Переходное сопротивление: Зависимость величины переходного сопротивления в разборных электро контактах

Зависимость величины переходного сопротивления в разборных электро контактах

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.

Остались вопросы?
Проконсультируем по телефону

или пишите нам e-mail: [email protected]

Переходное сопротивление контактов: причины, нормы, методика измерения

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: R_n = 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:

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.

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.

Сопротивление электрического контакта и его значение

Сопротивление электрического контакта — это сопротивление в точке электрического соединения, которое препятствует протеканию электрического тока. Высокое электрическое контактное сопротивление приводит к большему сопротивлению протеканию тока. Контактное сопротивление различных контактирующих поверхностей может различаться. Но для надежной электрической системы контактное сопротивление должно быть как можно меньше.

Электрические устройства, такие как выключатели, контакторы, реле, переключатели и другие коммутационные устройства, используются для замыкания и размыкания электрической цепи. Таким образом, все эти устройства имеют контактное сопротивление при работе. Сопротивление между контактными точками зависит от герметичности соединений и металлургии контактов.

Кабели имеют контактное сопротивление, когда мы соединяем два кабеля через прямое соединение. Кроме того, жила кабеля имеет контактное сопротивление в месте подключения кабеля к разъему в фидере. Кабельное соединение и точка подключения должны иметь минимальное контактное сопротивление.

Электрический разъем, используемый в электрических и электронных схемах, должен быть хорошего качества, поскольку нагрев разъема может привести к возгоранию.

Почему контактное сопротивление должно быть низким?

Контактное сопротивление создает импеданс на пути прохождения тока. Это препятствие вызывает падение напряжения в цепи. Таким образом, напряжение на приемном конце уменьшается с увеличением контактного сопротивления. Более неблагоприятным эффектом контактного сопротивления является нагрев контактных поверхностей. Большее сопротивление вызывает больший нагрев.

Из приведенной формулы видно, что нагрев увеличивается с увеличением контактного сопротивления.

Нагрев может привести к отключению электрической цепи. Кроме того, такой нагрев может привести к пожару. Поэтому важно и необходимо поддерживать контактное сопротивление на низком уровне.

Повышению контактного сопротивления способствуют следующие причины.

• Коррозия – Коррозия точек контакта приводит к увеличению контактного сопротивления.
• Неплотность – Контакты коммутационных аппаратов должны входить друг в друга. Любая неплотность в соединении вызывает увеличение контактного сопротивления.
• Заусенцы/точечная коррозия – Заусенцы/точечная коррозия может образовываться, когда коммутационное оборудование создает или отключает ток короткого замыкания. Замыкание или прерывание в условиях неисправности может вызвать точечную коррозию контактов, что приведет к увеличению контактного сопротивления.
• Окисление – Область контакта окисляется через некоторое время. Образование оксидов увеличивает контактное сопротивление. поэтому регулярная чистка является обязательной для поддержания минимального контактного сопротивления.

Симптомы повышенного сопротивления контактов

Следующие параметры показывают, что сопротивление контактов выше допустимого предела.

• Ослабленные разъемы
• Высокое падение напряжения в системе
• Низкая герметичность болтовых соединений
• Коррозия поверхностей шин
• Повышенная температура электрощита

Как контролировать контактное сопротивление?

Увеличение контактного сопротивления вызывает серьезные проблемы в электрической цепи. Поэтому измерение контактного сопротивления необходимо для обеспечения исправности электрических соединений.

Испытание на сопротивление электрического контакта проводят для коммутационных аппаратов, кабельных муфт и других электрических соединений. Контактное сопротивление измеряет два параметра.

• Падение напряжения между контактами
• Контактное сопротивление соединения или соединения

Тест измеряет контактное сопротивление в диапазоне миллиом или микроом.

Измерение контактного сопротивления помогает выявить фреттинг-коррозию контактов и позволяет диагностировать и предотвратить контактную коррозию. Увеличение контактного сопротивления может вызвать высокое падение напряжения в системе, которое необходимо контролировать.

Проверка сопротивления электрического контакта используется для коммутационных устройств, кабельных муфт и других соединений. Он может измерять либо падение напряжения, либо сопротивление контактов, либо сопротивление соединений или соединений.

Последствия повышенного сопротивления контактов

Высокое сопротивление контактов приводит к следующему.

• Более высокая Потери мощности
• Более высокая Выработка тепла
• Сокращение срока службы электрической системы
• Потеря мощности распределительного устройства

Похожие сообщения:

Пожалуйста, подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Объяснение теплопередачи контактного сопротивления

Теплопередача происходит несколькими способами. Одним из таких способов является теплопроводность, передача тепла между двумя соприкасающимися материалами. Сопротивление теплопередаче внутри этого контакта является мерой того, насколько блокируется поток тепла.

Содержание

• Как контактное сопротивление влияет на теплопередачу?
• Как рассчитать контактное сопротивление
• От чего зависит контактное сопротивление?
  • Контактное давление
  • Поверхностная обработка
  • Чистота поверхности и деформации
  • Давление и температура окружающей среды
  • Материалы контактных поверхностей

Как контактное сопротивление влияет на теплопередачу ?

Теплопередача происходит тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Теплопроводность — это способность передавать теплоту между двумя соприкасающимися телами. Тепло будет перемещаться от более нагретого тела к более холодному, чтобы достичь теплового равновесия, и существует множество материальных и внешних условий и свойств, которые будут определять скорость и эффективность указанной теплопередачи.

Тепловое контактное сопротивление является обратной величиной проводимости. Это то, как тепло не хочет передаваться между двумя соприкасающимися телами из-за как свойств материала, так и неправильного контакта и неровностей между телами.

Что именно означает «неправильный контакт»? Что ж, хотя и приятно идеализировать проводимость, плавно происходящую между двумя телами в точке контакта, реальность не так чиста. При соприкосновении любых двух поверхностей маловероятно, что на всей воспринимаемой длине контакта два тела полностью соприкасаются.

Почему это так? Просто почти каждая поверхность не будет идеально гладкой или прямой. Будут поверхностные дефекты и некоторая шероховатость, которые препятствуют идеальному контакту между двумя телами, подвергающимися теплопередаче посредством теплопроводности.

Эти «зазоры» в контакте увеличивают контактное сопротивление теплопередаче. Если две поверхности действительно не соприкасаются местами, то проводимость там незначительна или отсутствует. Поскольку воздух имеет такую ​​низкую теплопроводность и внутри зазоров происходит небольшая теплопередача, эти зазоры в контакте можно рассматривать как изоляцию тел от воздуха.

В то время как общие принципы проводимости, а также гипотетические примеры задач в условиях обучения, как правило, не принимают во внимание контактное сопротивление в виде воздушных зазоров, это вполне реальная проблема. Инженеры, разрабатывающие всевозможные детали и системы, должны учитывать контактное сопротивление.

Как рассчитать контактное сопротивление

Существует несколько формул и констант, определяющих способ расчета контактного сопротивления:

 

где:

• R _c = контактное сопротивление (°K/Вт или °C/Вт)
• R _i = внутреннее проводящее сопротивление (К/Вт)
• ч _c = межфазная проводимость (Вт/м ² -K)
• L = длина материала (м)
• A = площадь поперечного сечения (м ² )
• К = теплопроводность (Вт/м-К)
• Q = скорость теплопередачи или тепловой поток (Вт/м ² )
• ΔT = разница температур (°K)

Самой большой переменной здесь является межфазная теплопроводность (h _c ). Это как бы коэффициент, определяющий скорость теплопередачи в точке контакта. Оно меняется в зависимости от различных материалов и их отделки, а также от давления контакта и внешнего воздуха. Существуют таблицы с предопределенными значениями для общих интерфейсов материалов.

Для расчета теплопередачи в системе из двух различных материальных тел удобно представить себе передачу, происходящую последовательно. Тепло перемещается от одного конца к другому внутри первого тела (разность температур и теплопередача между сторонами зависят от внутреннего сопротивления/проводимости материала), затем в точке контакта, где нет зазоров (на этот раз зависит от межфазной проводимости), и затем переход от контактной поверхности к противоположной стороне второго тела (опять же за счет внутреннего теплообмена за счет теплопроводности).

Более низкое контактное сопротивление, очевидно, увеличит скорость теплопередачи за счет теплопроводности. Так же будет большая разница температур либо внутри между противоположными поверхностями, либо между двумя телами в точке контакта. Существует ряд других факторов, которые могут способствовать эффективности проводимости и степени контакта между двумя материалами, о чем мы поговорим ниже.

От чего зависит контактное сопротивление?

Помимо факторов, описанных выше, существует множество других, которые могут играть еще большую роль в проводимости и способствовать снижению контактного сопротивления. Вот некоторые из наиболее важных:

Контактное давление

Сила, с которой два тела прижимаются друг к другу, играет огромную роль в величине контактного сопротивления. На самом деле он играет наибольшую роль в снижении контактного сопротивления между соприкасающимися телами.

Логика того, почему это может быть правдой, довольно проста. Если две поверхности прижимаются друг к другу больше, то теоретически они должны больше соприкасаться, поскольку зазоры в точках контакта уменьшаются. Поскольку площадь контакта увеличивается, когда тела прижимаются друг к другу, увеличивается и проводимость.

Отделка поверхности

Полировка поверхностей двух соприкасающихся тел поможет таким же образом, как и увеличение контактного давления. Сглаживая соприкасающиеся поверхности, вы уменьшаете неровности и неровности, которые создают зазоры в контакте.

Кроме того, построение материала в фрактальном (т.е. микроскопическом) измерении, гарантирующее, что он более гладкий в очень мелком масштабе и более гладкий в целом. Это аспект чистоты поверхности, которым можно управлять в процессе обработки и создания.

Чистота поверхности и деформация

Еще один способ уменьшить контактное сопротивление — свести к минимуму количество пыли, мусора и других частиц между соприкасающимися телами. Эти маленькие частицы действуют как препятствия, которые уменьшают контакт так же, как зазор, вызванный неровностями.

Деформации, с другой стороны, происходят либо со временем, либо непосредственно в результате контактных сил. Пластические деформации — это необратимые изменения формы материала, которые могут изменить степень контакта тел. Эти деформации могут возникать, когда два тела прижимаются друг к другу.

Давление и температура окружающей среды

Если два материала, подвергающиеся проводимости, находятся в контролируемой среде, увеличение давления и температуры воздуха между зазорами поможет снизить контактное сопротивление. Хотя воздух по-прежнему действует как изолятор, теплопередача более эффективна с воздухом, который имеет более высокие температуры или более высокое давление, или и то, и другое.

Материалы для межконтактных контактов

Последний большой способ уменьшить контактное сопротивление (помимо тщательного выбора материалов, которые будут выступать в качестве проводников) — изменить материал, заполняющий контактные промежутки. Как обсуждалось выше, повышение температуры и давления воздуха между ними является одним из способов изменения материала, но есть и более эффективные способы сделать это.

Существует множество смазок или других жидкостей с высокой теплопроводностью, которые можно наносить на обе поверхности перед контактом.