Что такое большое переходное сопротивление контактов и как его измерять?

Большое переходное сопротивление контактов (БПС), часто называемое «плохим контактом», представляет собой аварийный пожароопасный режим в электрооборудовании. Этот режим возникает при переходе электрического тока с одного проводника на другой, отсюда и название «переходное». 

Выделение тепла в контактных переходах электрических цепей является одной из причин возникновения аварийных режимов в электрооборудовании и технологических установках. Изломы проводов при сохранении контакта жила-жила, дефекты токопроводящих шин, старение электрических контактных соединений и некачественная сборка контактных узлов могут способствовать возникновению длительных устойчивых тепловых режимов. Эти режимы могут привести к разрушению изоляции и защитных оболочек, возгораниям и другим отрицательным последствиям.

Особенно опасен БПС тем, что его пожарная опасность может проявиться даже при номинальных или меньших значениях электрического тока. В режиме «плохого контакта» большое переходное сопротивление и падение напряжения на нем могут превышать нормативные значения в десятки и сотни раз. Например, падение напряжения может составлять единицы вольт вместо долей милливольта, а рассеиваемая электрическая мощность — сотни ватт. Вероятными источниками зажигания при этом являются нагретые проводники, электрическая дуга, раскаленные или горящие частицы.

Что это такое?

Большое переходное сопротивление возникает из-за неполного контакта между двумя проводниками или проводником и аппаратом. Это может происходить по различным причинам, включая коррозию, загрязнение или неправильную установку. При прохождении тока через такие места, где есть БПС, выделяется тепло. Количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока и сопротивлению места переходного контакта. Это может привести к нагреванию контакта до весьма высоких температур, что представляет опасность в случае контакта с горючими материалами или взрывчатыми системами.

Причины возникновения

1. Материалы контактов

Большое переходное сопротивление может возникать в местах соединения проводов, изготовленных из разных материалов, например, меди и алюминия. Это связано с различием в коэффициентах объемного и линейного расширения этих материалов, что приводит к ухудшению контакта при температурных изменениях.

2. Частые переключения

При частых отключениях и включениях электрической цепи БПС также может увеличиваться. Это происходит из-за того, что при каждом переключении происходит микроскопическое износ и окисление контактов, что ведет к увеличению сопротивления.

3. Некачественное соединение

Если соединение проводов выполнено некачественно, например, при использовании неподходящих клеммников и болтов, или при недостаточном упругом надавливании пружин, это может привести к большому переходному сопротивлению. Использование методов спаивания и сваривания с последующей опрессовкой может помочь улучшить качество соединения и снизить большое переходное сопротивление.

4. Источники зажигания

В местах большого переходного сопротивления могут образовываться источники зажигания, такие как элементы электроустановок, нагретые до высокой температуры теплом, выделяемым электрическим током, электрические искры или частицы расплавленного металла.

5. Недостаточная площадь контакта между проводниками

В случае недостаточной площади контакта, сопротивление в месте соприкосновения проводников увеличивается, что приводит к большему выделению тепла на единицу площади. Это тепловыделение может вызвать деформацию контактирующих поверхностей, что в свою очередь приводит к еще большему уменьшению площади соприкосновения контактов. В результате повышенного тепловыделения и деформации поверхностей, могут возникнуть микроскопические дуговые разряды между контактирующими поверхностями. Эти электрические разряды создают дополнительное тепловыделение, повышающее температуру контактного узла и, следовательно, увеличить его пожарную опасность.

6. Короткое замыкание

Большое переходное сопротивление может быть причиной возникновения короткого замыкания в электрической цепи. Это происходит из-за того, что при большом сопротивлении ток начинает искать другие пути, что может привести к короткому замыканию и повреждению оборудования.

От чего зависит переходное сопротивление контактов?

Сила сжатия контактов.

При увеличении давления, приложенного к контактам, происходит деформация выступающих неровностей на их поверхности, что приводит к увеличению числа точек соприкосновения между ними. Это улучшает условия перехода тока и, следовательно, уменьшает БПС.

Пластичность материала контактов.

Материалы с высокой пластичностью способны подвергаться деформации под действием приложенного давления без разрушения. Это позволяет создать более качественное контактное соединение с меньшим переходным сопротивлением.

Качество обработки поверхности контактов и ее состояние.

Чем чище поверхность контакта, тем лучше будет контактное соединение и тем меньше будет БПС.

Удельное сопротивление материала.

Материалы с большим удельным сопротивлением обладают большим переходным сопротивлением, что может негативно сказаться на качестве электрического соединения.

Вид касания контактов.

В зависимости от этого параметра может меняться количество точек соприкосновения, а следовательно, и величина переходного сопротивления.

Нормы по ПУЭ 7

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), большое переходное сопротивление исправного соединения не должно превышать 0,05 Ом. Эти нормативы были установлены на основе исследований и опыта эксплуатации, они обеспечивают оптимальные условия для работы коммутационных устройств и минимизируют риск возникновения нештатных ситуаций и травматизма.

Систематический контроль переходного сопротивления контактов важен для высоковольтных выключателей, контактов сборных шин, токопроводов, ошиновки распределительных устройств закрытого и открытого типа, короткозамыкателей, сварных швов, разъединителей и других элементов электрической цепи. Это является частью обязательных профилактических работ и позволяет своевременно выявить и устранить возможные проблемы.

Измерение переходного сопротивления проводится различными способами. Одним из них является прямой отсчет с использованием приборов для непосредственного расчета, таких как мультиметр, амперметр или вольтметр. Эти приборы отличаются высокой точностью и дают погрешность не более 10%. Другой способ — это измерение статической нестабильности сопротивления перехода, которое определяется на основе среднеквадратичного изменения Rn. Это значение получается путем множественных измерений, и его допустимая погрешность составляет 10%.

Методика измерения

Измерение большого переходного сопротивления контактов проводится в нескольких случаях: 

• При комплексной реконструкции системы или изменении ее структуры; 

• Перед выполнением других работ, связанных с заземлением; 

• После ремонта оборудования. 

Для проведения измерений и защиты от большого переходного сопротивления используются специализированные приборы — микроомметры или контактомеры. Эти приборы способны измерять малые сопротивления и проходят государственную поверку для подтверждения их точности и надежности. 

Предельно допустимая величина переходного сопротивления для контактного соединения проводника составляет 0,05 Ом. Если в ходе измерений обнаруживается превышение этого значения, это свидетельствует о неисправности связей и требует незамедлительного устранения неполадок.