5 01

114    5. Łączniki elektroenergetyczne. Wiadomości ogólne

5.2. ZESTYKI ELEKTRYCZNE

5.2.1.    Wiadomości ogólne

Zestykiem elektrycznym nazywamy część toru prądowego, w którym przepływ prądu jest możliwy dzięki styczności dwóch przewodników, zwanych stykami. Ze względu na rodzaj pracy i pełnione funkcje zestyki dzieli się na nierozłączne nieruchome, nierozłączne ruchome oraz rozłączne (łączeniowe).

Styki zestyku nierozłącznego nieruchomego nie zmieniają wzajemnego położenia; do nich zalicza się wszelkiego rodzaju połączenia śrubowe (połączenia szynowe, zaciski przyłączeniowe aparatów itp.).

Styki zestyku nierozłącznego ruchomego mogą się względem siebie przemieszczać (ślizgać, toczyć obracać); służą do elektrycznego połączenia części ruchomych i nieruchomych urządzeń.

Zestyki rozłączne, stosowane w łącznikach, umożliwiają otwieranie i zamykanie łącznika pod działaniem siły napędowej, umożliwiają więc wyłączanie i załączanie obwodów elektrycznych. Najtrudniejsze warunki pracy zestyków występują w łącznikach przeznaczonych do przerywania prądów zwarciowych. Z tego względu w niektórych konstrukcjach łączników jest tzw. zestyk zespolony, utworzony z zestyku podstawowego i tzw. opałnego. Zestyk podstawowy jest przeznaczony do przewodzenia prądu w warunkach ustalonych. Przy wyłączaniu prądu otwiera się najpierw zestyk podstawowy a następnie styki zestyku opałnego, między którymi płonic łuk elektryczny. Zestyki opatne są budowane w ten sposób, żeby można było uszkodzone elementy łatwo wyjmować i wymieniać.

5.2.2.    Rezystancja zestykowa

Przewodnik po przecięciu a następnie złożeniu przeciętych powierzchni ma rezystancję większą niż przed przecięciem. Powiększenie się rezystancji przewodnika zawierajcego zestyk jest spowodowane wystąpieniem dodatkowego oporu zwanego rezystancją zestykową (R.). Składa się ona z:

—    rezystancji przejścia wywołanej zagęszczeniem linii prądu w miejscach rzeczywistej styczności powierzchni styków (rys. 5.3),

—    rezystancji warstwy nalotowej i adsorpcyjnej.

Rys. 5.3. Rzeczywista powierzchnia styczności fragmentu zestyku z liniami obrazującymi zwiększoną gęstość prądu w obszarze rzeczywistej styczności styków

Rezystancja przejścia jest spowodowana zmniejszeniem się przekroju przewodnika do rzeczywistej powierzchni styczności, wielokrotnie mniejszej cd pozornej -powierzchni styczności. Zmniejszenie przekroju powoduje zwiększenie gęstości prądu w obszarze styczności, a więc zwiększenie rezystancji.

Rezystancja warstw nalotowych jest spowodowana utlenianiem się powierzchni styków, które w krótkim czasie pokrywają się tlenkami metali o rezystywności, w przypadku metali nieszlachetnych, wielokrotnie większej cd rezystywności właściwych metali.

Warstwą adsorpcyjną nazywa się cienką warstwę gazów, o grubości co najmniej równej średnicy jednej cząstki. Rezystancja warstwy nalotowej maleje ze wzrostem natężenia przepływającego prądu.

Rys. 5.4. Elementarny zestyk punktowy: rzeczywisty i model uproszczony

Powierzchnie metalowe tworzące zestyk, mimo starannej obróbki nie przylegają ściśle na całej powierzchni, a jedynie tworzą punkty styczności (rys. 5.4). Rzeczywista powierzchnia styczności zestyku jest wielokrotnie mniejsza od powierzchni styków wynikającej z ich wymiarów geometrycznych. Powierzchnia rzeczywista zestyku jest sumą elementarnych powierzchni zestyków punktowych. Zależy ona od stanu powierzchni, materiału styków i wzrasta ze wzrostem siły docisku, w wyniku odkształceń powierzchni metali. Rezystancję przejścia zestyku można wyznaczyć na podstawie analizy styku jednopunktowego, którego powierzchnia pod działaniem siły /j wywołującej odkształcenie plastyczne wynosi

S,i = —    (5.1)

^ao

a jej zastępczy promień

gdzie <r_c — naprężenie materiału stykowego odpowiadające granicy plastyczności przy zgniataniu.

Przy założeniu bardzo dużej pozornej powierzchni i objętości zestyków w stosunku do S_pl, przepływ prądu można rozpatrywać jako przepływ z jednej półprzestrzeni nieograniczonej o rezystywności e do drugiej takiej samej przez powierzchnię S_rl. Rezystancję przejścia dla prądu z elektrody płaskiej o promieniu r_pl do półprzestrzeni nieograniczonej o rezystywności Q można wyznaczyć z zależności