Опір контакта і його складові

Якщо струмопровід з опором R механічно розділити на дві частини і після цього з’єднати обидві частини шляхом стискування механічним способом з зусиллям Р, то опір цього з’єднаного провідника буде більшим від опору суцільного струмопровода на деяку величину R_к, котру і називають опором контакта.

Поява цього опору пояснюється наступними обставинами. Перша є наслід­ком забруднення і окислення контактних поверхонь, а друга, не менш суттєва, полягає в тому, що при стикуванні двох провідників торкання здійснюється не по всій поверхні, а тільки в окремих точках, що приводить до стягування ліній струму в точках торкання і, відповідно, до збільшення опору. Тому опір контакта представляють сумою опору плівки R_пл і опору стягування R_c.

(8.1)

Що стосується складової R_пл, то вона залежить від багатьох факторів (матеріалу контактів, умов довкілля, конструкції контактного вузла тощо) і є особливо суттєвою для слабострумових контактів. В сильнострумових контактах (при І одиниць А) більш суттєвою є складова R_c. Розглянемо лише випадок, коли R_к  R_с на прикладі одноточкового контакта.

Рис. 8.6. Площина контактування точ­ко­вого контакту.

Опір стягування окремої елементарної площини радіуса а (рис.8.6) визначають із наступних міркувань. Допустимо, що контакт має одну площину торкання і ця площина має форму круга радіуса а. Величину а при пружній деформації визначають згідно виразу: (8.2а) де Р - зусилля стискання; Е – модуль пружності. Визначивши таким чином величину а знаходять механічне напруження в контактній площадці: і якщо ця величина більша

напруження зминання _зм , то має місце пластична деформація зминання і тоді радіус площини торкання:

(8.2б)

Після визначення радіусу площадки контактування перехідний опір (за Р.Хольмом) визначається залежністю:

(8.3)

де  - питомий опір матеріалу контактів, Омм.

Таким чином, опір стягування контакта з урахуванням (8.2б):

(8.4)

де - залежить виключно від властивостей матеріалу контакту і для одноточкових контактів (сфера-сфера) має такі значення: для міді К=3,1610^-4 Н^1/2Ом; для срібла К=1,5810^-4 Н^1/2Ом; для латуні К=21,210^-4 Н^1/2Ом.

При протіканні струму через контакт точка контактування внаслідок наявності опору стягування нагрівається відносно температури тіла контакта. Перевищення температури _к одноточкового контакта відносно тіла контакта:

(8.5)

де U_к, ,  - спад напруги на контакті, теплопровідність і питомий опір матеріалу контактів, відповідно.

Рис. 8.7. Залежність опору контакту від напруги.

Залежність опору контактів від спаду напруги на контакті показано на рис. 8.7. Спочатку при збільшенні спаду напруги опір контакту зростає за рахунок зростання температури і, відповідно, питомого опору матеріалу контактів. Однак, при досягненні деякого значення напруги Uк=Uр, опір різко зменшується. Пояснюється це тим, що при Uк=Uр температура контакту досягає такої величини, за якої матеріал контактів втрачає свої пружні властивості, що приводить до збільшення площі контактної поверхні і, відповідно, до зменшення опору Rк. Цю напругу називають напругою розмягчення.

При подальшому збільшенні струму через контакт спад напруги на ньому знову збільшується і при досягненні певного значення U_пл (див. рис.8.3) температура контакта досягає температури плавлення матеріалу і тому опір знову різко падає. Значення напруг U_р і U_пл для деяких контактних матеріалів наведено в таблиці 8.1.

Таблиця 8.1.

Матеріал	Uр, В	Uпл, В
Ag	0,09	0,37
Cu	0,12	0,43
Pt	0,25	0,65

При виборі і розрахунку контактів необхідно забезпечити умову, щоб спад напруги на контактах у всіх можливих режимах роботи не перевищував значення:

(8.6)

При проходженні через контакт великих струмів (струмів короткого замикання) спад напруги на контактах може досягати U_пл, а температура контакту температури плавлення Т_пл. Якщо такий струм протікатиме досить довго, тоді може відбутись зварювання контактів. Значення струму, при якому в усталеному режимі температура контакту досягає температури плавлення матеріалу контактів, називають мінімальним струмом плавлення. Значення цього струму можна визначити із (8.5), ураховуючи (8.3) і (8.4):

тоді:

(8.7)

де Т_пл, _пл, _пл - температура плавлення матеріалу контактів, питомий опір і теплопровідність при температурі плавлення (в твердому стані), відповідно.

Таким способом можна лише наближено оцінювати величину струму зварювання контактів. В дійсності ефект зварювання спостерігається при менших значеннях струму, ніж розрахованих за (8.7).