Documentación técnica

INTRODUCCION A LOS CONTACTOS ELECTRICOS

Se denomina contacto eléctrico, al sistema constituido por dos conductores eléctricos que se tocan para permitir el paso de corriente. Por extensión se conoce como contacto eléctrico o simplemente, contacto, cada una de las piezas metálicas que unidas, aseguran el cierre de un circuito eélctrico
Las cualidades exigidas a los contactos eléctricos son de una complejidad extrema. Dichas exigencias dependen de la potencia máxima que puede ser liberada por el circuito, de la cinemática de los contactos, (contactos permanentes, semipermanentes, intermitentes o deslizantes.
Para satisfacer las necesidades de los contactos es preciso encontrar los metales, aleaciones o pseudo aleaciones, que posean en grados diversos las siguientes propiedades:

a) Poca aptitud a la aparición, (en la superficie del contacto) de películas que supongan resistencia al paso de corriente, bien sean por absorción, corrosión o catálisis. Este punto es el principal motivo para elegir el empleo de los METALES PRECIOSOS.

b) Buena resistencia a la erosión, soldadura y transporte del metal, en la superficie de los contactos, provocado por el arco entre los contactos en el momento del cierre y sobre todo en el momento de la apertura del circuito

c) Poca resistividad, en definitiva alta conductividad eléctrica.

d) Buenas propiedades mecánicas y particularmente alta resistencia al desgaste por el uso e) Finalmente y muy importante que el coste de los mismos sea compatible con del aparato donde se utilizarán los contactos.

Si ningún material reúne por sí mismo todas las cualidades requeridas, será preciso, obligatoriamente, BUSCAR UNA SOLUCION INTERMEDIA, que dependerá de la preponderancia de alguna de las propiedades mencionadas según la aplicación considerada.

La búsqueda del material apropiado, no es siempre fácil. Daremos algunas indicaciones de las características de los metales de contacto, no obstante pueden ampliar esta información consultando a nuestro departamento técnico.

La experiencia adquirida durante años trabajando en estrecha colaboración con nuestros clientes y la experiencia de nuestros técnicos, así como nuestra tecnología de fabricación de contactos eléctricos, pueden servir a nuestros clientes en el desarrollo de sus nuevos productos

DOCUMENTACIÓN TECNICA Fecha: Rev: A-01.
OBSERVACIONES SOBRE LOS CONTACTOS ELECTRICOS

En el funcionamiento de los contactos influyen muchos factores en función de que los contactos se destinen a:
1) Paso permanente de la corriente 2) Corte de un circuito eléctrico 3) Cierre de un circuito eléctrico
1) PASO PERMANENTE DE LA CORRIENTE ATRAVES DE CONTACTOS CERRADOS
El problema que se puede plantear en estos casos es de calentamiento debido a la resistencia del contacto. Esta resistencia es debida a varios factores como son:
a) La superficie real del contacto
Prácticamente, cualquiera que sea el pulido de la superficie del contacto presenta siempre pequeñas asperezas que hacen que la superficie de contacto sea siempre muy pequeña, este fenómeno se incrementa con presiones de contacto muy bajas. Es recomendable en estos casos emplear contactos de forma cónica o esférica, lo que nos permite localizar la presión de contacto
b) Los materiales de contacto
La resistencia de contacto es proporcional a la resistividad del material de contacto, pero mucho más elevada
c) La temperatura de los contactos

La resistencia de contacto de un material sometido a una temperatura elevada aumentará en función del incremento de temperatura.

El calor formado por la resistencia de contacto provoca en los materiales un aumento de temperatura.
Para que este aumento de temperatura sea lo más reducido posible se tendrá que:
Estudiar una forma de contacto que disipe el calor Emplear un material de alta conductividad térmica Establecer si es posible una ventilación de los contactos

Además de lo anteriormente indicado, es necesario el contacto sea unido correctamente al soporte para que exista buena conductividad entre ambos, ya que una unión deficiente provocará un incremento en la temperatura perjudicial para los contactos
d) Las películas en la superficie de los contactos.
Con el uso se puede formar en la superficie del contacto una película que puede ser de polvo, grasa, aceite, o bien oxidos, sulfurosos o compuestos químicos, consecuencia de la corrosión del material empleado.

La formación de óxido o sulfuro aumentan la resistencia de contacto y puede ser muy perturbadora en circuitos de baja potencia que no soportan cambios de algunos ohmios de la resistencia de contacto. En algunos casos pueden formarse corrientes de paso que formen un arco entre contactos y este arco puede romper la la película de la superficie. La tensión mínima para obtener este resultado (tensión de coheración) depende de la naturaleza y espesor de la película. Por ejemplo es necesaria una tensión mayor de 10 voltios para romper una película de de sulfuro sobre un contacto de plata. Así las películas de superficie son son menos perturbadoras con tensiones elevadas

Un deslizamiento de un contacto sobre otro en el cierre del circuito puede facilitar la destrucción de la película.
Además para mantener una baja resistencia de contacto, el aparato debe ser construido de tal modo que los contactos permanezcan muy limpios y protejidos contra el polvo. Se recomienda, además, que las superficies de contacto sean verticales.
e) La presión de contacto
Para un material de contacto determinado, la resistencia de contacto es tanto más pequeña cuanto más fuerte es la presión de contacto. Entonces la presión debe ser lo más fuerte posible, ha de tenerse en cuenta la dureza del material de contacto, ya que como las superficies de contacto suelen ser muy pequeñas, una presión excesiva podría dar lugar a una deformación de los contactos.

2) CORTE DE UN CIRCUITO ELECTRICO

En estos casos el problema que se plantea fundamentalmente es el arco eléctrico que produce erosión en los contactos
En el corte o apertura de un circuito, se genera durante el corte del circuito una descarga eléctrica determinada por la tensión y la intensidad de corriente (intensidad de cortocircuito), tanto en corriente continua como en alterna y en este caso por su frecuencia. También influye tanto la velocidad de apertura de los contactos como la naturaleza y presión de los gases en los cuales se corta el circuito. Son muy diferentes los efectos de esta descarga, según se forme o no un arco.

a) Apertura de contacto sin formación de arco.
Se ha comprobado que un contacto puede cortar un circuito resistente, recorrido por una intensidad determinada sin formación de arco, cuando esta intensidad es inferior a un valor característico llamado INTENSIDAD CRITICA DE ARCO.
Esta intensidad cambia con la tensión, en la figura 2 puede verse la relación que existe en algunos materiales entre la intensidad critica y la tensión crítica de arco.
Cualquiera que sea la intensidad, el arco no puede formarse con una tensión inferior a un límite. Esta tensión limite de arco varía, según los materiales, entre 12 y 16 voltios.
Cuando los contactos funcionan en tales condiciones que no hay formación de arco, el desgaste que resulta del fenómeno eléctrico es muy reducido. Despues de numerosas operaciones se manifiesta un pequeño traslado de materia sobre el contacto positivo, pero, generalmente, este traslado es inapreciable.
Los circuitos que se pueden cortar sin formación de arco son, en la práctica, circuitos de pequeña potencia, como por ejemplo:
Relés sensibles Aparatos de control Interruptores de control de maniobra

b) Apertura de contacto con formación de arco
Cuando la intensidad sobrepasa la intensidad crítica de arco durante la apertura de un circuito, se forma un arco entre los dos contactos. De la descarga que se produce hasta la estabilización del circuito resulta una erosión, cuya importancia varía con la energía del arco. La tensión entre los dos contactos durante el paso del arco depende de los materiales, de la intensidad entre los contactos, de la distancia que los separa y del ambiente que los rodea. Generalmente se admite que esta tensión se determina por la formula:
E = α + β / i + ( µ + σ / i ) L
En donde: e = tensión entre los contactos durante el paso del arco L = longitud del arco I = intensidad que le atraviesa α ; β ; µ ; σ = constantes que dependen de los materiales de contacto y de los gases que les rodean
Con contactos de plata en el aire, estas constantes valen:
α = 19 ; β = 11,4 µ = 14,2 σ = 3,6
El resultado del arco es un traspaso de materia del contacto negativo al contacto positivo y una elevación de temperatura, más importante para el contacto negativo
El traspaso depende de varios factores y en particular, de las características del circuito.
- Circuito de corriente continua
El traspaso de materia del contacto negativo hacia el el positivo depende de la energía del arco. Cuando se encuentra en el circuito un self (tensión inducida producida por un conductor que genera inductancia), la tensión inducida se añade a la del circuito y se produce una tensión más elevada, es decir, un arco más potente y un traspaso mayor de materia del negativo al positivo.
- Circuito de corriente alterna
Si se trata de un circuito solamente resistente, la tensión y la intensidad pasan cada medio periodo por el valor “0” y el arco se apaga. Durante el medio periodo siguiente aparecerá de nuevo solamente si las condiciones (de intensidad, temperatura de cátodo) son favorables.
Algunas veces se puede aprovechar el tiempo de parada para alejar bastante los contactos, enfriarlos y conseguir así que el arco no se encienda otra vez.
En un circuito inductivo, cuando la corriente es nula, la tensión tiene ya un nvalor apreciable, lo que facilita la formación de un arco.
En ambos casos, la dirección del arco cambia cada medio periodo, de lo que resulta una erosión igual en los dos contactos. A tensión e intensidad iguales, la energía del arco es menos importante en corriente alterna que en continua.
El traslado de materia depende de la energía del arco, pero también de la naturaleza del material del contacto. La resistencia que opone una materia al traspaso varía sensiblemente con su dureza y su densidad. Una materia de
contacto resistente al desplazamiento tendrá una densidad y una dureza elevada De otra parte, el calor producido por el arco puede provocar un reblandecimiento o bien la fusión parcial de los contactos. En los aparatos que deben funcionar con mucha frecuencia y cuyo arco es importante tendrán que emplearse materiales con un punto de fusión elevado y una buena conductividad eléctrica.

PROTECCION CONTRA EL ARCO. Para evitar la destrucción de los materiales de contacto por la acción del arco se emplean, algunas veces, dispositivos para reducir el arco o incluso suprimirlo. Esto se puede obtener:
1) Con modificaciones en el circuito eléctrico. Añadiendo alguna resistencia de descarga, colocando circuitos de condensadores, rectificadores, etc. 2) Con dispositivos mecánicos. Poner un campo magnético de alejamiento del arco, sistemas de rupturas múltiples, inmersión en aceite, soplado del arco, etc.

c) Cierre de un circuito eléctrico. Desgaste mecánico. Rebote
El desgaste de los contactos durante los cierre de in circuito provienen de la acción mecánica (choque de los dos contactos) y de la acción eléctrica consiguiente al paso de corriente.
Acción mecánica

El choque de los contactos, que es absorbido en parte por la elasticidad del contacto y en parte por el dispositivo de cierre, puede provocar una deformación de la superficie de contacto, cuando las superficies son rugosas a consecuencia de la erosión eléctrica.

La perdida de materia y la deformación dependen de la presión y de la naturaleza de los contactos. Con presión de contacto elevada se recomienda el empleo de un material de contacto duro, en particular cuando debe resistir numerosas maniobras (algunas veces se exigen millones de maniobras)
Acción eléctrica

Cuando los contactos se aproximan, si se alcanza la tensión de arco puede llegar a formarse uno.
Este arco es menos destructivo que el formado a la apertura del circuito, pero su efecto no es despreciable, sobre todo cuando el contacto móvil tiene tendencia a rebotar. Este rebote puede ocurrir varias veces en cada cierre. De lo que resultaría cada vez un arco cuya intensidad puede ser mucho más elevada que la nominal.
Por esta razón se emplean, muy a menudo, dispositivos mecánicos para suprimir el rebote de los contactos.

MATERIALES DE CONTACTO.
En función de la aplicación dividiremos los metales para contacto en cinco grandes grupos
1) Contactos con base PLATA 2) Contactos con base ORO 3) Contactos con base PLATINO 4) Contactos con base PALADIO 5) Contactos con base WOLFRAMIO
Seguidamente indicamos las principales características de cada uno de estos grupos, téngase en cuenta que en la mayoría de las ocasiones deben emplearse estos metales principales, mezclados con otros metales mediante aleaciones o pseudo aleaciones, para conseguir las característica buscadas.

PRIMER GRUPO CON BASE Ag
a) Alta conductibilidad eléctrica. b) Pequeña resistencia a la formación de películas superficiales, fundamentalmente por sulfuración de la plata c) Buena resistencia a los arcos eléctricos de pequeña potencia d) Buena resistencia a la erosión provocada por los arcos intensos e) Buena resistencia a la soldadura, es decir a la unión de contactos

SEGUNDO GRUPO CON BASE Au
a) Alta resistencia a la formación de películas que impidan el paso de corriente b) Muy alta estabilidad tanto a las condiciones atmosféricas adversas como a periodos altos de inactividad.

TERCER GRUPO CON BASE DE Pd
a) Alta resistencia al transporte de partículas de la superficie del contacto
CUARTO GRUPO CON BASE DE Pt
a) Altísima resistencia a la formación de películas superficiales en ambientes super agresivos.(gases, humedad, humo, etc)
La esquematización anterior no debe presuponer la adaptación perfecta a cada problema particular utilizando el material utilizando el material que se encuentra dentro del grupo indicado. No se debe olvidar que el material definitivo es el
resultante de la EXPERIMENTACIÓN EN EL LABORATORIO, en magnitud real lo que permitirá la elección definitiva del material a emplear.
QUINTO GRUPO CON BASE WOLFRAMIO (TUNGSTENO).
a) Alto punto de fusión, es el metal con mayor punto de fusión, lo que le confiere una alta resistencia al arco eléctrico.

b) Elevada dureza a temperatura ambiente, empieza a perder dureza a temperatura superior a los 150ºC

c) Difícil soldabilidad

d) Alta resistencia a la formación de películas que impidan el paso de corriente a temperaturas inferiores a 400ºC, aunque en periodos largos inactivos y fundamentalmente en presencia de humedad pueden aparecer capas superficiales de oxido

e) Buena conductividad eléctrica
Dentro de cada grupo existen, como decíamos anteriormente, una gran variedad de combinaciones posibles para llegar a una solución optima, (pueden consultar nuestras fichas técnicas para una mayor aproximación). No debemos olvidar que es la “EXPERIMENTACIÓN EN VIVO”, es decir las pruebas en laboratorio, lo que permitirá la elección definitiva del material adecuado. Puede dirigirse a nuestro departamento técnico para cualquier consulta, estaremos encantados de colaborar en su proyecto.