Desde la perspectiva de los materiales, los contactos principales de los contactores de CA convencionales suelen fabricarse a partir de materiales compuestos como óxido de plata-estaño (AgSnO₂) o plata-níquel (AgNi). Estos materiales ofrecen una combinación de excelente conductividad eléctrica, resistencia a la soldadura por contacto y resistencia a la erosión por arco. Específicamente, los contactos que presentan una estructura de contacto de plata sólida están sujetos a arcos de alta-temperatura de duración momentánea al abrir o cerrar corrientes de carga. Estos arcos pueden alcanzar temperaturas de varios miles de grados Celsius, provocando fusión localizada, evaporación y transferencia de material en la superficie de contacto, lo que resulta en un desgaste eléctrico característico.
A medida que los contactores realizan repetidamente operaciones de cierre y cierre, la capa de aleación de plata en la superficie de contacto se desgasta gradualmente. Para contactos que utilizan una estructura de remache monometálico, el espesor de la capa de plata disminuye a medida que avanza la vida útil eléctrica. Al final de la vida eléctrica nominal, la capa de plata de la superficie se agota significativamente y la resistencia del contacto aumenta, lo que en última instancia afecta la capacidad del contacto para conducir la electricidad de manera efectiva. Esta pérdida de material es el resultado de la erosión normal del arco y sirve como criterio clave para evaluar la longevidad del contacto.
En ambientes industriales típicos, las marcas negras que a menudo se observan en las superficies de contacto de los contactores provienen principalmente de la capa fundida, óxidos metálicos y depósitos carbonizados creados por la ablación por arco. Para los contactos eléctricos plateados, este ennegrecimiento no necesariamente indica falla. Dado que se produce un arco durante cada ciclo de cierre y apertura, el arco en sí ejerce un efecto de limpieza que altera parte de la película de óxido, lo que ayuda a mantener un buen contacto entre metal-con-. En consecuencia, un cambio de color por sí solo suele ser insuficiente para determinar si el rendimiento del contacto se ha degradado.
Muchos textos técnicos atribuyen el ennegrecimiento de los contactos de los relés de plata a la formación de óxido de plata, ya que la plata reacciona con el oxígeno. Si bien se puede formar una capa muy delgada de óxido de plata en los contactos de remaches sólidos, el óxido de plata posee una característica notable: sigue siendo altamente conductor. Aunque la resistividad del óxido de plata es mayor que la de la plata pura (aproximadamente 1,59 × 10⁻⁸ Ω·m), sigue siendo mucho menor que la de la mayoría de los otros óxidos metálicos. Por tanto, la presencia de algo de óxido de plata en la superficie de contacto no impide significativamente la conductividad del circuito principal.
Más preocupante que el óxido de plata es la formación de sulfuro de plata. Cuando -gases que contienen azufre-como el sulfuro de hidrógeno o el dióxido de azufre- están presentes en el medio ambiente, la plata reacciona preferentemente con el azufre para formar sulfuro de plata negro. Para los sistemas de contacto que utilizan puntos de contacto de plata, esta reacción suele ocurrir más rápidamente que la oxidación. El sulfuro de plata no sólo es claramente negro sino que también presenta una alta resistencia de contacto y una conductividad deficiente en comparación con la plata pura, lo que tiene un impacto sustancial en el rendimiento del contacto.
En entornos como plantas de energía térmica, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, fábricas de papel, plantas químicas y ciertos sitios mineros, la concentración de gases que contienen azufre-en el aire es relativamente alta. Bajo estas condiciones, los contactos auxiliares y de control basados en plata-utilizados en contactores son particularmente susceptibles a la corrosión. Cuando el equipo opera bajo cargas bajas o ciclos de conmutación poco frecuentes, la película de sulfuro de plata que se forma en las superficies de contacto no se descompone de manera efectiva; en consecuencia, se acumula y eventualmente cubre el área de contacto.
Para los contactos principales que funcionan en condiciones normales, la alta energía del arco generado durante la interrupción de la corriente a menudo quema o rompe la película de sulfuro de plata, lo que produce un impacto relativamente limitado en el rendimiento. Sin embargo, para contactos auxiliares, circuitos de entrada de PLC, circuitos de señales y sistemas de control de bajo-voltaje que utilizan contactos de plata, el voltaje y la corriente del circuito son demasiado bajos para generar suficiente energía de arco para penetrar la capa aislante de sulfuro de plata. Con el tiempo, la resistencia de contacto aumenta continuamente, lo que puede provocar que no se pueda establecer una continuidad eléctrica confiable.
En el análisis de fallas práctico, la espectroscopia de dispersión de energía (EDS) se emplea con frecuencia para examinar la composición de las superficies de contacto. Cuando se analizan contactos de plata pura afectados por la corrosión por azufre, los resultados suelen revelar una alta proporción de azufre. Además, el claro enriquecimiento de azufre en la superficie de contacto sirve como indicador clave de la corrosión inducida por azufre-. Por el contrario, las áreas ennegrecidas resultantes de la erosión por arco estándar generalmente exhiben una distribución mixta de elementos como plata, oxígeno, estaño y níquel.
Los contactores que utilizan materiales de contacto AgNi ofrecen una resistencia superior a la erosión del arco y una mayor longevidad mecánica; sin embargo, siguen siendo incapaces de evitar por completo la sulfuración de la superficie en entornos ricos en azufre-. Por lo tanto, en entornos industriales altamente corrosivos, se debe dar prioridad a los materiales de contacto diseñados específicamente para resistir la sulfuración. Además, se deben implementar medidas mejoradas de sellado y protección para minimizar la entrada de gases corrosivos en los gabinetes eléctricos.
En general, los contactos ennegrecidos de un contactor de CA no necesariamente indican la formación de sulfuro de plata. En entornos industriales típicos, la mayoría de las marcas negras son el resultado de la erosión del arco y el desgaste eléctrico normal, lo que tiene un impacto insignificante en la conductividad eléctrica. Sin embargo, en entornos especializados con altas concentraciones de gases que contienen azufre-, los contactos de plata pueden desarrollar una película de sulfuro de plata de alta-resistencia; Es particularmente probable que esto comprometa la confiabilidad de los circuitos de control de bajo-voltaje y baja-corriente. Por lo tanto, al analizar el mal funcionamiento de los contactores, es esencial una evaluación integral-que tenga en cuenta el entorno operativo, las condiciones de carga, la frecuencia de conmutación y los resultados del análisis de materiales-; No se deben sacar conclusiones basadas únicamente en cambios en el color de la superficie de contacto.
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