CHƯƠNG 4: TIẾP XÚC ĐIỆN pdf

Phân loại tiếp xúc điện: Dựa vào hình dạng chỗ tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau : điểm hoặc trên bề mặt diện tích với đường kính rất nhỏ như tiếp xúc hai hình cầu với nhau

CHƯƠNG 4

TIẾP XÚC ĐIỆN

CHƯƠNG 4: TIẾP XÚC ĐIỆN

Hình chụp bằng máy ảnh hồng ngoại cho thấy điểm tiếp xúc bị nóng đỏ do quả tải.

CHƯƠNG 4: TIẾP XÚC ĐIỆN

Sự nóng lên của tiếp xúc điện

CHƯƠNG 4: TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN.

4.2.1 Vật liệu làm tiếp điểm

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm.

4.2.3 Nguyên nhân hư hỏng tiếp điểm.

4.2.4 Biện pháp khắc phục

4.2.5 Các chế độ làm việc của tiếp điểm.

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.1 Khái niệm:

Chỗ tiếp giáp giữa hai vật dẫn điện để cho dòng điện chạy từ vật dẫn này sang vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện

Bề mặt chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là bề mặt tiếp xúc điện

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

Dựa vào mối liên kết tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau :

1 Tiếp xúc cố định: là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2

vật dẫn, được liên kết bằng bulông, đinh vit, đinh rivê,

Ví dụ: chỗ nối hai dây dẫn, chỗ nối của dây dẫn với thiết bị,

…

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

a) Yêu cầu:

nhiệt độ cho phép lâu dài

mạch đi qua

b) Một số dạng tiếp xúc cố định của thanh dẫn thẳng:

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 4.1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

Hình: Một vài tiếp xúc cố định.

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4 1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4 1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

2 Tiếp xúc trượt: là vật dẫn điện này có thể trượt trên

bề mặt của vật dẫn điện kia

ví dụ: như chổi than trượt trên vành góp máy điện

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4 1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

3 Tiếp xúc đóng cắt: là tiếp xúc mà có thể làm cho

dòng điện chạy hoặc ngừng chạy từ vật này sang vật khác

Ví dụ: như các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 4.1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

Một vài dạng tiếp xúc đóng cắt

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4 1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

 Yêu cầu tiếp xúc đóng cắt:

ngắn mạch mà tđiểm không bị dính lại

nhất định mà không bị hư hỏng về cơ học

học lúc đóng

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.2 Phân loại tiếp xúc điện:

Dựa vào hình dạng chỗ tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau :

điểm hoặc trên bề mặt diện tích với đường kính rất nhỏ (như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt phẳng, hình nón với mặt phẳng, )

đường thẳng hoặc trên bề mặt rất hẹp (như tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng, hình trụ với trụ, )

 Tiếp xúc mặt: là hai vật dẫn điện tiếp xúc với nhau trên bề

mặt rộng (ví dụ tiếp xúc mặt phẳng với mặt phẳng, )

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

Nói chung, các yêu cầu đối với tiếp xúc điện tùy thuộc ở công dụng, điều kiện làm việc, tuổi thọ yêu cầu của thiết bị và các yếu tố khác

Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy làm việc và nhiệt độ phát nóng của tiếp xúc điện là điện trở tiếp xúc Rtx

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

1 a

l

Hình 4.1: Tiếp xúc của hai vật dẫn

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

Do đó diện tích tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk= a.l.

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.3 Điện trở tiếp xúc:

Diện tích tiếp xúc còn phụ thuộc vào lực ép lên trên tiếp điểm và vật liệu làm tiếp điểm, lực ép càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn.

Diện tích tiếp xúc thực ở một điểm (như mặt cầu tiếp xúc với mặt phẳng) xác định bởi:

Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm [kg].

δd là ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm [kg/cm 2] 2

( ) 2 1

d

F S

δ

= (4.1)

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 4.1.3 Điện trở tiếp xúc:

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo công thức:

K: hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm ( theo bảng tra)

m: hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc với :

R = (4.2)

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.3 Điện trở tiếp xúc:

Ngoài công thức (4.2) là công thức kinh nghiệm, người ta còn dùng phương pháp giải tích để dẫn giải rút ra công thức tính điện trở tiếp xúc điểm:

n: số điểm tiếp xúc

F: lực nén [kg]

( )2 3

.

πδ

ρ

d

tx

n F

R =

2

(4.3)

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.3 Điện trở tiếp xúc:

Do vậy rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện, điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng

Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn dính

Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt, nhưng do thực tế

cực nhỏ được như mong muốn

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.3 Điện trở tiếp xúc:

Điện trở tiếp xúc tăng quá trị số cho phép

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

a) Vật liệu làm tiếp điểm

 Thông số đặc trưng cho Vliệu tđiểm là: ρ (điện trở suất)

và δ (ứng suất chống dập nát).

 Để R tx giảm: (theo 4.3) thì ρ nhỏ và δ nhỏ.

- Do đó phải chọn vliệu dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, không bị oxy hóa, độ bền cơ cao và dễ gia công chế tạo → khó có vliệu đáp ứng những yêu cầu này mà tùy theo điều kiện cụ thể

mà lựa chọn.

- δ nhỏ là liệu mềm, với vliệu này thì cùng 1 lực ép thì diện tích tiếp xúc lớn hơn nên điện trở tiếp xúc nhỏ Nên đối với tiếp xúc cố định, có dòng điện lớn thì phủ 1 lớp vliệu mềm

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

 Cũng từ CT (4-2) và (4-3) lực ép

F càng lớn thì R tx càng nhỏ

(h4.2) đường 1 biểu diễn R tx

giảm theo chiều tăng của F, nếu

giảm lực nén lên tiếp điểm thì

R tx thay đổi theo đường 2, ta có

thể gỉai thích là vì khi tăng lực

5 10 15 20 25 0

1 2

Rtx [10 6 Ω]

H- 4.2: Điện trở tiếp xúc khi lực nén tăng

F [kg]

 Tăng lực ép chỉ có tác dụng giảm R tx ở giai đoạn đầu điện trở lớn

và trung bình Khi lực ép đủ lớn thì dù có tăng lực ép lên nữa thì

R tx vẫn không thay đổi.

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

- Điện trở txúc phụ thuộc vào dạng

txúc: Txúc điểm, Txúc đường hay

Txúc mặt.

- Quan hệ: lực ép tiếp điểm và điện

trở Txúc của các loại tđiểm khác

R tx

F

Hình 4.3

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

 Nhiệt độ của tiếp điểm thay đổi sẽ làm Rtx thay đổi.

 Theo kết quả thí nghiệm với nhiệt độ nhỏ hơn 200 ºC Khi nhiệt độ tăng, Rtx cũng tăng theo quan hệ:

Trong đó: R tx(0) : điện trở tiếp xúc ở 0ºC ,

α: hệ số nhiệt điện trở của vật liệu [1/ºC]

θ: nhiệt độ của tiếp điểm [ºC]

] )[

.

3

2 1

(

) 0 ( )

(θ = tx + α θ Ω

tx R

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

 Bề mặt tiếp xúc khi bị bẩn hoặc khi bị oxit hóa có R tx lớn

hơn nhiều R tx của tiếp điểm sạch (do có nhiều điểm không được tiếp xúc trực tiếp bằng vật liệu làm tiếp điểm)

 Khi bị oxy hóa càng nhiều thì nhiệt độ phát nóng trên bề

mặt tiếp xúc càng cao Tiếp điểm bị oxy hóa có điện trở tiếp xúc tăng hàng chục lần (vì oxit của phần lớn kim loại dẫn điện kém hơn nhiều kim loại nguyên chất).

 Nếu hai tđiểm làm bằng 2 kloại khác nhau, khả năng oxy

hóa lớn hơn nhiều lần s/v 2 kloại làm từ 1 kloại.

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

f) Mật độ dòng điện

 Diện tích tiếp xúc được xác định tùy theo mật độ dòng điện

cho phép Theo kinh nghiệm đối với thanh dẫn bằng đồng cho tiếp xúc nhau khi nguồn ở tần số 50Hz thì mật độ dòng điện cho phép là:

Trong đó: I là giá trị dòng điện hiệu dụng; S=Sbk diện tích tiếp xúc

biểu kiến.

 Biểu thức (4-5) trên chỉ đúng khi dòng điện biến thiên

trong khoảng từ 200 đến 2000A Nếu ngoài trị số đó thì có thể lấy:

I < 200A lấy J cp = 0,31 [A/mm2]

I > 2000 A lấy J cp = 0,12 [A/mm2]

] /

)][

200 (

10 05 , 1 31 , 0

[( 4 I A mm2

S I

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến đttx:

f) Mật độ dòng điện

 Khi vật dẫn tiếp xúc không phải là đồng thì mật độ dòng

cho phép đối với vật liệu ấy có thể lấy theo công thức sau:

X vatlieu

dong tx

dong cp

X vatlieu cp

R

R J

J

)

(

) (

.

.

ρ ρ

=

4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1.5 Biện pháp làm giảm đtrở txúc:

 Bôi mỡ chống rỉ.

 Chọn vật liệu có điện thế hóa học giống nhau.

 Sử dụng vật liệu ít bị oxy hóa.

 Mạ điện các tiếp điểm.

 Tăng lực ép của tiếp điểm.

 Cải tiến các thiết bị dập hồ quang điện.

 Làm đúng quy trình khi tạo tiếp xúc điện.

 Kiểm tra và bảo trì định kỳ,…

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ

ĐIỆN

CHƯƠNG 4: TIẾP XÚC ĐIỆN

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu làm tiếp điểm:

Để thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc khác nhau của tiếp điểm thiết bị điện thì vật liệu làm tiếp điểm phải

có được những yêu cầu cơ bản sau:

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu làm tiếp điểm:

điện và giảm sự nóng chảy hàn dính tiếp điểm đồng thời tăng tuổi thọ tiếp điểm)

dạng bề mặt tiếp xúc và tăng tuổi thọ của tiếp điểm)

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

Thực tế ít vật liệu nào đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trên

Trong thiết kế sử dụng tùy từng điều kiện cụ thể mà trọng nhiều đến yêu cầu này hay yêu cầu khác

a Đồng kiî thuật điện: đồng nguyên chất thu được bằng điện phân Nó đáp ứng hầu hết các yêu cầu trên Nhược điểm chính của đồng kiî thuật điện là rất dễ bị oxit hóa

b Đồng cađimi: đồng kiî thuật điện pha thêm cađimi có tính chất cơ cao chống mài mòn tốt, khả năng chịu được hồ quang tốt hơn đồng kiî thuật điện thông thường

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

c Bạc: là vật liệu làm tiếp điểm rất tốt do có độ dẫn điện cao và có điện trở tiếp xúc ổn định Nhược điểm chủ yếu là chịu hồ quang kém nên sử dụng bị hạn chế.

d Đồng thau: hợp kim đồng với kẽm được sử dụng làm tiếp điểm dập hồ quang

e Các hợp kim đồng khác: hợp kim đồng với nhôm, đồng với mangan, đồng với niken, đồng với silic và các hợp kim đồng khác được sử dụng làm tiếp điểm, đồng thời làm lò xo ép (ví dụ tiếp điểm tĩnh của cầu chì) Những tiếp điểm như vậy khi

bị đốt nóng dễ bị mất tính đàn hồi.

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

f Thép có điện trở suất lớn: thép thường bị oxy hóa cao nhưng là vật liệu rẻ nên vẫn được sử dụng làm tiếp xúc cố định để dẫn dòng điện lớn, trong các thiết bị thép thường được mạ

g Nhôm: có độ dẫn điện cao, rẻ nhưng rất dễ bị oxy hóa làm tăng điện trở suất Nhược điểm nữa là hàn nhôm rất phức tạp, độ bền cơ lại kém

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

h Vonfram và hợp kim vonfram: có độ mài mòn về điện tốt và chịu được hồ quang tốt nhưng có điện trở tiếp xúc rất lớn

Hợp kim vonfram với vàng sử dụng cho tiếp điểm có dòng nhỏ

Hợp kim với molipđen dùng làm tiếp điểm cho những thiết bị điện thường xuyên đóng mở, khi dòng điện lớn thì vonfram và hợp kim vonfram sử dụng để làm tiếp điểm dập hồ quang

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

i.Vàng và platin: không bị oxy hóa do đó có điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, được sử dụng làm tiếp điểm trong thiết bịû điện hạ áp có dòng điện bé và quan trọng Vàng nguyên chất và platin nguyên chất có độ bền cơ thấp nên thường được sử dụng dạng hợp kim với môlipđen hoặc với iriđi để tăng độ bền cơ

k.Than và graphit: có điện trở tiếp xúc và điện trở suất lớn nhưng chịu được hồ quang rất tốt Thường dùng làm các tiếp điểm mà khi làm việc phải chịu tia lửa điện, đôi khi làm tiếp điểm dập hồ quamg

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu lăm tiếp điểm:

l Hợp kim gốm: hỗn hợp về mặt cơ học của hai vật liệu không nấu chảy mà thu được bằng phương pháp thiêu kết hỗn hợp bột hoặc bằng cách tẩm vật liệu này lên vật liệu kia

Thường vật liệu thứ nhấït có tính chất kỹ thuật điện tốt, điện trở suất và điện trở tiếp xúc nhỏ, ít bị oxy hóa.Vật liệu thứ hai có tính chất cơ cao và chịu được hồ quang Như vậy, chất lượng kim loại gốm là do tính chất của hỗn hợp quyết định

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.1 Vật liệu làm tiếp điểm:

Kim loại gốm sử dụng rộng rãi nhất thường có gốc bạc như: bạc-niken, bạc-oxit cađimi, bạc-vonfram, bạc-môlipđen

Ngoài ra, còn sử dụng kim loại gốm có gốc đồng như: đồng-vonfram, đồng-môlipđen, đồng cađimi làm tiếp điểm chính và tiếp điểm dập hồ quang

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4 2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

1) Tiếp điểm lò xo lá.

2) Tiếp điểm kiểu cầu.

3) Tiếp điểm kiểu ngón.

4) Tiếp điểm kiểu dao.

5) Tiếp điểm kiểu nêm.

6) Tiếp điểm kiểu đối.

7) Tiếp điểm kiểu hoa huệ.

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN 4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

1) Tiếp điểm lò xo lá: Thường

dùng cho dòng điện bé (đến

5A) tải nhẹ Dạng tiếp xúc

điểm không có lò xo tiếp

điểm riêng mà lợi dụng tính

đàn hồi của thanh dẫn để tạo

lực ép lên tiếp điểm

Dùng ở các rơle trung gian,

độ mở tiếp điểm cỡ 1 – 3 mm

Hình 4.4

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

2) Tiếp điểm kiểu cầu:

Hình -4.5

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN 4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

2) Tiếp điểm kiểu cầu:

đoạn Tiếp điểm động chuyển động thẳng Loại này không có dây dẫn mềm, kết cấu đơn giản

điện (có dòng điện định mức vài chục đến vài trăm Ampe)

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

3) Tiếp điểm kiểu ngón:

Hình -4.6

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

3) Tiếp điểm kiểu ngón:

động quay, nên dùng dây dẫn mềm để nối tiếp điểm động

đóng cắt làm việc ở chế độ nặng nề

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

4) Tiếp điểm kiểu dao:

Hình-4.7

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

4) Tiếp điểm kiểu dao:

Thường dùng cho cầu dao (vài chục A) Lực ép tiếp điểm là nhờ tính đàn hồi của đồng lá tiếp điểm tĩnh Với dòng điện lớn, người ta dùng tấm thép lò xo để tạo lực ép tốt hơn Với kết cấu này khi bị ngắn mạch lực điện động sẽ cùng chiều với lực ép tiếp điểm nên bảo đảm tiếp xúc tốt hơn

Sử dụng: đóng cắt không điện hoặc dòng thấp (dòng

không tải) như: cầu dao; dao cách ly

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

5) Tiếp điểm kiểu nêm:

Hình -4.8

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

5) Tiếp điểm kiểu nêm:

qua, nhưng dập hồ quang không lợi, vì dễ làm hỏng

bề mặt tiếp xúc điện

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

6) Tiếp điểm kiểu đối:

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN 4.2.2 Một số kết cấu tiếp điểm:

7) Tiếp điểm kiểu hoa huệ:

điểm tĩnh 3 (có các cánh); lò xo tiếp điểm

4 Vì các cánh tiếp điểm tĩnh song song với

nhau từng đôi một nên khi có dòng điện

ngắn mạch, lực điện động sẽ tăng lực ép

tiếp điểm, tạo điện trở tiếp xúc bé Kết cấu

này, vùng hồ quang cháy và vùng tiếp xúc

làm việc khác nhau nên bề mặt tiếp xúc

Hình 4.10

4.2.3 NGUYÊN NHÂN HƯ

HỎNG

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2 TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN

4.2.3 Nguyên nhân hư hỏng:

1) Ăn mòn kim loại:

Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tđiểm vẫn còn những lỗ nhỏ li ti

Trong vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao thấm vào và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó

sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng rất giòn

Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng này dễ

bị bong ra Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mòn dần, hiện tượng này gọi là htượng ăn mòn kim loại