Kontak listrik yang sempurna, pengaruh sifat material, tekanan dan dimensi pada resistansi kontak

Kontak tetap dibuat dalam banyak kasus dengan sambungan kabel secara mekanis, dan sambungan dapat dibuat dengan sambungan langsung kabel (misalnya, bus di gardu listrik) atau dengan perangkat perantara - klem dan terminal.

Kontak yang terbentuk secara mekanis disebut pengetatandan mereka dapat dirakit atau dibongkar tanpa mengganggu bagian masing-masing. Selain kontak penjepit, ada kontak tetap yang diperoleh dengan menyolder atau mengelas kabel yang terhubung. Kami memanggil kontak seperti itu semua logam, karena mereka tidak memiliki batas fisik yang membatasi kedua kabel.

Keandalan kontak dalam operasi, stabilitas resistansi, tidak adanya panas berlebih dan gangguan lainnya menentukan operasi normal dari seluruh instalasi atau jalur yang terdapat kontak.

Kontak ideal yang disebut harus memenuhi dua persyaratan utama:

• resistansi kontak harus sama dengan atau lebih rendah dari resistansi konduktor pada bagian dengan panjang yang sama;
• pemanasan kontak dengan arus pengenal harus sama dengan atau lebih rendah dari pemanasan kawat dari penampang yang sesuai.

Pada tahun 1913, Harris mengembangkan empat hukum yang mengatur kontak listrik (Harris F., Resistance of Electrical Contacts):

1. Semua kondisi lain dianggap sama, penurunan tegangan pada kontak meningkat berbanding lurus dengan arus. Dengan kata lain, kontak antara dua bahan berperilaku sebagai perlawanan.

2. Jika kondisi permukaan pada kontak tidak berpengaruh, penurunan tegangan pada kontak bervariasi berbanding terbalik dengan tekanan.

3. Resistansi kontak antara bahan yang berbeda bergantung pada resistansi spesifiknya. Material dengan resistivitas rendah juga memiliki resistansi kontak yang rendah.

4. Resistansi kontak tidak bergantung pada ukuran areanya, tetapi hanya bergantung pada tekanan total pada kontak.

Ukuran permukaan kontak ditentukan oleh faktor-faktor berikut: kondisi perpindahan panas kontak dan ketahanan korosi, karena kontak dengan permukaan kecil dapat dihancurkan oleh penetrasi zat korosif dari atmosfer lebih mudah daripada kontak dengan permukaan besar. permukaan kontak.

Oleh karena itu, saat mendesain kontak penjepit, perlu diketahui norma tekanan, kerapatan arus, dan ukuran permukaan kontak, yang memastikan kepatuhan dengan persyaratan untuk kontak ideal dan yang dapat berbeda tergantung pada bahan, perlakuan permukaan, dan kontak. desain.

Resistensi kontak dipengaruhi oleh sifat material berikut:

1.Hambatan listrik spesifik dari bahan.

Semakin tinggi resistansi kontak, semakin tinggi resistansi spesifik bahan kontak.

2. Kekerasan atau kuat tekan material. Bahan yang lebih lembut berubah bentuk lebih mudah dan membentuk titik kontak lebih cepat dan karenanya memberikan hambatan listrik yang lebih sedikit pada tekanan rendah. Dalam pengertian ini, berguna untuk menutupi logam keras dengan yang lebih lunak: timah untuk tembaga dan kuningan dan timah atau kadmium untuk besi.

3. Koefisien muai panas Perlu juga diperhitungkan, karena karena perbedaannya antara bahan kontak dan, misalnya, baut, peningkatan tekanan dapat terjadi, menyebabkan deformasi plastis pada bagian kontak yang lebih lemah dan kehancurannya dengan penurunan suhu. .

Besarnya resistansi kontak ditentukan oleh jumlah dan ukuran titik kontak dan tergantung (hingga derajat yang berbeda-beda) pada bahan kontak, tekanan kontak, perlakuan permukaan kontak dan ukuran permukaan kontak.

Pada sirkuit pendek suhu dalam kontak dapat meningkat sedemikian rupa sehingga karena koefisien muai panas yang tidak seragam dari bahan baut dan kontak, tegangan di atas batas elastis bahan dapat terjadi.

Ini akan menyebabkan kelonggaran dan hilangnya kekencangan kontak. Oleh karena itu, saat menghitung, perlu untuk memeriksa tekanan mekanis tambahan pada kontak yang disebabkan oleh arus hubung singkat.

Tembaga mulai teroksidasi di udara pada suhu kamar (20 — 30 °).Film oksida yang dihasilkan, karena ketebalannya yang kecil, tidak menimbulkan hambatan khusus untuk pembentukan kontak, karena film tersebut dihancurkan saat kontak dikompresi.

Misalnya, kontak yang terpapar udara selama sebulan sebelum perakitan hanya menunjukkan resistensi 10% lebih banyak daripada kontak yang baru dibuat. Oksidasi tembaga yang kuat dimulai pada suhu di atas 70 °. Kontak, yang ditahan selama sekitar 1 jam pada suhu 100 °, meningkatkan resistansinya 50 kali lipat.

Peningkatan suhu secara signifikan mempercepat oksidasi dan korosi kontak karena fakta bahwa difusi gas dalam kontak dipercepat dan reaktivitas zat korosif meningkat. Pergantian pemanasan dan pendinginan mendorong penetrasi gas dalam kontak.

Juga ditetapkan bahwa selama pemanasan kontak yang berkepanjangan oleh arus, perubahan siklus suhu dan resistansi diamati Fenomena ini dijelaskan oleh proses yang berurutan:

• oksidasi tembaga menjadi CuO dan peningkatan resistansi dan suhu;
• dengan kekurangan udara, transisi dari CuO ke Cu2O dan penurunan resistensi dan suhu (Cu2O lebih baik daripada CuO);
• peningkatan akses udara, pembentukan baru CuO, peningkatan resistensi dan suhu, dll.

Karena penebalan lapisan oksida secara bertahap, peningkatan resistansi kontak akhirnya diamati.

Kehadiran sulfur dioksida, hidrogen sulfida, amonia, klorin, dan uap asam di atmosfer memiliki efek yang lebih kuat pada kontak dengan tembaga.

Di udara, aluminium dengan cepat ditutupi dengan film oksida tipis yang sangat tahan. Penggunaan kontak aluminium tanpa melepas film oksida memberikan ketahanan kontak yang tinggi.

Penghapusan film pada suhu biasa hanya dimungkinkan secara mekanis, dan pembersihan permukaan kontak harus dilakukan di bawah lapisan petroleum jelly untuk mencegah udara mencapai permukaan yang dibersihkan. Kontak aluminium yang diperlakukan dengan cara ini memberikan resistansi kontak yang rendah.

Untuk meningkatkan kontak dan melindungi dari korosi, permukaan kontak biasanya dibersihkan dengan petroleum jelly untuk aluminium dan timah untuk tembaga.

Saat mendesain klem untuk menghubungkan kabel aluminium, perlu diperhitungkan sifat aluminium untuk "menyusut" seiring waktu, akibatnya kontak melemah. Mempertimbangkan sifat kabel aluminium ini, dimungkinkan untuk menggunakan terminal khusus dengan pegas, yang karenanya tekanan kontak yang diperlukan dipertahankan dalam sambungan setiap saat.

Tekanan kontak adalah faktor paling signifikan yang mempengaruhi resistansi kontak. Dalam prakteknya, resistansi kontak tergantung terutama pada tekanan kontak dan pada tingkat yang jauh lebih rendah pada perlakuan atau ukuran permukaan kontak.

Peningkatan tekanan kontak menyebabkan:

• pengurangan resistansi kontak:
• pengurangan kerugian;
• ikatan yang erat pada permukaan kontak, yang mengurangi oksidasi kontak dan dengan demikian membuat sambungan lebih stabil.

Dalam praktiknya, tekanan kontak yang dinormalisasi biasanya digunakan, di mana stabilitas resistansi kontak tercapai. Nilai tekanan kontak optimal tersebut berbeda untuk logam yang berbeda dan kondisi permukaan kontak yang berbeda.

Peran penting dimainkan oleh kerapatan kontak di seluruh permukaan, di mana norma tekanan spesifik harus dipertahankan terlepas dari ukuran permukaan kontak.

Perawatan permukaan kontak harus memastikan penghilangan film asing dan memberikan kontak titik maksimum saat permukaan bersentuhan.

Menutupi permukaan kontak dengan logam yang lebih lunak, seperti timah tembaga atau kontak besi, membuatnya lebih mudah untuk mencapai kontak yang baik pada tekanan yang lebih rendah.

Untuk kontak aluminium, perawatan terbaik adalah mengampelas permukaan kontak dengan amplas di bawah petroleum jelly. Petroleum jelly diperlukan karena aluminium di udara dengan sangat cepat ditutupi dengan film oksida, dan petroleum jelly mencegah udara mencapai permukaan kontak yang dilindungi.

Sejumlah penulis percaya bahwa resistansi kontak hanya bergantung pada tekanan total dalam kontak dan tidak bergantung pada ukuran permukaan kontak.

Ini dapat dibayangkan jika, misalnya, dengan penurunan permukaan kontak, peningkatan resistansi kontak karena penurunan jumlah titik kontak dikompensasi oleh penurunan resistansi karena perataannya karena peningkatan spesifik. tekanan kontak.

Kompensasi timbal balik dari dua proses yang berlawanan arah hanya dapat terjadi dalam kasus luar biasa. Banyak percobaan menunjukkan bahwa ketika panjang kontak berkurang dan pada tekanan total konstan, resistansi kontak meningkat.

Dengan panjang kontak yang dibelah dua, stabilitas resistansi dicapai pada tekanan yang lebih tinggi.

Pengurangan pemanasan kontak pada kerapatan arus tertentu difasilitasi oleh sifat-sifat berikut dari bahan kontak: hambatan listrik yang rendah, kapasitas panas yang tinggi dan konduktivitas termal, serta kemampuan yang tinggi untuk memancarkan panas pada permukaan luar kontak.

Korosi kontak yang terbuat dari logam yang berbeda jauh lebih kuat daripada kontak yang terbuat dari logam yang sama.Dalam hal ini, makrokopel elektrokimia terbentuk (logam A — film basah — logam B), yang merupakan sel galvanik. Di sini, seperti halnya mikrokorosi, salah satu elektroda akan hancur, yaitu bagian kontak yang terdiri dari logam yang kurang mulia (anoda).

Dalam praktiknya, mungkin ada kasus kabel penghubung yang terdiri dari logam yang berbeda, misalnya tembaga dengan aluminium. Kontak semacam itu, tanpa perlindungan khusus, dapat menimbulkan korosi pada logam yang kurang berharga, yaitu aluminium. Faktanya, aluminium yang bersentuhan dengan tembaga sangat korosif, sehingga ikatan langsung antara tembaga dan aluminium tidak diperbolehkan.