9.1. Основные понятия

Слово контакт означает сопри­косновение, касание. Две детали, пред­назначенные для проведения тока и находящиеся в соприкосновении, при­нято называть контактными частями или, короче, контактами. В контактах, подлежащих рассмотрению, электриче­ская проводимость обеспечивается обыч­но при наличии давления на контакт­ные части, создаваемого винтами или пружинами.

В электрической системе — машинах, аппаратах, линиях и т. д. имеется огром­ное количество контактов. Качество кон­тактов имеет прямое отношение к на­дежности электрического оборудования. Контакты низкого качества часто явля­ются источником повреждений и нару­шений нормальной работы установки.

По своему назначению и условиям работы контакты, рассматриваемые в настоящем курсе, могут быть разделе­ны на две основные группы — н е р а з-мыкаемые и размыкаемые. Не­размыкаемые контакты в свою очередь делятся на:

а) неподвижные контакты, в которых отсутствует перемещение контактных частей относительно друг друга, напри­ мер винтовые соединения шин, прово­ дов, присоединения к аппаратам;

б) подвижные контакты, в которых имеет место скольжение или качение

одной контактной части относительно другой; такие контакты (наряду с раз­мыкаемыми) имеются в разъединителях и выключателях.

Контакты можно также классифици­ровать по роду соприкасающихся по­верхностей. Различают контакты пло­ские, линейные и точечные. Плоский контакт образуется при соприкоснове­нии плоских контактных деталей, на­пример плоских шин. Линейный кон­такт может быть образован двумя ци­линдрами с параллельными осями или цилиндром и плоскостью. Точечный контакт может быть образован двумя сферическими поверхностями или двумя скрещенными под прямым углом ци­линдрами. Понятия плоского, линейного и точечного контактов условны, по­скольку они предполагают наличие идеальных поверхностей. В действитель­ности соприкосновение между контакт­ными частями во всех случаях проис­ходит по небольшим площадкам.

Поверхность твердого тела не мо­жет быть идеально ровной. При самой тщательной обработке имеется некото­рая волнистость и шероховатость. Если бы материал контактов был бесконечно твердым, соприкосновение имело бы место в нескольких точках. В действи­тельности под действием приложенной силы происходит деформация материала и первоначальные точки прикосновения

превращаются в небольшие площадки. С увеличением силы, приложенной к контактам, увеличивается число кон­тактных «точек» и их общая площадь. Давление по площадке распределя­ется неравномерно. При этом металл деформируется частично пластически, частично упруго. Зависимость между си­лой Р, приложенной к контактам, и контактной поверхностью s_n, восприни­мающей давление, имеет следующий вид:

где р — среднее удельное давление, за-висящее,от кривизны поверхности кон­тактных частей, -их волнистости, прило­женной- силы и модуля упругости ма­териала,:

Контактная» поверхность, восприни­мающая'давление, во много раз мень­ше кажущейся поверхности контактов , легко поддающейся измерению.

На поверхности металла обычно имеется тонкий инородный слой боль­шей или меньшей толщины, препят­ствующий непосредственному соприкос­новению металла контактов. Этот слой состоит из адсорбированных газов, жи­ров, окислов и пр. Получить действи­тельно чистые контакты чрезвычайно трудно. Для этого они должны быть очищены механически и затем подверг­нуты длительному нагреванию в ваку­уме. При такой обработке поверхност­ный слрй, включая оксиды, разлагается и контакты становятся чистыми. Одна­ко в воздухе на чистых металлических контактах немедленно осаждаются вода, а также кислород и другие газы. При смыкании контактов часть этого осадка выжимается. На поверхности остается молекулярный слой (пленка), способный выдержать значительное давление. Этот тйнкий слой, препятствую-

щий соприкосновению металлов, не нарушает - проводимости. Прохождение тока объясняется туннельным эффек­том — способностью электронов преодо-

левать потенциальный барьер, если тол­щина слоя невелика (аналогично про­хождению света через тонкий металли­ческий лист). Сопротивление тонкой пленки из адсорбированных газов срав­нительно мало.

При длительном нахождении контак­тов на воздухе на их поверхности образуется относительно толстый ино­родный слой, состоящий из оксидов, сульфитов, хлоридов и других соедине­ний. Скорость образования инородного слоя зависит от температуры, влажности воздуха и наличия химических агентов. Благородные металлы, например се­ребро, также подвержены окислению, однако процесс окисления протекает медленнее, слой менее прочен и легко разлагается при нагревании.

Слой оксидов является практически непроводящим. Однако под давлением он может быть частично разрушен, так как металл способен деформироваться пластически, сохраняя сцепление; слой же оксидов не может следовать этой деформации вследствие хрупкости. По­этому при давлении на контакты про­исходит скалывание инородного слоя, появляются трещины, в которые прони­кает металл, образуя проводящие кон­тактные точки. По мере увеличения давления число контактных точек и проводящая поверхность увеличива­ются. При наличии скольжения между контактами образование трещин облег­чается, так как при этом появляются касательные напряжения и происходит срез. Чем толще инородный слой, тем труднее проникновение металла в тре­щины.

Из сказанного следует, что контакт­ная поверхность, воспринимающая дав­ление, состоит из участков: 1) с метал­лическим контактом; 2) покрытых тон­кой пленкой, не представляющей значи­тельного сопротивления току; 3) покры­тых оксидами, практически не проводя­щими ток. На рис. 9.1 схематически показаны поверхности: кажущаяся, вос­принимающая давление и проводящая применительно к плоским контактам. В общем случае В некото-

рых случаяхВ ряде случаев

невозможно разграничить эти поверх­ности.