Влияние активации на износ электрических контактов

В работе рассмотрены вопросы влияния процессов активации на износ электрических контактов. Учитывая особенности нового контактного материала, а именно термоэмиссионную активность при изготовлении и эксплуатации в реальных условиях, можно сказать, что такая контактная композиция может применяться в к...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
1. Verfasser:	Павленко, Т.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2007
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142870
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние активации на износ электрических контактов / Т.П. Павленко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 3. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142870
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1428702025-02-09T09:34:59Z Влияние активации на износ электрических контактов Influence of activation on electric contacts wear Павленко, Т.П. Електричні машини та апарати В работе рассмотрены вопросы влияния процессов активации на износ электрических контактов. Учитывая особенности нового контактного материала, а именно термоэмиссионную активность при изготовлении и эксплуатации в реальных условиях, можно сказать, что такая контактная композиция может применяться в конструкциях электрических аппаратов с дуговой коммутацией. У роботі розглянуті питання впливу процесів активації на знос електричних контактів. Враховуючи особливості нового контактного матеріалу, а саме термоемісійну активність при виготовленні і експлуатації в реальних умовах, можна сказати, що така контактна композиція може застосовуватися в конструкціях електричних апаратів з дуговою комутацією. In the paper, problems of activation process action on electric contact wear are considered. Taking into account features of the contact material, namely, thermionic activity at production and operation in real conditions, we make a conclusion that this contact composition can be used in electric apparatus with arc commutation. 2007 Article Влияние активации на износ электрических контактов / Т.П. Павленко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 3. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142870 621.316.933.064.4 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Павленко, Т.П. Влияние активации на износ электрических контактов Електротехніка і електромеханіка
description	В работе рассмотрены вопросы влияния процессов активации на износ электрических контактов. Учитывая особенности нового контактного материала, а именно термоэмиссионную активность при изготовлении и эксплуатации в реальных условиях, можно сказать, что такая контактная композиция может применяться в конструкциях электрических аппаратов с дуговой коммутацией.
format	Article
author	Павленко, Т.П.
author_facet	Павленко, Т.П.
author_sort	Павленко, Т.П.
title	Влияние активации на износ электрических контактов
title_short	Влияние активации на износ электрических контактов
title_full	Влияние активации на износ электрических контактов
title_fullStr	Влияние активации на износ электрических контактов
title_full_unstemmed	Влияние активации на износ электрических контактов
title_sort	влияние активации на износ электрических контактов
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142870
citation_txt	Влияние активации на износ электрических контактов / Т.П. Павленко // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 3. — С. 44-46. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT pavlenkotp vliânieaktivaciinaiznosélektričeskihkontaktov AT pavlenkotp influenceofactivationonelectriccontactswear
first_indexed	2025-11-25T07:08:43Z
last_indexed	2025-11-25T07:08:43Z
_version_	1849745237407170560
fulltext	44 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3 УДК 621.316.933.064.4 ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ НА ИЗНОС ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ Павленко Т.П., к.т.н, доц. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ ״ХПИ״, каф. "Электрические машины" тел. (057) 707-68-44, факс (057) 707-66-01 У роботі розглянуті питання впливу процесів активації на знос електричних контактів. Враховуючи особливості нового контактного матеріалу, а саме термоемісійну активність при виготовленні і експлуатації в реальних умовах, можна сказати, що така контактна композиція може застосовуватися в конструкціях електричних апаратів з ду- говою комутацією. В работе рассмотрены вопросы влияния процессов активации на износ электрических контактов. Учитывая особен- ности нового контактного материала, а именно термоэмиссионную активность при изготовлении и эксплуатации в реальных условиях, можно сказать, что такая контактная композиция может применяться в конструкциях элек- трических аппаратов с дуговой коммутацией. ВВЕДЕНИЕ Учитывая необходимость в низковольтной аппа- ратуре, перед учеными стоит вопрос постоянного ее обновления. Поиск новых решений дает возможность уменьшения габаритных размеров аппаратов, улуч- шения параметров и характеристик срабатывания, осуществления подбора новых композиционных ма- териалов для контактных, магнитных, токоведущих, изоляционных и т.п. систем. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ Известно, что процесс коммутации в электриче- ских аппаратах сопровождается дуговым разрядом в межконтактном промежутке при размыкании контак- тов. В результате, наблюдается интенсивный износ (эрозия) контактной поверхности. Скорость эрозии поверхности катода находится в тесной связи с тем- пературой катодного пятна, плотностью тока, катод- ного падения потенциала и т.п. [1]. Время неподвиж- ности дуги и скорость последующего ее движения под действием магнитного поля зависят от материалов контакта, причем существенное значение имеет их температура. Рассмотренные изотермы поверхности контакта (рис. 1,) нагреваемой дугой, перемещающейся со ско- ростью 102 см/с показывают, что основной объем рас- плавленной ванны, имеющей каплевидную форму, располагается позади движущегося теплового источ- ника. Каплевидная форма ванны может привести к совершенно различному механизму разрушения кон- такта при разных видах дутья. Так при воздушном дутье зона уплотнения находится за движущейся ду- гой, зона наибольшей турбулентности охватывает максимальный объем расплавленной ванны, что должно приводить к интенсивному разбрызгиванию и выдуванию расплавленного металла Существуют различные способы уменьшения эрозии рабочей поверхности контактов. В основном это те, которые способствуют уменьшению времени сущест- вования дуги на контактной поверхности, например, дугогасительные устройства. Одним из распростра- ненных способов является активирование поверхно- сти [2], которое можно получать распылением или конденсацией атомных и молекулярных паров, в ре- зультате чего на подложке происходит неупорядочен- ное осаждение. Полученные таким способом активи- рованные поверхности обладают хорошими электри- ческими, механическими, магнитными свойствами. В момент возникновения дуги между контактами под действием температуры происходит переход зарядов от активного состояния к упорядоченному, что гово- рит о быстром и скачкообразном изменении перехода основания дуги по рабочей поверхности контакта. 0 -0,1 0,1 0,3 0,4 -0,1 -0,1 -0,1 t=2·10-3 t=3·10-3 t=4·10-3 t=1·10-3 V=100см/с I=750А J=105а/см2 25000 25000 80000 0,1 0,1 40000 28000 0,1 0,5 -0,2 -0,2 -0,2 60000 -0,2 Рис. 1. Изотермы на поверхности контакта Кроме того, активные добавки имеют высокую способность к химическим реакциям, что может при- водить к увеличению поверхности активирования. Химические реакции могут протекать по двум на- правлениям: - твердые тела активируются механически, и не- посредственно после этого осуществляется реакция с подходящим компонентом; - участники реакции находятся в системе меха- нической активации (влияние дуги). Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3 45 Учитывая влияние активации, в данном случае появляются состояния с более сильным возбуждением частиц или реакции со значительно большими энер- гиями активации. Общий вид активации имеет сле- дующий вид (рис. 2): в б а Продолжительность реакции С те пе нь р еа кц ии г Рис. 2. Схема протекания реакции: а) реакция в необратимом состоянии; б) период индукции; в) ход реакции во время активации; г) период затухания Без механического активирования (рис. 2, а) на- блюдается или незначительное превращение или оно совсем не происходит. При механической обработке происходит активация и реакция превращения усили- вается (рис. 2, б). За этим индукционным периодом следует период стационарного течения реакции, соот- ветствующий данным условиям обработки (рис. 2, в). После прекращения подвода энергии активность по- верхности и скорость реакции падает (рис. 2, г). Анализируя различные способы активирования, и учитывая, что катодное пятно преимущественно привязывается к участкам, имеющим более низкую работу выхода, автор предлагает контактную компо- зицию, имеющую локально-контрастную эмиссион- ную структуру рабочей поверхности, а именно, чере- дование участков с большей и меньшей работой вы- хода. Такая структура достигается активированием материала – основы и при этом контрастность обес- печивается за счет наличия на поверхности зерен с различными кристаллографическими плоскостями. С учетом сказанного, в качестве активатора выбран ок- сид или гидроксид металла (МеО и Ме(ОН)2). Работа выхода МеО – 0,99 эВ, Ме(ОН)2- 1,5 эВ [1, 2], в каче- стве мариала-основы выбрана композиция на основе серебро-никель (КМК-А30). При активировании ни- келя работа выхода снижается от 4,5 эВ до 1,52 эВ, серебра – 4,3…1,56 эВ. Существенным различием этих активаторов является их температура плавления: 19200С для МеО, что существенно выше температуры плавления Ni, Ag ( 1460°С, 960°С ), и 760°С Ме(ОН)2, что ниже температуры спекания (860°С …1030°С ). Для исследований изготовлен образец контакта методом порошковой металлургии из контактного материала композиции AgNi с активатором Ме(ОН)2. Как показали исследования в термоэмиссионном микроскопе, эмиссионная структура активированных материалов неоднородна: зерна серебра (светлые) имеют значительно большую работу выхода, по срав- нению с зернами никеля (темные). На их фоне выде- ляются, превосходя по яркости, частицы активатора и его скопления по границам зерен. Отсюда можно сде- лать вывод, что Ni находится в активированном со- стоянии по сравнению с Ag в присутствии данного активатора (рис. 3) Рис. 3. Микроструктура контактов с примесью активатора (ув.100-500) Исследования влияния температуры на эмисси- онную структуру показали (рис. 4), что при темпера- туре 600…650°С (рис. 5, а) начинают светиться час- тички активатора, что подтверждает их низкую рабо- ту выхода при данном фазовом составе материала. До температуры 700…750°С (рис. 4, б) наблюдается про- цесс активирования никеля, что проявляется в после- довательном покрытии зерен никеля светлой пленкой. При этом наблюдается разная яркость зерен, что объ- ясняется их разной кристаллографической ориентаци- ей. При температуре 850°С (рис. 4, в) происходит де- зактивирование никеля при дальнейшем увеличении эмиссии частиц активатора а) б) в) Рис. 4. Термоэмиссионное изображение с примесью активатора (ув. 490) Это говорит о том, что при неизбежном термиче- ском дезактивировании участков в зоне контактных пятен инициируется их перемещение на участки с более низкой температурой (рис. 5). 46 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3 Н ач ал о об ра бо тк и К он ец о бр аб от ки Продолжительность реакции С те пе нь р еа кц ии Рис. 5. Схема протекания реакции без периодов индукции и затухания Таким образом, анализируя рис. 3, рис. 5 можно сказать, что стационарная область у самых разных реакций примерно одинакова, а периоды индукции и затухания протекают различным образом. На рис. 5 степень превращения в период индукции повышается очень круто с началом данной реакции, что говорит о возникновении дуги и высокой скорости превращения (активирования), а в момент прекращения горения дуги или возбуждения частиц, что приводит к резкому снижению температуры - наблюдается крутой спад. Проведенные эксперименты и результаты, полу- ченные с помощью термоэмиссионного микроскопа, также показали, что контактная поверхность имеет резко выраженный эмиссионный контраст. Дезактива- ция наступает при температуре, что ниже температуры плавления не только никеля, но и серебра. Это дает основание говорить о том, что следует ожидать замет- ного уменьшения эрозии поверхности контактов. Как показали предварительные испытания данной композиции в системе с контуром, содержащим маг- нитное дутье и при токе 3,7-10,5 кА, а также в некото- рых электрических аппаратах (табл), эрозия активиро- ванной композиции 1,5 -2,5 раза меньше, чем не акти- вированной и имеет резкий контраст по характеру. Испытания нового контактного материала также проводились в конструкциях электрических аппара- тов. А именно в автоматических выключателях (табл. 1). Таблица 1 Результаты испытаний автоматических выключателей Режимы испытаний на соответствие ТУ Контактные композиции КМК-А30м/КМК- А10м СН30∗ СН30∗ (активир.) Аппарат П ар ам ет ры Ком. износ ПКС, кА О-ВО (износ) Ком. износ ПКС, кА О-ВО (износ) ВА51-35 Ιн=250А 4000 ц. 40 % 15-18 100% 4000 ц. 20 % 15-18 80% ВА51-37 Ιн=400А 2000 ц. 35 % 25 100 % 2000 ц. 25% 25 80-90 % ВА51-39 Ιн=630А 2000 ц. 40 % 35 100 % 2000 ц. 30 % 35 85 % ВА57-31 Ιн=100А 2000 ц. 35 % 25-60 100 % 2000 ц. 25 % 25-75 85 % Из проведенных экспериментов также видно, что характер изменения скорости движения дуги в зави- симости от тока и напряженности магнитного поля соответствует некоторым закономерностям. С увели- чением напряженности поля уменьшается значение тока дуги, начиная с которого скорость дуги резко возрастает. Наличие эмиссионно-активной фазы определен- ного размера в электродном материале обусловливает развитие на рабочей поверхности псевдодиффузион- ного дугового разряда. При этом на катоде возникают катодные пятна 1 рода, которые характеризуются вы- сокой подвижностью и малыми размерами. Интенсивность эрозии снижается в результате уменьшения теплового потока со стороны катодного пятна и, соответственно, меньшего разогрева элек- трода в зоне привязки дуги. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, данную композицию с опреде- ленным содержанием активирующей добавки можно использовать в аппаратах с дуговой коммутацией то- ка. Полученные результаты исследований открывают новый эффективный путь улучшения параметров электрических аппаратов и экономии дорогостоящей составляющей композиции – серебра. Данная активи- рующая добавка способствует созданию грубодис- персной композиции, которую можно использовать при одноименном контактировании поверхностей, а также имеется возможность отказа от токсичных ком- понент, которые используются в электрических кон- тактах для быстрого гашения дуги, например, окиси кадмия. ЛИТЕРАТУРА [1] Зыкова Н.М., Канцель В.В., Раховский В.И. Изучение электронных пятен сильноточной электрической дуги при различных давлениях в инертных газах в вакууме. – В кн. Сильноточные электрические контакты. Киев, Наукова думка, 1970. – 110 с. [2] Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов. Справочник.- Киев: "Наукова думка", 1981.- 338 с. [3] Физико-химические свойства окислов. Справочник. / Под ред. Самсонова Г.В.- М.: Металлургия, 1978.- 472 с. [4] Дугостійкий електричний контакт. Патент 6960 від 30.03.95. Кригіна Т.П., Павленко Ю.П. та інші. Поступила 14.09.2006

Влияние активации на износ электрических контактов

Institution

Ähnliche Einträge