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 petnione 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 opalne są budowane w ten sposób, żeby można było uszkodzone elementy łatwo wyjmować i wymieniać.
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 (/?_). 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 od 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 od 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 jednopunktow ego, którego powierzchnia pod działaniem siły /j wywołującej odkształcenie plastyczne wynosi
(5.1)
a jej zastępczy promień
(5.2)
gdzie <r0 — naprężenie materiału stykowego odpowiadające granicy plastyczności przy zgniataniu.
Przy założeniu bardzo dużej pozornej powierzchni i objętości zestyków w stosunku do przepływ prądu można rozpatrywać jako przepływ z jednej półprzestrzeni nieograniczonej o rezystywności g do drugiej takiej samej przez powierzchnię Srl. Rezystancję przejścia dla prądu z elektrody płaskiej o promieniu rpi do półprzestrzeni nieograniczonej o rezystywności e można wyznaczyć z zależności