в чем измеряется переходное сопротивление
Что такое переходное сопротивление и как его измерить
Электрическая цепь включает в себя контактные соединения в большем или меньшем количестве. Такие соединения нужны, чтобы отдельные ее элементы в передающих сетях, электроустановках или электрических аппаратах работали как единое целое. В контактных соединениях обеспечивается соприкосновение проводников с целью предотвращения обрыва цепи. Место контакта характеризуется электрическим сопротивлением, превышающим данный показатель каждого из проводников. От величины этого параметра во многом зависит надежность работы электрических устройств, поэтому в электротехнике понятию переходное сопротивление контактов уделяется особое внимание.
Почему в месте соединения проводников сопротивление возрастает
Обеспечить 100 % прилегание мест касания проводников практически невозможно. На поверхностях всегда будут существовать мелкие впадины и бугорки, которые не уберет никакая механическая обработка. Они как раз являются причиной того, что пятно контакта поверхности воспринимающей усилие будет меньше воспринимаемой визуально. Уменьшение проходного сечения проводника в месте перехода увеличивает сопротивление протеканию тока.
Кроме этого абсолютное большинство проводников подвержены окислению поверхностей контакта. Окисная пленка наиболее часто применяемых в качестве материала проводников меди и алюминия имеет большее удельное сопротивление, чем основной металл. Поэтому окисление контактных соединений приводит к увеличению переходного сопротивления.
Негативные факторы, возникающие от высокого переходного сопротивления
Законы электротехники констатируют факт увеличения выделяемого тепла на контактах при высоком переходном сопротивлении. Это приводит к тепловому расширению проводников и соответственно к ослаблению места контакта. Слабый контакт, в свою очередь повышает переходное сопротивление, которое в конечном итоге стремится к бесконечности. Резко возрастающий ток вызывает отгорание или сваривание контактных соединений. Процесс нагрева может происходить с образованием электрической дуги, что создает реальную опасность возникновения пожара.
Как уменьшить величину переходного сопротивления
Для обеспечения нормальной работы электрооборудования, недопущения аварийных ситуаций существуют рекомендации по применению способов реализации контактных соединений.
Механические
Этот способ основан на сжатии соприкасаемых поверхностей проводников для увеличения пятна контакта. Зависимость переходного сопротивления (Rn) от усилия сжатия F (давления) показана на графике.
Из графика следует, что чем больше усилие сжатия, тем меньше переходное контактное сопротивление. Однако целесообразность в повышении усилия сжатия имеет ограничения. При достижении определенной величины оно уже перестает влиять на изменение сопротивления. Следует учитывать прочностные характеристики сжимаемых контактов при выборе оптимального давления. Для примера рассмотрим несколько наиболее часто применяемых механических способов соединения проводников.
Соединение контактов с помощью сварки
Эта технология позволяет создать надежный контакт с минимальным превышением переходного сопротивления. Применяется в электромонтажных работах, где в качестве расходника используется угольный электрод. Малый сварочный ток дает относительно слабую электрическую дугу и практически нулевое разбрызгивание металла дают электромонтажнику возможность работы в защитных очках вместо маски.
Сварку следует производить на короткой дуге, при увеличенной внешняя воздушная среда оказывает отрицательное воздействие на зону сварки в виде появления на ней пор, что повышает величину переходного сопротивления.
Пайка контактов
Перед пайкой важно правильно выполнить скрутку соединяемых проводников. Самостоятельная эксплуатация контактов выполненных в виде скруток запрещено ПУЭ («Правилами устройства электроустановок»). Сам процесс не требует особых навыков в отличие от сварки, где надо уметь держать короткую дугу. Так как материал, с помощью которого производят пайку (свинцово-оловянный и ему подобные) не обладает высокими прочностными характеристиками, то эта технология используется для соединения малых сечений (кабеля контрольные, управления, интернет кабеля).
Борьба с окислениями поверхностей контактов повышает эффективность передачи тока через соединение. Следует не допускать длительный период работы контактов из меди или алюминия, необходимо периодически выполнять чистку поверхностей спиртом.
Покрытие контактов серебром, платиной, лужение, никелирование, цинкование добавляют им коррозионную стойкость. При этом указанное покрытие практически не влияет на электрические характеристики соединения.
Нормы электроустановок по величине переходного сопротивления
Если в паспорте отсутствует информация по допустимой норме переходного сопротивления, следует обратиться к следующим нормативно — техническим документам: ПУЭ (7 издание), ГОСТ 24606.3–82, ГОСТ 17441–78 и другим стандартам, включая отраслевые. В зависимости от мощности и вида электрического оборудования (выключателей, разъединителей, отделителей и других) задается величина номинального тока, которому соответствует предельное значение переходного сопротивления. Его допустимое значение составляет достаточно малую величину, измеряемую в тысячных долях (мкОм).
Важным показателем эффективности работы заземления является минимальное сопротивление прохождению тока через грунт. Так как конструкция заземления состоит из нескольких соединенных между собой элементов, то одним из факторов, влияющих на его работу, будет переходное сопротивление. Его максимальное значение согласно требованиям ПУЭ не должно быть большим 0.05 Ом на любом контактном переходе заземления. Такая величина позволит быстро сбросить мощный потенциал, возникший, например, во время короткого замыкания.
Как контролировать величину переходного сопротивления
В графики планово — предупредительного ремонта электрического оборудования, в котором имеются контактные устройства в обязательном порядке входит проверка их переходного сопротивления. Периодичность таких работ учитывает требования ПТЭЭП («Правил технической эксплуатации электроустановок»). Однако решающее слово о назначении проверки переходного напряжения остается за эксплуатирующей электрооборудование организацией. Своевременное обнаружение неисправности контактов позволяет предотвратить выход из строя всего оборудования.
Выявить неисправность контакта поможет измерение переходного сопротивления. Существует несколько методов в определении этого параметра. Однако общим для всех способов замера служит измерение переходного сопротивления в установленных нормативно — технической документацией значений тока и напряжения.
Метод измерения с помощью простой схемы
Установленные ПУЭ значения номинального тока и напряжения для определения допустимого переходного сопротивления не позволяют напрямую применять для измерения обычные омметры или тестеры. Выйти из положения поможет простая схема с применением амперметра и милливольтметра.
Увеличением/уменьшением нагрузки R подбирается рабочий ток контактной пары, а милливольтметр фиксирует при данном токе напряжение. По формуле закона Ома переходное сопротивление контакта определяется расчетным путем.
Метод измерения с помощью специальных приборов
Существуют специальные миллиомметры и микроомметры с помощью которых переходное сопротивление контакта можно определить, подключив зажимы непосредственно к его концам.
Эти измерительные приборы отличаются по принципу действия, весогабаритным характеристикам, метрологическими показателями. Однако требования к зажимам («крокодильчикам») у них одинаковые. Они должны плотно прилегать к подключаемым с их помощью концам входа и выхода, для чего зажимы оснащаются болтовыми соединениями, пружинами сжатия и другой подобной оснасткой.
Некоторые электрические устройства имеют конструктивные особенности, которые необходимо учитывать при измерении переходного сопротивления. Например, высоковольтные выключатели оснащены трансформаторами тока. В процессе измерения переходного сопротивления подача тока вызывает переходной процесс, возникающий в обмотках трансформатора. Измерительный прибор должен иметь в конструкции устройство обеспечивающее исключение такой погрешности.
Устранить под ноль переходное сопротивление согласно законам физики невозможно. Надо просто научиться с ним мирно сосуществовать, соблюдая все технические регламенты по профилактике контактных пар, контролю их с помощью измерительных приборов. В этом случае величина переходного сопротивления будет столь мала, что ее негативное влияние не будет ощущаться при работе электроустановок.
Видео по теме
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 для участка цепи 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:
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:
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:
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.
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.
Переходное сопротивление
Коммутацию электрических цепей невозможно представить без соединительных контактов. Даже если устройство напичкано электронными ключами, всё равно парочка механических контактных соединений найдётся. Случается так, что контакты греются. Это происходит из-за переходного сопротивления между ними.
Определение
Переходное сопротивление (ПС) – это такое сопротивление, которое появляется там, где поверхности контактов соединяются друг с другом. Оно возникает при преодолении током границы токопроводящего соединения. В этом случае активное сопротивление резким скачком увеличивается при прохождении тока от одной поверхности к другой.
Причины возникновения явления
Контактное соединение коммутирует между собой участки электроцепи. Там, где происходит соединение, получается токопроводящее взаимное прикосновение, через которое ток из одного участка цепи переходит в другой. Обычное наложение поверхностей не выполняет качественного соединения. Это связано с тем, что реальные поверхности – это неровности, имеющие выступы и углубления. При достаточном увеличении изображения можно это наблюдать даже на отшлифованных плоскостях.
Внимание! На практике получается, что площадь реального прикосновения гораздо меньше всей площади контакта.
Ещё одной причиной возникновения такого сопротивления являются пленки окисления металла, присутствующие на поверхностях. Они препятствуют движению электричества и стягивают линии тока к точкам касания. Избавиться от этого сопротивления полностью невозможно. Его величина всегда больше, чем удельные сопротивления металлов, из которых выполнены проводники.
От чего зависит сопротивление
На величину ПС влияют следующие причины:
Важно! Любое контактное соединение Rк является суммой пары сопротивлений: R (металла, из которого изготовлен контакт) и Rп (переходного) – Rп = R + Rк.
Факторы, влияющие на величину переходного сопротивления
Прежде, чем говорить о факторах, нужно знать, что собой представляют контакты. Они различаются по виду контактируемой поверхности:
Примеры точечных соединений – «сфера – сфера»; «вершина конуса – плоскость», «сфера – плоскость» и др. К линейным относятся соприкосновения: «тор – плоскость», «цилиндр – плоскость», «цилиндр – цилиндр» и т.п.
Площадь прикосновения контактов можно подсчитать по формуле:
Существуют разные способы соединения:
Величина переходного сопротивления определяется по формуле:
Показатель степени для разных видов контактов:
Существуют принятые по гост ГОСТ 24606.3-82 нормы переходного сопротивления контактов.
Внимание! С окислением поверхностей металлов в местах соединений можно бороться при помощи протирания контактов спиртосодержащими растворами. Допустимо смазывать болтовые соединения солидолом, это поможет снижать доступ кислорода и замедлять процесс окисления.
Регулярная протяжка контактов и скруток, недопустимость соединений меди и алюминия, полировка губок контакторов – всё это меры борьбы с переходным сопротивлением.
К сведению. Плохое прижатие контактируемых поверхностей вызывает не только повышение сопротивления, но и увеличение степени нагрева проводников.
Методика измерения
Существует регламент измерений Rп для коммутационных устройств: автоматических выключателей, разъединителей, сборных и соединительных шин и другой аппаратуры.
Методы измерений следующие:
При первом способе тестирования применяют приборы, позволяющие выполнять непосредственный отсчёт с учётом погрешности (±10%). При этом методе измеряют сопротивление контактного соединения.
Важно! Тестируемые поверхности контакт-детали не зачищают и не обрабатывают перед измерением. Контакт-деталь сочленяют (замыкают) и присоединяют к выводам приборов. Размыкание контактов и передвижение измерительных проводов недопустимы.
При помощи метода вольтметра-амперметра определяют величину падения напряжения (при установленном значении тока) на тестируемом переходе.
Все погрешности измерений приборов, входящих в схему, должны быть в пределах ±3%. Значение R1 подбирают на два порядка больше, чем предполагаемое измеряемое сопротивление.
Расчёт результатов измерений выполняют по формуле:
Статическую нестабильность Rп определяют, находя величину среднеквадратичного отклонения Rп по результатам многочисленных замеров.
Внимание! Переходное сопротивление замеряют одним из методов, рассмотренных выше. Контакт-деталь размыкают и заново смыкают перед каждым тестированием, снимая электрическую нагрузку.
Необходимый результат получают, используя формулы на рис. ниже.
Погрешность результатов, полученных при этом методе, лежит в пределах ±10% (с вероятностью 0,95).
Измерения Rп переходов проводят и микрометром ММR-610. В результате работы тестируют сопротивления постоянному току контактов автоматов и других соединений. Проводят два вида измерений:
В первом случае не отображается величина активного сопротивления R, зато этот метод убыстряет процесс измерений там, где нет внутренних напряжений и сил электростатики. Во втором случае прибор устраняет погрешности (ошибки), возникающие от присутствия в тестируемой конструкции таких сил и напряжений.
Полученные в результате измерений (проверки) данные записываются в протокол, согласно ПУЭ-7 п.1.8.5. Протокол хранится совместно с паспортами на оборудование.
Зачем измерять переходное сопротивление (ПС)
Электрические установки (ЭУ), а также корпуса электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других преобразователей необходимо заземлять. Присоединение заземляющего устройства к оборудованию и ЭУ выполняется болтовым соединением, которое так же имеет ПС.
Для надёжности срабатывания защитного отключения при коротком замыкании переменного тока на корпус ПС периодически должно проверяться.
Результаты тестирования ПС дают возможность понять, какова вероятность поражения человека током, есть ли опасность возгорания оборудования при повышении температуры на плохих контактах. Высокое ПС увеличивает время срабатывания защитного оборудования.
Как часто замерять ПС заземления
Заземление – это специальное соединение оборудования с заземляющим устройством (ЗУ).
ЗУ представляет собой устройство, состоящее из следующих элементов:
Проверку в полном объёме с вскрытием грунта, осмотром состояния заземлителей и соединяющих их проводников проводят 1 раз в 12 лет. Внеплановые проверки проводят после капитальных ремонтов, связанных с заземляющими элементами. Срок проверки и измерений ПС ЗУ назначается на основании рекомендаций организации, которая выполняла предыдущую проверку.
К сведению. Замеры рекомендовано производить в месяцы наибольшего промерзания или высыхания грунта.
Значение Rп, лежащее в пределах регламентируемых норм, обеспечивает стабильную работу коммутационных устройств. Это, в свою очередь, способствует бесперебойной и безопасной эксплуатации оборудования.