2-3开关电器电接触材料与接触电阻计算

开关电器电接触材料与接触电阻计算1、电接触材料1.1电接触材料的技术要求电接触材料是影响开关电器触头/触点电接触效果的最直接因素之一，电接触材料的要求如下：1、热损耗方面的要求：要求电接触材料具有良好的导电性，电阻率小，导热率不大，由此确保触头/触点在闭合位置时的接触电阻小，温升低。电接触温升低能够减缓电接触材料的氧化，使得有害的表面膜不容易生成，触头分断时的液态金属桥也不容易形成。2、电接触热性能方面的要求：要求电接触材料的熔点和沸点高，导热性能好。电接触材料的密度、热容量要大，熔化和汽化的数值要高，由此抵御触头的电磨损。3、化学性能稳定，元素的电极电位要高，减少化学腐蚀：电接触材料必须具有良好的化学特性，要求电接触的两种金属电极电位的差值要小，可以减轻电化学腐蚀。电接触材料应当具有稳定的化学性质，不易产生化学腐蚀和无机膜，4、物理特性（硬度、密度和可塑性）方面的要求：电接触材料必须具有良好的机械特性，这里包括合适的硬度和摩擦系数，使得触头/触点在合闸冲力作用下不产生变形，便于机械加工和铆焊。在使用中要求抗压特性、抗剪切特性和耐磨性要好。这些要求与开关电器的机械寿命有关。1.2弱电流触头/触点的材料选用弱电流触头/触点一般用于二次回路，其电流在5A以下，且不配灭弧罩。继电器的触点就是典型的弱电流触头/触点。弱电流触头/触点一般用银、铂、铜等元素制作电接触材料，也有用金、钼和镍。银的电阻率1.65x10-8Ω•m，是金属材料中最高的，导热性也是最高的。银在潮湿的环境下易硫化，但在空气中相对稳定不易氧化。由于银的氧化膜和硫化膜易分解，故银的接触电阻很小而且相对稳定。银的熔点是961.93℃，熔点相对较低，在强烈的电弧冲击下易发生熔融喷溅。银一般用作镀层材料，常见于继电器触点或者母线固定搭接面。铜的电阻率1.7x10-8Ω•m，仅次于银，其硬度和机械强度远高于银。铜的熔点是1083.4℃，高于银，且价格比银低得多。铜易氧化，氧化后铜的接触电阻迅速增加。高压开关电器的铜触头一般封闭在灭弧室中，低压开关电器一般不用铜作为触头材料。金和铂是贵金属。金的导电性仅次于银和铜，但不易氧化。铂的导电性和导热性相对较差，但化学特性稳定，接触电阻也稳定。金和铂作为电接触的特点是容易产生冷焊和变形磨损。因此，金和铂常用在小电流低电压且接触压力较低的低压开关设备中，特别在小型专用精密密封继电器的触点中常常采用镀金措施。1.3强电流及中电流的触头材料选用强电流及中电流的触头大量采用金属陶冶材料。图1金属陶冶材料制作的开关电器触头金属陶冶材料又叫做粉末冶金，它采取两种或者多种金属粉末混合后压制成型，再高温烧结而成。例如银-钨金属陶冶材料，银具有良好的导电性与导热性，而钨的熔点高耐磨性好，银-钨陶冶触头材料结合了银、钨的优点，银起到导电作用，而钨则提高了触头的机械特性，即使在电弧高温的热冲击作用下，触头的电磨损和机械磨损都不大。高压开关电器的触头开断电弧一般是长弧，电弧更加强烈，故高压开关电器的触头抗电弧烧蚀的能力更强。钨具有更好的耐弧能力，故高压开关电器触头以钨系陶冶材料为主，如银-钨（Ag-W70）和铜-钨（Cu-W80、Cu-W60、Cu-W50）等等。低压开关电器特别是低压框架断路器和塑壳断路器，它们的触头采用银-石墨和银-钨陶冶材料配对使用，以提高触头的抗熔焊性。1.4固定电接触所使用的材料固定电接触见于母线之间的搭接面，电缆接头与一次接线端子的搭接面，固定电接触常常采用表面镀层的办法来提高温升，例如铜镀锡、铜镀银或者铜镀镍等措施。铜-铜直接搭接的母线搭接面最高允许温升为60K，铜镀锡后温升可提高到65K，铜镀银或者铜镀镍后温升可提高到70K，可见采取铜镀锡、铜镀银和铜镀镍的效果还是很好的。对于铝排，其质量轻且具有良好的导电性和导热性，但其搭接面容易发生氧化，且铝氧化膜导电性差使得接触电阻增加。为此，铝排的搭接面采用镀银、镀铜、镀锡等办法来降低接触电阻。2、接触电阻及影响因素2.1接触电阻产生的原因我们取一段均匀截面的导体，通入电流I，我们在导体两侧的A端和B端测得电压为UAB，见图1-2。我们由欧姆定律可知，A、B间导体的电阻RAB=UAB/I。接着我们把导体从中间切开然后拼合后依然通入电流I，测得此时A端和B端间的电压是UAB’，我们会发现UAB’>UAB。同样由欧姆定律可知，此时的导体电阻RAB‘=UAB‘/I，且RAB’>RAB，其原因就是接触电阻。图2有关接触电阻的示意图图1-2导体的切开面虽然经过研磨处理，看似平整光滑，但微观是凸凹不平的，使得实际接触面远小于导体截面。当电流线流过真正的接触点（导电斑点）时产生收缩现象。由于电流路径增长而有效导电截面减小，使得导体电阻值加大，这是构成接触电阻的一个成因。构成接触电阻的第二个成因是金属的表面膜（氧化膜、无机膜、有机膜等）。虽然电流能克服膜的影响而流过电接触面，但膜的阻碍作用产生了接触电阻的第二个成因。2.2温度对电接触的影响当电接触处的温度升高后，电接触材料的电阻率会上升，接触电阻会增加。当温度上升到材料的软化点后，由于金属材料的硬度下降，使得电接触有效接触面积增大，接触电阻会因此而下降，可见温度上升对接触电阻具有一定的补偿作用。3、接触电阻的计算计算接触电阻的经验公式如下：Rj=K式中 Kj ——电接触材料系数； F ——施加在电接触材料上的压力（N）； m ——接触形式其中点接触时m=0.5，线接触时m=0.5~0.8，面接触时m=1； Rj ——接触电阻（μΩ）。电接触材料系数Kj的值见表1。表1电接触材料系数Kj电接触材料表面状况Kj值电接触材料表面状况Kj值银-银未氧化60铝-黄铜未氧化1900铜-铜未氧化80~140镀锡铜-镀锡铜未氧化100黄铜-黄铜未氧化670AgCdO12-AgCdO12未氧化170铝-铜未氧化980AgCdO12-AgCdO12氧化350例1-1：已知某低压继电器的触点是银-银电接触，接触形式是点接触，触点压力是15N。试计算该继电器的接触电阻。解：根据已知条件知：m=0.5。查表2-3，得知Kj=60。又知触点压力为15N，代入式1，解得：R解答完毕。式1的经验公式告诉我