第3章_电接触与触头总结

2) 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，实际接触面 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 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。
1 收缩电阻： Rs n
Zn
Pt
HCl
各种金属在电解液中的电位(与氢相比较)，按电位高低排
成次序，叫做电化序表。
金属 电位/V Al Zn Cr Fe Cd Ni Sn H Cu Ag Pt
-1.34 -0.76 -0.56 -0.44
-0.4
-0.2
-0.14
0
0.345
0.8
0.86
两种金属在表中的位置相隔越远，组成电池时的电动势就 越高。当电池正负电极用导线短路后将有电流I流通。在 电流流过的同时，负电极金属溶解到电解液中，造成负电 极金属的腐蚀。电动势越高，电流越大，腐蚀越严重。正 电极则不会出现这种腐蚀作用。 不同金属构成电接触时也会发生类似的腐蚀现象。如铜铝 接触、铜铁接触等。
一、接触电阻的异常恶化问题


Rj的大小直接影响触头温度及工作可靠性，设计和维护 良好的断路器， Rj不应变化太大。 新加工的触头，表面氧化膜很薄，触头接触电阻较小。 经过长期工作后，触头表面与周围介质起化学作用，接 触电阻会不断增加。为了保证触头工作可靠，在长期工 作过程中，必须保证触头接触电阻长期稳定。为此，必 须分析造成接触电阻不稳定的原因。
3-实际导电斑点
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。 这些性质是材料的电阻率ρ,材料的布氏硬度Hb，材料的 化学性能以及金属化合物的机械强度与电阻率。
理想材料：电阻率ρ小,硬度Hb小，高熔点，不易氧化， 造价低。 1)银：电阻率ρ与硬度Hb 都小;低温下不易氧化，高温下银的 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 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 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，可以在 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。
措施：增加接触压力可以提高接触电阻的稳定性;另一个
有效措施就是在容易腐蚀的金属上覆盖银、锡等金属。 2）电化学腐蚀
不同金属构成电接触时，还会产生电化学腐蚀。电化学腐
蚀会造成电接触的严重破坏。 电化学腐蚀的原理也就是化学电池的原理。用不同金属作 电极插入电解液中时，就形成了一个电池。一个电极显正 极性，另一个电极显负极性，电池的电动势决定于金属种 类。 electrons

铜器上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？
减少电化学腐蚀的措施：
为了减少不同金属接触时出现的电化学腐蚀作用，应注 意避免采用在电化序表中相距较远的金属构成电接触。但在 高压断路器中，常不可免地需要采用铝铜接触。此时，可在 铝表面上用铜、银或锡覆盖，或在铝、铜两金属间加上锌垫 片以减少电化学腐蚀作用。也可在接触面周围涂抹油脂，防 止水分侵入形成电解液。
第3章 电接触与触头
第一节 第二节 第三节
概述 接触电阻及其影响因素 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，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。 二、电接触的分类 1)固定电接触：用螺丝、铆钉夹 紧件将导电元件紧固在一起，无相对 运动的连接。 如各种电器的出线端与母线的连 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。
L 2.4 108 V 2 K 2
本体的绝 对温度
【例】计算玫瑰触头在长期通过额定电流时的接触点温升τj，已知 额定电流I=600A，本体温度90 º C,接触电阻Rj =6.6μΩ. 【解】触头本体绝对温度为
T tb 273 363K
(600 6.6 106 )2 j 0.23 K 6 8LT 8 2.4 10 363
弱电流触头：≤1A 中电流触头：几~几百A 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。 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 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，温 升不超过一定数值。接触电阻要求稳定。 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。 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。 4)在开断过程中，要求触头在开断电路时电磨损尽可能小.
造成接触电阻不稳定的 原因有两个: 一个是化学腐蚀; 另一个是电化学腐蚀。

1）化学腐蚀
当可分触头分开时，构成接触连接的金属如铜、铝及其合
金与周围介质中的某些成分，如空气中的氧、变压器油中 的有机酸等起化学作用，生成不导电的化学膜，由此会出 现很大的表面电阻。这一现象称为化学腐蚀。 电接触受化学腐蚀的程度与金属种类、周围介质及接触面 的温度有很大关系。但是在触头关合过程中，由于触头间 发生碰撞和滑动，又会使化学膜部分去除，使接触电阻降 低下来。 当触头长期闭合时，接触面虽不与周围介质相接触，但周 围介质中的氧分子等会从接触点周围逐渐侵入，与金属起 化学作用，形成金属氧化物。这样会使实际接触面积减小， 接触电阻增加。接触点温度愈高，氧分子活动能力越强， 可以更深地侵入到金属内部.这种作用更为严重。因此，为 了使接触电阻在长期工作情况下保持稳定，必须保证接触 点在长期工作下的温度不应过高。电接触的长期允许温度 所以很低的原因就在于此。
※
条件 现象 本质 联系
化学腐蚀
电化腐蚀
金属跟非金属单质直接 多种金属或合金 接触 跟电解质溶液接触 无电流产生 金属被氧化 有微弱电流产生 较活泼金属被分解
两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
二、触头温升与熔焊

电流流经电器的导电部分时，导电杆、触头等的温度都 要升高。开关电器的触头大多是用截面很大的紫铜制成， 紫铜导热性又很好，因此触头部分的温度几乎相同，称 为触头的本体温度Tb；

I 2 R2 j

这个计算结果表明，只要接触电阻不大，在长期通过额定电流 时，接触点温度与触头本体温度相差无几。但当接触电阻由 6.6μΩ 增加为66μΩ 时，接触点温升将由0. 23K增大为23K，接 触电阻对接触点温升的影响已不容忽视了。 由于接触点处导电状态的恶化破坏或在突然的短路电流作用下 热效应剧增，接触处的温度就可能达到金属材料的软化点或熔 点，使触头局部软化或熔化。如果熔化较厉害就会造成熔焊。 熔焊严重时就有可能将触头焊在一起而无法自行分开。
130 340 1900 2800
4 3 1 6
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， 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
K Rj m F ( )
与接触形式 有关 实验确定
点接触：m = 0.5 线接触：m = 0.75 面接触：m = 0.8~0.95
Ag : 0.016 106 m Cu : 0.017 106 m Al : 0.029 106 m
故，接触电阻：
<< << <<
Ag2O : 1104 m Cu2O : 5 108 m Al2O3 : 11010 m
1-视在接触面
2-实际接触面
2)滑动及滚动接触：一种可动但不可分的接触，接触元件间 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。
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 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 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。
第二节 接触电阻及其影响因素
一、接触电阻 实验： R U I 导体电阻：
Rj U j I 接触电阻：
产生接触电阻的原理：
U j U
1）接触面积变小： 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，即使外加很大的接触压 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 收缩。 收缩电阻 Rs
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. 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，并常采用表 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 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，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 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 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，主要缺点是在大气中易氧 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 于对接式的触头上，接触电阻稳定但耐弧性能稍差。
2. 接触压力 试验表明，在弹性变形范围内，接触压力愈大，接触电阻会 愈小
并非越大越好！接触压力达一定值后，接触压力趋于稳定， 因此过大的接触压力也没有必要，对于可分合接触是更有害 而无益。
3. 接触形式 接触的形式很多，按触头外形的几何形状不同，可分为点接 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 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。
n面 n线 n点
Rs面 Rs线 Rs点
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F有关
试验表明，在一定范围内且压力相同时，线接触的接触电阻比 点、面接触都低。这是因为点接触的接触点少、压强大，面接 触的接触点多、压强小，线接触压力强度和接触面积得到了较 适当的配合，故线接触广泛用于高压开关电器的可动接触中， 而面接触多用于固定连接。
2)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Rm 接触表面的覆盖物可能是金属的氧化物、硫化 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，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、水膜 等。对于断路器来说，金属的氧化物是主要的。
在接触处，由接触电阻产生的热损 耗集中在很小范围内。这些热量只 能通过传导向触头本体传热，因此 接触点处的温度Tm要比触头本体温 度高。 Tb与Tm之差称为接触点温升
接触面 本体

j Tm Tb
j I 2 R2 j 8LT
I 2 R2 j 8
对所有金属材料： LT L称为洛仑兹常数：
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（研 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。
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。
材料 F = 10 N 机加工 机加工，表 面有油 研磨加工 研磨加工， 表面有油 接触电阻 /μΩ F = 1000 N
系数K值：
接触材料
K
合金
银-银 铜–铜 铜-铜（镀锡） 铝–铜 铝 – 黄铜
60
80~140
100
980
1900
第三节 电接触在长期工作中的问题
长期工作中的主要问题：
①发热
②熔焊 ③磨损 与接触电阻异常恶化有关
所谓触头磨损是指触头在长期的通流与合分动作过程中， 因污染、腐蚀、机械撞击及电弧的烧蚀(熔化、飞溅脱落 丢失等现象。 磨损的结果又加剧发热和熔焊的发生。