Почему искрят контакты и как это устранить?

Почти все электромеханические распределительные устройства со временем создают значительное количество электрической дуги. Как вы уже, наверное, догадались, именно контакты замыкают и размыкают различные цепи, тем самым создавая искру. Строго говоря, дуга при нормальных контактах возникает всегда, но она незначительна. Проблема начинается, когда дуга мешает нормальной работе прибора, а в рабочей зоне коммутационного блока ощущается запах озона и гари.

Содержание:

• Основные причины искрения
  • Дребезг контактов
  • Влияние индуктивных цепей
  • Прочие причины искрения
• Последствия
• Способы устранения

 

Основные причины искрения

Для того чтобы выяснить, почему и при каких обстоятельствах возникают электрические искры, необходимо выяснить, какие процессы ответственны за образование искр. На самом деле, их всего два.

1. . Контактный отскок.
2. . Влияние индукционной цепи при ее переключении.

Существует еще несколько факторов, которые усиливают процесс искрообразования. К ним относятся износ, чрезмерные коммутационные токи, ослабление пружин или снижение эластичности пластин, а также ряд других проблем.

Чтобы лучше понять причины возникновения дуги, давайте более подробно рассмотрим физику процесса. Давайте начнем с понятия «искра».

Из школьных уроков физики мы знаем, что воздух между проводниками, на котором образуется электрический заряд, ионизируется. В определенный момент через него протекает электрический ток. Если разность потенциалов поддерживается на определенном уровне, образуется электрическая дуга и происходит огромное излучение тепла. Примером может служить работа сварочного аппарата.

Хорошо известно, что при определенном токе дуга может зажигаться только на определенном расстоянии между электродами. Чем больше разность потенциалов, тем больше зазор для образования тока дуги.

Искра — это частный случай короткоживущей дуги. Для этого явления вышеприведенное утверждение верно. Поэтому необходимо устранить причины зажигания дуги, чтобы избежать образования искр. В частности, при размыкании или замыкании контактов искрение прекращается, поскольку исчезают условия для наличия тока в ионизированном пространстве.

Теперь кратко опишем процессы, которые вызывают дугу в распределительных устройствах.

 

Дребезг контактов

Когда катушка в реле замыкает цепь или разрывает контакт, контакт несколько раз отпружинивает под действием упругих сил. В определенные моменты расстояние между контактами настолько мало, что происходит поражение электрическим током. Процесс отскакивания длится лишь долю секунды, поэтому именно искра возникает и исчезает при замкнутом положении контакта. Искры также прекращаются при полном размыкании цепи.

 

Влияние индуктивных цепей

Когда двигатель и различные соленоиды переключаются, на выходе индуктивной нагрузки возникает индуцированное электромагнитное поле: E = -L*di/dt.

Из этого уравнения видно, что электромагнитное поле пропорционально скорости изменения силы тока. Таким образом, его значение резко возрастает при переходном расхождении контактов. Кроме того, на ЭДС самоиндукции влияет индуктивность переключающего устройства. Этот принцип переключения особенно часто используется в старых автомобилях. Контакты выключателя разрывают цепь катушки индуктивности с огромной скоростью, вызывая напряжение в несколько десятков киловольт на электродах свечи зажигания.

В нашем случае, конечно, пробивное напряжение гораздо ниже, но его вполне достаточно для искрообразования.

Обратите внимание, что даже обычные провода обладают определенной индуктивностью. Поэтому при отключении нагрузки в конце цепи длинного провода могут возникать искры.

 

Прочие причины искрения

Выше уже отмечалось, что различные факторы, связанные с операцией переключения, могут усугубить искрение. В этом разделе мы рассмотрим, что происходит под воздействием ряда факторов.

1. . Если контакт плохой, продолжительность дребезга увеличивается, что является причиной повышенной дугообразования.
2. . Если ток коммутации значительно (больше) отличается от номинального, то, во-первых, контакты нагреваются, а во-вторых, искра получается более мощной и разрушительной.
3. . Когда слабина в пластине контактной системы не обеспечивает надежного короткого замыкания, это приводит к обгоранию контактов, образованию отложений и нагара, что увеличивает скорость искрообразования.

Следует отметить, что в двигателях постоянного тока щетки генерируют искры. При оптимальной работе двигателя искрение не имеет значения. Однако при перегрузке или в случае замыкания между витками может возникнуть значительное искрение и повредить коллектор. Подобное явление может возникнуть, если щетки не прижаты или зазор между пластинами коллектора перекрыт.

При включении в розетку мощного электроприбора возникает искра, когда электрическая вилка вставляется в розетку. Это явление усугубляется, если контакты вилки не совпадают с гнездом розетки.

 

Последствия

Возникновение дуги на контактах неизбежно. Возникают определенные побочные эффекты, которые сокращают срок службы коммутационного устройства.

• Контакты сгорают.
• Ослабление упругих пластин на контактных блоках.
• Перегрев реле и розеток.
• В случае высоких токов искры могут вызвать возгорание и привести к ожогам глаз оператора.

Подгоревшие контакты могут залипнуть и вызвать неисправность электрооборудования. Если такая неисправность возникает в защитном распределительном устройстве, это может привести к непредсказуемым ситуациям.

 

Способы устранения

Определив причину возникновения дуги, вы сможете определить наиболее эффективный способ устранения неисправности. Например, если контакты не соединяются должным образом, это может быть признаком того, что они забиты сажей. Необходимо использовать растворитель для удаления всего нагара. Обычная практика — протирать контакты ватным тампоном, смоченным в спирте. В качестве растворителя можно использовать водку или одеколон.

Первоначально поверхности контактов делаются очень гладкими, чтобы они лучше прилегали друг к другу. Однако во время работы электрическая дуга повредила покрытие и привела к шероховатости поверхности. Для восстановления работоспособности достаточно отполировать поверхность карбидом вольфрама. Если покрытие серебряное, лучше всего использовать деревянную пластину, а когда контакт сгорит, его необходимо заменить.

Возможно, замкнутый контакт вызвал искру. Это может быть вызвано сильным жжением или потерей эластичности пластины, которая нарушила контакт. Можно попытаться временно восстановить работу реле, отшлифовав или попытавшись восстановить изгиб пластины.

Мы уже рассмотрели примеры устранения последствий дуги. Но существует ряд эффективных способов борьбы с причинами этого явления. Давайте рассмотрим некоторые из них.

1. . Используйте неокисляющиеся металлы, такие как серебро и различные сплавы.
2. . Нанесение ртути на контакты (при условии, что они находятся в закрытой камере, например, контакты манометра).
3. . Использование шунтирующих цепей.
4. . Включить искрогасящие RC-цепи в конструкцию распределительных устройств.

Использование цепей для подавления искр является достаточно эффективным и недорогим. Любой человек, обладающий небольшими знаниями в области электротехники, при желании может создать собственную искрогасительную схему.

Для подавления искрения в индуктивной цепи постоянного тока необходимо установить только диод параллельно нагрузке. Катод диода должен быть подключен к положительному полюсу, а анод — к отрицательному.

Для переменного тока устанавливается RC-цепь с искровым гашением. Накопленная энергия рассеивается в передаточном резисторе, а не в контактах. Емкость шунтирующего конденсатора может быть рассчитана по формуле. cr = I2/10, где I — рабочий ток нагрузки, а 10 — номинальная постоянная, которая может быть рассчитана для простой RC-цепи.

Находим сопротивление [ 1 ]: Rf = E0 / (10*I*(1 + 50/E0)), где E0 — электромагнитное поле (напряжение) источника питания, I — рабочий ток нагрузки стандартная частота переменного тока электрической сети.

По известным значениям напряжения питания U и тока нагрузки I на номограмме находят две точки. Затем между этими двумя точками проводят прямую линию, показывающую требуемое значение сопротивления R. Значение конденсатора C отсчитывают по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма предоставляет конструктору достаточно точные данные, чтобы при практической реализации схемы необходимо было выбрать ближайшее стандартное значение для сопротивления и емкости RC-цепи.

Защита контактов от искрения — лучший способ продлить срок службы распределительных устройств. Эта простая схема может быть использована для преодоления проблемы искрения.