Методы защиты контактов предназначены для уменьшения износа и деградации, происходящих при нормальном использовании контактов электромеханического переключателя , реле или контактора , и, таким образом, предотвращения чрезмерного увеличения сопротивления контактов или выхода переключателя из строя.
«Контакт» — это пара электродов (обычно один подвижный; один неподвижный), предназначенных для управления электричеством. Электромеханические переключатели, реле и контакторы «включают питание», когда подвижный электрод вступает в контакт с неподвижным электродом для передачи тока. И наоборот, они «выключают питание», когда подвижный электрод разрывает контакт, и образующаяся дуговая плазма перестает гореть, поскольку диэлектрический зазор достаточно расширяется, чтобы предотвратить протекание тока. Силовые реле и контакторы имеют два основных показателя ожидаемого срока службы: «механический срок службы» основан на работе либо без тока, либо ниже тока смачивания (т. е. «сухой»), а «электрический срок службы» основан на работе выше тока смачивания (т. е. «мокрый»). Эти различные показатели обусловлены тем, что контакты спроектированы для компенсации разрушительного искрения, которое естественным образом возникает между электродами во время нормальной работы с мокрым контактом. Контактное искрение настолько разрушительно, что электрический срок службы силовых реле и контакторов чаще всего составляет часть их соответствующего механического срока службы. [1] [2]
Каждый раз, когда контакты электромеханического переключателя, реле или контактора размыкаются или замыкаются, происходит определенный износ контактов. Если контакт работает без электричества (сухой), воздействие контактных электродов слегка деформируется в результате холодной ковки. [1] Когда контакт работает под напряжением (мокрый), источниками износа являются высокие плотности тока в микроскопических областях и электрическая дуга . [2] Износ контактов включает перенос материала между контактами, потерю материала контакта из-за разбрызгивания и испарения, а также окисление или коррозию контактов из-за высоких температур и атмосферных воздействий. [3] [4]
В то время как пара контактов замкнута, только небольшая часть контактов находится в тесном контакте из-за неровностей и пленок с низкой проводимостью. Из-за сужения тока до очень малой площади плотность тока часто становится настолько высокой, что расплавляет микроскопическую часть контакта. [5] Во время перехода из закрытого состояния в открытое ( BREAK ) образуется микроскопический расплавленный мостик, который в конечном итоге асимметрично разрывается, перенося материал контакта между контактами и увеличивая шероховатость поверхности. Это также может происходить во время перехода из открытого состояния в закрытое ( MAKE ) из-за отскока контакта .
Электрическая дуга возникает между контактными точками (электродами) как при переходе из закрытого в открытое ( BREAK ), так и из открытого в закрытое (make), когда зазор между контактами мал, а напряжение достаточно велико. Нагрев из-за дуги и высокой плотности тока может временно расплавить контактную поверхность. Если часть расплавленного материала затвердеет, пока контакты замкнуты, контакт может застрять из-за микросварки, похожей на точечную сварку . [2]
Дуга, возникающая при РАЗРЫВЕ контакта ( BREAK arc), похожа на дуговую сварку , так как BREAK дуга обычно более энергичная и более разрушительная. [6] Дуга может вызывать перенос материала между контактами. [7] Дуга также может быть достаточно горячей, чтобы испарять металл с поверхности контакта.
Высокие температуры также могут привести к более быстрому окислению и коррозии контактных металлов.
Контакты достигают конца срока службы по одной из двух причин. Либо контакты не РАЗРЫВАЮТСЯ, потому что они застряли (приварены) в закрытом состоянии, либо контакты не замыкаются (высокое сопротивление) из-за коррозии контактов или из-за чрезмерной потери материала с одного или обоих контактов. Эти условия являются результатом кумулятивного переноса материала во время последовательных операций переключения и потери материала из-за испарения и разбрызгивания. [8]
Существуют и другие механизмы заклинивания контактов, такие как механическое зацепление грубых контактных поверхностей из-за износа контактов.
Ухудшение состояния контактов можно ограничить, используя различные методы защиты контактов.
Ниже 2 Ампер в качестве дугогасителей с разным успехом использовались различные электронные компоненты, подавляющие переходные процессы, в том числе: конденсаторы , демпферы , диоды , стабилитроны , подавители переходного напряжения (TVS) , резисторы , варисторы или ограничители пускового тока ( резисторы PTC и NTC ). [9] Однако это наименее эффективный метод, поскольку они не оказывают существенного влияния на создание и подавление дуги между контактами электромеханических силовых переключателей, реле и контакторов. [10] [11] [12]
Исторически сложилось так, что два наиболее распространенных подхода к защите контактов (выше 2 ампер) заключались в увеличении самих контактов, т. е. в использовании контактора [13] и/или изготовлении контактов из более прочных металлов или металлических сплавов, таких как вольфрам. [8]
Наиболее эффективными методами являются использование схем подавления дуги , включая электронные силовые контактные дугогасители, твердотельные реле, гибридные силовые реле, ртутные реле смещения и гибридные силовые контакторы. [14] [15] [16] [17] [18]