Usure des contacts électriques

Pendant le fonctionnement, les contacts de commutation sont fréquemment activés et désactivés. Cela conduit à l'usure. L'usure des contacts est autorisée afin qu'elle n'entraîne pas de dysfonctionnement de l'appareil jusqu'à la fin de la durée de vie.

L'usure des contacts est la destruction de la surface de travail des contacts avec une modification de leur forme, de leur taille, de leur poids et une réduction de l'immersion.

L'usure des contacts électriques, qui se produit sous l'influence de facteurs mécaniques, est appelée usure mécanique... Les contacts des sectionneurs sont exposés à l'usure mécanique - des dispositifs qui ouvrent le circuit électrique sans charge. L'usure se manifeste sous la forme d'un écrasement et d'un aplatissement des contacts d'extrémité et d'une usure des surfaces de contact coupées.

Pour réduire l'usure mécanique, les contacts mobiles ou fixes sont munis d'un ressort qui presse le contact jusqu'à sa butée dans la position d'arrêt de l'appareil, éliminant la possibilité de vibrations de contact.En position marche, le contact, qui a un ressort, s'éloigne de la butée et le ressort presse les contacts l'un contre l'autre, fournissant une pression de contact.

L'usure la plus intense se produit sous l'influence de facteurs électriques, en présence d'une charge de courant. Cette usure est appelée usure électrique ou érosion électrique.

La mesure la plus courante de l'usure des contacts électriques est la perte volumétrique ou de poids du matériau de contact.

Les contacts destinés à commuter des circuits électriques sous charge sont soumis à une usure mécanique et électrique. De plus, les contacts s'usent en raison de la formation de films à leur surface de divers composés chimiques du matériau des contacts avec l'environnement, ce que l'on appelle usure chimique ou corrosion.

Lorsqu'un circuit électrique est commuté avec une charge électrique, une décharge électrique se produit sur les contacts, qui peut se transformer en une décharge puissante arc électrique.

Fermeture du processus d'usure

Lorsque les contacts se touchent lors de leur fermeture, le contact à ressort est rejeté sous l'effet des forces élastiques. Il peut y avoir plusieurs rejets de contact, c'est-à-dire que l'on observe une vibration de contact avec une amplitude amortie. L'amplitude des vibrations diminue à chaque impact ultérieur. Le temps de rejet est également réduit.

Vibration des contacts à la mise sous tension de l'appareil : x1, x2 — amplitude des rejets ; t1, T2, T3 — perte de temps

Lorsque les contacts sont éjectés, un arc court se forme, faisant fondre les points de contact et vaporisant le métal. Dans ce cas, une surpression de vapeurs métalliques se crée dans la zone de contact et le contact "se bloque" dans le flux de ces vapeurs.Le temps de fermeture du contact est augmenté.

L'usure des contacts électriques à la mise sous tension dépend de la dépression initiale au moment du contact des contacts, de la raideur du ressort qui crée la pression de contact et des propriétés physiques des matériaux de contact.

Poussée initiale des contacts au moment de leur contact - c'est la force qui contrecarre le rejet des contacts lorsqu'ils entrent en collision. Plus cette force est grande, plus l'amplitude et le temps de rejet seront faibles, plus la vibration des contacts et leur usure seront faibles. À mesure que la rigidité du ressort augmente, le rejet de contact diminue et l'usure des contacts diminue.

Plus le point de fusion du matériau de contact est élevé, plus l'usure des contacts est faible. Plus le courant dans le circuit commuté est élevé, plus l'usure des contacts est importante.

Processus d'usure ouvert

Au moment de l'ouverture des contacts, la pression de contact est réduite à zéro. Dans ce cas, la résistance de contact augmente et la densité de courant au dernier point de contact augmente. Le point de contact fond et un isthme (pont) de métal en fusion se forme entre les contacts divergents, qui se rompt ensuite. Une étincelle ou un arc peut se produire entre les contacts.

Sous l'influence d'une température élevée lors de l'éjection, une partie du métal de l'isthme de contact est vaporisée, une partie est éjectée de l'espace de contact sous forme d'éclaboussures et une partie est transférée d'un contact à un autre. Des phénomènes d'érosion sont observés sur les contacts - apparition de cratères sur ceux-ci ou collage de métal.L'usure des contacts dépend du type et de l'intensité du courant, de la durée de combustion de l'arc et du matériau des contacts.

Avec le courant continu, le transfert de matériau d'un contact à l'autre se produit plus intensément qu'avec le courant alternatif, car la direction du courant dans le circuit ne change pas.

À faibles courants, l'érosion des contacts est causée par la destruction de l'isthme de contact non pas au milieu, mais plus près de l'une des électrodes. Le plus souvent, l'interruption de l'isthme de contact est observée à l'anode - l'électrode positive.

On observe un transfert de métal vers l'électrode plus éloignée du point de fusion, généralement la cathode. Le métal transféré se solidifie sur la cathode sous la forme de saillies pointues qui aggravent les conditions de contact et réduisent l'écart entre les contacts à l'état ouvert. La quantité d'érosion est proportionnelle à la quantité d'électricité passée à travers les contacts pendant la décharge par étincelle. Plus le courant et le temps de combustion de l'arc sont importants, plus l'érosion des contacts est importante.

À des courants élevés dans les réseaux électriques industriels, un arc se produit souvent entre les contacts ouverts. L'usure des contacts d'arc dépend de nombreux facteurs. Parmi eux, les facteurs suivants peuvent être vengés : tension secteur, type et amplitude du courant, intensité du champ magnétique, inductance du circuit, propriétés physiques des matériaux de contact, fréquence de commutation du cycle, nature du contact de contact, vitesse d'ouverture du contact.

L'arc électrique entre les contacts s'allume à une certaine valeur de tension.En présence de dispositifs d'extinction d'arc provoquant le mouvement de l'arc, l'arc se mélangera à partir des contacts lorsqu'un espace inter-contacts de 1 à 2 mm apparaît, ce qui n'est pas lié à l'amplitude de la tension. Par conséquent, l'usure des contacts est pratiquement indépendante de la tension. Les valeurs minimales de tension auxquelles un arc électrique se produit pour un certain nombre de métaux utilisés comme contacts sont données dans un tableau. 1.

Tableau 1. Tension et courant d'arc minimum pour certains métaux

Paramètres du circuit Matériau du contact Au Ag Cu Fe Al Mon W Ni Courant minimal, A 0,38 0,4 0,43 0,45 0,50 0,75 1,1 1,5 Tension minimale, V 15 12 13 14 14 17 15 14

L'usure des contacts augmente avec l'augmentation du courant de coupure. Cette dépendance est proche de linéaire. Dans le même temps, la modification du courant entraîne une modification du champ magnétique externe, qui affecte la nature de l'usure des contacts. L'usure des contacts est plus intense en courant continu, ce qui est lié au délai d'extinction de l'arc. Avec le courant continu, les contacts s'usent de manière inégale.

Le mouvement de l'arc dans les dispositifs d'extinction d'arc se produit dans un champ magnétique créé par un fil conducteur de courant. Lorsque la force du champ magnétique augmente, la vitesse de déplacement des points de référence de l'arc augmente. Dans le même temps, les contacts chauffent moins et fondent, et l'usure est réduite. Cependant, lorsqu'un isthme de métal fondu se produit entre les contacts ouverts, l'augmentation de l'intensité du champ magnétique augmente les forces électrodynamiques qui tendent à éjecter le métal fondu de l'espace de contact.Cela conduit à une usure accrue des contacts.

L'usure des contacts est affectée par l'inductance du circuit car elle est liée à la constante de temps du circuit et au taux de variation du courant. Dans un circuit à courant constant, l'augmentation de l'inductance peut réduire l'usure lorsque les contacts sont fermés car le courant monte plus lentement et n'atteint pas sa valeur maximale lorsque les contacts chutent.

Dans un circuit alternatif, l'augmentation de l'inductance peut augmenter et diminuer l'usure de court-circuit. Cela dépend du moment où les contacts sont supprimés. Lorsque les contacts s'ouvrent, l'inductance du circuit affecte l'usure si elle affecte le courant et le temps d'extinction de l'arc.

Une usure plus intense est observée dans les contacts constitués de matériaux de contact purs (cuivre, argent) et diminue de manière significative dans les contacts constitués d'alliages avec des composants réfractaires (cuivre - tungstène, argent - tungstène).

L'argent a une résistance à l'usure relativement élevée à des courants allant jusqu'à 63 A, à des courants de 100 A et plus, la résistance à l'usure diminue et à des courants de 10 kA, il devient l'un des matériaux les moins résistants à l'usure.

L'usure des contacts augmente avec l'augmentation de la fréquence de commutation. Plus l'appareil est allumé souvent, plus les contacts chauffent et leur résistance à l'érosion diminue. L'augmentation de la vitesse d'ouverture des contacts raccourcira le temps d'arc et réduira l'usure de l'arc sur les contacts.

Les paramètres des contacts électriques (défaut, solution, pression) et la nature du contact (contact ponctuel ou plan, contact déformé) affectent à la fois l'usure mécanique et l'usure électrique.Par exemple, à mesure que la solution de contact augmente, leur usure augmente, à mesure que la libération d'énergie thermique dans le cylindre à arc augmente.

Des contacts électriques usés peuvent entraîner un mauvais contact et une perte de connexions de contact. Cela peut entraîner une défaillance prématurée du dispositif de commutation. L'usure des contacts est affectée par leur rejet sous l'influence des forces électrodynamiques.

Chterbakov E.F.