تماس شبانه روزی
02133949878 - 02133112556
موبایل - 24/7
09125882981
در قلب هر تجهیز الکترومکانیکی سوئیچینگ، از ساده‌ترین رله‌ها تا کنتاکتورهای سنگین صنعتی، مجموعه‌ای از اجزای حیاتی وجود دارند که وظیفه برقراری یا قطع جریان الکتریکی را به عهده دارند: نقاط تماس یا به طور تخصصی‌تر، پلاتین‌ها (Contact Points). این نقاط، واسط فیزیکی بین مدارهای باز و بسته هستند و عملکرد صحیح، ایمنی و طول عمر سیستم‌های قدرت به طور مستقیم به ویژگی‌ها و کیفیت مواد و طراحی این پلاتین‌ها وابسته است. این مقاله به بررسی عمیق معماری، مواد سازنده، چالش‌های تخریب و راهکارهای حفظ پلاتین‌ها در تجهیزات سوئیچینگ برق، به ویژه کنتاکتورها و رله‌ها، می‌پردازد.
پلاتین‌ها اجزای کلیدی هستند که در رله‌ها و کنتاکتورها، وظیفه انتقال جریان الکتریکی را در شرایط بسته شدن مدار (تماس) و قطع جریان در شرایط باز شدن (جدایی) بر عهده دارند. در واقع، آنها مرز فیزیکی بین دو بخش مدار هستند.
یک سیستم تماس استاندارد معمولاً شامل دو بخش است:
کنتاکت ثابت (Stationary Contact): که به ترمینال یا مدار ثابت متصل است.
کنتاکت متحرک (Moving Contact): که به آرمیچر یا عملگر رله/کنتاکتور متصل است و با اعمال نیرو، تماس برقرار می‌شود.
کیفیت تماس (Contact Quality) تحت تأثیر سه پارامتر اصلی است: نیروی فشاری (Contact Force)، مقاومت تماسی (Contact Resistance) و پایداری سطح. در حالت بسته، نیروی فشاری کافی باید تضمین شود تا مقاومت تماسی در حد چند میکرو اهم باقی بماند و تلفات حرارتی ناخواسته به حداقل برسد.
انتخاب ماده برای پلاتین‌ها یک مصالحه مهندسی دقیق بین رسانایی الکتریکی عالی، مقاومت مکانیکی کافی در برابر سایش و مهم‌تر از همه، مقاومت در برابر تخریب ناشی از قوس الکتریکی (Arc Erosion) است.
مواد ایده‌آل باید دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا باشند. به همین دلیل، فلزات نجیب و آلیاژهای آنها پایه اصلی ساخت پلاتین‌ها هستند.
نقره به دلیل بالاترین رسانایی الکتریکی در بین تمام فلزات، ماده اولیه مرسومی است. با این حال، نقره خالص به سرعت اکسید می‌شود و سولفید نقره (Ag₂S) که رسانای ضعیفی است، روی سطح تشکیل می‌شود. برای غلبه بر این مشکل، نقره با سایر عناصر آلیاژ می‌شود:
نقره-کادمیوم اکسید (AgCdO): این آلیاژ به دلیل مقاومت عالی در برابر فرسایش قوس و قابلیت بازسازی خودکار سطح در هنگام ذوب شدن جزئی، در کنتاکتورهای با ظرفیت بالا بسیار رایج بود. (توجه: به دلیل سمی بودن کادمیوم، استفاده از آن در حال کاهش است.)
نقره-تنگستن (AgW) و نقره-رنیوم (AgRe): این آلیاژها برای کاربردهای ولتاژ بالا و جریان‌های زیاد استفاده می‌شوند، زیرا تنگستن مقاومت مکانیکی و نقطه ذوب بسیار بالایی دارد.
تنگستن با نقطه ذوب بسیار بالا ((3422^\circ \text{C})) و سختی زیاد، ماده اصلی برای پلاتین‌هایی است که در معرض قوس‌های الکتریکی شدید قرار دارند (مانند قطع بارهای سلفی بزرگ). تنگستن فرسایش کمتری نسبت به نقره در طول تخلیه قوس دارد، اما رسانایی آن کمتر از نقره است. بنابراین، اغلب به صورت یک لایه سخت روی یک هسته مسی یا برنجی با رسانایی بالا استفاده می‌شود.
این فلزات گرانبها اغلب در رله‌های کوچک و مدارهای سیگنال (Low Power Contacts) به کار می‌روند، زیرا در برابر اکسیداسیون و تشکیل لایه عایق بسیار مقاوم هستند، هرچند رسانایی آنها کمی پایین‌تر از نقره است.
هنگامی که یک کنتاکتور یا رله اقدام به قطع جریان در یک مدار حاوی بارهای سلفی (مانند موتورها، ترانسفورماتورها یا سیم‌پیچ‌ها) می‌کند، یک پدیده مخرب به نام قوس الکتریکی (Arcing) رخ می‌دهد. این قوس، اصلی‌ترین عامل تخریب پلاتین‌ها است.
وقتی تماس باز می‌شود، ولتاژ القایی ذخیره شده در سلف، سعی می‌کند جریان را حفظ کند، که منجر به ایجاد یک شکاف هوایی کوچک و یونیزاسیون گاز در آن شکاف می‌شود، و در نتیجه یک قوس پایدار شکل می‌گیرد. این قوس منجر به سه پدیده اصلی تخریب می‌شود:
جریان بالای قوس باعث تبخیر سریع (جریان ذوب و تبخیر) مواد پلاتین می‌شود. این فرسایش اغلب نامتقارن است؛ پلاتین متحرک معمولاً بیشتر از پلاتین ثابت ماده از دست می‌دهد، زیرا ماده از سطح متحرک تبخیر شده و روی سطح ثابت رسوب می‌کند.
اگر جریان قطع شونده بسیار بالا باشد (مانند اتصال کوتاه یا جریان راه‌اندازی موتور)، انرژی حرارتی قوس می‌تواند باعث ذوب شدن لحظه‌ای سطوح تماس شود. هنگامی که جریان صفر می‌شود، مواد مذاب مجدداً جامد شده و پلاتین‌ها به هم می‌چسبند. این پدیده جوشکاری پلاتین (Contact Welding) نام دارد و باعث از کار افتادن دائمی کنتاکتور در حالت بسته می‌شود.
حفره‌زایی، تشکیل نواحی نامنظم و فرورفته (چاله) روی سطح تماس است. این حفره‌ها باعث کاهش سطح تماس مؤثر در حالت بسته شده و افزایش مقاومت تماسی می‌شوند، که به نوبه خود گرمای بیشتری تولید کرده و چرخه تخریب را تسریع می‌کند.
برای مقابله با اثرات ویرانگر قوس الکتریکی، مهندسان از مکانیزم‌های سرکوب قوس (Arc Suppression) استفاده می‌کنند. هدف اصلی، کاهش طول و انرژی قوس به سرعت ممکن است.
جداسازی سریع (Fast Separation Speed): افزایش سرعت باز شدن پلاتین‌ها (به ویژه در رله‌های کوچک) به گونه‌ای که قبل از تثبیت قوس، شکاف به اندازه‌ای بزرگ شود که ولتاژ شکاف نتواند قوس را حفظ کند.
میدان مغناطیسی (Magnetic Blowout): در کنتاکتورهای جریان بالا، از آهنرباهای دائمی یا سیم‌پیچ‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌شود که میدان مغناطیسی قوی در اطراف منطقه تماس ایجاد می‌کنند. این میدان، قوس را به سمت بالا و دور از نقاط تماس هدایت می‌کند.
نقش حیاتی در تجهیزات ولتاژ متوسط و بالا، محفظه جرقه گیر (Arc Chute) است. این محفظه مجموعه‌ای از صفحات فلزی نازک (معمولاً از جنس مس یا فولاد با روکش عایق) است که به موازات یکدیگر نصب شده‌اند.
هنگامی که قوس از پلاتین جدا می‌شود، به سمت بالا حرکت کرده و وارد این محفظه می‌شود. با ورود به محفظه، قوس بین صفحات متوالی تقسیم شده و طول مؤثر آن به شدت افزایش می‌یابد. با افزایش طول، مقاومت الکتریکی قوس نیز افزایش یافته و ولتاژ لازم برای حفظ آن از ولتاژ باقیمانده مدار بالاتر می‌رود، در نتیجه قوس خاموش می‌شود. این فرآیند باید در کسری از سیکل برق (معمولاً چند میلی‌ثانیه) انجام شود.
طول عمر پلاتین‌ها مستقیماً با تعداد دفعات سوئیچینگ و شدت بارهای سوئیچ شده مرتبط است. در کنتاکتورهای پرکاربرد، رعایت نکات زیر برای بهینه‌سازی عملکرد ضروری است:
مهم‌ترین گام، اطمینان از این است که کنتاکتور یا رله برای جریان نامی، ولتاژ نامی و مهم‌تر از آن، نوع بار (مقاومتی، سلفی، یا ظرفیتی) انتخاب شده باشد. استفاده از کنتاکتوری که برای بارهای مقاومتی (آسان‌ترین حالت قطع) طراحی شده، برای قطع بارهای سلفی سنگین، عمر پلاتین را به شدت کاهش می‌دهد.
در بارهای سلفی بزرگ، جریان اولیه هجومی (Inrush Current) می‌تواند چندین برابر جریان نامی باشد و مستقیماً منجر به جوشکاری پلاتین شود. استفاده از روش‌هایی مانند مدارات راه اندازی نرم (Soft Start) یا اینرترها می‌تواند این پیک جریان را کاهش دهد.
در محیط‌های صنعتی، آلودگی (روغن، گرد و غبار رسانا) می‌تواند باعث افزایش مقاومت تماسی در حالت بسته شود. اگرچه پلاتین‌ها معمولاً خودتمیزشونده (Self-cleaning) هستند، در کاربردهای بسیار پرمصرف، بازرسی دوره‌ای و در صورت امکان، تمیز کردن سطوح با سوهان‌های مخصوص (نه سنباده) برای از بین بردن اکسیداسیون شدید توصیه می‌شود.
استفاده از پلاتین‌های دارای قابلیت “برش” یا “تغییر شکل” که به طور دینامیکی طراحی شده‌اند تا در هنگام باز شدن، ماده را به سمتی هدایت کنند که فرسایش به طور متقارن توزیع شود (مانند طراحی‌های خاص در کنتاکتورهای مدرن)، عمر مفید آنها را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.
پلاتین‌ها، با وجود اندازه کوچکشان، قلب تپنده هر سیستم سوئیچینگ الکترومکانیکی هستند. توازن بین رسانایی، سختی و مقاومت در برابر قوس، تعیین کننده طول عمر و قابلیت اطمینان تجهیزات است. با درک عمیق مکانیسم‌های تخریب ناشی از پدیده‌هایی مانند فرسایش و جوشکاری، و با استفاده صحیح از تکنیک‌های سرکوب قوس مانند محفظه‌های جرقه گیر، می‌توان معماری تماس را به گونه‌ای بهینه ساخت که حتی در سخت‌ترین شرایط سوئیچینگ صنعتی، عملکرد پایدار خود را حفظ کند.
