что такое проходное сопротивление
Что такое переходное сопротивление
Определение
Ввиду малой площади соприкосновения контактное соединение дает весьма заметное сопротивление при прохождении тока из одной поверхности в другую и называется переходным контактным сопротивлением. Само переходное сопротивление контакта априори больше, нежели сопротивление сплошного проводника такой же формы и размеров.
Факторы, влияющие на величину переходного сопротивления
Сопротивление зоны контакта не зависит от размера контактных поверхностей и определяется силой давления или силой контактного нажатия. Контактным нажатием называется усилие, с которым одна контактирующая поверхность действует на другую. В целом, от величины силы нажатия и прочности материала контакта будет зависеть суммарная площадь соприкосновения. Число же соприкосновений в контакте всегда растет при нажатии.
При небольших давлениях происходит пластическая деформация контакта, при этом вершины выступов сминаются и затем, при увеличении давления, всё новые и новые точки приходят в соприкосновение. В результате, давление должно быть довольно большим, чтобы обеспечить небольшое переходное сопротивление, но и не должно порождать пластических деформаций в металле контакта, приводящих к его разрушению.
Переходное сопротивление в значительной мере зависит от степени окисления контактных поверхностей соединяемых проводников. Независимо от материала проводника, пленка окиси создает большее электрическое сопротивление.
Интенсивность окисления проводников зависит от температуры контакта и чем она быстрее, тем больше переходное сопротивление.
Весьма сильно подвержены окислению алюминиевые проводники. Например, образующаяся на воздухе их окисная пленка обладает удельным сопротивлением в 1012 ом*см.
Со времени свойства контактного соединения могут изменяться. Только новый, хорошо обработанный и зачищенный переходной контакт может иметь наименьшее вероятное переходное контактное сопротивление при достаточном давлении.
При формировании контактных соединений применяют разные способы скрепления проводников. Например, спайку, сварку, опрессовку, механическое соединение с помощью болтов, а также приведение в соприкосновение с помощью упругого нажатия пружин.
Фактически при любом способе соединения проводов можно добиться неизменно малого переходного контактного сопротивления. Важно, при этом, соединять провода строго по технологии и с использованием для каждого способа соединения проводов необходимого инструмента и материалов.
Контактное соединение электрохимически несовместимых проводников являет собой контакт двух окислов, которые будут иметь высокое значение переходного сопротивления.
В целях снижения переходного контактного сопротивления учитывают все вышеперечисленные факторы, влияющие на его величину и проводят соответствие видов соединительных контактов материалам проводников и условиям их эксплуатации.
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.
Электрический контакт (в отвлечённом смысле). Состояние, возникающее при соприкосновении двух проводников.
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.
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 :
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:
— 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.
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
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.