Что такое переходное контактное сопротивление?

Содержание

Зависимость величины переходного сопротивления электроконтактов

Понятие переходного электрического сопротивления в электрических контактах

Переходным электрическим сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местах соединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов. При прохождении тока нагрузки в таких местах за единицу времени выделяется некоторое количество тепла, величина которого пропорциональна квадрату тока и сопротивлению места переходного контакта, которое может нагреваться до весьма высокой температуры. Если нагретые контакты соприкасаются с горючими материалами, то возможно их зажигание, а при наличии взрывчатой системы возможен взрыв. В этом и состоит пожарная опасность переходных контактных сопротивлений, которая усугубляется тем, что места с наличием переходного сопротивления трудно обнаружить, а защитные аппараты сетей и установок, даже правильно выбранные, не могут предупредить возникновение пожаров, так как ток в цепи не возрастает, а нагрев участка с переходным сопротивлением происходит только вследствие увеличения сопротивления.

От чего зависит величина переходного электрического сопротивления

Величина переходного сопротивления контактов зависит от материала, из которого они изготовлены, геометрической формы и размеров, степени обработки поверхностей контактов, силы нажатия контактов и степени окисления. Особенно интенсивное окисление происходит во влажной среде и с химически активными веществами, а также при нагреве контактов выше 70 — 75 С.

Величина переходного контактного сопротивления не должна превышать более чем на 20% величину сопротивления сплошного участка этой цепи примерно такой же длины.

Величина переходного электрического сопротивления контакта зависит от степени окисления соединяемых контактных поверхностей проводников. Металл контактов взаимодействует с окружающей средой, кислородом воздуха, агрессивными тазами и влагой и вступает с ними в химические реакции, вызывая химическую коррозию металла. Пленка окиси, образующаяся на поверхности металла (например, алюминия) от воздействия воздуха и окружающей среды, создается чрезвычайно быстро и обладает очень большим электрическим сопротивлением. Загрязненные или покрытые окислами контактные поверхности имеют более высокое переходное сопротивление, так как в этом случае в ряде точек нет непосредственного соприкосновения металлов. Окисление идет тем быстрее, чем выше температура контактных поверхностей и чем легче доступ воздуха к ним. Переходное сопротивление контактного соединения или контакта вследствие окисления может возрасти в десятки и сотни раз, так как окислы большинства металлов являются плохими проводниками. В результате реакции окисления проводящая конструкция постепенно разрушается. Если при этом она находится под нагрузкой, то уменьшение ее сечения приводит к дополнительному нагреву (закон Джоуля-Ленца), что в итоге может привести к ее расплавлению.

Величина переходного сопротивления контакта зависит от его конструкции, материала соприкасающихся частей и силы прижатия их друг к другу. Контактные поверхности всегда имеют микроскопические возвышения и впадины; поэтому соприкосновение происходит только в отдельных точках-небольших площадках. Действительная площадь касания увеличивается с ростом силы прижатия контактов друг к другу. Под влиянием силы прижатия металл в точках касания сминается и размеры площадок увеличиваются, возникает соприкосновение в новых точках. Это приводит к снижению переходного сопротивления.

Проверка расстояния. Величина переходного сопротивления контактов выключателей (на одну фазу) для масляных выключателей 200 а составляет не более 350 мком и для выключателей 1000 а-100 мком. Для всей цепи одной фазы воздушных выключателей сопротивление контактов должно быть не более 500 мком.

Величина переходных сопротивлений контактов выключателей зависит от их типа.

На величину переходного сопротивления контакта, как показывают опытные данные, оказывает влияние ряд причин. Оно зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактными элементами, величины поверхности их соприкосновения и ее состояния, а также температуры контакта.

Сопротивление зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактами, величины поверхности соприкосновения, состояния поверхности и температуры контакта.

Большое влияние на большие переходные сопротивления контактов оказывает их окисление. Контакты, помещенные в масло, подвергаются значительно меньшему окислению, чем работающие в воздухе.

Конструкция контактов должна быть такова, чтобы замыкание и размыкание контактов сопровождалось трением одной поверхности о другую, что способствует их очищению от оксидной пленки.

Когда не так важна величина переходного сопротивления контакта, как его постоянство (например, в измерительной аппаратуре), применяют гальваническое осаждение палладия, имеющего электропроводность в семь раз меньшую, чем у серебра, но весьма стойкого к химической коррозии и твердого.

При очень больших силах нажатия величина переходного сопротивления контактов меняется чрезвычайно не-значительно. Кроме того, слишком большие силы нажатия вызывают чрезмерные напряжения в материале контактных элементов, вследствие чего контакты утрачивают упругость и становятся менее прочными.

По виду касания различают размыкаемые контакты точечные, линейные и плоскостные. Поверхности контактов из-за шероховатости соприкасаются в ограниченном числе точек. Величина переходного сопротивления контакта зависит от силы сжатия контактов, пластичности их материала, качества обработки поверхности и ее состояния, а также от удельного сопротивления материала и вида касания.

Что такое переходное контактное сопротивление и как с ним бороться

Из размещенных на сайте Электрик Инфо ранее статей можно заметить, что как только вопрос касается способов соединения проводов, то сразу возникают споры вокруг того, какой из вариантов соединения лучше и надежнее. Наиболее качественным соединением контактов всегда будет то, которое обеспечивает наиболее низкое значение переходного контактного сопротивления как можно более длительное время.

Контактные соединения в большом количестве входят во все электрические цепи и аппараты и являются их очень ответственными элементами. Так как от состояния электрических контактов в наибольшей степени зависит безаварийная работа электрооборудования и электропроводки, то в этой статье давайте разберемся что же это такое – «переходное контактное сопротивление» и от каких факторов зависит его величина. Опираться при этом будем на теорию электрических аппаратов , так как именно именно в этой дисциплине вопросы электрическ ого контакт ирования исследован ы наиболее хорошо и подробно.

Итак. Контактное соединение – это конструктивное устройство, в котором осуществляется электрическое и механическое соединения двух или нескольких отдельных проводников, которые входят в электрическую цепь. В месте соприкосновения проводников образуется электрический контакт – токопроводящее соединение, через которое ток протекает из одной части в другую.

Простое наложение контактных поврехностей соединяемых проводников не обеспечивает хорошего контакта, так как действительное соприкосновение происходит не по всей поверхности, а только в немногих точках. Причина этого – неровность поверхности контактирующих элементов и даже при очень тщательной шлифовке на поверхностях остаются микроскопические возвышения и впадины.

В книгах по электрическим аппаратам можно встретить подтверждение этому на фотографиях сделанных с помощью микроскопа. Действительная площадь спорикосновения во много раз меньше общей контактной поверхности.

Из-за малой площади соприкосновения контакт представляет довольно значительное сопротивление для прохождения тока. Сопротивление в месте перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется переходным контактным сопротивлением. Сопротивление контакта всегда больше, чем сплошного проводника таких же размеров и формы.

Переходное контактное сопротивление – это резкое увеличение активного сопротивления в месте перехода тока из одной детали в другую.

Его величина определяется по формуле, которая вываедена опытным путем в результате многочисленных исследований :

Rп = ε / ( 0,102 F m ),

г де ε – коэффициент, который зависит от свойств материала контактов, а т а кже от способа обработки и чистоты контактной поверхности ( ε зависит от физических свойств материалов контактов , удельного электрического сопротивления, механической прочности, способности материалов контактов к окислению, теплопроводности ) , F – сила контактного нажатия, Н, m – коэффициент, зависящий от числа точек соприкосновения контак т ных поверхностей. Этот коэффициент может принимать значения от 0,5 до 1. Для плос костного контакта m = 1.

Из уравнения также следует, что сопротивление контакта не зависит от размера контактных поверхностей и для контакта определяется прежде всего силой давления (контактного нажатия).

Контактное нажатие – усилие, с которым одна контактная поверхность воздействует на другую. Число соприкосновений в контакте быстро растет при нажатии. Даже при небольших давлениях в контакте происходит пластическая деформация, вершины выступов сминаются и с увеличением давления все новые точки приходят в соприкосновение. Поэтому при создании контактных соединений применяют различные способы нажатия и скрепления проводников:

Читайте также:  Как происходит передача и распределение электроэнергии?

– механическое соединение при помощи болтов (для этого используются различные клеммники)

– приведение в соприкосновение при помощи упругого нажатия пружин (клеммники с плоско-пружинным зажимом, например WAGO),

Если два проводника соприкасаются в контакте, то число площадок и суммарная площадь соприкосновения будут зависеть от величины силы нажатия и от прочности материала контакта (его временного сопротивления на смятие).

Переходное контактное сопротивление тем меньше, чем больше сила нажатия, так как от нее зависит действительная площадь соприкосновения. Однако давление в контакте целесообразно увеличивать только до некоторой определенной величины, потому что при малых значениях давления переходное сопротивление уменьшается быстро, а при больших – почти не изменяется.

Таким образом, давление должно быть достаточно большим для того, чтобы обеспечить малое переходное сопротивление, но не должно вызывать пластических деформаций в металле контактов, что может привести к их разрушению.

Свойства контактного соединения могут с течением времени меняться. Только новый, тщательно обработанный и зачищенный контакт при достаточном давлении имеет наименьшее возможное переходное контактное сопротивление.

В процессе эксплуатации под действием разнообразных факторов внешнего и внутреннего характера переходное сопротивление контакта увеличивается. Контактное соединение может настолько ухудшиться, что иногда становится источником аварии.

В очень большей степени переходное контактное сопротивление зависит от температуры. При протекании тока контакт нагревается и повышение температуры вызывает увеличение переходного сопротивления. Однако увеличение переходного сопротивления контакта идет медленнее, чем увеличение удельного сопротивления материала контакта, так как при нагреве снижается твердость материала и его временное сопротивление смятию, что, как известно, уменьшает переходное сопротивление.

Нагрев контакта приобретает особенно важное значение и в связи с его влиянием на процесс окисления контактных поверхностей. Окисление вызывает очень сильное увеличение переходного сопротивления. При этом окисление поверхности контакта идет тем интенсивнее, чем выше температура контакта.

Медь окисляется на воздухе при обычных температурах жилых помещений (около 20 о С). Образующаяся при этом окисная пленка не обладает большой прочностью и легко разрушается при сжатии. Особенно интенсивное окисление меди начинается при температурах выше 70 о С.

Алюминиевые контакты на воздухе окисляются более интенсивно, чем медь. Они быстро порываются пленкой окиси алюминия, которая является очень устойчивой и тугоплавкой и обладает такая пленка довольно высоким сопротивлением – порядка 10 12 ом х см.

Отсюда можно сделать вывод, что добиться нормального контактирования со стабильным переходным контактным сопротивлением, которое не будет увеличиваться в процессе эксплуатации в этом случае очень тяжело. Именно по этому использовать алюминий в электропроводке неудобно и опасно и большинство проблем с электропроводкой, которые описываются в книгах и в Интернете случаются именно при использовании проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.

Таким образом, состояние контактных поврехностей оказывает решающее влияние на рост переходного сопротивления контакта. Для получения устойчивости и долговечности контактного соединения должна быть выполнена качественная зачистка и обработка контактной поверхности, а также создано оптимальное давление в контакте. Показателями хорошего качества контактов служат его переходное контактное сопротивление и температура нагрева.

Фактически используя любой из известных способов соединения проводов (клеммники разных видов, сварка проводов, пайка, опрессовка) можно добиться стабильно низкого переходного контактного сопротивления. При этом, важно соединять провода правильно, обязательно соблюдая технологию с использованием необходимого для каждого способа соединения и ответвления проводов материалов и инструмента.

Переходное сопротивление

Контактные соединения содержатся в электрических цепях, выступая в качестве очень ответственных элементов. Электрические соединения контактов, а точнее их состояние, важно для безаварийной работы проводки и оборудования. Переходное сопротивление контактов также играет немаловажную роль, о чем ниже.

Зависимость переходного сопротивления

Определение

В электроцепи, где соприкасаются два или больше проводников, появляется электрический переходный контакт, который еще называют токопроводящим. По этому соединению проходит ток с одной стороны в другую. Если используется простое наложение, то проводниковая поверхность не даст стабильного контакта. Что касается реальной площади соприкосновения, то она значительно меньше всей поверхности, что легко рассматривается через микроскоп.

Из-за небольшой площади соприкосновения соединение дает определенное сопротивление. Когда ток проходит от одной поверхности к другой, это называется переходным контактным сопротивлением, которое всегда больше, нежели у сплошного проводника аналогичной формы и размера.

Зачем измерять переходное сопротивление (ПС)

Если возникла внештатная ситуация из-за короткого замыкания или другой формы повышения напряжения, создался чрезмерно мощный потенциал, требуется его максимально быстро сбросить за установку. Для этого используется контур заземления, подключенный к особому проводнику, помещенному в грунте. Измерив показатель перехода сопротивления, узнают, как быстро передастся избыточный заряд, и какого вида противодействия встретятся на его пути.

При помощи электроизмерений этого типа определяется, есть ли вероятность повреждения человека током, и будет ли распространяться возгорание, если температура начнет повышаться. Если долго не проводить измерения, то показатели со временем ухудшаются, из-за чего безопасность установки окажется под вопросом.

Как часто нужно замерять ПС заземления

Заземление служит своего рода защитным приспособлением, поэтому проверки, по большему счету, должны быть комплексными: анализируется состояние установки, в результате чего устанавливается, насколько качественно она соединена с проводником, размещенным в грунте.

Инструменты для замеров

Определенный график замеров для ПС не предусматривается. Как правило, такие работы необходимы, если комплексно реконструируется система, или в нее вносятся существенные изменения, которые серьезно затрагивают структуру. Получение этого показателя обязательно, если планируется выполнять иные процедуры, одна из которых – работа с заземлением.

Общие понятия ПС

Электрики, работающие с проводкой, постоянно спорят, какой тип соединения является более качественным и надежным. Эффективным называют то соединение, при котором ПС как можно меньше в течение продолжительного времени.

Малая площадь соприкосновения контакта приводит к достаточному сопротивлению для перехода тока. Когда ток переходит с одной поверхности на другую, это называют переходным контактным сопротивлением. Иными словами, ПС называют процесс резкого увеличения активного сопротивления, когда ток с одной детали переходит на другую.

Для определения величины существует формула, выглядящая следующим образом:

Исходя из нее:

  • ε – коэффициент, на который влияют свойства материала, и из чего сделан контакт. Также этой буквой отмечается метод обработки и, насколько чиста контактная поверхность;
  • F – с какой силой производится контактное нажатие;
  • m – коэффициент, на который влияет количество точек соприкосновения поверхностей. Варьируется данный показатель от 0.5 до 1. Если используется плоскостной контакт, то m = 1.

Отталкиваясь от данного уравнения, заметим, что контактное сопротивление не зависит от размеров поверхности. Определяющее значение – сила давления (нажатия).

Под контактным нажатием понимают силу воздействия одной поверхности на другую. В результате нажатий быстро возрастает количество соприкосновений в контакте. Даже если нажатия небольшие, то это способно стать причиной пластической деформации. При увеличении давления начнется соприкосновение новых точек.

По этой причине, когда создаются контактные соединения, используются разнообразные методы нажатия, что касается и скрепления проводников:

  • механическое болтовое (при помощи различных клеммников);
  • используя упругое нажатие пружин (клеммники, имеющие плоско-пружинный зажим);
  • сварка, опрессовка или спайка.

Если в контакте соприкоснутся два проводника, то для определения количества площадок и площади соприкосновения следует отталкиваться от силы нажатия и того, насколько прочен материал контакта (здесь обращают внимание на временное сопротивление при смятии).

ПС будет меньшим, если нажатие сильнее, так как это влияет на действительную площадь соприкосновения. Контактное давление нет смысла сильно увеличивать, ведь если давление малое, то ПС быстро уменьшается, а если большое – практически не изменяется.

Итак, следует придерживаться достаточно большого давления, что обеспечивает малый показатель ПС, предотвращая пластические деформации в металле, из-за чего контакты и вовсе разрушатся.

Контактное соединение имеет определенные свойства, которые спустя время меняются. Если взять новый контакт, тщательно его обработать и зачистить, только в нем давление приведет к наименьшему ПС. ПС – зависимость его величины от различных факторов.

От чего зависит ПС

Как было сказано выше, величина ПС зависит от следующего:

  • из какого материала изготовлены контакты,
  • особенности формы и размеров,
  • как качественно обработана поверхность,
  • окисление и степень нажатия.

Интенсивно окисляться контакты будут во влажной среде и под воздействием химически активных веществ, а также, если нагревать их до температуры +75 градусов Цельсия.

Важно! Показатель ПС не стоит повышать больше 20% величины сопротивления сплошного участка той же цепи аналогичной длины.

Если соединяемые поверхности окисляются, это повлияет на величину ПС. Металл начинает подвергаться влиянию окружающей среды: воздуха, газа и влаги, что приводит к химическим реакциям и, как следствие, к коррозии. К примеру, поверх алюминия под влиянием воздуха очень быстро образуется пленка окиси, имеющая очень большое электрическое сопротивление.

Высоким ПС также обладают грязные и окисленные контакты, так как в определенных точках металлы попросту не соприкасаются. Если к контактам есть доступ воздуха, а окружающая температура высокая, то окисление будет происходить гораздо быстрее. Окислы многих металлов – плохие проводники, поэтому ПС вырастает от 10 до 100 раз. Из-за окислительной реакции конструкция, проводящая токи, со временем разрушается. Если в это время на нее оказывается нагрузка, то, уменьшив ее сечение, она начнет дополнительно нагреваться и в итоге может легко расплавиться.

Читайте также:  Нулевой провод в трехфазной сети

Конструкция контакта, из какого материала изготовлены его соприкасающиеся части, и насколько плотно они прилегают друг к другу, – от этих нюансов зависит величина ПС.

Важно! У контактных поверхностей есть миниатюрные впадины и возвышения, по этой причине соприкасаются они в определенных точках.

Чтобы увеличить эффективную площадь касания, необходимо сильнее прижимать контакты друг к другу. Воздействие силы легко приводит к деформациям металла, из-за чего соприкосновение будет появляться в новых точках. В результате снижается ПС.

Если поместить контакты в масло, то они будут окисляться в разы медленнее, нежели если бы размещались на воздухе. Сами контакты должны иметь такую конструкцию, чтобы они терлись друг об друга, что позволит им автоматически очищаться от оксидной пленки.

В некоторых случаях небольшое значение имеет величина ПС. Важно, чтобы показатель был постоянным (измерительная аппаратура). В этой ситуации применяется осаждение палладия гальваническим методом, электрическая проводимость которого в 7 раз меньше, по сравнению с серебром. Его преимущество в том, что он тверд и имеет высокую стойкость к химической коррозии.

В зависимости от вида касания размыкаемые контакты бывают:

Контакты, как правило, имеют шероховатую структуру, поэтому их соприкосновение осуществляется не по всей площади, и определенная норма здесь не наблюдается.

Исходя из вышеописанного, вывод сводится к тому, что на контакты влияет множество факторов. Как правило, неудобный и опасный процесс – использование алюминия в электропроводке, так как данный вид металла очень быстро окисляется, из-за чего ПС всегда нестабильно.

Важно, чтобы контактные поверхности имели качественное состояние. Контактное соединение будет долговечным и устойчивым в том случае, если качественно зачистить контакты, обработать их поверхность и создать оптимальное давление. Отталкиваясь от получаемого сопротивления и температуры нагрева, делается вывод, насколько качественны контакты.

Стабильное низкое ПС достигается с применением любых соединений проводов. Это клеммники, опрессовка или спайка. Важно грамотно соединить провода, отталкиваясь от технологии эксплуатации, так как каждый способ соединения имеет свои нюансы, вплоть до используемых инструментов.

Видео

Что такое переходное сопротивление контактов и как его измерять?

В электротехнике очень часто возникает необходимость коммутации электрических цепей. Каждое электромеханическое коммутирующее устройство имеет, как минимум, одну пару соединительных контактов. Вопреки ожиданиям, нередко можно наблюдать, что контакты нагреваются. Виной тому является переходное сопротивление контактов, от которого невозможно полностью избавиться.

Контактное пятно образуется в результате любого соприкосновения проводников. В точке соединения проводов всегда возникает сопротивление, которое превышает величину удельных сопротивлений материалов проводника. Существует несколько причин такого явления, о которых речь пойдёт в данной статье. А для начала выясним, что подразумевают под термином переходного сопротивления контактов.

Что это такое?

Сопротивление, возникающее в зоне соприкосновения контактных поверхностей, при преодолении током точек касания, носит название переходного сопротивления контактов. Другими словами – это скачкообразное увеличение активного сопротивления в результате прохождения тока через контактное пятно. Математически такое явления можно выразить как отношение падения напряжения на контактах к протекающему через них току: ΔU/I

Как видно из формулы данная величина обратно пропорциональна силе контактного нажатия: Rn = ε/F, где ε – коэффициент, зависящий от физических свойств материала и чистоты обработки поверхности. Эту зависимость можно продемонстрировать на графике (рис. 1).

Рис. 1. График зависимости от приложенной силы нажатия

Нагревание контактных поверхностей – одна из причин быстрого их износа. Поэтому наиболее качественным соединением считается такое, для которого сопротивление контактного перехода является самым низким. В идеале оно должно равняться нулю. Но в силу ряда причин достичь такого значения на практике невозможно.

Причины возникновения

Для сплошного проводника справедлива формула: R = ρ * ( l / S ), где ρ – удельное сопротивление, l длина, S сечение проводника. Казалось бы, решение очень простое – надо увеличить площадь контактных площадок в конструкции электрического аппарата. К сожалению, такое усовершенствование не решает задачи кардинально. И дело даже не в том, что применять закон Ома к плоскостным контактам следует с учётом площади прикосновения поверхностей. Оказывается, что увеличение контактной площадки не сильно увеличивает площадь контактного пятна.

Если посмотреть под микроскопом на поверхность плоской контактной площадки, то можно заметить неровности (рис. 2). Касание контактов происходит лишь в некоторых точках. Даже тщательная шлифовка мало помогает. Дело в том, что в результате замыкания и размыкания контактов образуется искра (электрическая дуга), которая увеличивает неровности контактных поверхностей.

Рис. 2. Структура плоских контактных площадок

Обратите внимание на то, как увеличивается контактное пятно под действием силы нажатия (рисунок справа). Это объясняет причину зависимости сопротивления контактного перехода от нажатия, (график такой зависимости представлен на рисунке 1).

От чего зависит переходное сопротивление контактов?

Мы выяснили, что от площадей соприкасаемых поверхностей мало что зависит. На нагрев участка механического соединения влияют и другие явления. Например, окисление меди приводит к повышению температуры нагрева на скрутках соединительных проводов. Аналогичный процесс происходит также при соединении алюминиевых проводников.

В результате окисления проводников на их поверхностях образуется тонкая оксидная плёнка. С одной стороны, наличия пленок препятствует проникновению кислорода вглубь металла, предотвращая дальнейшее его разрушение, но с другой стороны они являются ещё одной причиной роста переходных сопротивлений.

Когда медь окисляется, то на поверхности контактной площадки образуется устойчивая плёнка. А это всегда приводит к увеличению сопротивляемости перехода. Устранить дефект можно путём протирания контактов спиртом. Регулярная процедура чистки помогает содержать коммутационные устройства в актуальном состоянии.

Алюминиевый контакт лучше поддаётся влиянию контактного нажатия, благодаря пластичности этого металла. С целью увеличения силы нажатия применяются болты, пружинные зажимы и различные клеммники.

Медные соединительные провода часто припаивают. В местах спайки переходное сопротивление минимальное.

Подводя итог, можем констатировать:

  1. Простое соприкосновение контактных поверхностей не обеспечивает надёжного контакта, поскольку соединение происходит не по всей поверхности, а лишь в немногих точках.
  2. на преодоление контактного перехода почти не влияют размеры и формы контактных площадок (см. график на рис. 3).
  3. Контактное нажатие существенно влияет на структуру перехода. Однако, это влияние проявляется только при сравнительно незначительных усилиях. После некоторого значения приложенной силы, вызвавшей смятие, сопротивляемость току стабилизируется.
  4. Со временем на медных и алюминиевых контактах образуется защитная плёнка, увеличивающая сопротивление. Для борьбы с этим явлением используют сплавы, покрывают поверхности серебром. Окисление активизируется при повышении температуры (для меди свыше 70 ºC). Температура в свою очередь зависит от токов нагрузки.
  5. Очень интенсивно на открытом воздухе окисляется алюминий. Оксидная плёнка алюминия обладает довольно большим удельным сопротивлением.

Рис. 3. Переходное сопротивление стали

Чтобы добиться нужного результата, следует учитывать комплексное влияние всех вышеперечисленных факторов. Правилами устройств электроустановок строго регламентируется сопротивление контактной группы. Нарушение этих требований может привести к авариям.

Нормы по ПУЭ 7

Правилами предусмотрено соблюдение важных параметров, включая допустимые значения для контактных переходов. Измерения сопротивления постоянному току проводятся при испытаниях разъединителей и отделителей. Нормы по ПУЭ 7 требуют, чтобы показания величин для отделителей и разъединителей, предназначенных для работы под напряжением от 110 кВ, соответствовали данным заводов-изготовителей.

По правилам ПУЭ 7 для разъединителей типа РОН3, рассчитанных на номинальное напряжение 400 – 500 кВ (при номинальном токе 2000 А) переходное сопротивление не должно превышать 200 мкОм. Для ЛРН (110 – 220 кВ/ 600 А сопротивление контактов должно составлять 220 мкОм.

Требования для остальных типов отделителей, применяемые в сетях 110 – 500 кВ:

  • Номинальному току 600 А соответствует сопротивление 175 мкОм;
  • 1000 А – 120 мкОм;
  • 1500 – 2000 А – наибольшее допустимое сопротивление 50 мкОм.

Измерения выполняются между точкой «контактный ввод» и на клемме «контактный вывод».

Методика измерения

Можно использовать формулу ΔU/I и провести вычисления с помощью амперметра и вольтметра. Этим методом измеряют переходное параметры контактов мощных силовых выключателей. Для этого амперметр включают последовательно с контактами, а вольтметр параллельно. Перед амперметром добавляют балластный резистор, параметры которого подбирают так, чтобы рабочий ток контактов соответствовал току контактного сопротивления (с учётом требований ПУЭ).

Данная процедура довольно громоздкая. Целесообразно воспользоваться милиомметром.

При выборе омметра следует учитывать следующие обстоятельства:

  1. Границы измерений должны находиться в диапазоне контроля прибора.
  2. Нижний предел диапазона омметра должен начинаться от 10 мкОм.
  3. Погрешность измерений не должна превышать 0,5%.

Существуют специальные приборы, предназначенные для измерений переходного сопротивления контактов. Выше приведённые требования уже учтены в таких приборах. Один из измерителей показан на рисунке 4. Результат измерений отображается непосредственно на цифровом дисплее.

Читайте также:  Можно ли двигатель вентиляционной системы подключить через пускатель вместо частотника?

Рис. 4. Измерительный прибор METREL

При измерениях следует учитывать загрязнение контактов и рабочую температуру агрегата. Наличие сторонних включений на площадках контактов, равно как и заниженная температура может исказить показания измерителя в большую сторону. Чтобы получить наиболее реальные параметры, необходимо выбирать токи и напряжения, близкие по значению к номинальным, характерным для конкретного разъединителя. Следует также помнить о том, что контакты обладают первоначальным временным сопротивлением, которое снижается после прогрева.

Существуют профессиональные измерительные приборы, у которые можно регулировать выходную мощность в довольно больших пределах. Они обеспечивают более высокую точность измерения.

Особенности измерений переходных сопротивлений контактов коммутирующих устройств. Микроомметр МИКО-21

Для измерения переходного сопротивления на рынке существует множество различных приборов, которые отличаются принципом действия, метрологическими характеристиками, степенью автоматизации, массогабаритными показателями и ценой. Но существуют и определенные требования, нормы, рекоменадации и особенности измерения переходных сопротивлений контактов, учитывая которые можно не ошибиться выбором необходимого прибора.

Нелинейный характер переходного сопротивления

Окисная пленка и неметаллические включения обуславливают повышенное переходное сопротивление (далее Rпер.) контактов. Его величина уменьшается при увеличении измерительного тока, поэтому наиболее достоверные измерения будут при токах, близких к рабочим токам выключателей. А при малом измерительном токе микроомметра значение Rпер. может оказаться выше допустимого паспортного значения и потребуется не нужная разборка выключателя для зачистки контактов.

Поэтому, если в паспорте выключателя не указано значение тока, при котором следует измерять сопротивление его контактов, то целесообразно следовать ГОСТ 17441-84 (п. 2.6.2), в котором рекомендуемая сила длительно протекающего измерительного тока не должна превышать 0,3 номинального тока контактного соединения.

Влияние встроенного трансформатора тока (ТТ) на измерение Rпер баковых выключателей

При подаче измерительного тока через полюс бакового выключателя во вторичной обмотке ТТ возникает переходный процесс, который проявляется в индуцировании в первичную цепь импульса напряжения, постепенно спадающего до нуля. Это изменяющееся напряжение суммируется падением напряжения на Rпер., созданного измерительным током, и воспринимается микроомметром как дополнительное (внесение из вторичной обмотки ТТ) сопротивление, включенное последовательно Rпер. и изменяющееся во времени. Время затухания переходного процесса спада внесенного сопротивления зависит от многих факторов и может меняться от 1,0 до 60 с. Переходный процесс, в цепи содержащей ТТ, возникает не только при включении тока, но и при его выключении.

Сложность измерения сопротивлений в различных соединениях

В силовой электрической цепи полюса высоковольтного выключателя кроме переходного сопротивления контактов присутствует и сопротивление различных соединений. Чаще всего приборы комплектуются только измерительным кабелем зажимом типа «крокодил», и при неправильном его подключении к контактам между аппаратным зажимом и шпилькой ввода — переходное сопротивление может иметь завышенныо значения, прибор покажет значение выше паспортной величины, и будет выполнен совершенно не нужный ремонт контактов выключателя.

Если же снимать потенциальные сигналы не аппаратных зажимов, а со шпилек, то в измеряемый участок цепи окажется включенным только переходное сопротивление контактов выключателя. Но закрепить «крокодилы» непосредственно за шпильки часто не удается из-за отсутствия доступа к ним, поэтому прибор должен комплектоваться специальными выносными потенциальными контактами.

Электромагнитная обстановка на энергетических объектах

Игнорирование перечисленных выше особенностей может приводить к тому, что приборы, показывающие в условиях офиса отличные метрологические характеристики оказываются малопригодными для применения в условиях электрической подстанции.

Так, например, на рынке средств измерений электрического сопротивления в диапазоне от 1µΩ и более существуют микроомметры у которых измерительный ток представляет собой выпрямленный ток 50Гц. В связи этим не смотря на его большое значение (свыше 100А), данный прибор практически не пригоден для измерения переходного сопротивления баковых выключателей. другой стороны существуют микроомметры достаточно большим коэффициентом стабилизации силы тока, но при внесении этого прибора в сколь-нибудь существенное магнитное или электрическое поле относительная погрешность измерений может достигать сотен процентов.

Эти и другие особенности измерений электрического сопротивления в условиях подстанции известны компании «СКБ ЭП» свыше 15 лет, момента выпуска ее первого микроомметра МИКО-1.

Летом 2015 года «СКБ ЭП» запустила в производство первую партию нового микроомметра МИКО-21 — это мобильный и хорошо защищенный (композитный кейс) прецизионный прибор (погрешность не более ± 0,05%), но по цене общепромышленного микроомметра. Он полностью автономен и, в отличии от микроометров предыдущего поколения, имеет новый тип аккумулятора, что позволяет выполнить намного большее количества измерений от его полного заряда до полного разряда (продолжительность непрерывной работы в нормальных условиях, не менее 8 часов).

Осенью того же года компания провела полномасштабные испытания установочной партии в условиях реальной эксплуатации, на подстанциях Иркутскэнерго. Часть испытаний проходила на «Участке высоковольтного электрооборудования Иркутской ГЭС» при обследовании бакового выключателя фирмы ALSTOM HGF-1012 на 110кВ.


Элегазовый баковый выключатель ALSTOM HGF-1012, 110кВ

Элегазовые баковые выключатели, отличаются наличием встроенных трансформаторов тока, что затрудняет точное измерение переходных сопротивлений контактной системы выключателя. Для решения данной задачи, специалистами «СКБ ЭП» в новом микроомметре МИКО-21 были реализованы дополнительные режимы работы, при использовании которых учитывается индуктивность трансформаторов тока. Приведем результаты измерений переходных сопротивлений контактов выключателя сведенных в таблицу:

Тип выключателя ALSTOM HGF-1012, 110кВ
Режим измеренияТестовый токФаза АФаза ВФаза С
«Режим 1»10 А269,94 мкОм279,51 мкОм276,54 мкОм
«Режим 1»50 А269,73 мкОм294,69 мкОм300,61 мкОм
«Режим 1»100 А269,67 мкОм299,73 мкОм310,65 мкОм
«Режим 1»200 А269,56 мкОм299,89 мкОм311,01 мкОм
«Режим 2 с ТТ»200 А91,760 мкОм93,403 мкОм98,941 мкОм
«Режим 2 с ТТ»100 А90,808 мкОм93,306 мкОм88,133 мкОм
«Режим 3 с ТТ»200 А90,781 мкОм93,348 мкОм88,151 мкОм

Примечание: «Режим 1» — измерения без встроенных трансформаторов тока и для любых разборных и неразборных соединений; «Режим 2 с ТТ» — измерения со встроенными трансформаторами тока использованием энергосбережения; «Режим 3 с ТТ» — измерения со встроенными трансформаторами тока, но при максимальной длительности измерительного тока и без использования алгоритмов энергосбережения.

Как видно из данного примера, показания обычного режима микроомметра отличаются от показаний в специальных режимах измерения практически в три раза, при этом измерения в обычном режиме выходят из нормы сопротивления выключателя, что говорит о неэффективности измерения без специальной настройки к данному типу оборудования.

Испытания микроомметра МИКО-21

Не менее важной функцией МИКО-21, является встроенный архив паспортных значений высоковольтных выключателей указанием максимально и/или минимально допустимого значения переходного сопротивления контактов, а также паспорта на отбраковываемые резисторы указанием допустимых значений верхнего и нижнего порогов сопротивления. Наличие архива паспортных значений электрических сопротивлений позволяет прибору автоматически определять и сигнализировать о выходе результата измерений за допустимые границы.

В микроомметре запрограммировано 4 способа запуска процесса измерения:

  • «Однократный» — запуск происходит по нажатию кнопки «Старт»;
  • «По замыканию цепи» — запуск на измерение происходит после возникновения электрического контакта между измеряемой цепью и токовыми и потенциальными контактами измерительного кабеля;
  • «Периодический» — запуск измерения происходит через заранее заданные интервалы времени. Режим может быть использован для проведения отбраковки изделий;
  • «Периодическая цепь» — предназначен для автоматического периодического запуска измерения по факту замыкания измерительной цепи.

МИКО-21 имеет цветной графический дисплей высокой яркости, а управление прибором может осуществляться (по выбору пользователя) либо через пленочную клавиатуру, либо через сенсорный экран дисплея. Кроме того, прибор может работать под управлением персонального компьютера, что очень удобно при автоматизации измерений или для дополнительной обработки полученных результатов.

Результаты измерения сопротивления на экране МИКО-21

Комплектация прибора предусматривает измерительные кабели как зажимами «крокодил» или быстро устанавливаемыми струбцинами, оснащенными качественными контактами из бериллиевой бронзы, так и зажимами типа «игольчатые подпружиненные сдвоенные щупы». Последние позволяют оперативно проводить множество измерений на шинных токопроводах, соединениях в трубопроводах, металлических обшивках летательных аппаратов и т.п. Для случая сильно загрязненных или окрашенных поверхностей имеется вариант поворачивающимися при нажатии щупами.

При измерениях на подстанции прибор устанавливается либо возле выключателя, либо в люльке подъемника. Для второго случая имеются облегченные кабели на все классы напряжений. Так, для выключателей на 750кВ суммарная длина двух кабелей не превышает 10 м, а масса менее 4 кг при токе 200А.

Высокая точность измерения сопротивления и разнообразные способы запуска прибора позволяет использовать микроомметр не только для измерения переходного сопротивления главных контактов высоковольтного выключателя и различных контактных соединений, но и в исследовательских лабораториях и цехах заводов для высокоточных измерений сопротивлений. В частности прибор может быть использован для:

  • отбраковки резисторов (автоматическим сравнением результатов измерений заранее заданным допуском),
  • измерений удельного сопротивления проводников,
  • проверки правильности сечения провода,
  • определения длины и массы бухты провода без разматывания и взвешивания,
  • определения температурного коэффициента сопротивления (ТКС) стабильных резисторов, шунтов и любых металлов.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector