Причины возникновения искр и дуги
Прежде чем рассмотреть, почему искрят контакты, разберемся в основных понятиях. Коммутационный аппарат и его контактная система должны обеспечивать надежное соединение с возможностью его разрыва в любой момент. Контакты состоят из двух электрических пластин, которые в замкнутом положении должны быть надежно прижаты друг к другу.
Дуга возникает при коммутации индуктивных цепей. К таким относятся различные электродвигатели и соленоиды, но стоит помнить, что даже прямой отрезок провода имеет определенную индуктивность, и чем он длиннее — тем она больше. При этом, ток в индуктивности моментально прекратится не может — это описано в законах коммутации. Поэтому на выводах индуктивной нагрузки образуется ЭДС самоиндукции, её величина описывается формулой:
E=L*dI/dt
Интересно! В нашем случае важную роль играет скорость изменения тока. При отключении она крайне велика, соответственно ЭДС будет стремиться к большим значениям, вплоть до десятков киловольт (например система зажигания автомобиля).
В результате ЭДС возрастает до такой степени, что его величина пробивает промежуток между контактами — образуется электрическая дуга или искры. Качество любых соединений описывается их переходным сопротивлением: чем меньше — тем лучше соединение и тем меньше нагрев. При их размыкании оно резко возрастает и стремится к бесконечности. В этот же момент происходит разогрев площади их соприкосновения.
Кроме того, между разомкнутыми контактами на фоне возрастающего ЭДС самоиндукции и повышенной температуры воздуха из-за разогрева поверхностей при размыкании пластин происходит и ионизация воздуха. В результате присутствуют все условия для возникновения дуги и искрения.
Если говорить о том, почему искрят контакты при замыкании электрической цепи, то это происходит уже не при индуктивной, а при емкостной нагрузке. Вы наблюдаете это каждый раз, когда вставляете в розетку зарядное устройство от ноутбука или телефона. Дело в том, что разряженная емкость (конденсатор) на входе устройства в начальный момент времени представляет короткозамкнутый участок цепи, ток которого уменьшается по мере её заряда.
Если вы наблюдаете искрение в реле или выключателе в замкнутом положении — причиной этому служит плохое состояние контактных поверхностей и их высокое переходное сопротивление.
Как реле напряжения стало причиной пожара.
Всем привет! Сегодня за окном «мороз и солнце, день чудесный…», а настроение не очень. Хочу рассказать почему. В этой статье опишу случай, который произошел сегодня в моем загородном доме, так как он имеет непосредственное отношение к строительству, а именно, к электрике. Сегодня в одном из помещений произошло самопроизвольное возгорание одного устройства в щитке, которое называется реле напряжения PH-113. Итак, что это за реле?
Как заявлено на сайте производителя (см скриншот выше), это реле предназначено для отключения бытовой и промышленной однофазной нагрузки 220 В, 50 Гц при недопустимых колебаниях напряжения в сети с последующим автоматическим включением после восстановления параметров сети. Вдумайтесь, бытовой и промышленной… То есть оно надежно. Мне его порекомендовали в , как качественное реле. Кроме того в паспорте изделия вообще говорится, что этот прибор относится к разряду интеллектуальной промышленной электроники (см фото ниже ).
Кроме того, сама компания заявляет о себе как о производителе, который борется за качество собственной продукции (см скриншот ниже).
Теперь давайте посмотрим, что же произошло с этим интеллектуальным, нанотехнологичным, промышленным прибором. Тут надо сказать, что прибор был подключен к однофазной сети с вводным автоматом на 25А. На приборе заявлено, что он расчитан на 7 кВт.
или вот так, со вспышкой..
А вот ниже вид сбоку…
Весьма грустный вид для качественного высокотехнологичного прибора. На этом фото четко видно, что очаг возгорания находится (находился) внутри, что говорит о том, что причиной возгорания является сам прибор, а не внешние факторы. Мне, кстати сказать, очень повезло, что я в момент возгорания находился дома и успел среагировать буквально в течение минуты так, что даже изоляция на проводах не успела оплавиться, а то ведь мог и дом сгореть. Вобщем в очередной раз наш отечественный производитель оказался на высоте и очень ярко (пламя было достаточно большое) и убедительно доказал, что если Вам нужен надежный электроприбор, не пожалейте денег, купите Legrand или ABB. Не рискуйте. Не экономьте. Дома и квартиры и ремонты в них стоят дороже. Для справки, данный прибор был установлен примерно пол года назад, еще пол года он валялся на полке, не хотел я его устанавливать, видимо интуиция подсказывала, что не надо. Но потом я его все-таки установил. Зря. Жалею. Вот, кстати, место, где был установлен прибор.
Хорошо не сгорел счетчик и реле переключения ввода резервного питания. В заключение хочу попросить читателей, кто сталкивался с подобной проблемой, особенно интересует продукция , опишите ситуацию в комментариях или присылайте информацию мне на почту (см раздел «Контакты»). Желательно с фотографиями. Будем формировать черный список продуктов и компаний.
Последствия искрения
Из-за искрения с контактов испаряется метал, происходит их нагрев и повышения переходного сопротивления. Последнее вызывает еще большее их обгорание, после чего они еще сильнее искрят. Последствия этих процессов могут привести к частичному или полному отсутствию способности к коммутации у прибора, вплоть до его залипания или возгорания при определенных обстоятельствах. Нужно следить за состоянием всех соединений и подвижных переключающих элементов.
Способы устранения и предотвращения явления
Для устранения искрения контактов решения принимаются еще на стадии разработки коммутационных аппаратов. Например, расстояние между ними увеличивается, устанавливают камеры дугогашения для охлаждения дуги.
Также делают напайки из драгоценных неокисляющихся материалов, таких как серебро, например, на поверхности через которые проходит ток.
На быстродействующих реле искрение образуется при размыкании, в том числе потому, что их контакты в разомкнутом положении находятся близко друг к другу. Значит нужно снизить нагрузку, использовав промежуточные реле или использовать искрогасящие цепочки, их схемы мы рассмотрим дальше.
Защита контактов реле от подгорания
Реле автомобильные
Автомобильные электро-механические реле используются в устройствах автомобильной автоматики.
Реле сверхминиатюрные
Сверхминиатюрные электромеханические реле монтируются на печатную плату, служат для коммутации слабых токов (до 2А), используются в сигнальных телекоммуникационных цепях.
Реле миниатюрные с DC катушкой
Миниатюрные электрические реле общего назначения используются преимущественно в цепях постоянного тока, коммутируют токи до 16А, монтируются как на рельсы DIN так и на печатную плату
Реле миниатюрные с AC/DC катушкой
Миниатюрные реле применяются как в цепях постоянного так и переменного тока, коммутируют токи до 16А, монтируются как на рельсы DIN так и на печатную плату в том числе поверхностным монтажем.
Реле малогабаритные
Малогабаритные промышленные реле индустриального стандарта предназначены для коммутации токов до 50А. Монтаж осуществляется в колодки в основном либо на рейку DIN, либо на поверхность с помощью винтов, возможен монтаж на печатную плату. Используются в качестве промежуточных реле в устройствах промышленной автоматики.
Панельки, колодки, цоколи и крепежные клипсы для реле
Панельки, колодки и цоколи используются для монтажа электро-магнитных реле на шины (линейки) DIN, печатные платы и различные поверхности.
Реле интерфейсные
Интерфейсные реле предназначены для использования в качестве интерфейсов можду контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами промышленной автоматики.
При коммутации с помощью мощных электромагнитных реле индуктивных нагрузок контакты реле обгорают под воздействием дуговых разрядов. Для уменьшения повреждения контактов реле такими дуговыми разрядами теоретически можно использовать:
- специальные реле с большими контактными промежутками (до 10 мм и более) и высокой скоростью выключения, обеспечиваемой сильными контактными пружинами;
- магнитный обдув контактов, реализуемый установкой постоянного магнита или электромагнита в плоскости контактного промежутка реле. Магнитное поле препятствует появлению и развитию дуги и эффективно оберегает контакты реле от обгорания;
- искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно индуктивной нагрузке.
Первые два способа гарантируют высокую надежность за счет конструктивных мер при разработке реле. Внешних элементов защиты контактов при этом обычно не требуется, но специальные электромагнитные реле и магнитный обдув контактов достаточно экзотичны, дороги и отличаются большими размерами и солидной мощностью катушки (у электромеханических реле с большим расстоянием между контактами сильные контактные пружины).
Промышленная электротехника ориентируется на недорогие стандартные электро магнитные реле, поэтому применение искрогасящих цепей является наиболее распространенным способом гашения дуговых разрядов на контактах.
Теоретически для гашения дуги в электро механических реле можно использовать многие физические принципы, но на практике находят применение следующие эффективные и экономичные схемы:
- RC-цепи;
- диоды супрессоры;
- варисторы;
- комбинированные схемы, например, варистор + RC-цепь.
RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке
Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:
Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.
Источник:
В процессе эксплуатации сигнализаторов уровня имеющих дискретный (релейный, транзисторный) выход, зачастую подключают индуктивную нагрузку (устройства, имеющие в своём составе катушку индуктивности). Возникновение дуговых разрядов при размыкании таких электрических цепей крайне негативно сказывается на работоспособности контактов реле и выходных каскадов датчиков, уменьшая их срок эксплуатации.
1.31. Индуктивные нагрузки и диодная защита
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Диоды и диодные схемы
Подразделы: 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31
Что произойдет, если разомкнуть переключатель, управляющий током через индуктивность? Индуктивность, как известно, характеризуется следующим свойством: U = L(dI/dt), а из этого следует, что ток нельзя выключить моментально, так как при этом на индуктивности появилось бы бесконечное напряжение. На самом деле напряжение на индуктивности резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не появится ток. Электронные устройства, которые управляют индуктивными нагрузками, могут не выдержать такого роста напряжения, особенно это относится к компонентам, в которых при некоторых значениях напряжения наступает «пробой». Рассмотрим схему, представленную
Рис. 1.94. Индуктивный «бросок».
на рис. 1.94. В исходном состоянии переключатель замкнут и через индуктивность (в качестве которой может выступать, например, обмотка реле) протекает ток. Когда переключатель разомкнут, индуктивность «стремится» обеспечить ток между точками А и В, протекающий в том же направлении, что и при замкнутом переключателе. Это значит, что потенциал точки В становится более положительным, чем потенциал точки А. В нашем случае разница потенциалов может достичь 1000 В, прежде чем в переключателе возникнет электрическая дуга, которая и замкнет цепь. При этом укорачивается срок службы переключателя и возникают импульсные наводки, которые могут оказывать влияние на работу близлежащих схем. Если представить себе, что в качестве переключателя используется транзистор, то срок службы такого переключателя не укорачивается, а просто становится равным нулю!
Чтобы избежать подобных неприятностей лучше всего подключить к индуктивности диод, как показано на рис. 1.95. Когда переключатель замкнут, диод смещен в обратном направлении (за счет падения напряжения постоянного тока на обмотке катушки индуктивности). При размыкании переключателя диод открывается и потенциал контакта переключателя становится выше потенциала положительного питающего напряжения на величину падения напряжения на диоде. Диод нужно подобрать так, чтобы он выдерживал начальный ток, равный току, протекающему в установившемся режиме через индуктивность; подойдет, например диод типа 1N4004.
Рис. 1.95. Блокирование индуктивного броска.
Единственным недостатком описанной схемы является то, что она затягивает затухание тока, протекающего через катушку, так как скорость изменения этого тока пропорциональна напряжению на индуктивности. В тех случаях, когда ток должен затухать быстро (например, быстродействующие контактные печатающие устройства, быстродействующие реле и т.д.), лучший результат можно получить, если к катушке индуктивности подключить резистор, подобрав его так, чтобы величина Uи + IR не превышала максимального допустимого напряжения на переключателе. (Самое быстрое затухание для данного максимального напряжения можно получить, если подключить к индуктивности зенеровский диод, который обеспечивает затухание по линейному, а не по экспоненциальному закону.)
Рис 1.96. RС-«демпфер» для подавления индуктивного броска.
Диодную защиту нельзя использовать для схем переменного тока, содержащих индуктивности (трансформаторы, реле переменного тока), так как диод будет открыт на тех полупериодах сигнала, когда переключатель замкнут. В подобных случаях рекомендуется использовать так называемую RC-демпфирующую цепочку (рис. 1.96). Приведенные на схеме значения R и С являются типовыми для небольших индуктивных нагрузок, подключаемых к силовым линиям переменного тока. Демпфер такого типа следует предусматривать во всех приборах, работающих от напряжений силовых линий переменного тока, так как трансформатор представляет собой индуктивную нагрузку. Для защиты можно также использовать такой элемент, как металлоксидный варистор. Он представляет собой недорогой элемент, похожий по внешнему виду на керамический конденсатор, а по электрическим характеристикам — на двунаправленный зенеровский диод. Его можно использовать в диапазоне напряжений от 10 до 1000 В для значений токов, достигающих тысяч ампер (см. разд. 6.11). Подключение варистора к внешним выводам схемы позволяет не только предотвратить индуктивные наводки на близлежащие приборы, но также погасить большие всплески сигнала, возникающие иногда в силовой линии и представляющие серьезную угрозу для оборудования.
Подразделы: 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31
Другие пассивные компоненты
