Нагрев контактов

Переходное сопротивление является источником тепла в зоне контактов.

Мощность потерь, обусловленная сопротивлением контакта R_k, создает два тепловых потока, симметричных относительно поверхности контактов (рис. 27). Каждый из потоков определяется из выражения:

. (31)

Тепловой поток, выходящий через наружную поверхность проводников, обозначен на рисунке P₀.

Рассмотрим распределение температуры в проводнике вне зоны стягивания.

Дифференциальное уравнение распределения превышения температуры θ поверхности проводников имеет вид [1]:

, (32)

где λ ‑‑теплопроводность проводника;

– тепловой поток;

П – периметр площади сечения проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника;

К_T – коэффициент теплоотдачи с поверхности проводника;

– объемная плотность источников теплоты;

j – плотность тока в проводнике;

ρ – удельное электрическое сопротивление проводника.

Решение уравнения (32) относительно превышения температуры в зависимости от x определяется из соотношения:

, (33)

где - превышение температуры проводника при x→∞, т.е. достаточно далеко от контактов.

В зоне контактов, при х =0 получим:

.

Из решения (33) следует, что при х = влиянием одного контакта на другой можно пренебречь (экспонента практически затухает).

Что касается температуры контактной площадки, то выведена зависимость[1]

, (34)

где U_k – падение напряжения на контакте;

ν _ст – температура границы зоны стягивания;

ν_k – температура контактной площадки.

Из решения (34) следует, что для каждого материала существуют определенные падения напряжения на контактах, при которых температура контактного пятна достигает значений, характеризующих фазовое состояние материала: размягчение (рекристаллизация), плавление и кипение. Значения напряжений для некоторых материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

При достижении значения напряжения размягчения Up упругие свойства металла в области α-пятна резко изменяются (металл размягчается), и под воздействием не изменившейся силы сжатия площадь α-пятна увеличится, а сопротивление R_K резко уменьшится.

Следующее уменьшение сопротивления контактов происходит при достижении напряжения плавления U_пл.

Напряжение размягчения учитывается для нормирования контактов малой мощности. Для них принимают, что допустимое падение напряжения не должно превышать (0,1 – 0,25)U_p, т.е.

. (35)