Меню

При возникновении большого переходного сопротивления сила тока возрастает

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.

Измерение переходного сопротивления

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.

Пятно контакта под микроскопом

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.

Микроструктура электрического контакта

От чего зависит сопротивление

На величину ПС влияют следующие причины:

  • плотность тока в месте смыкания контактов;
  • сила, с которой сжимаются поверхности соединения;
  • материал, из которого изготовлены контакты;
  • уровень окисления металлических поверхностей.

Важно! Любое контактное соединение Rк является суммой пары сопротивлений: R (металла, из которого изготовлен контакт) и Rп (переходного) – Rп = R + Rк.

ПС контакта

Факторы, влияющие на величину переходного сопротивления

Прежде, чем говорить о факторах, нужно знать, что собой представляют контакты. Они различаются по виду контактируемой поверхности:

  • точечные – соединение происходит в точке;
  • линейные – соприкасаются по линии;
  • плоскостные – контакт по плоскости.

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:

где:

  • F – сила сжатия контактов;
  • σ – временное сопротивление материала контактов сжатию.

Существуют разные способы соединения:

  • механические (скрутки, болтовые зажимы, опрессовка);
  • сварка;
  • пайка.

Величина переходного сопротивления определяется по формуле:

где:

  • knx – коэффициент, обуславливаемый материалом, формой контакта, состоянием поверхности;
  • Fk – сила, с которой сжимаются контакты;
  • n – показатель степени, показывающий число точек соприкосновения.

Показатель степени для разных видов контактов:

  • для точечного – n = 0,5;
  • для линейного – n = 0,5-0,7;
  • для плоскостного (поверхностного) – n = 0,7-1.

Существуют принятые по гост ГОСТ 24606.3-82 нормы переходного сопротивления контактов.

Факторы, влияющие на Rп

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.

Результат нагрева места соединения

Методика измерения

Существует регламент измерений Rп для коммутационных устройств: автоматических выключателей, разъединителей, сборных и соединительных шин и другой аппаратуры.

Методы измерений следующие:

  • метод непосредственного отсчёта;
  • способ вольтметра-амперметра;
  • измерение статической нестабильности Rп.

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.

Схема измерительной установки

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:

где:

  • UPV2 – результат, полученный на вольтметре PV2, В;
  • IPA – ток, измеряемый амперметром PA, А.

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.

Формулы для расчёта результата методом статической нестабильности

Погрешность результатов, полученных при этом методе, лежит в пределах ±10% (с вероятностью 0,95).

Перечень приборов, применяемых для измерений

Измерения Rп переходов проводят и микрометром ММR-610. В результате работы тестируют сопротивления постоянному току контактов автоматов и других соединений. Проводят два вида измерений:

  • однонаправленным током;
  • двунаправленным током.

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.

Микроомметр MMR – 610

Полученные в результате измерений (проверки) данные записываются в протокол, согласно ПУЭ-7 п.1.8.5. Протокол хранится совместно с паспортами на оборудование.

Образец протокола проверки

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:

  • заземлителя (контура заземления);
  • шины заземления;
  • заземляющих проводников.

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.

Видео

Источник

При возникновении большого переходного сопротивления сила тока возрастает

  • Главная
  • Новости
  • Скачать
  • Статьи
  • Форум
  • Видео
  • Регистрация
  • Вход
  • Поиск
  • Добавить чертеж
  • Как добавить видео с youtube
  • Помощь
  • Реклама

Чертежи и проекты

Разделы ПС, ПТ, АПС, ОС, АУПТ и т.д.
Разделы АВТ, АВК, АОВ, КИПиА, АТХ, т.д.
Чертежи станков, механизмов, узлов

Подразделы

для студентов всех специальностей
Котлы и котельное оборудование

Солнечная энергия для дома.Если мы спросим среднестатистического человека на улице: «Выгодно ли в России, на широте Москвы, построить и эксплуатировать солнечную электростанцию?», он, скорее всего, ответит «НЕТ» и будет, в общем-то, прав. Отсутствие окупаемости связано даже не с относительно высокой стоимостью самих солнечных батарей (панелей)

Вопросы современной планировки квартирЕсли раньше пределом мечты была отдельная квартира с чередой изолированных комнат, то сегодня создатели интерьеров охотно сносят перегородки, наполняя сквозные пространства воздухом и светом.

ВЧ заградители. Назначение, устройство, принцип работы, оперативное обслуживание1. Общие положения

2. Назначение, основные технические характеристики высокочастотных заградителей

3. Устройство и принцип работы высокочастотных заградителей

4. Эксплуатация высокочастотных заградителей

5. Оперативное обслуживание высокочастотных заградителей

6. Охрана труда и пожарная безопасность

Инструкция по эксплуатации и оперативному обслуживанию автоматики охлаждения автотрансформатора АТ, УШР-1-500Система охлаждения предназначена для отвода тепла, создаваемого потерями энергии работающего АТ-1. Система охлаждения автотрансформатора комбинированная вида М/Д/ДЦ состоит из шестнадцати радиаторов, тридцати двух электровентиляторов, четырех маслонасосов (два рабочих и два резервных), четырех обратных клапанов КОП 150-40.

ДЗШ 110 кВ, УРОВ 110 кВ Инструкция по эксплуатацииИнструкция по эксплуатации ДЗШ 110 кВ, УРОВ 110 кВ для оперативного персонала. Что такое ДЗШ в энергетике (электрике).

Винтовые насосы для воды: преимущества и недостаткиРабота винтовых насосов основана на вращении ротора в винтовом статоре

Формирование структуры цементного камня с органическими добавкамиПроблема использования добавок для модификации бетонов является многоплановой. В мировой практике в настоящее время нет единой классификации добавок к цементам и бетонам. В разных странах разработаны свои классификационные схемы. В основе этих схем лежит стремление авторов облегчить правильный выбор добавок для бетонов или растворов в соответствии с их назначением.

Способы ускорения структурообразования цементного камняИнтенсификация процесса набора прочности цементных бетонов, как уже было отмечено в статье об гидротации портландцемента, является актуальной темой исследования на данный период времени.

Гидратация портландцемента Гидратация портландцемента изучались многими авторами, однако, нет единого мнения по протекающим физико-химическим процессам. Данный вопрос не изучен до конца в связи со сложностью химических реакций и многокомпонентностью продуктов гидратации цемента.

Коллеги, добрый день!

Представляю компанию «Карельский Профиль»

Читайте также:  Lg 32lb653v уменьшить ток подсветки

Наш завод производит каркасные дома с 2007 года по строгим стандартам Евросоюза с учетом ветровых, снеговых нагрузок и сейсмических условий. Мы используем заводское проектирование, высокоточное оборудование MiTek, сухую строганную карельскую сосну и стропильные фермы на МЗП.

Источник

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.

схема

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.

график

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.

  • Опрессовка. Этот способ заключается в совместном деформировании опрессовочной гильзы и соединяемых контактных проводников. Основными инструментами для опрессовки служат пресс-клещи и переносные гидропрессы. Гильза для повышения электрических характеристик соединения выполняется из специальных материалов (электротехническая медь, электротехнический алюминий).Опрессовка
  • Зажимы с помощью резьбовых соединений. В качестве рабочего материала для таких соединений применяются клеммные колодки. Они состоят из пластикового корпуса, в который вставлены с обеих сторон латунные трубки с резьбой с предварительно накрученными винтиками. Для соединения в отверстия клеммы вставляются соединяемые проводники и закручиванием винтов с определенным усилием крепятся в ней.Зажимы
  • Пружинные зажимы. Отличаются разнообразием конструкций, но в основе всех заложена пружина, обеспечивающая своей силой упругости давление на контактируемые поверхности проводников. Здесь важно использовать пружинные зажимы от производителей. Некачественные пружины со временем могут потерять упругость и ослабить контакт. На изображении зажим при помощи листовой пружины от немецкого производителя WAGO.Пружинные зажимы.

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.

Соединение контактов с помощью сварки

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).

Пайка контактов

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

На качественное выполнение функций электрических коммутационных аппаратов влияет величина сопротивления переходных контактов. Она оказывает существенное значение на быстроту срабатывания, как мощных электрических устройств типа масляных выключателей, так и слаботочной аппаратуры типа кнопок, переключателей, тумблеров. Так как допустимую величину переходного сопротивления необходимо периодически контролировать она обычно заносится в паспорт на изделие заводом — изготовителем.

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.

схема

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.

микроомметр

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.

измерение

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

Источник

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНЫ И ФАЗЫ ТОКОВ

Первый вопрос, который обычно возникает при анализе поведения направленных защит: как влияет переходное сопротивление в месте ОЗЗ на величины и фазы токов, ощущаемых установленными в сети защитами?
Это сопротивление может оказать значительное влияние на выбор уставок защиты, реагирующей на напряжение нулевой последовательности.
Рассмотрим влияние переходного сопротивления на примере схемы по рис. 2, где эквивалентное сопротивление всей сети определится следующим образом:

Читайте также:  Действия по оказанию первой доврачебной помощи пострадавшим при поражениях электрическим током

, (1)
где Ci – суммарная емкость трех фаз i-го элемента схемы;
n – общее число элементов.

Tок в месте замыкания на землю равен:


где Uф — напряжение повредившейся фазы до ОЗЗ;
RП – переходное сопротивление в месте ОЗЗ.

Как видно из рис. 3, появление переходного сопротивления в месте ОЗЗ приводит к уменьшению напряжения нулевой последовательности на сборных шинах и тока промышленной частоты, протекающего в месте ОЗЗ по сравнению с металлическим замыканием, поскольку RП оказывается последовательно включенным с эквивалентным сопротивлением сети . Степень снижения напряжения нулевой последовательности по сравнению с металлическим ОЗЗ рекомендуется характеризовать коэффициентом полноты замыкания .

Его предлагается определять по следующему выражению:

где RП — переходное сопротивление в месте ЗНЗ;
С – суммарная емкость одной фазы сети;

– комплексное сопротивление, через которое заземляется нейтраль;
RИЗ – сопротивление фазной изоляции.

При больших значениях переходного сопротивления в месте ОЗЗ (порядка одного или нескольких килоом, что вполне реально на воздушных ЛЭП), ток, протекающий через защиту поврежденной линии, сильно уменьшится, что может привести к ее отказу в срабатывании. В первую очередь это относится к ненаправленным токовым защитам, имеющим довольно высокий ток срабатывания, с запасом отстроенный от собственного емкостного тока защищаемого присоединения.
Направленная токовая защита нулевой последовательности обычно гораздо чувствительнее ненаправленной, поскольку её ток срабатывания отстраивается не от собственного емкостного тока линии, а лишь от тока небаланса. Однако при возникновении больших переходных сопротивлений в месте ОЗЗ характеристики некоторых разновидностей защиты могут стать вначале нестабильными из-за снижения напряжения нулевой последовательности (сужается область срабатывания), а затем защита и вовсе откажет.
Величину напряжения основной гармоники нулевой последовательности на шинах при ОЗЗ через переходное сопротивление можно определить как:

Из (4) видно, что с ростом переходного сопротивления уменьшается величина и изменяется фаза напряжения нулевой последовательности относительно фазного напряжения . А поскольку является источником токов нулевой последовательности в неповрежденных линиях и в цепи заземляющего резистора, то одновременно с ним уменьшаются и токи нулевой последовательности в этих присоединениях.

Рис. 1
Схема сети

Рис. 2
Токораспределение при ОЗЗ в сети при наличии заземляющего резистора
С1, С2, С3 – суммарные емкости относительно земли трех фаз линий Л-1, Л-2, Л-3 соответственно;
R – сопротивление заземляющего резистора;
RП – переходное сопротивление в месте ОЗЗ;

– фазная ЭДС в месте ОЗЗ.

Рис. 3
Расчетная схема при появлении переходного сопротивления в месте ОЗЗ

Отношение напряжения нулевой последовательности на шинах к току нулевой последовательности в любом из присоединений равняется сопротивлению данного присоединения токам нулевой последовательности. Поскольку сопротивления емкостей и заземляющего резистора в процессе ОЗЗ не меняются, то при изменении величины переходного сопротивления останутся неизменными как углы между и каждого присоединения по соответствующей синусоидальной составляющей сигнала,

так и отношение

а также обратное отношение этих величин. Отсюда ясно, что фаза тока в любой неповрежденной линии относительно напряжения не зависит от переходного сопротивления RП. Ток в поврежденной линии равен сумме токов резистора и неповрежденных присоединений, значит, и он не меняет своего угла относительно .
На основании описанного можно заключить, что при изменении переходного сопротивления области срабатывания направленных токовых защит нулевой последовательности не изменятся.
Описанная закономерность может измениться, если на сборных шинах будут установлены ограничители перенапряжений или разрядники, срабатывающие при ОЗЗ. Однако такой выбор характеристик ОПН, очевидно, следует считать неправильным, т.к. это приведет к их быстрому выходу из строя при ОЗЗ.
Необходимо отметить, что при очень малых значениях сигналов даже направленная защита все-таки работать не будет. Это обусловлено тем, что для отстройки от небалансов должны быть предусмотрены пусковые органы по току и напряжению нулевой последовательности.

Рис. 4
Фазовая характеристика защиты от ОЗЗ

Рис. 5
Фазовые характеристики защиты

Изменения фазовых соотношений сигналов

Второй вопрос звучит следующим образом: как изменяются фазовые соотношения сигналов в направленных защитах при изменении места расположения точки ОЗЗ и режима сети?

Из рис. 2 видно, что ток , ощущаемый защитой поврежденного присоединения, равен

т.е. меньше суммарного тока ОЗЗ на величину емкостного тока поврежденной линии. Если сопротивление резистора выбрано таким образом, что в нормальном режиме сети активный ток резистора равен полному емкостному току сети, т.е. , где I=IR, то угол тока по отношению к напряжению близок к 45 электрическим градусам (он может несколько отличаться от 45 градусов, например, из-за активных токов утечки по изоляции). Не будем пока рассматривать вопрос относительно того, опережающий это угол или отстающий, поскольку у специалистов нет единого мнения по этому поводу. Рассмотрим этот вопрос подробнее в следующей статье.
В случае если поврежденная линия Л-1 имеет малую длину и небольшой по сравнению с емкостный ток, угол тока по отношению к будет близок к 45 электрическим градусам. Если же емкостный ток линии Л-1 близок в рассматриваемом режиме к суммарному емкостному току сети , то угол тока по отношению к напряжению близок к 0 электрических градусов. Возможны и промежуточные случаи, т.е. при I=IR угол тока в защите поврежденной линии может изменяться в пределах от 45 до 0 электрических градусов относительно напряжения . Если , то диапазон изменения соответствующего угла изменится.
Фазовый угол тока в защите неповрежденной линии не зависит от тока заземляющего резистора и остается практически неизменным при любых внешних ОЗЗ.
На рис. 4 приведена фазовая характеристика одной из защиты. По вертикальной оси отложен параметр срабатывания (в рассматриваемом случае – ток или ток в защите неповрежденной линии), по горизонтальной – фазовый угол между током и напряжением . Минимальному току срабатывания соответствует «характеристический угол» φхар.
Видно, что при изменении фазового угла между током и напряжением в пределах от –45 до 0 электрических градусов ток срабатывания защиты может сильно изменяться.
Если ток срабатывания защиты в точке А, соответствующей характеристическому углу φхар (равному, например, –45 электрическим градусам), обозначить через IСЗ.MIN, то при нулевом угле между током и напряжением ток срабатывания может увеличиться относительно IСЗ.MIN в несколько раз.
В результате при отстройке IСЗ.MIN от небаланса получаем значительное

загрубление защиты при отклонении от характеристического угла φхар. Если этого не учесть при проектировании, защита может отказать при повреждении на защищаемой линии.
Из рассмотренного случая очевидно, что характеристику по рис. 4 в резистивно-заземленных сетях целесообразно использовать при φхар=0, т.е. настроить защиту на активный ток нулевой последовательности, протекающий в место ОЗЗ от заземляющего резистора. При этом емкостные токи, протекающие по защите, практически не будут оказывать влияния на ее поведение. Защита, реагирующая только на активную составляющую тока нулевой последовательности, будет по определению обладать высокой селективностью в таких сетях.
При установке характеристического угла φхар≠0 отмеченную на рис. 4 особенность необходимо учитывать при проектировании защиты. Подробнее об этом будет сказано в следующих статьях.
На рис. 5 показаны более эффективные фазовые характеристики направленных защит от ОЗЗ. Такие характеристики имеют защиты УЗЛ-2 (производства Новосибирского государственного технического университета), ЗЗН (производства ЧЭАЗ), второго варианта микропроцессорного терминала Sepam 1000+ серии 40 Merlin Gerin (фирма Schneider Electric) и т.д.
У рассматриваемых устройств отклонение тока от характеристического угла φхар, соответствующего середине зоны срабатывания, не приводит к заметному увеличению тока срабатывания. Однако при появлении переходного сопротивления в месте ОЗЗ в некоторых защитах, имеющих характеристики по рис. 5, происходит сужение зоны срабатывания, а при низких абсолютных значениях коэффициента полноты замыкания , определяемого в соответствии с (3), может увеличиться IСЗ.MIN, в результате чего характеристика «приподнимется». На рис. 5 зависимость 1 соответствует металлическому ОЗЗ, 2 – появлению определенного переходного сопротивления, а 3 – значительному по величине переходному сопротивлению, большему, чем в случае 2.

Разновидности направленных защит от ОЗЗ
С точки зрения принципов действия, перечисленные ниже типы защит, видимо, следовало бы поделить минимум на четыре принципиально разные группы:

  • классические направленные токовые;
  • направленные с «ненулевой» уставкой по мощности срабатывания;
  • фазочувствительные;
  • дифференциальные.

Но, условившись, как было отмечено выше, под направленными защитами от ОЗЗ понимать такие, которые реагируют на вектор тока нулевой последовательности промышленной частоты, вектор напряжения нулевой последовательности и угол между ними, можем перечислить основные разновидности таких защит:

  • «классические» направленные токовые первого типа (имеющие характеристики в соответствии с рис. 5);
  • направленные второго типа (их характеристики соответствуют рис. 4);
  • с компенсацией собственного емкостного тока защищаемого присоединения ;
  • реагирующие на сопротивление цепей нулевой последовательности;
  • реагирующие на проводимость цепей нулевой последовательности.
  • использующие в своем алгоритме интеграл или другие подобные преобразования;
  • защиты с токовым поляризующим сигналом (например, использующие вместо напряжения ток в цепи заземляющего резистора;
  • централизованные направленные защиты и т.д.
Читайте также:  Как определить мощность тока резистора

Близки к направленным по принципам исполнения продольные и поперечные дифференциальные защиты нулевой последовательности от ОЗЗ (например, направленная поперечная дифференциальная защита нулевой последовательности). На российском рынке в настоящее время представлены следующие разновидности направленных токовых защит от ОЗЗ, пригодных для применения в резистивно-заземленных сетях:

  • реле типа ЗЗН и БЭМП производства «ЧЭАЗ»;
  • микропроцессорное устройство БМРЗ «НТЦ Механотроника»;
  • реле защиты типа ЗЕРО, производимое компанией «Объединенная энергия»;
  • терминал защиты SEPAM типа S41 (код ANSI 67N/67NC) фирмы Schneider Electric и аналогичный терминал серии 80;
  • защиты серии MiCOM моделей Р141, Р142 и Р143 фирмы AREVA;
  • защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 фирмы «АББ Реле-Чебоксары»;
  • микропроцессорные терминалы SIPROTEC 7SJ62 и 7SJ63 фирмы SIEMENS;
  • защита нулевой последовательности типа УЗЛ-2 совместного производства Новосибирского государственного технического университета и ООО «ПНП БОЛИД» и т.д.

Большинство этих защит относится к первому и второму типам по приведенной выше классификации. За рубежом применяются и другие типы защит.
Следует отметить, что чрезвычайно остро применительно ко всем видам направленных защит стоит вопрос выбора их уставок. До сих пор ни в отечественной, ни в зарубежной печати нет не только методики выбора уставок, но и классификации небалансов, способных привести к их неправильному действию.

Часть 7

Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ
Влияние электрической дуги на направленные защиты
.

Источник



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).

График зависимости от приложенной силы нажатия

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.

Структура плоских контактных площадок

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:

Переходное сопротивление стали

  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.

Измерительный прибор

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.

Источник