Contacto eléctrico

Un contacto eléctrico es un componente de circuito eléctrico que se encuentra en interruptores eléctricos , relés , conectores y disyuntores . ^[1] Cada contacto es una pieza de material conductor de electricidad , típicamente metal . Cuando un par de contactos se tocan, pueden pasar una corriente eléctrica con una cierta resistencia de contacto , que depende de la estructura de la superficie, la química de la superficie y el tiempo de contacto; ^[2] cuando el par está separado por un espacio aislante , entonces el par no pasa una corriente . Cuando los contactos se tocan, el interruptor se cierra ; cuando los contactos están separados, el interruptor está abierto . El espacio debe ser un medio aislante, como aire, vacío, aceite, SF ₆ . Los contactos pueden ser operados por humanos en pulsadores e interruptores , por presión mecánica en sensores o levas de máquinas, y electromecánicamente en relés. Las superficies donde los contactos se tocan generalmente están compuestas de metales como aleaciones de plata u oro ^{[3] [4]} que tienen alta conductividad eléctrica , resistencia al desgaste, resistencia a la oxidación y otras propiedades. ^[5]

Los contactos se pueden fabricar a partir de una amplia variedad de materiales. Los materiales más habituales son: ^[5]

• Aleaciones de plata
• Oro
• Metales del grupo del platino
• Carbono ^[6]

Los contactos se clasifican según la capacidad de transporte de corriente cuando están cerrados, la capacidad de interrupción cuando se abren (debido a la formación de arcos eléctricos) y la tensión nominal. La tensión nominal de apertura puede ser una tensión nominal de CA, una tensión nominal de CC o ambas. ^{[ cita requerida ]}

Cuando los contactos de relé se abren para interrumpir una corriente alta con una carga inductiva , se produce un pico de tensión que genera un arco a través de los contactos. Si la tensión es lo suficientemente alta, se puede generar un arco incluso sin una carga inductiva. Independientemente de cómo se forme el arco, persistirá hasta que la corriente a través del arco caiga al punto demasiado bajo para sostenerlo. La formación de arcos eléctricos daña los contactos eléctricos y un arco sostenido puede impedir que los contactos abiertos eliminen la energía del sistema que se está controlando. ^[7]

En los sistemas de corriente alterna , donde la corriente pasa por cero dos veces en cada ciclo, todos los arcos, salvo los más energéticos, se extinguen en el cruce por cero. El problema es más grave con los sistemas de corriente continua , donde no se producen dichos cruces por cero. Por eso, los contactos con capacidad nominal para una tensión para conmutar corriente alterna suelen tener una capacidad nominal de tensión inferior para corriente continua. ^[8]

Ragnar Holm contribuyó en gran medida a la teoría y aplicación del contacto eléctrico. ^[9]

Las superficies macroscópicamente lisas y limpias son microscópicamente rugosas y, en el aire, están contaminadas con óxidos, vapor de agua adsorbido y contaminantes atmosféricos. Cuando dos contactos eléctricos de metal se tocan, el área de contacto real de metal a metal es pequeña en comparación con el área total de contacto a contacto que toca físicamente. En la teoría del contacto eléctrico, el área relativamente pequeña donde fluye la corriente eléctrica entre dos contactos se llama punto a, donde "a" representa aspereza . Si el pequeño punto a se trata como un área circular y la resistividad del metal es homogénea, entonces la corriente y el voltaje en el conductor de metal tienen simetría esférica y un cálculo simple puede relacionar el tamaño del punto a con la resistencia de la interfaz de contacto eléctrico. Si hay contacto de metal a metal entre contactos eléctricos, entonces la resistencia de contacto eléctrico , o ECR (a diferencia de la resistencia en masa del metal de contacto) se debe principalmente a la constricción de la corriente a través de un área muy pequeña, el punto a. Para los puntos de contacto con radios menores que el camino libre medio de los electrones , se produce una conducción balística de electrones, lo que da como resultado un fenómeno conocido también como resistencia de Sharvin . ^[10] La fuerza o presión de contacto aumenta el tamaño del punto a, lo que disminuye la resistencia de constricción y la resistencia de contacto eléctrico. ^[11] Cuando el tamaño de las asperezas en contacto se vuelve mayor que el camino libre medio de los electrones, los contactos de tipo Holm se convierten en el mecanismo de transporte dominante, lo que da como resultado una resistencia de contacto relativamente baja. ^[2]${\estilo de visualización \lambda}$

La Asociación Nacional de Fabricantes de Relés y su sucesora, la Asociación de la Industria de Relés e Interruptores, definen 23 formas distintas de contacto eléctrico que se encuentran en relés e interruptores. ^[12]

Un normalmente cerrado (El par de contactos NC está cerrado (en un estado conductor) cuando él, o el dispositivo que lo opera, está en un estado desenergizado o relajado.

Una válvula normalmente abierta (El par de contactos NO está abierto (en un estado no conductor) cuando él, o el dispositivo que lo opera, está en un estado desenergizado o relajado.^{[ cita requerida ]}

La Asociación Nacional de Fabricantes de Relés y su sucesora, la Asociación de la Industria de Relés e Interruptores, definen 23 formas de contacto eléctrico distintas que se encuentran en relés e interruptores. ^[13] Las siguientes formas de contacto son particularmente comunes:

Los contactos de tipo A ("contactos de cierre") son contactos normalmente abiertos . Los contactos están abiertos cuando no hay fuerza energizante (imán o solenoide de relé). Cuando hay fuerza energizante, el contacto se cierra. Una notación alternativa para el tipo A es SPST-NO . ^[12]

Los contactos de tipo B ("contactos de ruptura") son contactos normalmente cerrados. Su funcionamiento es lógicamente inverso al de tipo A. Una notación alternativa para el tipo B es SPST-NC . ^[12]

Los contactos de forma C (contactos de "conmutación" o "transferencia") están compuestos por un par de contactos normalmente cerrados y un par de contactos normalmente abiertos que son operados por el mismo dispositivo; existe una conexión eléctrica común entre un contacto de cada par que da como resultado solo tres terminales de conexión. Estos terminales generalmente se etiquetan como normalmente abierto , común y normalmente cerrado ( NO-C-NC ). Una notación alternativa para la forma C es SPDT . ^[12]

Estos contactos se encuentran con bastante frecuencia en interruptores y relés eléctricos, ya que el elemento de contacto común proporciona un método mecánicamente económico de proporcionar un mayor número de contactos. ^[12]

Los contactos de tipo D (contactos de "transferencia de continuidad") difieren de los de tipo C en un solo aspecto: el orden de conexión y desconexión durante la transición. Mientras que los de tipo C garantizan que, brevemente, ambas conexiones estén abiertas, los de tipo D garantizan que, brevemente, los tres terminales estarán conectados. Se trata de una configuración relativamente poco común. ^[12]

El formulario E es una combinación del formulario D y B.

Los contactos de forma K (centro apagado) se diferencian de los de forma C en que tienen una posición de centro apagado o normalmente abierto en la que no se realiza ninguna conexión. Los interruptores de palanca SPDT con una posición de centro apagado son comunes, pero los relés con esta configuración son relativamente raros. ^[12]

Los contactos de forma X o de doble contacto son equivalentes a dos contactos de forma A en serie, unidos mecánicamente y operados por un solo actuador, y también pueden describirse como contactos SPST-NO . Estos se encuentran comúnmente en contactores y en interruptores de palanca diseñados para manejar cargas inductivas de alta potencia. ^[12]

Los contactos de forma Y o de doble ruptura son equivalentes a dos contactos de forma B en serie, unidos mecánicamente y operados por un solo actuador, y también pueden describirse como contactos SPST-NC . ^[12]

Los contactos de forma Z o de doble apertura y doble cierre son comparables a los contactos de forma C , pero casi siempre tienen cuatro conexiones externas, dos para la ruta normalmente abierta y dos para la ruta normalmente cerrada. Al igual que con las formas X e Y , ambas rutas de corriente implican dos contactos en serie, vinculados mecánicamente y operados por un solo actuador. Nuevamente, esto también se describe como un contacto SPDT . ^[12]

Cuando un interruptor contiene contactos normalmente abiertos (NO) y normalmente cerrados (NC), el orden en el que se conectan y desconectan puede ser significativo. En la mayoría de los casos, la regla es "conectar antes de conectar " o BBM ; es decir, los contactos NO y NC nunca se cierran simultáneamente durante la transición entre estados. Este no es siempre el caso, los contactos de Forma C siguen esta regla, mientras que los contactos de Forma D, por lo demás equivalentes , siguen la regla opuesta, conectar antes de desconectar. La configuración menos común, cuando los contactos NO y NC se cierran simultáneamente durante la transición, es "conectar antes de conectar" o MBB . ^{[ cita requerida ]}

• Rebote de contacto
• Relé de enclavamiento
• Corriente de humectación
• Voltaje de humectación
• Empalme eléctrico

• Pitney, Kenneth E. (2014) [1973]. Manual de contactos Ney: contactos eléctricos para usos de bajo consumo energético (reimpresión de la 1.ª ed.). Deringer-Ney, originalmente JM Ney Co. ASIN  B0006CB8BC.^{[ enlace muerto permanente ]} (NB. Descarga gratuita después del registro.)
• Slade, Paul G. (12 de febrero de 2014) [1999]. Contactos eléctricos: principios y aplicaciones . Ingeniería eléctrica y electrónica. Vol. 105 (2.ª ed.). CRC Press , Taylor & Francis, Inc. ISBN 978-1-43988130-9. {{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )
• Holm, Ragnar ; Holm, Else (2013-06-29) [1967]. Williamson, JBP (ed.). Contactos eléctricos: teoría y aplicación (reimpresión de la 4.ª edición revisada). Springer Science & Business Media . ISBN 978-3-540-03875-7.(NB. Una reescritura del anterior " Manual de contactos eléctricos ").
• Holm, Ragnar ; Holm, Else (1958). Manual de contactos eléctricos (3.ª edición completamente reescrita). Berlín / Göttingen / Heidelberg, Alemania: Springer-Verlag . ISBN 978-3-66223790-8.[1] (NB. Una reescritura y traducción del anterior " Die technische Physik der elektrischen Kontakte " (1941) en idioma alemán, que está disponible como reimpresión bajo ISBN 978-3-662-42222-9 .) 
• Huck, Manfred; Walczuk, Eugeniucz; Buresch, Isabell; Weiser, Josef; Borchert, Lotario; Faber, Manfredo; Bahrs, Willy; Saeger, Karl E.; Hola, Reinhard; Behrens, Volker; Heber, Jochen; Großmann, Hermann; Streuli, Max; Schuler, Pedro; Heinzel, Helmut; Harmsen, Ulf; Györy, Imre; Ganz, Joaquín; Cuerno, Jochen; Caspar, Franz; Lindmayer, Manfred; Berger, Frank; Baujan, Günter; Kriechel, Ralph; Lobo, Johann; Schreiner, Günter; Schröther, Gerhard; Maute, Uwe; Linnemann, Hartmut; Thar, Ralph; Möller, Wolfgang; Rieder, Werner; Kaminski, enero; Popa, Heinz-Erich; Schneider, Karl-Heinz; Bolz, Jacob; Vermij, L.; Mayer, Úrsula (2016) [1984]. Vinaricky, Eduard; Schröder, Karl-Heinz; Weiser, Josef; Keil, Alberto; Merl, Wilhelm A.; Meyer, Carl-Ludwig (eds.). Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen: Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren (en alemán) (3 ed.). Berlín / Heidelberg / Nueva York / Tokio: Springer-Verlag . ISBN 978-3-642-45426-4.