Tiếp điểm điện doc

Chơng II:Tiếp điểm điện
II.1.Đại cơng về tiếp xúc điện
II.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 tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là
bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện chia làm 3 dạng chính.
- Tiếp xúc cố định là hai vật dẫn tiếp xúc liên kết chặt cứng bằng bu lông
đinh tán
- Tiếp xúc đóng mở là tiếp xúc mà có thể làm cho dòng điện chạy hoặc
ngừng chạy từ vật này sang vật khác (nh các tiếp điểm trong các thiết bị đóng
cắt)
- Tiếp xúc trợt là vật dẫn điện này có thể trợt trên bề mặt của vật dẫn kia
(ví dụ nh chổi than trợt trên vành góp máy điện )
Tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trợt đều có hai phần: phần động (gọi là tiếp
điểm động) và phần tĩnh (gọi là tiếp điểm tĩnh).
Ba dạng tiếp xúc trên đều có thể tiến hành tiếp xúc dới ba hình thức.
- Tiếp xúc điểm: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau chỉ ở một điểm hoặc
trên bề mặt diện tích với đờng kính rất nhỏ (nh tiếp xúc hai hình cầu với nhau
hình cầu với mặt phẳng, hình nón với mặt phẳng
- Tiếp xúc đờng: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau theo một đờng thẳng
hoặc trên bề mặt rất hẹp nh tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng hình trụ với trục)
- 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)
Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện. Trong thời gian
hoạt động đóng mở, chỗ tiếp xúc dễ phát nóng cao mài mòn lớn do va đập và ma
sát đặc biệt sự hoạt động có tính chất huỷ hoại của hồ quang. Vì vậy tiếp xúc
điện phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, đảm bảo
- Sức bền cơ khí cao
- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức

- ổn định nhiệt và điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại đi qua
- Chịu đợc tác dụng của môi trờng xung quanh ở nhiệt độ cao, ít bị ôxy
hoá.
II.1.2.Bề mặt tiếp xúc và điện trở tiếp xúc
Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau hình II-1, ta có diện tích bề mặt tiếp
xúc: S
bk
= a.l (II-1)
18
Nhng trên thực tế diện tích bề mặt tiếp xúc thực nhỏ hơn rất nhiều (a.l) vì
giữa 2 bề mặt tiếp xúc dù gia công thế nào thì vẫn có độ nhấp nhô, khi cho tiếp
xúc hai vật dẫn với nhau thì chỉ có một số điểm tiếp giáp tiếp xúc. Do đó diện
tích tiếp xúc thực nhỏ hơn rất nhiều diện tích tiếp xúc biểu kiến S
bk
= a.l .
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(nh mặt cầu tiếp xúc với mặt phẳng)
xác định bởi:
S =
d
F

(II-2)
trong đó:
F lực ép vào tiếp điểm, [KG];

d
- ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm, [KG/cm
2

].
Bảng II-1: ứng suất chống dập nát của một số kim loại thông dụng
Bảng II-1
Kim loại
ứng suất
d
[N/cm
2
]
Kim loại
ứng suất

d
[N/cm
2
]
Bạc 30.400
Đồng cứng
(hợp kim)
51.000
Đồng mềm 38.200 Nhôm 88.300
Nếu tiếp xúc ở n điểm thì diện tích sẽ lớn lên n lần so vơi biểu thức (II-2).
Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ qua nhng tiếp điểm tiếp xúc,
nh vậy dòng điện ở các chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt lại, dẫn tới điện trở ở những
chỗ tiếp xúc này tăng lên.
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm bất kì tính theo công thức:
[ ]
=
m
tx

F
K
R
(II-3)
19
(2)
(1)
a
(1)
(2)
l
a
Hình II-1:
Tiếp xúc của 2 vật dẫn
K- Hệ số phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm (tra bảng
II-2) [
N.
];
M- hệ số phụ thuộc số tiếp điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc với:
+ Tiếp xúc mặt m = 1
+ Tiếp xúc đờng m = 0,7
+Tiếp xúc điểm m = 0,5.
Ngoài công thức ( II-3), điện trở tiếp xúc của tiếp điểm còn đợc tính theo
công thức sau: R
tx
=

d
nF

.
2
(II- 4)
Bảng II-2:Tra trị số k trong công thức (II-3).
Bảng II-2
Kim loại tiếp
xúc
Trị số k [
N.
] Kim loại tiếp
xúc
Trị số k [
N.
]
Đồng - đồng
(0,08 đến 0,14).10
-2
Sắt - Đồng 3,1.10
-2
Bạc bạc
0,06. 10
-2
Nhôm-Đồng 0,38. 10
-2
Nhôm - Nhôm 0,127.10
-2
trong đó:

- Điện trở xuất của vật dẫn (

.cm ).
n - Số điểm tiếp xúc.
F- Lực nén ( KG).
Vì vậy rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hởng đến chất lợng 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. Vì vậy
điện trở tiếp xúc của tiếp điểm càng nhỏ càng tốt nhng do thực tế có nhiều yếu tố
ảnh hởng đến R
tx
nên không thể giảm nhỏ nh mong muốn đợc.
II.1.3.Các yếu tố ảnh hởng đến điện trở tiếp xúc
Điện trở tiếp xúc bị ảnh hởng của nhiều yếu tố với mức độ khác nhau ta
xét ở đây 1 số yếu tố chủ yếu sau:
II.1.3.1.Vật liệu làm tiếp điểm
Từ (II- 4) ta thấy ứng suất chống dập nát
d
bé thì R
tx
bé vì vậy đứng về
mặt yêu cầu có điện trở tiếp xúc bé nên dùng các vật liệu mềm để làm tiếp điểm.
Nhng thực tế cần phải kết hợp các yếu tố khác (nh độ bền cơ) nên vật liệu thờng
là đồng, đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc.
II.1.3.2.Lực ép lên tiếp điểm
Cũng từ công thức (II-3) và (II-4) ta thấy lực F càng lớn thì R
tx
càng nhỏ
quan hệ giữa R
tx
và

lực F lên tiếp điểm nh trên đồ thị hình II-2. Từ đờng cong
trên đồ thị ta thấy khi F càng tăng thì R
tx
càng giảm và ngợc lại.
II.1.3.3.Hình dạng tiếp điểm
20
Hình dạng của tiếp điểm cũng ảnh hởng đến, R
tx
. Cùng một lực nhng kiểu
tiếp xúc khác nhau thì R
tx
cũng khác nhau. Từ các công thức trên ta thấy R
tx
của
tiếp xúc mặt là nhỏ nhất vì có hệ số m lớn nhất.

II.1.3.5. Tình trạng bề mặt tiếp xúc
Bề mặt tiếp xúc khi bị bẩn hoặc khi bị ôxy hoá có R
Tx
lớn hơn nhiều R
Tx
của tiếp điểm sạch vì phần lớn ôxít của kim loại dẫn điện kém hơn nhiều kim
loại nguyên chất.
II.1.3.6.Mật độ dòng điện
Diện tích tiếp xúc đợc xác định tuỳ theo mật độ dòng điện cho phép. Theo
kinh nghiệm đối với thanh dẫn bằng đồng chỗ tiếp xúc nhau khi nguồn ở tần số
50 Hz thì mật độ dòng cho phép là:
J
CP

=
S
I
= [ 0,31- 1,05.10
-4
(I- 200)
]
A/mm
2
(II-6)
trong đó:
I- là giá trị dòng hiệu dụng,
S = S
bk
- diện tích tiếp xúc biểu kiến.
Biểu thức (II-5) chỉ đúng khi dòng điện biến thiên trong khoảng từ 200A
đến 2000A nếu ngoài số đó thì có thể lấy:
I < 200A lấy J
CP
= 0,31A/mm
2

I > 2000A lấy J
CP
= 0,12A/mm
2
Khi vật dẫn tiếp xúc không phải là đồng thì mật độ dòng cho phép đối với
vật liệu có thể lấy theo công thức sau:

J

CPvật liệu
= J
CPđồng
.
vl
dtx
R
R
)(
)(


(II-7)
21
Hình II-2:
Điện trở tiếp xúc khi lực nén tăng
[ ]
NF
[ ]

R
II.1.3.4.Nhiệt độ tiếp điểm
Nhiệt độ của tiếp điểm thay đổi sẽ
làm R
tx
thay đổi kết quả thí nghiệm với
nhiệt độ nhỏ hơn 200
0
có thể tính ra R
tx

qua công thức:
R
Tx
(

) = R
Tx
(0)(1+
[ ]
)
3
2

; (II-5)
trong đó:
R
tx
(0) - điện trở tiếp xúc ở 0
0
c;
- hệ số nhiệt điện trở [1/
0
C];

- nhiệt độ của tiếp điểm [
0
C].
II.2.Tiếp điểm thiết bị điện.
Tiếp điểm của thiết bị điện dùng để nối giữa các vật dẫn điện lại với nhau
và đảm bảo lực tiếp xúc đủ lớn để giảm điện trở tiếp xúc.

II.2.1.Phân loại tiếp điểm
Theo nhiệm vụ tiếp điểm đợc phân thành hai nhóm:
II.2.1.1.Tiếp điểm ghép nối tĩnh
Chỉ dùng để nối liền mạch giữa các khâu của mạch điện, nghĩa là đảm sự
thông suốt của dòng điện chảy từ khâu này đến khâu kia.
Yêu cầu cơ bản của tiếp điểm ghép nối tĩnh là đảm bảo tin cậy trong suốt
quá trình vận hành khi làm việc bình thờng lẫn khi xảy ra sự cố ngắn mạch.
Độ tin cậy của tiếp điểm ghép nối tĩnh có thể đảm đợc nếu ổn định đợc
điện trở tiếp xúc giữa các đầu nối và chống đợc tác động lý hoá của môi trờng,
lực điện động và các lực cơ giới khác gây ra.
II.2.1.2.Tiếp điểm chuyển mạch
Dùng để đóng ngắt và chuyển đổi mạch điện khi làm việc, luôn luôn chịu
tác động của dòng điện và hồ quang, đặc biệt là trong các thiết bị điện có công
suất lớn.
Theo nhiệm vụ tiếp điểm chuyển mạch gồm tiếp điểm chính và tiếp điểm
phụ mắc song song để dập hồ quang. Trong quá trình đóng cắt mạch, hồ quang
chỉ xuất hiện trên tiếp điểm phụ do nó đóng trớc và cắt sau. Nh vậy tiếp điểm
chính đợc bảo vệ khỏi chịu tác động của hồ quang và dùng để truyền dẫn tin cậy
dòng làm việc và sự cố khi ở trạng thái kín.
Tiếp điểm chuyển mạch bao gồm:
- Tiếp điểm hình ngón: Dùng trong công tắc tơ, tiếp điểm động vừa trợt và
lăn trên tiếp điểm tĩnh do vậy có thể làm bóc lớp ô xít trên bề mặt tiếp xúc.
- Tiếp điểm bắc cầu: Dùng trong rơ le và công tắc tơ
- Tiếp điểm đối diện: Dùng ở máy ngắt điện áp cao
- Tiếp điểm hoa huệ: Gồm một cánh hình thang giống cánh hoa huệ hay
chữ z, tiếp điểm động là một thanh dẫn tròn.
- Tiếp điểm vuốt má: Tiếp điểm động kiểu sống dao có thể trợt giữa hai
vuốt tròn (làm tiếp điểm tĩnh) lò xo và dây đợc nối chặt với vuốt.
- Tiếp điểm chổi: Tiếp điểm động hình chổi gồm những lá đồng mỏng
0,1ữ 0,2 mm xếp lại trợt lên sống dao tiếp điểm tĩnh. Để tăng lực ép trên tiếp

điểm hình chổi thì thờng có thêm bản đàn hồi. Loại này khi chổi bị cháy sẽ làm
điện trở tăng nhanh do đó ít dùng làm điện trở hồ quang.
- Tiếp điểm cắm: Thờng dùng ở cầu dao, cầu chì, dao cách ly v.v
Hình dạng của một số tiếp xúc đóng mở vẽ trên hình II-3.
22
Hình II-3:
Một số các loại tiếp điểm chuyển mạch.
a-Tiếp điểm ngón; b-Tiếp điểm bắc cầu; c- Tiếp điểm
đối diện; d-Tiếp điểm thuỷ ngân.
a)
b)
c)
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
d)
e)
II.2.2.Các yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm.
Để thoả mãn tất cả các điều kiện làm việc khác nhau của tiếp điểm thiết bị
điện thì vật liệu làm tiếp điểm phải có đợc những yêu cầu cơ bản sau:
- Có độ dẫn điện cao (giảm R
tx
và chính điện trở của tiếp điểm).

- Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những điểm tiếp xúc).
- Không bị ôxi hoá (giảm R
tx
tăng độ ổn định của tiếp điểm).
- Có độ kết tinh và nóng chảy cao (giảm độ mài mòn về điện và giảm sự
nóng chảy hàn dính tiếp điểm đồng thời tăng tuổi thọ tiếp điểm).
- Có độ bền cơ khí cao (giảm độ mài mòn cơ khí, giữ nguyên dạng bề mặt
tiếp xúc và tăng tuổi thọ tiếp điểm).
- Có đủ độ dẻo (để giảm điện trở tiếp xúc)
- Dễ gia công khi chế tạo, giá thành rẻ.
Thực tế ít vật liệu nào đáp ứng đợc đầy đủ các yêu cầu trên. Trong thiết kế
sử dụng tuỳ từng điều kiện cụ thể mà coi trọng nhiều đến yêu cầu này hay yêu
cầu khác. Những vật liệu thờng dùng gồm: Đồng kỹ thuật điện, đồng cađimi,
bạc, đồng thau, các hợp kim đồng khác, thép vonfram và hợp kim vonfram, vàng
platin, than và graphit, hợp kim gốm.
23
Đối với vật liệu đồng, thép đợc dùng rộng rãi để làm các tiếp điểm cố
định. Đồng có điện trở suất bé và có đủ sức bền cơ khí, đợc dùng trong mạch có
dòng điện lớn.Thép chỉ dùng ở điện áp cao và công suất bé, về sức bền cơ khí
thì lớn hơn đồng, song điện trở suất lại lớn hơn và đặc biệt là phát sinh tổn thất
lớn đối với dòng xoay chiều.
Đối với tiếp xúc đóng mở mạch điện có dòng điện bé, tiếp điểm thờng làm
bằng bạc, đồng, platin, vonfram, môlipđen, niken, và hữu hạn mới dùng vàng.
Bạc có tính dẫn điện và truyền nhiệt tốt và lớp ôxy hoá của nó dẫn điện Platin
(bạch kim) không có lớp ôxít, điện trở tiếp xúc bé; Vonfram có nhiệt độ nóng
chảy cao và chống mài mòn tất đồng thời có độ cứng lớn.
Trờng hợp dòng điện vừa và lớn thờng dùng đồng, đồng thau và những
kim loại hoặc hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao.
Khi có dòng điện lớn dùng hợp kim gốm có độ mài mòn bé, độ cứng lớn
song có nhợc điểm là tính dẫn điện giảm, do đó để tạo khả năng dẫn điện, ngời

ta chế tạo thành những tấm mỏng dán hoặc hàn vào bề mặt tiếp xúc. Hợp kim th-
ờng dùng: bạc- vonfram, bạc- môlipđen, bạc-niken, đồng- vonfram, đồng-
môlipđen.
II.2.3. Nguyên nhân h hỏng tiếp xúc ở tiếp điểm và biện pháp khắc phục.
II.2.3.1.Nguyên nhân h hỏng
Nguyên nhân h hỏng tiếp xúc có rất nhiều, ta xét một số nguyên nhân
chính sau:
a)ăn mòn kim loại
Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm
vẫn còn những lỗ nhỏ li ti. Trong vận hành hơi nớc và các chất có hoạt tính hoá
học cao thấm vào và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hoá
học tạo ra 1 lớp màng mỏng rất giòn. Khi va chạm trong quá trình đóng lớp
màng này dễ bong ra. Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mài mòn dần, hiện tợng này
gọi là hiện tợng ăn mòn kim loại.
b)ôxy hoá
Môi trờng xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị ôxy hoá tạo thành lớp ôxít
mỏng trên bề mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp ôxít rất lớn nên làm tăng R
tx
dẫn
đến gây phát nóng tiếp điểm. Mức độ gia tăng R
tx
do bề mặt tiếp xúc bị ôxy hó
còn tuỳ nhiệt độ: ở 20
ữ
30
0
C có lớp ôxít dày khoảng 25.10
-6
. Theo thí nghiệm
tiếp điểm đồng để ngoài trời sau 1 tháng R

tx
tăng lên khoảng 10%. ở nhiệt độ
lớn hơn 70
0
C sự ôxy hoá tăng rất nhanh.
Theo thí nghiệm ở 100
0
C sau chỉ 1 giờ R
tx
của tiếp điểm đồng tăng khoảng
50 lần. Ngoài ra việc luân phiên bị đốt nóng và làm nguội cũng tăng quá trình
ôxy hoá.
c)Điện thế hoá học của vật liệu làm tiếp điểm
24
Mỗi kim loại có 1 điện thế hoá học nhất định. Hai kim loại có điện thế hoá
học khác nhau khi tiếp xúc sẽ tạo lên một cặp hiệu điện thế hoá học, giữa chúng
có 1 hiệu điện thế. Nếu bề mặt tiếp xúc có nớc xâm nhập sẽ có dòng điện chạy
qua và kim loại có điện thế hoá học âm sẽ bị ăn mòn trớc làm nhanh hỏng tiếp
điểm.
d)H hỏng do điện
Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không đợc bảo quản tốt lò xo tiếp
điểm bị rỉ yếu đi sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm. Khi có dòng điện chạy qua,
tiếp điểm dễ bị phát nóng gây nóng chảy, thậm chí hàn gắn vào nhau. Nếu lực ép
tiếp điểm quá yếu có thể phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm. Ngoài ra, tiếp
điểm bị bẩn rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh
tiếp điểm.
II.2.3.2.Các biện pháp khắc phục
Để bảo vệ tiếp điểm khỏi bị rỉ và để làm giảm nhỏ điện trở tiếp xúc có thể
thực hiện các biện pháp sau:
- Đối với những tiếp xúc cố định nên bôi 1 lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn

chống ẩm.
- Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu có điện thế hoá học giống nhau
hoặc gần bằng nhau cho từng cặp.
- Nên sử dụng các vật liệu không bị ôxy hoá làm tiếp điểm.
- Mạ điện các tiếp điểm. Với tiếp điểm đồng, đồng thau thờng đợc mạ
thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còn tiếp điểm thép thờng mạ canidi, niken, kẽm.
- Thay lò xo tiếp điểm: Những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ tăng
điện trở tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi
lực nén còn quá yếu.
- Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn
thời gian dập hồ quang nếu điều kiện cho phép.
Câu hỏi ôn tập Chơng II
1- Thế nào là tiếp xúc điện? Có mấy dạng tiếp xúc điện và các hình thức
tiếp xúc?
2- điện trở tiếp xúc là gì? Cách xác định điện trở tiếp xúc và các yếu tố
ảnh hởng đến điện trở tiếp xúc nh thế nào?
25
3- Tiếp điểm đợc phân loại nh thế nào? Vật liệu làm tiếp điểm cần phải
thoả mãn những yêu cầu nào? tại sao? Những nguyên nhân nào gây ra h hỏng
tiếp xúc của tiếp điểm và biện pháp khắc phục nh thế nào?
26