1.4 接触电阻
1.4.1 接触电阻的定义及构成
导体通过接触连接时，由于接触的不连续性会产生一个附加的电阻，称为接触电阻。
在显微镜下观察接触件的表面，尽管镀层十分光滑，但仍能观察到5~10μm的凸起部分。因此一对接触件的接触，并不是整个接触面（线）的接触，而是散布在接触面上一些点的接触，实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触压力大小，两者差距有的可达几千倍。实际接触面可分为两部分：①真正金属与金属直接接触部分，即金属间无过渡电阻的接触微点，也称接触斑点。它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的，部分占实际接触面积的5%~10%；②通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分，因为任何金属都有返回原氧化物状态的倾向。实际上，在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。例如铜只要2~3min，镍约30min，铝仅需2~3s，其表面便可形成厚度约2μm的氧化膜层。即使特别稳定的贵金属金，由于其表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附膜。此外，大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜。因而，从微观分析任何接触面都是一个污染面。
综上所述，接触电阻由以下两部分组成：
（1）集中电阻。电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）形成的电阻，将其称为集中电阻或收缩电阻。
(2)膜层电阻。由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析，表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。所以确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻或表面电阻。
断路器导电回路的电阻主要取决于灭弧室动、静触头间的接触电阻，接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的开断能力。
1.4.2 接触电阻的影响因素
接触电阻主要受接触件材料、接触压力、接触形式、表面状态、温度、使用电压和电流等因素影响。
1.接触件材料
构成电接触的金属材料的性质直接影响接触电阻的大小，这些性质包括金属材料的电阻率ρ、布氏硬度HB、化学性能以及金属化合物的机械强度和电阻率等。材料的电阻率或硬度越大，则接触电阻也越大。
2.接触压力
接触件的接触压力是指施加于彼此接触的表面并垂直于接触表面的力。随着接触压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。但当接触压力超过一定值（150N左右）后，接触电阻就基本保持不变。实验表明，在接触压力较小时，接触电阻上、下限的差别高达10倍之多。而当压力增大后，接触电阻的分散度逐渐变小，接触电阻上、下限的差别减少到1.5倍。
3.接触形式
接触形式不同也会影响接触电阻的大小。接触形式主要分为点接触、线接触和面接触三种，接触压力较小时，点接触的接触电阻较低；接触压力较大时，面接触的接触电阻较低；在更大接触压力时，三种接触形式的接触电阻相差不大。
4.表面状态
接触件的表面膜层包括两部分：一部分是由于尘埃、松香、油污等在接触表面机械附着沉积形成的较松散的表面膜。这层表面膜由于带有微粒物质，极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定；另一部分是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜。对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。故对一些可靠性要求高的产品，如真空断路器或SF6断路器的灭弧室必须要有洁净的装配生产环境条件，完善的清洗工艺及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。同时，接触表面的光洁度也会对接触电阻有影响。光洁度不易要求过高，试验表明，过于精细的表面加工对于降低接触电阻未必是有利的。
5.温度
温度对接触电阻也有影响，主要有两个方面的原因：①电阻率的改变，电阻率随温度升高而增加；②材料硬度的改变，当材料温度上升到接近软化点时，硬度将急剧下降。
6.使用电压
使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用，于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化，使接触电阻发生很大变化。
7.电流
当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热作用使金属软化或熔化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻。
1.4.3 计算接触电阻的经验公式
影响接触电阻的因素很多，要准确地计算接触电阻是很困难的，通常只能用经验公式进行估算。一般的经验公式为
式中 Rc——接触电阻，μΩ；
F——接触压力，N；
m——与接触形式有关的系数，对点、线、面接触，分别取0.5、0.7、1（也有线接触取0.75，高压力时的面接触取0.8～0.95）；
Kc——与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数，通常由实验得出，见表1-1。
表1-1 接触电阻接触系数
需要指出的是，影响接触电阻的因素极为复杂，上述经验公式只用Kc、m两个系数来概括各种因素的影响，当然是很不充分的。正因为如此，不同研究者得出的m和Kc值往往差别很大。
1.4.4 电接触分类及要求
1.定义
电接触是导体与导体的接触处，也称为两个或N个导体通过机械方式连接，使电流得以流通。
2.分类
按结构形式的不同，分为以下三类：
（1）固定电接触：用螺钉、铆钉等将母线与母线固定连接在一起，是既无相对移动也无相对分、合的电接触方式。
（2）滑动和滚动电接触：触头能做相对滑动和滚动，但不相互分离，它们的相对运动方向与接触表面平行。
（3）可分、合电接触：可分、合电接触又叫触头或触点，是指可随时分开和闭合的电接触，常由动、静触头组成。为防止电弧将主触头烧损，有时将主、副和弧触头并联在一起使用。触头根据控制电流的大小分为：弱电流触头（几安培以下，如继电器的触头）、中电流触头（几安培至几百安培，如低压断路器的触头）和强电流触头（几百安培以上，如高压断路器的触头）。
按接触面积大小的不同，可分为点接触、线接触及面接触三种。
3.对电接触的主要要求
电接触在工作时，一方面要承受长期工作时的额定电流，另一方面要承受开关开断与关合过程中产生的电弧作用。因此，对电器的电接触，特别是可分、合触头的工作可靠性极其重要。如果触头的材料、结构或制造质量不好，触头在工作过程中就会发生严重损坏或因电弧而熔焊，电器工作的可靠性就无法保证。为保证电接触长期稳定而可靠工作，必须做到：
（1）电接触在额定电流下长期运行时，其温升不超过国家标准规定限值，且温升应长期保持稳定。
（2）电接触在短时通过短路电流或脉冲电流时，接触处不发送熔焊或松弛。
（3）可分、合接触在开断过程中，接触材料损失尽量小。
（4）可分、合接触在关合过程中，接触处不应发生不能断开的熔焊，且触头表面不应有严重损伤或变形。
（5）电接触应能承受国家标准规定的额定操作次数的短路电流冲击而不发生损坏。