dodirnih toaka polumjera a0 koncentriranih uzamiljenoj krunici polumjera a?

F

H

2na2nRp

a0

a

n a02 = a2

a

n

1a0

anan 0


21/56

Materijal (m) H (N/m)

Srebro 0,0165 x 10-6 6,5 x 10-8

Bakar 0,0175 x 10-6 7,5 x 10-8

Mjed 0,07 x 10-6 12 x 10-8

Volfram 0,055 x 10-6 20 x 10-8

Elektrografit 6-80 x 10-6 1-3 x 10-8

21


22/56

22

Koliki je kontaktni otpor plonih kontakata ?

Za kvantitativnu procjenu vrijednosti kontaktnog otpora takvih

plonihkontakata koristi se Kesselringovempirijski izraz:

F

kRK

k - vrsta materijala i finoa obrade- istoa kontaktne povrine (0,7 1)

kNuF,mu,uRK


23/56

23


24/56

24

k (Cu) povrina kontakta

441,45 fino etkana

1079,1 grubo etkana1471,5 pjeskarena

Faktor relativnog poveanja kontaktnog otpora za sluajeve ako se

umjesto kombinacije kontaktnih materijala bakarbakar uporabe

parovi od drugih metala.

MaterijalCu- Cu Cu-mjed Cu- Al Cu- Fe Al - Al Fe - Fe

Rk/

Rk(Cu)

1 1,82,5 1,3 7 1,52,5 35


25/56

Odskakivanje kontakata

Prilikom uklapanja sklopnih aparata mogu nastati manji ili veielastinisudari izmeukontakata, koji nekoliko puta odskoeprije

nego se smire u zatvorenom poloaju.

Prilikom svakog prekida dodira izmeukontakata, pali se elektrini

luk koji pojaava troenje kontakata, a moe ih i meusobno

zavariti.

Pravilnom konstrukcijom aparata te izborom odgovarajuekontaktne

opruge nastoji se ova pojava izbjei, ili barem to vie vremenski

skratiti.

25


26/56

S

F

R

m

r

v

Do trenutka dodira kontakata utroi se energija

opruge na ubrzanje pominogkontakta mase m.

Utroeni rad opruge do trenutka udara pominog

kontakta u nepomini jednak je kinetikoj energiji

pominog kontakta u trenutku neposredno prije

udara:

2vmW2

k

Uslijed sudara materijal kontakta se deformira u

smjeru gibanja za iznos s.

Rad opruge za vrijeme deformacije je:

sFWs 26


27/56

Ukupna energija koju opruga predaje pominom kontaktu

odreenaje izrazom:

sF2

vmWWW

2

skF

Jedan se dio energije opruge nepovratno gubi, a ostali dio se

akumulira u materijalu kontakta kao energija elastine

deformacije:

.10

Fe

WW

27


28/56

Energija elastine deformacije djeluje na pomini kontakt silom

u suprotnom smjeru od djelovanja sile F, to moe dovesti do

pojave odskakivanja pominog kontakta nakon sudara s

nepominim kontaktom.

Da se ovo izbjegne, akumulirana energija elastine deformacije

ne smije biti vea od rada koji je potreban za djelovanje sile

opruge na putu deformacije:

eW

eW

sF

sFsF2

vm

W

2

F

21

1 2vm

Fs

28


29/56

Potrebna sila kontaktne opruge (pera) dobije se iz izraza,

F Kmv

r

2 0 6

0 2

2

.

.

K - konstanta koja ovisi o vrsti materijala (za bakar iznosi 450)

m - specifinamasa pominogkontakta (kg)

v - brzina pominogkontakta (m/s)

r - polumjer zakrivljenosti pominogkontakta (m)

29


30/56

poveanjekontaktne sile (to zahtijeva jaedimenzioniranje opruga ipoluja,a to dovodi i do poveanjakonstrukcije aparata),

smanjenje mase, brzine ili radijusa zakrivljenosti pominogkontakta,

postavljanje kontakata u ulje,

kombinirano gibanje kontakta (nakon zavrenog linearnog gibanja u

trenutku dodira pomini kontakt se valja po nepominom ime se

energija sraza pretvara u energiju rotacije),

podjela nepominog kontakta na dvije paralelne grane

(elektromagnetska sila u trenutku dodira poveavakontaktnu silu), i

podjela na vie paralelno spojenih kontaktnih mjesta, koja se ne

uklapaju istovremeno (uklapanje je tako sinkronizirano da za vrijeme

odskoka jednog kontakta drugi ostaje u dodiru).

Mjere za eliminiranje pojave odskakivanja kontakata

30


31/56

Starenje kontakata

Stvaranje sloja oksida ili sulfida na kontaktnoj povrini poveava

kontaktni otpor. Ova promjena kontaktnog otpora tokom vremena

naziva se starenjem kontakata. Brzina starenja zavisi o vrsti

materijala i uvjeta okoline. Srednja debljina sloja moese izraunati

iz relacije,

s s k t 02 1010

s0 -poetnadebljina sloja (m)

Za bakrene kontakte ova relacija ima oblik,

10T

13102.8

2 1010t20s

t - vrijeme (sati)

T - temperatura (K) 31


32/56

Kontaktni otpor raste eksponencijalno s vremenom prema relaciji,

R f t R K P f(t) - faktor starenja

Srebro f(t)=10

Volfram f(t)=20

Bakar f(t)=exp(t) ( 1 - poetnostanje povrine, - zatita)

32


33/56

33

3 6 mjeseci

Bakreni kontakti


34/56

34

Pokus

Uzorak:

- dvije metalne ploe 110 x 30 x 6 mm,- kontaktna povrina 45 x 30 mm,- suha prostorija, temperatura 70 0C,

1. Kontakti su zatvarani samo kod mjerenja RK

- otpor CuCukontakata nakon 20 dana je porastao 1000 puta

2. Kontakti su bili trajno zatvoreni

- otpor CuCukontakata nakon 75 dana je porastao 93 puta

3. Kontakti su zatieni slojem kositra

- otpor CuCukontakata je porastao 1,19 puta

4. Kontakti su zatieni slojem vazelina- otpor CuCukontakata je porastao 1,22 puta


35/56

Konektorski kontakt

- nazivne struje 100 do 500 A,

- temperatura okoline 20 0C

Bakreni kontakt u ulju kod

struje tereta 400 A, i

razliite temperature ulja.

Otra granica ivotne dobi kontakta kod njegovog toplinskog preoptereenja!35


36/56

Poseban problem javlja se kod kontaktnih spojeva od razliitihmetala.

Najeese susreespoj bakrai aluminija.

Naime vodii sklopnih aparata redovito se izvode od bakra, a

prikljunice obinood aluminija.

Korozija kontakata sastavljenih od raznih metala, stvara se brenego

na kontaktima od istog metala zato jer se izmeu razliitih metala

stvara galvanski par.

Ako u raspor izmeu kontaktnih povrina prodire vlaga, jedan od

kontakata koji ima negativni potencijal u odnosu na drugi, razara se.

36


37/56

37

Elektrokemijski potencijal bakra je +0.52 V, a aluminija -1.34 V,

pa je razlika potencijala izmeunjih 1.86 V.

Potoje elektrokemijski potencijal aluminija negativan, u kombinaciji

bakar-aluminij, upravo ese on razarati elektrokemijskom korozijom.


38/56

Zatita kontaktnih materijala od starenja

- presvlaenjekontaktnih povrinatankim slojem metala (kositar,

srebro, kadmij, bakar i dr.),

- ienjekontaktnih povrinavazelinom, i- samoienje tokom sklapanja (trljanje i/ili udaranje kontaktnih

povrinajedne o drugu).

38


39/56

Izvedbe kontakata

Tijekom rada sklopnih aparata na kontaktima se deavaju slijedee

fizikepojave i procesi:

- mehanikadeformacija materijala kontaktnih elemenata u zoni dodira,

- procesi zagrijavanja kontaktnih sistema, kada kroz njih protjeestruja i/ili

uslijed djelovanja vanjskog izvora topline (npr. elektriniluk),- stvaranje i djelovanje elektromagnetskih sila,

- procesi stvaranja oksidnih ili sulfidnih slojeva na kontaktnim povrinama,

te elektrokemijsko razaranje,

- procesi mehanikog troenjakontaktnih povrina,

- razaranje kontaktnih povrinauslijed elektrinih pranjenja,

- vibracije kontaktnih elemenata za vrijeme sklapanja i/ili djelovanja

vanjskih sila, i

- termoelektrinepojave. 39


40/56

Glede funkcije i uvjeta rada, kontaktne sisteme

suvremenih sklopnih aparata dijelimo na tri osnovne

grupe:

- sklopni kontakti,

- vrsti(provodni) kontakti, i

- klizni kontakti.

40


41/56

Sklopni kontakti

To su kontakti pomoukojih se u procesu rada sklopnog aparatavriisklapanje i/ili uklapanje strujnih krugova.

Po karakteru dodira, sklopni kontakti dijele se na:

- tokaste (dodir se ostvaruje u jednoj toki, tonije na jednojmaloj povrini),

- linijske(dodir se ostvaruje po liniji, ili najmanje u dvije toke), i

- plone(dodir se ostvaruje na nekoj povrini, ili najmanje u tri

toke).

41


42/56

42


43/56

vrsti kontakti

To su kontakti koji se stalno nalaze u zatvorenom poloaju, a

otvaranje se vrisamo za vrijeme popravke i remonta.

Osnovni tipovi ovih kontakata jesu:

- spoj plosnatih vodia,

- spoj okruglih vodia,

- spoj okruglog i plosnatog vodia.

43


44/56

44


45/56

Klizni kontakti

To su kontakti kod kojih se sklapanje vri izmeudvijepovrinekontaktnih elemenata od kojih jedna klizi podrugoj.

45


46/56

Tulipanski kontakt

46


47/56

47

Dobar kontaktni materijal mora imati slijedeasvojstva:

- malen kontaktni otpor,

- tekozavarivanje, i

- malo nagaranje.

Kontaktni materijali

Ne postoji takav materijal !!!


48/56

48

Sve vrste kontakata nisu nikad izloenijednako svim vrstama

naprezanja, pa treba iz mnotva tehnikih zahtjeva izdvojiti

one koji su u pojedinom sluajubitni, a ostale se moemanje

ili viezanemariti.

Od provodnih kontakatau prvom redu se zahtijeva malen

kontaktni otpor, od uklopnih kontakatavisoka otpornost na

zavarivanje, a od isklopnih kontakata otpornost prema

nagaranju.

Izbor kontaktnog materijala


49/56

49

RADNI UVJETI TEHNIKI ZAHTJEVI FIZIKALNA SVOJSTVA

Vrste kontakta: Elektriki: Specifina elektrinavodljivost

vrsti malen kontaktni otpor Toplinska vodljivostsklopni Termiki: Specifina toplina

Funkcija kontakata: teko zavarivanje Temperatura omekivanjavoenje struje malo nagaranje Taliteuklapanje Mehaniki: Vrelite

isklapanje velika ilavost Toplina taljenjaVrsta optereenja: malo troenje Toplina isparavanja

jakost struje slabo odskakivanje Tvrdoavisina napona Kemijski: Otpornost prema trenju

uestalost rada kemijska postojanost vrstoa

Okolina : Tehnoloki: Elastina svojstvazrak dobra obradivost Gustoaulje dobra lemljivost Svojstva mikroslojeva

Primjena: niska cijena Rekuperacija materijala

prekidaisklopke

rastavljai

Izbor kontaktnog materijala


50/56

50

Kontaktni materijali dijele se u tri osnovne skupine:

- isti metali,

- legure, i

- sinterovane kombinacije.


51/56

51

isti metali

- visokovodljivi metali (bakar, srebro i aluminij),

- kemijski otporni metali (rodij, paladij, renij, iridij,

platina i zlato),

- tekotaljivi metali (volfram i molibden), i

- osrednji metali (nikal).


52/56

52

Legure

Nastaju mjeanjemdva ili vierastaljenih metala(poboljavajuse mehanikai kemijska svojstva)

- visokovodljive (srebro-bakar, srebro-nikal, srebro-kadmij,

srebrna bronca),

- kemijski otporne (srebro-paladij).

Dobiva se eljena mehanika karakteristika i kemijskapostojanost, ali je elektrina vodljivost i temperatura talitaredovito manja od srednje vrijednosti komponenata uzimajuiuobzir udjele metala prije mijeanja.


53/56

53

Sinterovane kombinacije

Nastaju mijeanjemraznih metala u prahu pod visokim tlakom.

- bakar s tekotaljivim metalima ( bakar-volfram,

bakar-volframov karbid),

- srebro s metalnim oksidima (srebro-kadmijev oksid,

srebro-kositrov oksid),

- srebro s tekotaljivimmetalima i karbidima (srebro-nikal, srebro-eljezo, srebro-volfram, srebro-molibden), i

- srebro s nemetalima (srebro-grafit).


54/56

54

sinter dijelovi tvrdo zalemljeni

na dijelove kontakta

najizloenije zavarivanju inagaranju

Ovim se postupkom mogu dobiti materijali i od metala koji se ne daju

legirati taljenjem, a mogu se dobiti i kombinacije metala s nemetalima

(na primjer s grafitom) i s drugim kemijskim spojevima (oksidima,

karbidima).

Nazivna struja Uklopna struja Kontaktni materijal


55/56

55

Nazivna struja Uklopna struja Kontaktni materijal


56/56

HVALA NA PANJI !

:0

)

Documents

Sklopni Aparati - Elektricni Konrtakti