Чем опасны большие переходные сопротивления
Контактные соединения – это ключевые элементы в электротехнике. Они необходимы для соединения проводов и кабелей, а также для подключения их к различным электроустановочным устройствам и аппаратам.
Большим переходным сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электроаппарат при наличии плохого контакта. Величина переходного сопротивления зависит от материала, из которого изготовлены контакты, их геометрической формы и размеров, степени обработки их поверхностей, силы сжатия контактов и степени окисления.
Если соединения выполнены правильно и имеют хороший контакт, то переходные сопротивления окажутся столь малы, что практически не будут отличаться от сопротивления других участков электрической сети. Правильно выполненные электрические соединения (сварка, пайка, болтовые соединения, опрессовка) имеют нормальное сопротивление 0,01 - 0,1 Ом, а при возникновении неисправности этих соединений сопротивление в месте контакта становится в 100-1000 раз больше нормы. В местах соединений с плохим контактом переходные сопротивления резко возрастают, при этом происходит сильный разогрев данных участков.
Рассмотрим факторы, которые провоцируют развитие БПС в контактных соединениях.
Первый фактор - плохой контакт в случае некачественного соединения:
- в местах соединения проводов между собой, когда вместо пайки, сварки, опрессовки или зажимов под болты применяются скрутки проводов;
- в местах контактов, выполненных с помощью резьбовых соединений в электрооборудовании, которое в процессе работы подвержено вибрации.
Почему же так происходит?
На первый взгляд, когда мы смотрим на поверхность контактов невооруженным глазом, она кажется идеально гладкой, и мы можем предположить, что при соприкосновении двух поверхностей образуется большая контактная площадь. Однако на самом деле это не так.
Даже после самой тщательной обработки металлических поверхностей, на них неизбежно остаются микроскопические неровности и бугорки. Эти неровности и формируют реальную контактную поверхность, которая значительно меньше, чем кажется на первый взгляд. Представьте себе две идеально гладкие поверхности, но с крошечными неровностями — это и есть та самая реальная контактная поверхность. Контакт происходит не в отдельных точках, а на небольших участках, размер которых зависит от силы сжатия контактов и их способности сопротивляться деформации. Эти площадки играют ключевую роль в формировании электрического сопротивления в зоне перехода тока из одного проводника в другой (рис. 1).
Рис. 1 Сопротивление двух контактных поверхностей при разных силах нажатия
(в случае б – сила нажатия больше, чем в случае а)
Опытным путём установлено, что действительная площадь контактов не зависит от их размеров, а определяется силой, сжимающей контакты. Следовательно, величина БПС зависит от силы, сжимающей контакты, материала и степени обработки их поверхности.
Вторым фактором, влияющим на развитие БПС, являются воздействия окружающей среды, вызывающие окисление поверхности контактов. Образование оксидной пленки под воздействием окружающей среды - это процесс, при котором металл реагирует с окислителем, образуя оксидный слой на поверхности. Этот слой снижает проводимость и ухудшает контакт, так как часть металлической токопроводящей поверхности превращается из металла в непроводящий электрический ток оксид металла. Процесс окисления значительно ускоряется присутствием влаги и наличием в технологической среде химически агрессивных сред (кислот, солей и пр.). Перегрев проводников в случае перегрузки или нарушения условий эксплуатации, связанных с нарушением процесса охлаждения, также значительно ускоряет процесс образования оксидного слоя.
Переходное сопротивление окисленного контакта обусловлено сильным сужением пути протекания тока при переходе с одного контакта на другой через площадки действительного их соприкосновения.
Рис.2 Сужением пути протекания тока в следствии окисления контакта
И в первом, и во втором случае при прохождении тока нагрузки в местах сужения за единицу времени будет выделяться определенное количество тепла. Количество выделившегося тепла, согласно закону Джоуля-Ленца, прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению в месте переходного контакта (Q=I2RΔt). Количество выделяющегося тепла может быть столь значительным, что способно воспламенить как материал изоляции, так и горючие материалы, находящиеся вблизи (рис. 3). А соприкосновение мест образования БПС со взрывоопасными смесями горючих пылей, газов или паров легковоспламеняющихся жидкостей может привести к взрыву.
Рис.3 Клеммные соединения со следами развития БПС
Аппараты защиты электрических сетей не могут предотвратить возгорание, так как при увеличении сопротивления в цепи ток не растет. Нагрев участка с переходным сопротивлением происходит исключительно за счет повышения сопротивления.
Как предотвратить пожары из-за больших переходных сопротивлений?
Для предотвращения пожаров, вызванных большими переходными сопротивлениями, важно соблюдать несколько ключевых правил:
1. Правильное соединение проводников: убедитесь, что провода соединены правильно, чтобы минимизировать риск перегрева и искрения.
2. Использование специальных наконечников на разъемных контактах: это поможет обеспечить надежное и безопасное соединение.
3. Контргайки на винтах и болтах: особенно важно использовать контргайки на оборудовании, которое подвергается вибрации, чтобы предотвратить ослабление соединений.
4. Антикоррозийные покрытия: Применение защитных покрытий поможет сохранить целостность проводников и предотвратить их окисление.
5. Регулярные осмотры: проводите регулярные проверки контактных соединений, чтобы своевременно выявлять и устранять признаки окисления проводов.
6. Соблюдение мер безопасности и правил эксплуатации: всегда следуйте инструкциям по безопасному использованию оборудования и соблюдайте правила его эксплуатации.
Эти меры помогут снизить риск возникновения пожаров и обеспечат безопасную работу электрических систем.
