第3章 电接触与触头

Ag : 0.016 × 10−6 Ω ⋅ m Cu : 0.017 × 10−6 Ω ⋅ m Al : 0.029 × 10−6 Ω ⋅ m
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Ag 2O : 1× 10−4 Ω ⋅ m
Cu2O : 5 ×108 Ω ⋅ m Al2O3 : 1× 1010 Ω ⋅ m
1-视在接触面 2-实际接触面 3-实际导电斑点
2) 线接触： 一个圆柱面与一个平面相接触，从几何学角度看， 线接触： 一个圆柱面与一个平面相接触，从几何学角度看， 两面接触在一条直线上，所以称线接触。当然， 两面接触在一条直线上，所以称线接触。当然，实际接触面 是分布在狭长区域内的若干个接触点。 是分布在狭长区域内的若干个接触点。
3) 面接触： 两平面相接触，从几何学角度看，接触面是一个 面接触： 两平面相接触，从几何学角度看， 平面，所以称为面接触。当然， 平面，所以称为面接触。当然，实际接触面是分布在若干处 的很多个接触点。 的很多个接触点。
2)滑动及滚动接触：一种可动但不可分的接触，接触元件间 滑动及滚动接触：一种可动但不可分的接触， 滑动及滚动接触 可动但不可分的接触 可相互滑动或滚动。 可相互滑动或滚动。 如开关电器中的中间触头、电机的电刷与滑环及电车的供电等。 如开关电器中的中间触头、电机的电刷与滑环及电车的供电等。 3)可分接触：机械式开关电器特有的电接触现象，电路的接通 可分接触：机械式开关电器特有的电接触现象， 可分接触 与开断必然伴随导电件的闭合与分离，这是靠开关的触头 触头来完成 与开断必然伴随导电件的闭合与分离，这是靠开关的触头来完成 可动的导电件叫动触头，不动的叫静触头， 的，可动的导电件叫动触头，不动的叫静触头，为了加快触头间 的电压耐受能力，也有两个触头同时运动，相向拉开的。 的电压耐受能力，也有两个触头同时运动，相向拉开的。 弱电流触头： 弱电流触头：≤1A 中电流触头： 几百A 中电流触头：几~几百 几百 强电流触头：几百 以上 强电流触头：几百A以上 √
2000A 捆绑式梅花触头
三.对电接触的主要要求
※
电器的电接触，特别是可分触头的工作可靠性是很重要的。 电器的电接触，特别是可分触头的工作可靠性是很重要的。 可分触头的工作可靠性是很重要的 如果触头的材料、结构或制造质量不好， 如果触头的材料、结构或制造质量不好，触头在工作过程中就 会发生严重损坏或因电弧而熔焊，电器工作的可靠性就无 会发生严重损坏或因电弧而熔焊， 法保证。 法保证。 1)在长期工作中 要求电接触在长期通过额定电流时， 1)在长期工作中，要求电接触在长期通过额定电流时，温 升不超过一定数值。接触电阻要求稳定。 升不超过一定数值。接触电阻要求稳定。 要求稳定 2)在短时通过短路电流时 2)在短时通过短路电流时，要求电接触不发生熔焊或触头 材料的喷溅等。 材料的喷溅等。 3)在关合过程中 要求触头能关合短路电流， 3)在关合过程中，要求触头能关合短路电流，不发生熔焊 或严重损坏。 或严重损坏。 4)在开断过程中 要求触头在开断电路时电磨损尽可能小. 电磨损尽可能小 4)在开断过程中，要求触头在开断电路时电磨损尽可能小.
第3章 电接触与触头
第一节 概述 第二节 接触电阻及其影响因素 第三节 电接触在长期工作中的问题
第一节 概 述
一、什么是电接触 电器的导电回路总是由若干元件构成，其中， 电器的导电回路总是由若干元件构成，其中，两个零 件通过机械连接方式互相接触而实现导电的现象称为 电接触现象 现象。 电接触现象。 二、电接触的分类 1)固定电接触：用螺丝、铆钉夹 固定电接触：用螺丝、 固定电接触 紧件将导电元件紧固在一起， 紧件将导电元件紧固在一起，无相对 运动的连接。 运动的连接。 的连接 如各种电器的出线端与母线的连 输配电线路中线夹与导线、 接；输配电线路中线夹与导线、导线 与电缆头的连接；弱电中的插接件等。 与电缆头的连接；弱电中的插接件等。
故，接触电阻： 接触电阻：
R j = Rs + Rm
二、接触电阻的影响因素及工程算法 1. 材料性质 构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小。 构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小。 材料的布氏硬度H 这些性质是材料的电阻率ρ,材料的布氏硬度 b，材料的 材料的布氏硬度 化学性能以及金属化合物的机械强度与电阻率。 化学性能以及金属化合物的机械强度与电阻率。 理想材料： 硬度H 高熔点，不易氧化， 理想材料：电阻率ρ小,硬度 b小，高熔点，不易氧化， 硬度 造价低。 造价低。 1)银：电阻率ρ与硬度 b 都小 低温下不易氧化，高温下银的 银 电阻率 与硬度 都小;低温下不易氧化 与硬度H 低温下不易氧化， 氧化物很容易还原成金属银;银的氧化物的电阻率也很低 银的氧化物的电阻率也很低。 氧化物很容易还原成金属银 银的氧化物的电阻率也很低。从 减少接触电阻角度看，银是最理想的材料。但是，银的价格较 减少接触电阻角度看，银是最理想的材料。但是， 因此高压电器中常采用铜镀银或镶银的方法。 贵，因此高压电器中常采用铜镀银或镶银的方法。 2)铜：电阻率与硬度比银略大;在室温下，在大气中或变压器 铜 电阻率与硬度比银略大 在室温下 在室温下， 油中铜会氧化，铜的氧化膜厚度随温度增高而增加。 油中铜会氧化，铜的氧化膜厚度随温度增高而增加。从减小接 触电阻看，铜是仅次于银的材料。为了减小接触电阻， 触电阻看，铜是仅次于银的材料。为了减小接触电阻，可以在 铜上镀银或镶银，也可以镀锡。锡的优点是硬度小， 铜上镀银或镶银，也可以镀锡。锡的优点是硬度小，氧化膜的 机械强度低。 机械强度低。
3. 接触形式 接触的形式很多，按触头外形的几何形状不同， 接触的形式很多，按触头外形的几何形状不同，可分为点接 线接触和面接触三类。 触、线接触和面接触三类。 1) 点接触：一个球面与一个平面或两个球面相接触，从几何 点接触：一个球面与一个平面或两个球面相接触， 学角度看，两面接触于一点，所以称为点接触。当然， 学角度看，两面接触于一点，所以称为点接触。当然，实际 接触面是在一个小面积内的若干个接触点。 接触面是在一个小面积内的若干个接触点。
接触电阻 /µΩ 材料 F = 10 N 机加工 F = 1000 N
130 340 1900 2800
4 3 1 6机加工， 机加工，表Fra bibliotek面有油 研磨加工
研磨加工， 研磨加工， 表面有油
5. 接触电阻的工程计算方法 从上面的分析中我们可以看到，影响接触电阻的因素很多， 从上面的分析中我们可以看到，影响接触电阻的因素很多， 要准确的计算接触电阻是很困难的，通常只能用经验公式 经验公式估 要准确的计算接触电阻是很困难的，通常只能用经验公式估 算。 与接触材料、表面加工等有关，由
4. 接触表面加工情况 接触表面可以是粗加工（机械），也可以是精加工（ 接触表面可以是粗加工（机械），也可以是精加工（研 ），也可以是精加工 ）。加工精度对接触电阻有一定影响 加工精度对接触电阻有一定影响， 磨）。加工精度对接触电阻有一定影响，它表现在接触点数 的多少不同。 的多少不同。 但实践表明， 但实践表明，过于精细的表面加工对于降低接触电阻未必 是有利的。要综合考虑接触形式、接触压力等情况。 是有利的。要综合考虑接触形式、接触压力等情况。
1 收缩电阻： 收缩电阻： Rs ∝ n
Q n面 > n线 > n点
∴ Rs 面 < Rs 线 < Rs点
膜电阻：压力 一定时 单个接触点的受力： 一定时， 膜电阻：压力F一定时，单个接触点的受力：
f 面 < f 线 < f点 ∴ Rm面 > Rm线 > Rm点
R j = Rs + Rm 与接触形式及压力 有关 与接触形式及压力F有关
第二节 接触电阻及其影响因素
一、接触电阻 实验： 实验： R 导体电阻： 导体电阻： = U I
R 接触电阻： 接触电阻： j = U j I
U j >U
产生接触电阻的原理： 产生接触电阻的原理： 1）接触面积变小： ）接触面积变小： 放大观察，任何精细加工的固体表面， 放大观察，任何精细加工的固体表面，其微观 结构总是粗糙不平的， 结构总是粗糙不平的，即使外加很大的接触压 力也只有为数不多的点实际接触。 力也只有为数不多的点实际接触。 R ∝= 1 S 当电流通过两接触面的导电点时，电流线必然 当电流通过两接触面的导电点时， 收缩。 收缩。 收缩电阻 Rs
2)表面覆盖物： 表面覆盖物： 表面覆盖物 电接触的接触面上总会被一些导电性能很差的物质覆盖 由于这种原因出现的电阻增大称为表面电阻或膜电阻R 表面电阻或膜电阻 。由于这种原因出现的电阻增大称为表面电阻或膜电阻 m 接触表面的覆盖物可能是金属的氧化物、硫化 接触表面的覆盖物可能是金属的氧化物、 物等。这是由于电接触材料与周围介质如空气、 物等。这是由于电接触材料与周围介质如空气、 油等起化学作用而生成的， 油等起化学作用而生成的，也可能是落在接触表 面上的灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、 面上的灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、水膜 对于断路器来说，金属的氧化物是主要的 是主要的。 等。对于断路器来说，金属的氧化物是主要的。
镀银
3)铝：电阻率及硬度不算太高;铝的严重缺点是化学性质活泼 铝 电阻率及硬度不算太高 铝的严重缺点是化学性质活泼 铝的严重缺点是化学性质活泼. 在空气中，室温条件下很容易生成又硬又厚的氧化膜， 在空气中，室温条件下很容易生成又硬又厚的氧化膜，从而 使接触电阻增高。因此铝一般只用于固定接触， 使接触电阻增高。因此铝一般只用于固定接触，并常采用表 面覆盖锡的方法来减小接触电阻。 面覆盖锡的方法来减小接触电阻。 4)金、铂、铱等：这些贵重金属的优点是化学性能稳定，触头 金 这些贵重金属的优点是化学性能稳定， 表面不会产生不导电的薄膜。但是这类贵重金属材料价格昂贵， 表面不会产生不导电的薄膜。但是这类贵重金属材料价格昂贵， 来源稀缺，不能大量使用， 来源稀缺，不能大量使用，一般只用于低压电器中的弱电流触 头。 5)钨铜和钨银复合材料 以高熔点金属钨与高导电金属铜、银 钨铜和钨银复合材料: 以高熔点金属钨与高导电金属铜、 钨铜和钨银复合材料 采用粉末治金的方法制成的钨铜和钨银复合材料具有导电性能 在电弧作用下烧损小的特点， 好，在电弧作用下烧损小的特点，是开关电器中广泛使用的触 头材料。钨铜复合材料价格较便宜， 头材料。钨铜复合材料价格较便宜，主要缺点是在大气中易氧 接触电阻不稳定。适宜用在油断路器和六氟化硫断路器中。 化，接触电阻不稳定。适宜用在油断路器和六氟化硫断路器中。 常用的是含钨量为80%的钨铜复合材料。钨银复合材料通常用 的钨铜复合材料。 常用的是含钨量为 的钨铜复合材料 于对接式的触头上，接触电阻稳定但耐弧性能稍差。 于对接式的触头上，接触电阻稳定但耐弧性能稍差。