Aus materialtechnischer Sicht werden die Hauptkontakte gängiger Wechselstromschütze typischerweise aus Verbundwerkstoffen wie Silber-Zinnoxid (AgSnO₂) oder Silber-Nickel (AgNi) hergestellt. Diese Materialien bieten eine Kombination aus ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit, Beständigkeit gegen Kontaktschweißen und Beständigkeit gegen Lichtbogenerosion. Konkret sind Kontakte mit einer Kontaktstruktur aus massivem Silber beim Ein- oder Ausschalten von Lastströmen kurzzeitigen Hochtemperaturlichtbögen ausgesetzt. Diese Lichtbögen können Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius erreichen und zu örtlichem Schmelzen, Verdampfen und Materialtransfer auf der Kontaktfläche führen, was zu charakteristischem elektrischem Verschleiß führt.
Da Schütze wiederholt Ein- und Ausschaltvorgänge durchführen, verschleißt die Silberlegierungsschicht auf der Kontaktoberfläche nach und nach. Bei Kontakten mit monometallischer Nietstruktur nimmt die Dicke der Silberschicht mit zunehmender elektrischer Lebensdauer ab. Am Ende der elektrischen Nennlebensdauer ist die Silberschicht auf der Oberfläche erheblich erschöpft und der Kontaktwiderstand steigt, was letztendlich die Fähigkeit des Kontakts, Strom effektiv zu leiten, beeinträchtigt. Dieser Materialverlust ist eine Folge der normalen Lichtbogenerosion und dient als Schlüsselkriterium für die Bewertung der Kontaktlebensdauer.
In typischen Industrieumgebungen sind die auf den Kontaktflächen von Kontaktoren häufig beobachteten schwarzen Flecken hauptsächlich auf die geschmolzene Schicht, Metalloxide und karbonisierte Ablagerungen zurückzuführen, die durch die Lichtbogenablation entstehen. Bei silbernen elektrischen Kontakten ist diese Schwärzung nicht unbedingt ein Hinweis auf einen Fehler. Da bei jedem Schließ- und Öffnungszyklus ein Lichtbogen entsteht, übt der Lichtbogen selbst einen Reinigungseffekt aus, der einen Teil des Oxidfilms aufbricht und so dazu beiträgt, einen guten Metall-{2}}zu---Kontakt aufrechtzuerhalten. Folglich reicht eine Farbänderung allein in der Regel nicht aus, um festzustellen, ob sich die Kontaktleistung verschlechtert hat.
Viele Fachtexte führen die Schwärzung von Silber-Relaiskontakten auf die Bildung von Silberoxid zurück, da Silber tatsächlich mit Sauerstoff reagiert. Während sich auf massiven Nietkontakten eine sehr dünne Silberoxidschicht bilden kann, besitzt Silberoxid eine bemerkenswerte Eigenschaft: Es bleibt hochleitfähig. Obwohl der spezifische Widerstand von Silberoxid höher ist als der von reinem Silber (ungefähr 1,59 × 10⁻⁸ Ω·m), bleibt er weitaus niedriger als der der meisten anderen Metalloxide. Daher beeinträchtigt das Vorhandensein von etwas Silberoxid auf der Kontaktoberfläche die Leitfähigkeit des Hauptstromkreises nicht wesentlich.
Von größerer Bedeutung als Silberoxid ist die Bildung von Silbersulfid. Wenn schwefelhaltige Gase-wie Schwefelwasserstoff oder Schwefeldioxid-in der Umgebung vorhanden sind, reagiert Silber bevorzugt mit Schwefel unter Bildung von schwarzem Silbersulfid. Bei Kontaktsystemen mit Silberkontaktpunkten verläuft diese Reaktion typischerweise schneller als die Oxidation. Silbersulfid ist nicht nur deutlich schwarz, sondern weist im Vergleich zu reinem Silber auch einen hohen Kontaktwiderstand und eine schlechte Leitfähigkeit auf, was einen erheblichen Einfluss auf die Kontaktleistung hat.
In Umgebungen wie Wärmekraftwerken, Abwasseraufbereitungsanlagen, Papierfabriken, Chemiefabriken und bestimmten Bergbaustandorten ist die Konzentration schwefelhaltiger Gase in der Luft relativ hoch. Unter diesen Bedingungen sind Hilfs- und Steuerkontakte auf Silberbasis, die in Schützen eingesetzt werden, besonders anfällig für Korrosion. Wenn Geräte unter geringer Last oder seltenen Schaltzyklen betrieben werden, wird der Silbersulfidfilm, der sich auf den Kontaktflächen bildet, nicht effektiv abgebaut; Infolgedessen sammelt es sich an und bedeckt schließlich die Kontaktfläche.
Bei Hauptkontakten, die unter normalen Bedingungen betrieben werden, brennt die hohe Energie des Lichtbogens, der bei einer Stromunterbrechung erzeugt wird, häufig durch oder zerstört den Silbersulfidfilm, was zu einer relativ begrenzten Auswirkung auf die Leistung führt. Bei Hilfskontakten, SPS-Eingangsschaltkreisen, Signalschaltkreisen und Niederspannungssteuerungssystemen mit Silberkontakten sind die Spannung und der Strom des Schaltkreises jedoch zu niedrig, um ausreichend Lichtbogenenergie zu erzeugen, um die isolierende Silbersulfidschicht zu durchdringen. Mit der Zeit steigt der Kontaktwiderstand kontinuierlich an, was möglicherweise dazu führt, dass kein zuverlässiger elektrischer Durchgang hergestellt werden kann.
In der praktischen Schadensanalyse wird häufig die energiedispersive Spektroskopie (EDS) eingesetzt, um die Zusammensetzung von Kontaktflächen zu untersuchen. Bei der Analyse reiner Silberkontakte, die von Schwefelkorrosion betroffen sind, zeigen die Ergebnisse typischerweise einen hohen Schwefelanteil. Darüber hinaus dient die deutliche Anreicherung von Schwefel an der Kontaktfläche als Schlüsselindikator für schwefelinduzierte Korrosion. Im Gegensatz dazu weisen geschwärzte Bereiche, die durch normale Lichtbogenerosion entstehen, im Allgemeinen eine gemischte Verteilung von Elementen wie Silber, Sauerstoff, Zinn und Nickel auf.
Schütze mit AgNi-Kontaktmaterialien bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Lichtbogenerosion und eine längere mechanische Lebensdauer. Sie sind jedoch weiterhin nicht in der Lage, die Oberflächensulfidierung in schwefelreichen Umgebungen vollständig zu vermeiden. Daher sollte in stark korrosiven Industrieumgebungen Kontaktmaterialien Vorrang eingeräumt werden, die speziell für die Beständigkeit gegen Sulfidierung ausgelegt sind. Darüber hinaus sollten verbesserte Dichtungs- und Schutzmaßnahmen umgesetzt werden, um das Eindringen korrosiver Gase in elektrische Gehäuse zu minimieren.
Insgesamt weisen geschwärzte Kontakte an einem Wechselstromschütz nicht unbedingt auf die Bildung von Silbersulfid hin. In typischen Industrieumgebungen entstehen die meisten schwarzen Flecken durch Lichtbogenerosion und normalen elektrischen Verschleiß und haben einen vernachlässigbaren Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit. In speziellen Umgebungen mit hohen Konzentrationen schwefelhaltiger Gase können Silberkontakte jedoch einen Silbersulfidfilm mit hohem Widerstand bilden. Dies beeinträchtigt insbesondere die Zuverlässigkeit von Steuerschaltungen mit niedriger-Spannung und niedrigem-Strom. Daher ist bei der Analyse von Schützstörungen eine umfassende Bewertung-unter Berücksichtigung der Betriebsumgebung, der Lastbedingungen, der Schalthäufigkeit und der Ergebnisse der Materialanalyse- unerlässlich; Man sollte keine Schlussfolgerungen allein aufgrund von Veränderungen in der Farbe der Kontaktfläche ziehen.
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