Contacts dans les installations électriques et appareils électriques

Les points de connexion des éléments individuels qui composent tout circuit électrique sont appelés contacts électriques.

Contact électrique — connexion de fils permettant le transport d'un courant électrique. La formation de contacts de conducteurs de courant est appelée corps de contact ou contacts positifs et négatifs, selon le pôle de la source de courant auquel ils sont connectés.

Le mot "contact" signifie "toucher", "toucher". Dans un système électrique qui combine divers appareils, machines, lignes, etc., un grand nombre de contacts sont utilisés pour les connecter. La fiabilité de l'équipement et le fonctionnement du système dépendent en grande partie de la qualité des connexions de contact.

Classification des contacts électriques

Les contacts électriques sont fixes et mobiles. Contacts fixes - tous les types de détachables et intégrés, conçus pour la connexion à long terme des fils. Les contacts détachables sont réalisés par des pinces, des boulons, des vis, etc., solidaires - par brasage, soudage ou rivetage.Les contacts mobiles sont divisés en interrompus (contacts de relais, boutons, interrupteurs, contacteurs, etc.) et glissants (contacts entre le collecteur et les balais, contacts d'interrupteurs, potentiomètres, etc.).

Le type de contact électrique le plus simple est une paire de contacts. Un type de contact difficile est, par exemple, un contact formant une double fermeture de circuit parallèle ou une double fermeture série (cette dernière est appelée couplage). Le contact qui commute le circuit lorsque l'appareil est actionné s'appelle un inverseur. Un contact de commutation qui coupe le circuit au moment de la commutation est appelé un contact de commutation, et ne coupe pas le circuit au moment de la commutation est appelé un contact transitoire.

Selon la forme, les contacts électriques sont divisés en:

• point (haut - plan, sphère - plan, sphère - sphère), qui sont couramment utilisés dans les appareils sensibles et les relais qui commutent des charges mineures ;

• linéaire - se produisent aux contacts sous la forme de corps cylindriques et aux contacts de brosse ;

• planaire - dans les équipements de commutation à courant élevé.

Habituellement, les contacts sont attachés à des ressorts plats, les soi-disant contact (en maillechort, bronzes phosphoreux et au béryllium et moins souvent en acier), qui sont soumis à des exigences élevées quant à la constance de leurs propriétés mécaniques tout au long de la durée de vie de l'appareil, souvent calculées en dizaines et plus d'un million de cycles. Un ensemble de ressorts, réalisés sous la forme d'un bloc séparé, qui sont commutés simultanément, forment un groupe de contact (ou pack).

Caractéristiques de performance des connexions de contact électrique

Le contact des contacts ne se produit pas sur toute la surface, mais uniquement en des points individuels en raison de la rugosité de la surface de contact avec toute précision de son traitement. Quasiment quel que soit le type de contacts, le contact des éléments de contact s'effectue toujours sur de petites surfaces.

Ceci s'explique par le fait que la surface des éléments de contact ne peut pas être parfaitement plane. Par conséquent, en pratique, lorsque les surfaces de contact se rapprochent, elles entrent d'abord en contact avec plusieurs pointes (pointes) saillantes, puis, mais avec une pression croissante, une déformation du matériau de contact se produit et ces points se transforment en petits terrains de jeux.

Les lignes de courant électrique passant d'un contact à l'autre sont attirées vers ces points de contact. Par conséquent, le contact introduit une résistance de contact supplémentaire Rk dans le circuit connecté par celui-ci.

Si la surface de contact est recouverte d'un film, alors R est augmenté. Cependant, les films très fins (jusqu'à 50 A) n'affectent pas la résistance de contact en raison de l'effet tunnel. Des films plus épais peuvent se briser sous la force de contact ou la contrainte appliquée.

La défaillance électrique des films de contact est appelée frittage. Si les films ne sont pas détruits, alors Rk est principalement déterminé par la résistance des films. Immédiatement après avoir dénudé un contact, ainsi qu'avec une force de contact et une tension suffisantes dans le circuit de contact, sa résistance est principalement déterminée par la résistance des zones de contraction.

Plus la force appliquée aux contacts est grande et plus leur matériau est mou, plus la surface de contact totale des surfaces de contact est grande et, par conséquent, moins elles sont actives. résistance électrique à la jonction (dans la zone de la couche de transition entre les surfaces de contact). Cette résistance active est appelée résistance transitoire.

Résistance transitoire - l'un des principaux paramètres de la qualité des contacts électriques, car il caractérise la quantité d'énergie absorbée dans le composé de contact, qui se transforme en chaleur et chauffe le contact. La résistance de contact peut être fortement influencée par la manière dont les surfaces de contact sont traitées et leur état. Par exemple, un film d'oxyde à formation rapide sur des contacts en aluminium peut augmenter considérablement la résistance de contact.

Lorsque le courant traverse les contacts, ceux-ci s'échauffent et la température la plus élevée est observée sur la surface de contact en raison de la présence d'une résistance de transition. En raison du chauffage par contact, de la résistance du matériau de contact et, par conséquent, de la résistance de la transition.

De plus, une augmentation de la température de contact favorise la formation d'oxydes à sa surface, ce qui augmente encore plus significativement la résistance transitoire. Et bien qu'avec une augmentation de la température, le matériau de contact puisse se ramollir quelque peu, ce qui est associé à une augmentation de la surface de contact, en général, ce processus peut conduire à la destruction des contacts ou à leur soudage. Ce dernier, par exemple, est très dangereux pour les contacts ouverts, car par conséquent, l'appareil avec ces contacts ne pourra pas éteindre le circuit. Par conséquent, pour différents types de contacts, une température maximale admissible avec un long courant qui les traverse est déterminée.

Pour réduire l'échauffement, il est possible d'augmenter la masse du métal des contacts et leur surface refroidie, ce qui favorisera la dissipation thermique. Pour réduire la résistance de contact, il est nécessaire d'augmenter la pression de contact, de choisir le matériau et le type de contacts appropriés.

Par exemple, il est recommandé de réaliser des contacts ouverts destinés à un usage externe dans des matériaux légèrement oxydables ou de recouvrir leur surface d'une couche anti-corrosion. De tels matériaux comprennent notamment l'argent, qui peut être utilisé pour recouvrir les surfaces de contact.

Les contacts incassables en cuivre peuvent être étamés (les surfaces étamées sont plus difficiles à oxyder). Aux mêmes fins, les surfaces de contact sont recouvertes d'un lubrifiant, par exemple de la vaseline. Les contacts immergés dans l'huile sont bien protégés contre la corrosion sans autres mesures spéciales. Ceci est utilisé dans les disjoncteurs à huile.

Le fonctionnement de tout appareil électrique comprend 4 étapes - état ouvert, court-circuit, état fermé et ouverture, chacune affectant la fiabilité du contact.

A l'état ouvert, le milieu extérieur agit sur le contact électrique, et par conséquent, des films se forment à leur surface.

A l'état fermé, lorsque les contacts sont pressés l'un contre l'autre et que le courant les traverse, ils s'échauffent et se déforment ; dans certaines conditions, si les contacts surchauffent, une soudure peut se produire.

Lorsque les contacts se ferment et s'ouvrent, des phénomènes de pont ou de décharge se produisent, accompagnés d'évaporation et de transfert de contact métallique, modifiant sa surface. De plus, une usure mécanique est possible. contacts résultant de chocs et de glissements les uns contre les autres.

Lorsque les contacts se rapprochent à de très petites distances, même à de faibles tensions de source d'alimentation, le gradient de champ devient si important que la rigidité diélectrique de l'espace se décompose et qu'une panne se produit. S'il y a des particules étrangères à la surface, en particulier celles contenant du carbone, alors lorsqu'elles entrent en contact, une évaporation se produit et les conditions d'élimination sont créées.

L'ouverture est généralement la partie la plus difficile du travail. contact électrique Selon les paramètres du circuit (R, L et C) et l'amplitude de la tension appliquée lors de l'ouverture, des phénomènes se produisent qui provoquent l'usure des contacts. Si la tension du circuit est supérieure à la tension Upl, là où le métal des contacts fond, après leur séparation, la force de contact diminue et donc la surface de contact, la résistance et la température vont augmenter.

Lorsque la température dépasse le point de fusion du métal, un pont de métal fondu se forme entre les surfaces de contact, s'étirant progressivement puis se rompant au point le plus chaud. La température élevée à la rupture du pont facilite l'amorçage de l'éjection.

Le pont lui-même n'existe que dans les circuits ohmiques à des tensions d'alimentation inférieures à la tension d'arc. S'il y a une inductance dans le circuit, les surtensions qu'elle provoque au moment de l'interruption du courant contribuent à l'apparition d'une étincelle à des courants inférieurs aux courants d'arc et à des courants supérieurs aux courants d'arc - arcs. Comme il y a presque toujours une inductance dans le circuit, les ponts sont dans la plupart des cas accompagnés d'une décharge. Tension d'étincelle minimale à la prise électrique — 270-300 V.

Les contacts de tout type doivent fournir non seulement un fonctionnement continu sans surchauffe inacceptable dans des conditions normales, mais également la résistance thermique et électrodynamique nécessaire en mode court-circuit. Les contacts de coupure mobiles ne doivent pas non plus être détruits par la température élevée de l'arc électrique qui se forme lors de leur ouverture, et fermés de manière fiable sans soudure ni fusion lorsqu'ils sont allumés pour un court-circuit. Les mesures évoquées ci-dessus contribuent également au respect de ces exigences.

Contacts métal-céramique, qui est un mélange de poudres de cuivre broyées avec du tungstène ou du molybdène et de l'argent avec du tungstène.

Un tel composé possède simultanément bonne conductivité électrique en raison de l'utilisation de cuivre ou d'argent et du point de fusion élevé dû à l'utilisation de tungstène ou de molybdène.

Il existe un autre moyen d'éliminer la contradiction existante, qui consiste dans le fait que les matériaux à bonne conductivité électrique (argent, cuivre, etc.) ont généralement un point de fusion relativement bas et que les matériaux réfractaires (tungstène, molybdène) ont une faible conductivité électrique. C'est l'utilisation d'un système à double contact composé de contacts de fonctionnement et d'arc connectés en parallèle.

Les contacts de travail sont constitués d'un matériau à haute conductivité électrique et les contacts d'arc sont constitués d'un matériau résistant au feu. En mode normal, lorsque les contacts sont fermés, la majeure partie du courant passe par les contacts de travail.

Lorsque le circuit est hors tension, les contacts de fonctionnement s'ouvrent en premier, suivis des contacts d'arc.Par conséquent, en fait, le circuit est interrompu par des contacts d'arc, pour lesquels même le courant de court-circuit ne présente pas un grand danger (pour des courants de court-circuit importants, des dispositifs d'arc spéciaux sont également utilisés).

Lorsque le circuit est mis sous tension, les contacts d'arc sont fermés en premier, suivis des contacts de fonctionnement. Ainsi, les contacts de fonctionnement ne coupent pas ou ne ferment pas complètement le circuit. Cela élimine le danger de fusion et de soudure.

Pour éliminer la possibilité d'ouverture spontanée de contacts de efforts électrodynamiques lorsque des courants de court-circuit circulent, les systèmes de contact sont conçus de manière à ce que les forces électrodynamiques dans ces conditions fournissent une pression de contact supplémentaire et empêchent une éventuelle fusion et soudure des contacts au moment de la mise sous tension du circuit de court-circuit, commutation accélérée.

Pour éliminer le danger d'un impact élastique important sur les surfaces de contact, utilisez le pré-pressage des contacts avec des ressorts spéciaux... Dans ce cas, une vitesse de commutation élevée et l'élimination d'éventuelles vibrations sont assurées, car le ressort est pré- comprimé et après avoir touché les contacts, la force de poussée commence à croître non pas à partir de zéro, mais à partir d'une certaine valeur spécifiée. en mode court-circuit, mais aussi la résistance thermique et électrodynamique requise en mode court-circuit.

Les contacts de coupure mobiles ne doivent pas non plus être détruits par la température élevée de l'arc électrique qui se forme lors de leur ouverture, et fermés de manière fiable sans soudure ni fusion lorsqu'ils sont allumés pour un court-circuit.Les mesures évoquées ci-dessus contribuent également au respect de ces exigences.

Les contacts en céramo-métallique, qui est un mélange de poudres de cuivre broyées avec du tungstène ou avec du molybdène et de l'argent avec du tungstène, sont particulièrement résistants à l'action destructrice d'un arc électrique.

Un tel composé présente à la fois une bonne conductivité électrique grâce à l'utilisation de cuivre ou d'argent et un point de fusion élevé grâce à l'utilisation de tungstène ou de molybdène.

Conceptions de base des contacts dans les installations électriques et les appareils électriques

La construction de joints de contact fixes (rigides) incassables doit garantir un serrage fiable des surfaces de contact et une résistance de contact minimale. Il est préférable de connecter les pneus avec plusieurs boulons plus petits qu'avec un seul gros, car cela offre plus de points de contact. Lors de la connexion des pneus, la résistance de contact est plus faible que lors de l'utilisation de boulons, lorsqu'il est nécessaire de percer des trous dans les pneus. La haute qualité de la connexion des contacts est assurée par le soudage des jeux de barres.

Contacts de coupure mobiles - un élément de base des appareils de commutation... En plus des exigences générales pour tous les contacts, ils doivent avoir une résistance à l'arc, la capacité d'allumer et d'éteindre le circuit de manière fiable en cas de court-circuit, ainsi que supporter un certain nombre de manœuvres et d'arrêts sans dommage mécanique.

Le contact le plus simple de ce type est un contact coupant plat. Lorsqu'elle est engagée, la lame mobile entre entre les mâchoires fixes à ressort. L'inconvénient d'un tel contact plan est que le contact des surfaces de contact se fait en plusieurs points du fait des irrégularités de ces surfaces.

Pour obtenir un contact linéaire, des protubérances semi-cylindriques sont estampées sur les bandes de couteau, et pour augmenter la pression, les bandes sont comprimées avec une pince en acier avec un ressort.Les contacts à ouverture sont le plus souvent utilisés dans les disjoncteurs et les sectionneurs.

La partie de contact du contact de doigt à alignement automatique est réalisée sous la forme de doigts, dans la plaque - sous la forme de plaques, à la fin - sous la forme d'un dessus plat, dans la douille - sous la forme de lamelles ( segments), dans le pinceau — sous forme de pinceaux élastiques, de fines plaques de cuivre ou de bronze.

Les pièces de contact spécifiées (pièces) dans un certain nombre de conceptions peuvent changer, dans des limites limitées, leur position par rapport aux contacts fixes. Des connexions flexibles conductrices de courant sont fournies pour leur connexion électrique fiable.

La stabilité des contacts de coupure et la force de compression requise sont généralement obtenues au moyen de ressorts à lames ou hélicoïdaux.

Les contacts de doigt et les contacts sont utilisés dans les appareils avec des tensions supérieures à 1000 V pour divers courants comme contacts de fonctionnement et d'arc, et les contacts plats sont utilisés comme contacts de fonctionnement. Les contacts d'extrémité sont utilisés pour des tensions de 110 kV et plus, pour des courants ne dépassant pas 1 à 1,5 kA comme contacts de fonctionnement et d'arc. Les contacts à balais sont utilisés dans les appareils pour différentes tensions et courants importants, mais uniquement comme contacts de travail, car un arc électrique peut endommager des balais relativement fins.