Bài giảng môn Khí cụ điện - Chương 2: Tiếp xúc điện

CHƯƠNG 2 
 TIẾP XÚC ĐIỆN 
 KHÁI NIỆM VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 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 chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi 
là bề mặt tiếp xúc điện. 
 PHÂN LOẠI TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Dựa vào mối liên kết tiếp xúc, ta chia tiếp xúc 
điện ra các dạng sau : 
 Tiếp xúc cố định : là loại tiếp xúc không tháo lắp 
giữa 2 vật dẫn, được liên kết bằng bulông, đinh vit, 
đinh rivê,... 
 Tiếp xúc đóng mở : là tiếp xúc mà có thể làm cho 
dòng điện chạy hoặc ngừng chạy từ vật này sang vật 
khác (như các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt). 
 Tiếp xúc trượt : là vật dẫn điện này có thể trượt 
trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ như chổi than 
trượt trên vành góp máy điện). 
 PHÂN LOẠI TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Dựa vào hình dạng chỗ tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra 
các dạng sau : 
 Tiếp xúc điểm: là hai vật tiếp xúc với nhau chỉ ở một 
điểm hoặc trên bề mặt diện tích với đường kính rất nhỏ 
(như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt 
phẳng, hình nón với mặt phẳng,...) 
 Tiếp xúc đường: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau theo 
một đường thẳng hoặc trên bề mặt rất hẹp (như tiếp xúc 
hình trụ với mặt phẳng, hình trụ với trụ,...) 
 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,...). 
CÁC YÊU VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Các yêu cầu đối với tiếp xúc điện tùy thuộc ở 
công dụng, điều kiện làm việc, tuổi thọ yêu cầu 
của thiết bị và các yếu tố khác. 
 Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy 
làm việc và nhiệt độ phát nóng của tiếp xúc điện là 
điện trở tiếp xúc Rtx. 
ĐIỆN TRỞ TIẾP XÚC 
ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau, ta sẽ có 
diện tích bề mặt tiếp xúc : Sbk= a . l. 
1 
2 
2 
1 a 
l 
Hçnh : Tiãúp xuïc cuía hai váût dáùn 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Nhưng trên thực tế diện tích bề mặt tiếp xúc 
thực nhỏ hơn nhiều a.l vì giữa hai bề mặt tiếp xúc 
dù gia công thế nào thì vẫn có độ nhấp nhô, khi cho 
tiếp xúc hai vật với nhau thì chỉ có một số điểm 
trên tiếp giáp tiếp xúc. 
 Do đó diện tích tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều 
diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk= a.l. 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 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(như mặt 
cầu tiếp xúc với mặt phẳng) xác định bởi: 
 Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm [kg]. 
 d là ứng suất chống dập nát của vật 
liệu làm tiếp điểm [kg/cm2]. 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Nếu tiếp xúc ở n điểm thì diện tích sẽ lớn lên 
n lần so với biểu thức (2.1). 
 Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ 
qua những điểm tiếp xúc, như vậy dòng điện ở các 
chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt hẹp lại, dẫn tới điện trở ở 
những chỗ này tăng lên. 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì 
tính theo công thức: 
 K: hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề 
mặt tiếp điểm ( theo bảng tra). 
 m: hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu 
tiếp xúc với : 
 Tiếp xúc mặt m = 1 
 Tiếp xúc đường m = 0,7 
 Tiếp xúc điểm m = 0,5 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Ngoài công thức (2.2) là công thức kinh 
nghiệm, người ta còn dùng phương pháp giải tích 
để dẫn giải rút ra công thức tính điện trở tiếp xúc 
điểm: 
Trong đó :  : điện trở suất của vật dẫn [.cm]. 
 n: số điểm tiếp xúc. 
 F: lực nén [kg]. 
 ĐẠI CƯƠNG VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN 
 Do vậy rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm 
ảnh hưởng đến chất lượng 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. 
 Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn 
điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt, 
nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến 
Rtx nên không thể giảm Rtx cực nhỏ được như 
mong muốn. 
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 
ĐIỆN TRỞ TIẾP XÚC 
 Vật liệu làm tiếp điểm 
 Lực ép tiếp điểm 
 Hình dạng của tiếp điểm 
 Nhiệt độ của tiếp điểm 
 Tình trạng bề mặt tiếp xúc 
 Mật độ dòng điện 
TIẾP ĐIỂM THIẾT BỊ ĐIỆN 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Để thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc khác 
nhau của tiếp điểm thiết bị điện thì vật liệu làm tiếp 
điểm phải có được những yêu cầu cơ bản sau: 
 Có độ dẫn điện cao (giảm Rtx và chính điện trở 
của tiếp điểm). 
 Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những 
điểm tiếp xúc). 
 Không bị oxy hóa (giảm Rtx để tăng độ ổn định 
của tiếp điểm). 
VẬT LIỆU LÀM 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 cao (giảm độ mài mòn cơ khí giữ 
nguyên dạng bề mặt tiếp xúc và tăng tuổi thọ của 
tiếp điểm). 
 Có đủ độ dẻo (để giảm điện trở tiếp xúc). 
 Dễ gia công khi chế tạo và giá thành rẻ. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Thæûc tãú êt váût liãûu naìo âaïp æïng âæåüc âáöy âuí 
caïc yãu cáöu trãn. 
 Trong thiãút kãú sæí duûng tuìy tæìng âiãöu kiãûn cuû 
thãø maì troüng nhiãöu âãún yãu cáöu naìy hay yãu cáöu 
khaïc. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Âäöng kiî thuáût âiãûn: âäöng nguyãn cháút thu âæåüc 
bàòng âiãûn phán. Noï âaïp æïng háöu hãút caïc yãu cáöu 
trãn. Nhæåüc âiãøm chênh cuía âäöng kiî thuáût âiãûn laì 
ráút dãù bë oxit hoïa. 
 Âäöng caâimi: âäöng kiî thuáût âiãûn pha thãm 
caâimi coï tênh cháút cå cao chäúng maìi moìn täút, khaí 
nàng chëu âæåüc häö quang täút hån âäöng kiî thuáût 
âiãûn thäng thæåìng. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Baûc: laì váût liãûu laìm tiãúp âiãøm ráút täút do coï âäü dáùn 
âiãûn cao vaì coï âiãûn tråí tiãúp xuïc äøn âënh. Nhæåüc âiãøm 
chuí yãúu laì chëu häö quang keïm nãn sæí duûng bë haûn chãú. 
 Âäöng thau: håüp kim âäöng våïi keîm âæåüc sæí duûng 
laìm tiãúp âiãøm dáûp häö quang 
 Caïc håüp kim âäöng khaïc: håüp kim âäöng våïi nhäm, 
âäöng våïi mangan, âäöng våïi niken, âäöng våïi silic vaì caïc 
håüp kim âäöng khaïc âæåüc sæí duûng laìm tiãúp âiãøm, âäöng 
thåìi laìm loì xo eïp (vê duû tiãúp âiãøm ténh cuía cáöu chç). 
Nhæîng tiãúp âiãøm nhæ váûy khi bë âäút noïng dãù bë máút tênh 
âaìn häöi. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Theïp coï âiãûn tråí suáút låïn: theïp thæåìng bë oxy 
hoïa cao nhæng laì váût liãûu reí nãn váùn âæåüc sæí duûng 
laìm tiãúp xuïc cäú âënh âãø dáùn doìng âiãûn låïn, trong 
caïc thiãút bë theïp thæåìng âæåüc maû. 
 Nhäm: coï âäü dáùn âiãûn cao, reí nhæng ráút dãù bë 
oxy hoïa laìm tàng âiãûn tråí suáút. Nhæåüc âiãøm næîa laì 
haìn nhäm ráút phæïc taûp, âäü bãön cå laûi keïm. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Vonfram vaì håüp kim vonfram: coï âäü maìi moìn 
vãö âiãûn täút vaì chëu âæåüc häö quang täút nhæng coï âiãûn 
tråí tiãúp xuïc ráút låïn. 
 Håüp kim vonfram våïi vaìng sæí duûng cho tiãúp 
âiãøm coï doìng nhoí. 
 Håüp kim våïi molipâen duìng laìm tiãúp âiãøm cho 
nhæîng thiãút bë âiãûn thæåìng xuyãn âoïng måí, khi 
doìng âiãûn låïn thç vonfram vaì håüp kim vonfram sæí 
duûng âãø laìm tiãúp âiãøm dáûp häö quang. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Vaìng vaì platin: khäng bë oxy hoïa do âoï coï âiãûn 
tråí tiãúp xuïc nhoí vaì äøn âënh, âæåüc sæí duûng laìm tiãúp 
âiãøm trong thiãút bëû âiãûn haû aïp coï doìng âiãûn beï vaì 
quan troüng. Vaìng nguyãn cháút vaì platin nguyãn cháút 
coï âäü bãön cå tháúp nãn thæåìng âæåüc sæí duûng daûng 
håüp kim våïi mälipâen hoàûc våïi iriâi âãø tàng âäü bãön 
cå. 
 Than vaì graphit: coï âiãûn tråí tiãúp xuïc vaì âiãûn tråí 
suáút låïn nhæng chëu âæåüc häö quang ráút täút. Thæåìng 
duìng laìm caïc tiãúp âiãøm maì khi laìm viãûc phaíi chëu 
tia læía âiãûn, âäi khi laìm tiãúp âiãøm dáûp häö quamg. 
VẬT LIỆU LÀM TIẾP ĐIỂM 
 Håüp kim gäúm: häùn håüp vãö màût cå hoüc cuía hai 
váût liãûu khäng náúu chaíy maì thu âæåüc bàòng phæång 
phaïp thiãu kãút häùn håüp bäüt hoàûc bàòng caïch táøm váût 
liãûu naìy lãn váût liãûu kia. 
 Thæåìng váût liãûu thæï nháúït coï tênh cháút kyî thuáût 
âiãûn täút, âiãûn tråí suáút vaì âiãûn tråí tiãúp xuïc nhoí, êt bë 
oxy hoïa.Váût liãûu thæï hai coï tênh cháút cå cao vaì chëu 
âæåüc häö quang. Nhæ váûy, cháút læåüng kim loaûi gäúm 
laì do tênh cháút cuía häùn håüp quyãút âënh. 
MỘT SỐ KẾT CẤU TIẾP 
ĐIỂM THƯỜNG DÙNG 
TIẾP ĐIỂM KIỂU CẦU 
TIẾP ĐIỂM KIỂU NGÓN 
TIẾP ĐIỂM KIỂU DAO 
TIẾP ĐIỂM KIỂU NÊM 
TIẾP ĐIỂM KIỂU ĐỐI 
NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG 
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 nước và các chất có hoạt 
tính hóa học cao thấm vào và đọng lại trong những 
lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một 
lớp màng mỏng rất giòn. 
 Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng 
này dễ bị bong ra. Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mòn 
dần, hiện tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim 
loại. 
OXY HÓA 
 Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc 
bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếp 
xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng 
Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm. 
 Mức độ gia tăng Rtx do bề mặt tiếp xúc bị oxy 
hóa còn tùy nhiệt độ. Ở 20-30oC có lớp oxít dày 
khoảng 25.10-6mm. 
ĐIỆN THẾ HÓA KIM LOẠI 
 Mỗi chất có một điện thế hóa học nhất định. 
Lấy H làm gốc có điện thế âm (-) thì ta có bảng 
một số kim loại có điện thế hóa học như bảng sau: 
 Hai kim loại có điện thế hóa học khác nhau khi 
tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện thế hóa học, 
giữa chúng có một hiệu điện thế. 
 Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ có 
dòng điện chạy qua, và kim loại có điện thế học âm 
hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm. 
HƯ HỎNG DO ĐIỆN 
 Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không 
được bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen 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 dính 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. 
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 
 Đối với những tiếp xúc cố định : nên bôi một 
lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm. 
 Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu : có 
điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau 
cho từng cặp. 
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 
 Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa 
làm tiếp điểm. 
 Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, 
đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm 
còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, kẽm,... 
CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 
 Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã 
yếu làm giảm lực ép sẽ làm 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.