หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ อิทธิพลของคุณสมบัติของวัสดุ ความดัน และขนาดต่อความต้านทานหน้าสัมผัส

ในกรณีส่วนใหญ่ หน้าสัมผัสคงที่จะทำโดยการเชื่อมต่อทางกลของสายไฟ และการเชื่อมต่อสามารถทำได้ทั้งโดยการต่อสายไฟโดยตรง (เช่น รถประจำทางในสถานีไฟฟ้าย่อย) หรือโดยอุปกรณ์ระดับกลาง - ที่หนีบและขั้วต่อ

เรียกว่าหน้าสัมผัสที่เกิดขึ้นทางกลไก กระชับและสามารถประกอบหรือแยกชิ้นส่วนได้โดยไม่รบกวนชิ้นส่วนแต่ละชิ้น นอกจากหน้าสัมผัสจับยึดแล้ว ยังมีหน้าสัมผัสแบบตายตัวที่ได้จากการบัดกรีหรือเชื่อมสายไฟที่เชื่อมต่อด้วย เราเรียกผู้ติดต่อดังกล่าว โลหะทั้งหมดเนื่องจากไม่มีขอบเขตทางกายภาพที่คั่นระหว่างสายทั้งสอง

ความน่าเชื่อถือของหน้าสัมผัสในการทำงาน, ความเสถียรของความต้านทาน, การไม่มีความร้อนสูงเกินไปและการรบกวนอื่น ๆ เป็นตัวกำหนดการทำงานปกติของการติดตั้งทั้งหมดหรือสายที่มีหน้าสัมผัส

การติดต่อในอุดมคตินั้นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลักสองประการ:

• ความต้านทานหน้าสัมผัสต้องเท่ากับหรือต่ำกว่าความต้านทานของตัวนำในส่วนที่มีความยาวเท่ากัน
• การสัมผัสความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนดจะต้องเท่ากับหรือต่ำกว่าการให้ความร้อนของเส้นลวดของส่วนตัดขวางที่สอดคล้องกัน

ในปี พ.ศ. 2456 แฮร์ริสได้พัฒนากฎสี่ข้อที่ควบคุมการสัมผัสทางไฟฟ้า (แฮร์ริส เอฟ., ความต้านทานของหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า):

1. เงื่อนไขอื่นๆ เท่ากัน แรงดันตกในหน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรงกับกระแส กล่าวอีกนัยหนึ่ง การสัมผัสระหว่างวัสดุสองชนิดจะเป็นตัวต้านทาน

2. หากสภาพของพื้นผิวหน้าสัมผัสไม่มีผลกระทบ แรงดันตกคร่อมหน้าสัมผัสจะแปรผกผันกับแรงดัน

3. ความต้านทานการสัมผัสระหว่างวัสดุต่างๆ ขึ้นอยู่กับความต้านทานเฉพาะของวัสดุนั้นๆ วัสดุที่มีความต้านทานต่ำยังมีความต้านทานการสัมผัสต่ำอีกด้วย

4. ความต้านทานของหน้าสัมผัสไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นที่ แต่ขึ้นอยู่กับแรงดันทั้งหมดในหน้าสัมผัสเท่านั้น

ขนาดของพื้นผิวสัมผัสถูกกำหนดโดยปัจจัยต่อไปนี้: สภาวะการถ่ายเทความร้อนของหน้าสัมผัสและความต้านทานการกัดกร่อน เนื่องจากการสัมผัสกับพื้นผิวขนาดเล็กสามารถถูกทำลายได้โดยการแทรกซึมของสารกัดกร่อนจากบรรยากาศได้ง่ายกว่าการสัมผัสกับพื้นผิวขนาดใหญ่ ผิวสัมผัส.

ดังนั้น เมื่อออกแบบหน้าสัมผัสจับยึด จึงจำเป็นต้องทราบบรรทัดฐานของแรงดัน ความหนาแน่นกระแส และขนาดของหน้าสัมผัส ซึ่งรับประกันว่าเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการสัมผัสในอุดมคติ และซึ่งอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุ การปรับสภาพพื้นผิว และการสัมผัส ออกแบบ.

ความต้านทานการสัมผัสได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของวัสดุต่อไปนี้:

1.ความต้านทานไฟฟ้าเฉพาะของวัสดุ

ยิ่งความต้านทานการสัมผัสสูงเท่าใด ความต้านทานเฉพาะของวัสดุสัมผัสก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

2. ความแข็งหรือแรงอัดของวัสดุ วัสดุที่อ่อนกว่าจะเปลี่ยนรูปได้ง่ายกว่าและสร้างจุดสัมผัสได้เร็วกว่า จึงให้ความต้านทานไฟฟ้าน้อยกว่าที่แรงดันต่ำ ในแง่นี้ การหุ้มโลหะแข็งด้วยโลหะอ่อนจะเป็นประโยชน์: ดีบุกสำหรับทองแดงและทองเหลือง และดีบุกหรือแคดเมียมสำหรับเหล็ก

3. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงเนื่องจากความแตกต่างระหว่างวัสดุของหน้าสัมผัสและตัวอย่างเช่น สลักเกลียว ความเค้นที่เพิ่มขึ้นอาจเกิดขึ้นได้ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกของส่วนที่อ่อนแอกว่าของหน้าสัมผัสและการทำลายด้วยอุณหภูมิที่ลดลง .

ปริมาณของความต้านทานการสัมผัสถูกกำหนดโดยจำนวนและขนาดของจุดสัมผัส และขึ้นอยู่กับ (ตามองศาที่แตกต่างกัน) กับวัสดุของหน้าสัมผัส แรงกดสัมผัส การรักษาพื้นผิวสัมผัส และขนาดของพื้นผิวสัมผัส

ที่ ลัดวงจร อุณหภูมิในหน้าสัมผัสอาจเพิ่มขึ้นมากจนเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของวัสดุของสลักเกลียวและหน้าสัมผัส อาจเกิดความเครียดเหนือขีดจำกัดความยืดหยุ่นของวัสดุได้

ซึ่งจะทำให้เกิดการคลายตัวและสูญเสียความแน่นในการสัมผัส ดังนั้นเมื่อทำการคำนวณจำเป็นต้องตรวจสอบความเค้นเชิงกลเพิ่มเติมในหน้าสัมผัสที่เกิดจากกระแสลัดวงจร

ทองแดงเริ่มออกซิไดซ์ในอากาศที่อุณหภูมิห้อง (20 — 30 °)ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้น เนื่องจากมีความหนาเพียงเล็กน้อย ไม่ได้เป็นอุปสรรคต่อการก่อตัวของหน้าสัมผัส เนื่องจากจะถูกทำลายเมื่อหน้าสัมผัสถูกบีบอัด

ตัวอย่างเช่น หน้าสัมผัสที่สัมผัสกับอากาศเป็นเวลาหนึ่งเดือนก่อนการประกอบจะมีความต้านทานมากกว่าหน้าสัมผัสที่เพิ่งทำใหม่เพียง 10% เท่านั้น ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่รุนแรงของทองแดงเริ่มต้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 70 ° หน้าสัมผัสซึ่งถูกเก็บไว้ประมาณ 1 ชั่วโมงที่ 100 ° เพิ่มความต้านทาน 50 เท่า

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นช่วยเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการกัดกร่อนของหน้าสัมผัสอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากการแพร่กระจายของก๊าซในหน้าสัมผัสนั้นเร่งขึ้นและปฏิกิริยาของสารกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น การสลับความร้อนและความเย็นช่วยส่งเสริมการซึมผ่านของก๊าซที่สัมผัส

นอกจากนี้ยังพบว่าในระหว่างการให้ความร้อนเป็นเวลานานของหน้าสัมผัสตามกระแสจะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความต้านทานเป็นวัฏจักรปรากฏการณ์นี้อธิบายได้โดยกระบวนการต่อเนื่อง:

• ออกซิเดชันของทองแดงเป็น CuO และเพิ่มความต้านทานและอุณหภูมิ
• เมื่อขาดอากาศ การเปลี่ยนจาก CuO เป็น Cu2O ความต้านทานและอุณหภูมิลดลง (Cu2O นำไฟฟ้าได้ดีกว่า CuO)
• การเข้าถึงอากาศที่เพิ่มขึ้น การก่อตัวใหม่ของ CuO ความต้านทานและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เป็นต้น

เนื่องจากชั้นออกไซด์หนาขึ้นทีละน้อยทำให้มีความต้านทานการสัมผัสเพิ่มขึ้นในที่สุด

การปรากฏตัวของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย คลอรีน และไอระเหยของกรดในชั้นบรรยากาศมีผลอย่างมากต่อการสัมผัสกับทองแดง

ในอากาศ อะลูมิเนียมจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีความทนทานสูงอย่างรวดเร็ว การใช้หน้าสัมผัสอะลูมิเนียมโดยไม่ลอกฟิล์มออกไซด์ออกทำให้มีความต้านทานการสัมผัสสูง

การกำจัดฟิล์มที่อุณหภูมิปกติทำได้โดยใช้กลไกเท่านั้น และต้องทำความสะอาดพื้นผิวสัมผัสภายใต้ชั้นของปิโตรเลียมเจลลี่เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศเข้าถึงพื้นผิวที่ทำความสะอาด หน้าสัมผัสอะลูมิเนียมที่บำบัดด้วยวิธีนี้ให้ความต้านทานหน้าสัมผัสต่ำ

เพื่อปรับปรุงการสัมผัสและป้องกันการกัดกร่อน พื้นผิวสัมผัสมักจะทำความสะอาดด้วยปิโตรเลียมเจลลี่สำหรับอะลูมิเนียม และดีบุกสำหรับทองแดง

เมื่อออกแบบแคลมป์สำหรับเชื่อมต่อสายอลูมิเนียมจำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของอลูมิเนียมที่ "หดตัว" เมื่อเวลาผ่านไปซึ่งเป็นผลมาจากการสัมผัสที่อ่อนลง เมื่อคำนึงถึงคุณสมบัติของสายอะลูมิเนียมนี้ จึงสามารถใช้ขั้วต่อพิเศษกับสปริงได้ เนื่องจากแรงดันสัมผัสที่จำเป็นจะถูกรักษาไว้ตลอดเวลาในการเชื่อมต่อ

แรงกดสัมผัสเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความต้านทานการสัมผัส ในทางปฏิบัติ ความต้านทานการสัมผัสขึ้นอยู่กับแรงกดสัมผัสเป็นหลัก และขึ้นอยู่กับการรักษาหรือขนาดของพื้นผิวสัมผัสในระดับที่น้อยกว่ามาก

การเพิ่มขึ้นของแรงกดสัมผัสทำให้เกิด:

• ลดความต้านทานการสัมผัส:
• ลดการสูญเสีย;
• การยึดเกาะแน่นของหน้าสัมผัส ซึ่งช่วยลดการเกิดออกซิเดชันของหน้าสัมผัส และทำให้การเชื่อมต่อมีเสถียรภาพมากขึ้น

ในทางปฏิบัติ มักใช้แรงดันสัมผัสปกติ ซึ่งจะทำให้มีความเสถียรในการต้านทานการสัมผัส ค่าความดันสัมผัสที่เหมาะสมดังกล่าวจะแตกต่างกันไปตามโลหะต่างๆ และสถานะต่างๆ ของพื้นผิวสัมผัส

ความหนาแน่นของการสัมผัสจะมีบทบาทสำคัญเหนือพื้นผิวทั้งหมด ซึ่งต้องรักษาค่ามาตรฐานความดันเฉพาะโดยไม่คำนึงถึงขนาดของพื้นผิวสัมผัส

การรักษาพื้นผิวสัมผัสต้องแน่ใจว่าได้ลอกฟิล์มแปลกปลอมออกและให้จุดสัมผัสสูงสุดเมื่อพื้นผิวสัมผัส

การปิดผิวสัมผัสด้วยโลหะที่อ่อนกว่า เช่น หน้าสัมผัสทองแดงหรือเหล็กชุบดีบุก ช่วยให้สัมผัสได้ดีที่ความดันต่ำได้ง่ายขึ้น

สำหรับหน้าสัมผัสอะลูมิเนียม การรักษาที่ดีที่สุดคือการขัดผิวสัมผัสด้วยกระดาษทรายใต้ปิโตรเลียมเจลลี่ ปิโตรเลียมเจลลี่มีความจำเป็นเนื่องจากอะลูมิเนียมในอากาศจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์อย่างรวดเร็ว และปิโตรเลียมเจลลี่จะป้องกันไม่ให้อากาศเข้าถึงพื้นผิวสัมผัสที่ได้รับการป้องกัน

ผู้เขียนหลายคนเชื่อว่าความต้านทานการสัมผัสขึ้นอยู่กับแรงดันรวมในการสัมผัสเท่านั้น และไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นผิวสัมผัส

สิ่งนี้สามารถจินตนาการได้ว่าถ้าพื้นผิวสัมผัสลดลงความต้านทานการสัมผัสที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากจำนวนจุดสัมผัสที่ลดลงจะถูกชดเชยด้วยความต้านทานที่ลดลงเนื่องจากการแบนเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของเฉพาะ แรงดันสัมผัส

การชดเชยร่วมกันของสองกระบวนการที่กำกับตรงกันข้ามสามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีพิเศษเท่านั้น การทดลองหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าเมื่อความยาวสัมผัสลดลงและที่ความดันรวมคงที่ ความต้านทานหน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้น

ด้วยความยาวหน้าสัมผัสที่ลดลงครึ่งหนึ่ง ความเสถียรของความต้านทานจะเกิดขึ้นได้ที่แรงดันที่สูงขึ้น

การลดลงของความร้อนจากการสัมผัสที่ความหนาแน่นกระแสที่กำหนดนั้นช่วยอำนวยความสะดวกโดยคุณสมบัติต่อไปนี้ของวัสดุที่สัมผัส: ความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ความจุความร้อนสูง และการนำความร้อน ตลอดจนความสามารถสูงในการแผ่ความร้อนบนพื้นผิวด้านนอกของหน้าสัมผัส

การกัดกร่อนของหน้าสัมผัสที่ทำจากโลหะต่างชนิดกันนั้นรุนแรงกว่าหน้าสัมผัสที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกันมาก ในกรณีนี้ จะเกิดมาโครคัปเปิลเคมีไฟฟ้า (โลหะ A - แผ่นฟิล์มเปียก - โลหะ B) ซึ่งเป็นเซลล์กัลวานิก เช่นเดียวกับในกรณีของการกัดกร่อนระดับจุลภาค อิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งจะถูกทำลาย นั่นคือส่วนของหน้าสัมผัสที่ประกอบด้วยโลหะที่มีตระกูลน้อยกว่า (แอโนด)

ในทางปฏิบัติ อาจมีกรณีของการต่อสายไฟที่ประกอบด้วยโลหะต่างชนิดกัน เช่น ทองแดงกับอะลูมิเนียม หน้าสัมผัสดังกล่าวหากไม่มีการป้องกันพิเศษสามารถกัดกร่อนโลหะที่มีค่าน้อยกว่า เช่น อะลูมิเนียม ในความเป็นจริง อะลูมิเนียมที่สัมผัสกับทองแดงนั้นมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ดังนั้นจึงไม่อนุญาตให้มีการเชื่อมประสานโดยตรงระหว่างทองแดงและอะลูมิเนียม