Различают механический и электрический износ контактов. Последний значительно больше и существенно определяет работу контактов. Износ контактов можно определять двумя способами: по провалу контактов и по уменьшению веса контактов. Обширное исследование было произведено в свое время Броном по первому способу. Он установил следующие положения:
- износ контактов пропорционален числу их срабатываний;
Рис. IV. 16. Зависимость износа контактов от напряженности магнитного поля при магнитном дутье
Рис. IV. 17. Зависимость износа контактов от тока для медных, серебряных и металлокерамических (СОК) контактов
- при наличии магнитного дутья (контакторы, автоматы) износ контактов зависит от напряженности магнитного поля и при не очень больших токах имеет минимум (рис. IV.16), например при токе 100 а этот минимум обнаруживается очень ясно, но уже при токе 600 а он исчезает.
Повышение износа при Н > Нмин объясняется выбрасыванием расплавленного металла из межконтактного промежутка силами магнитного поля;
- износ контактов обратно пропорционален ширине контакта (в случае линейных контактов);
- износ контактов пропорционален току, а не квадрату тока, как можно было бы ожидать; это связано с тем, что количество металла, расплавляемого током, пропорционально току. Износ больше при включении, вследствие вибрации и повторных зажиганий дуги.
Все приведенные положения относятся к электрическому износу. Механический износ является в основном следствием ударов между контактными элементами при их соприкосновении, а также ударов в приводном механизме. В часто работающих аппаратах (контакторах) эти удары повторяются миллионы раз.
В результате происходят деформации деталей и их износ. В основном изнашиваются оси вращающихся частей и их втулки (подшипники). Борьба с механическим износом должна идти в направлении создания кинематических схем, при которых оси контактора не испытывают ударов.
Рис. IV.18. Зависимость числа операций п до износа контактов от тока для меди и металлокерамики CuW
Рис. IV. 19. Зависимость износа контактов от числа операций для меда и металлокерамики АНС
В последние годы было произведено много исследований износа контактов как при малых, так и при больших токах, причем износ определялся по второму способу — по уменьшению веса контактов. Для удобства сравнения результатов было введено понятие об удельном износе, т. е. о потере веса на одно включение — отключение (на одну операцию). Особенно много исследований было произведено с металлокерамическими контактами. Обнаружилось, что их износостойкость значительно выше, чем у медных контактов. Удельный износ характеризуется графиком, показанным на рис. IV. 17.
Сравнение меди и медно-вольфрамового сплава (рис. IV.18) показывает, что сплав при больших токах выдерживает в несколько раз большее число операций до полного износа, чем медь. Однако это верно только до тока 20 кА. В релейной аппаратуре применяется еще сплав серебро — никель (АНС). Он дает значительно меньший износ, чем медь (рис. IV. 19).
Поведение контактов несколько различно при постоянном и переменном токе. У контакторов постоянного тока наименьший износ дают сплавы СОМ-10 (серебро — окись меди) и СОК-15 (серебро — окись кадмия). У контакторов переменного тока хорошо работают СОМ-10, СОМ-15 и СОК-15. При переменном токе большую роль играет скорость размыкания контактов. Износ растет с увеличением этой скорости.
Металлокерамические материалы ведут себя по-разному при малых и при больших токах. При токах до 100 а наиболее износоустойчиво серебро (см. рис. IV. 17); при больших токах — СОК-15 и СН-40. При очень больших токах, порядка килоампер, наиболее подходящими материалами являются СВ-60 и СВ-80.
Исследования показали, что износостойкость металлокерамических контактов значительно увеличивается при мелкозернистой структуре сплавов. У СОК-15 обычная структура имеет зерна серебра размером d — 50 мкм, а мелкозернистая структура — 0,5 мкм; такая структура уменьшает износ в среднем в 3 раза (см. рис. IV.5).
Приведенные сведения относятся к износостойкости контактов аппаратов низкого напряжения, работающих на воздухе. Интересны данные об износе контактов, работающих в масле (в масляных выключателях высокого напряжения). Исследование, проведенное в ВЭИ с контактами, имевшими металлокерамические напайки (вольфрам—медь) [Л.IV.3], установило ряд важных зависимостей. Первое положение, установленное в данном исследовании, заключается в том, что весовой износ контактов при данном токе прямо пропорционален количеству электричества, прошедшего через контакты. На основании большого количества опытов была получена формула
где k — постоянный коэффициент и t — время действия тока.
Учитывая отклонения от средней величины износа, предложено ввести коэффициент запаса, равный 1,35. Тогда
Приняв допустимую степень износа, молено определить и допустимое число отключений п заданного тока до смены контактов. Например, для выключателя ВМК-110 при токе 26 кА допустимо восемь отключений, а при токе 21 кА — двенадцать.
