완벽한 전기 접촉, 접촉 저항에 대한 재료 특성, 압력 및 치수의 영향
고정 접점은 대부분의 경우 와이어의 기계적 연결에 의해 이루어지며 연결은 와이어의 직접 연결(예: 전기 변전소의 버스) 또는 중간 장치(클램프 및 단자)에 의해 이루어질 수 있습니다.
기계적으로 형성된 접점을 호출합니다. 강화개별 부품을 건드리지 않고 조립하거나 분해할 수 있습니다. 클램핑 접점 외에도 연결된 와이어를 납땜하거나 용접하여 얻은 고정 접점이 있습니다. 우리는 그러한 연락처를 호출합니다 모든 금속, 두 와이어를 구분하는 물리적 경계가 없기 때문입니다.
작동 중 접점의 신뢰성, 저항의 안정성, 과열 및 기타 장애의 부재는 접점이 있는 전체 설비 또는 라인의 정상 작동을 결정합니다.
소위 이상적인 접촉은 두 가지 주요 요구 사항을 충족해야 합니다.
- 접촉 저항은 동일한 길이의 섹션에서 도체의 저항과 같거나 낮아야 합니다.
- 정격 전류로 접촉 가열은 해당 단면의 전선 가열과 같거나 낮아야 합니다.
1913년에 Harris는 전기 접촉을 제어하는 4가지 법칙을 개발했습니다(Harris F., 전기 접촉 저항).
1. 다른 모든 조건이 동일하면 접점의 전압 강하는 전류에 정비례하여 증가합니다. 즉, 두 물질 사이의 접촉은 저항으로 작용합니다.
2. 접점의 표면 상태가 영향을 미치지 않으면 접점 양단의 전압 강하는 압력과 반비례합니다.
3. 서로 다른 재료 사이의 접촉 저항은 비저항에 따라 달라집니다. 저항률이 낮은 재료는 접촉 저항도 낮습니다.
4. 접점의 저항은 면적의 크기에 의존하지 않고 접점의 총 압력에만 의존합니다.
접촉면의 크기는 다음과 같은 요소에 의해 결정됩니다. 접촉면의 열 전달 조건 및 내식성. 작은 표면과의 접촉은 큰 접촉보다 더 쉽게 대기로부터 부식제의 침투에 의해 파괴될 수 있기 때문입니다. 접촉면.
따라서 클램핑 접점을 설계할 때 이상적인 접점에 대한 요구 사항을 준수하고 재료, 표면 처리 및 접점에 따라 다를 수 있는 접점 표면의 압력, 전류 밀도 및 크기의 표준을 알아야 합니다. 설계.
접촉 저항은 다음 재료 특성의 영향을 받습니다.
1.재료의 특정 전기 저항.
접촉 저항이 높을수록 접촉 재료의 비저항이 높아집니다.
2. 재료의 경도 또는 압축 강도. 더 부드러운 재료는 더 쉽게 변형되고 더 빨리 접점을 설정하므로 더 낮은 압력에서 더 적은 전기 저항을 제공합니다. 이런 의미에서 단단한 금속을 부드러운 금속으로 덮는 것이 유용합니다. 구리와 황동에는 주석을, 철에는 주석이나 카드뮴을 사용합니다.
3. 열팽창계수 접점의 재질과 예를 들어 볼트의 차이로 인해 응력이 증가하여 접점의 약한 부분이 소성 변형되고 온도가 낮아지면 파손될 수 있으므로 고려해야 합니다. .
접촉 저항의 양은 점 접촉의 수와 크기에 의해 결정되며 접촉 재료, 접촉 압력, 접촉 표면의 처리 및 접촉 표면의 크기에 따라 달라집니다.
~에 단락 접점의 온도가 너무 높아져 볼트 및 접점 재료의 불균일한 열팽창 계수로 인해 재료의 탄성 한계를 초과하는 응력이 발생할 수 있습니다.
이로 인해 풀림 및 접촉 조임 손실이 발생합니다. 따라서 계산할 때 단락 전류로 인해 접점에 추가 기계적 응력이 있는지 확인해야 합니다.
구리는 실온(20 - 30 °)에서 공기 중에서 산화되기 시작합니다.생성된 산화막은 두께가 얇기 때문에 접점이 압축될 때 파괴되기 때문에 접점 형성에 특별한 장애가 되지 않습니다.
예를 들어 조립 전 한 달 동안 공기에 노출된 접점은 새로 만든 접점보다 저항이 10%만 더 높습니다. 구리의 강한 산화는 70 ° 이상의 온도에서 시작됩니다. 100°에서 약 1시간 동안 유지된 접점은 저항이 50배 증가했습니다.
온도가 상승하면 접점의 가스 확산이 가속화되고 부식성 물질의 반응성이 증가하기 때문에 접점의 산화 및 부식이 크게 가속화됩니다. 가열과 냉각을 번갈아 가며 접촉하는 가스의 침투를 촉진합니다.
또한 전류에 의해 접점이 장시간 가열되는 동안 온도와 저항의 주기적인 변화가 관찰되며 이 현상은 연속적인 프로세스로 설명됩니다.
- CuO로의 구리 산화 및 저항 및 온도 증가;
- 공기 부족, CuO에서 Cu2O로의 전환 및 저항 및 온도 감소(Cu2O가 CuO보다 더 잘 전도됨);
- 공기 접근 증가, CuO의 새로운 형성, 저항 및 온도 증가 등
산화층의 점진적인 두꺼워짐으로 인해 접촉 저항의 증가가 결국 관찰됩니다.
대기 중 이산화황, 황화수소, 암모니아, 염소 및 산성 증기의 존재는 구리와의 접촉에 훨씬 더 강한 영향을 미칩니다.
공기 중에서 알루미늄은 얇고 저항력이 강한 산화막으로 빠르게 덮입니다. 산화막을 제거하지 않고 알루미늄 접점을 사용하여 높은 접촉 저항을 제공합니다.
상온에서 필름 제거는 기계적으로만 가능하며 접촉면의 세척은 세척된 표면에 공기가 닿지 않도록 바셀린 층 아래에서 수행해야 합니다. 이러한 방식으로 처리된 알루미늄 접점은 접촉 저항이 낮습니다.
접촉을 개선하고 부식을 방지하기 위해 접촉 표면은 일반적으로 알루미늄의 경우 바셀린으로, 구리의 경우 주석으로 청소합니다.
알루미늄 와이어를 연결하기 위한 클램프를 설계할 때 시간이 지남에 따라 "축소"되는 알루미늄의 특성을 고려해야 하며 그 결과 접촉이 약해집니다. 알루미늄 와이어의 이러한 특성을 고려하여 필요한 접촉 압력이 항상 연결 상태로 유지되는 스프링이 있는 특수 단자를 사용할 수 있습니다.
접촉 압력은 접촉 저항에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 실제로 접촉 저항은 주로 접촉 압력에 따라 달라지며 접촉 표면의 처리 또는 크기에는 훨씬 덜 의존합니다.
접촉 압력이 증가하면 다음이 발생합니다.
- 접촉 저항 감소:
- 손실 감소;
- 접점의 산화를 줄여 연결을 보다 안정적으로 만드는 접점 표면의 긴밀한 결합.
실제로는 접촉 저항 안정성이 달성되는 정규화된 접촉 압력이 일반적으로 사용됩니다. 이러한 최적의 접촉 압력 값은 금속과 접촉면의 상태에 따라 다릅니다.
중요한 역할은 접촉면의 크기에 관계없이 특정 압력 기준을 유지해야 하는 전체 표면에 대한 접촉 밀도에 의해 수행됩니다.
접촉면의 처리는 이물질 제거를 보장하고 표면이 접촉할 때 최대 점 접촉을 제공해야 합니다.
주석 도금 구리 또는 철 접점과 같은 더 부드러운 금속으로 접점 표면을 덮으면 더 낮은 압력에서 양호한 접점을 쉽게 얻을 수 있습니다.
알루미늄 접점의 경우 최상의 처리 방법은 바셀린 아래에서 사포로 접점 표면을 샌딩하는 것입니다. 바셀린은 공기 중의 알루미늄이 매우 빠르게 산화막으로 덮이기 때문에 필요하며, 바셀린은 공기가 보호된 접촉면에 도달하는 것을 방지합니다.
많은 저자는 접촉 저항이 접촉의 총 압력에만 의존하고 접촉 표면의 크기에는 의존하지 않는다고 생각합니다.
예를 들어 접촉면이 감소하면 접촉점 수 감소로 인한 접촉 저항 증가가 특정 증가로 인한 평탄화로 인한 저항 감소로 보상되는 경우를 상상할 수 있습니다. 접촉 압력.
반대 방향으로 진행되는 두 프로세스의 이러한 상호 보상은 예외적인 경우에만 발생할 수 있습니다. 많은 실험에서 접촉 길이가 감소하고 일정한 전체 압력에서 접촉 저항이 증가하는 것으로 나타났습니다.
접촉 길이가 절반으로 줄어들어 더 높은 압력에서 저항 안정성이 달성됩니다.
주어진 전류 밀도에서 접촉 가열의 감소는 접촉 재료의 낮은 전기 저항, 높은 열용량 및 열 전도율, 접촉 외부 표면에서 높은 열 방출 능력과 같은 특성에 의해 촉진됩니다.
서로 다른 금속으로 만들어진 접점의 부식은 같은 금속으로 만들어진 접점보다 훨씬 더 심하며, 이 경우 갈바니 전지인 전기화학적 매크로커플(금속 A - 습식 필름 - 금속 B)이 형성됩니다. 여기에서 미세 부식의 경우와 마찬가지로 전극 중 하나, 즉 덜 귀한 금속(양극)으로 구성된 접점 부분이 파괴됩니다.
실제로 구리와 알루미늄과 같이 서로 다른 금속으로 구성된 전선을 연결하는 경우가 있을 수 있습니다. 특별한 보호 없이 이러한 접촉은 귀금속, 즉 알루미늄을 부식시킬 수 있습니다. 실제로 구리와 접촉하는 알루미늄은 부식성이 높기 때문에 구리와 알루미늄이 접촉하는 직접 결합은 허용되지 않습니다.