Содержание
Почти все электромеханические коммутационные устройства со временем генерируют большое количество искр. Как вы уже догадались, контакты замыкают и размыкают различные цепи, в которых образуются искры. Строго говоря, дуга при нормальном контакте возникает всегда, но это не так важно. Проблема начинается, когда искры мешают нормальной работе электрического устройства, а в рабочей зоне узла выключателя ощущаются озон и запахи гари.
Основные причины искрения
Чтобы ответить на вопрос, почему и при каких условиях возникают электрические искры, необходимо выяснить основной процесс, в результате которого образуются искры. На самом деле, их всего два: .
- .
- Влияние индуктивных цепей во время коммутации.
Существует еще несколько факторов, которые усиливают процесс искрообразования. К ним относятся износ, чрезмерный коммутационный ток, ослабление пружин и потеря упругости пластин.
Чтобы лучше понять причины возникновения дуги, давайте подробнее рассмотрим физику этого процесса. Начните с понятия «искра».
Из школьных уроков физики известно, что воздух ионизируется между проводниками, где образуется электрический заряд. В определенное время протекает электрический ток. Если разность потенциалов поддерживается на определенном уровне, образуется электрическая дуга с огромным тепловым излучением. Примером может служить работа сварочного аппарата.
Известно, что дуга может возникнуть только при определенном расстоянии между электродами и при определенном токе. Чем больше разность потенциалов, тем больше зазор, через который образуется ток дуги.
Искры — это особый случай короткой электрической дуги. Вышеприведенное утверждение применимо к этому явлению. Поэтому, чтобы избежать образования искр, необходимо устранить причины возгорания электрической дуги. В частности, при размыкании или замыкании контактов искра прекращается, поскольку устраняются условия для наличия тока в ионизированном пространстве.
Ниже приведено краткое описание процессов, вызывающих образование дуги в выключателях.
Отскакивание контактов.
Когда катушка реле замыкает электрическую цепь или разрывает контакт, упругие силы заставляют контакты несколько раз дребезжать. В некоторых случаях электрический пробой происходит из-за того, что расстояние между контактами очень мало. Поскольку процесс отскакивания занимает лишь долю секунды, именно искры образуются и гасятся в закрытом положении контактов. При полном размыкании цепи искра также прекращается.
Эффекты индукционных цепей
Когда двигатель и электромагнит возбуждены, на выходе индуктивной нагрузки индуцируется ЭДС: E = — L*di/dt.
Из уравнения видно, что HED пропорциональна скорости изменения силы тока. Поэтому при мгновенном смещении контактов его значение быстро увеличивается. Кроме того, на индуктивность ERD влияет индуктивность переключающего устройства. Этот принцип переключения использовался, в частности, в старых автомобилях. Контакты коммутатора прерывают цепь индукционной катушки на высокой скорости, создавая напряжение до нескольких десятков киловольт на электродах свечи зажигания.
В нашем случае склонность к поломкам, конечно, гораздо ниже, но достаточно, чтобы она сверкала. Обратите внимание, что даже обычные кабели обладают определенным самовоспроизводством. Поэтому при отключении нагрузки в конце цепи длинного провода могут возникать искры.
Другие причины возникновения дуги
Выше упоминалось, что различные факторы, связанные с коммутационными устройствами, могут усугубить искрение. В этом разделе рассматривается, что происходит под воздействием определенных факторов.
- Плохой контакт увеличивает продолжительность болтанки. Это является причиной повышенной дуги.
- Если коммутационный ток значительно отличается от номинального (выше), то, во-первых, контакты нагреваются, а во-вторых, искры более мощные и разрушительные.
- Ослабление пластин контактной системы увеличивает скорость подгорания контактов, образования отложений и искрообразования, если не может быть обеспечено надежное короткое замыкание.
Следует отметить, что в двигателях постоянного тока щетки искрят. Искрообразование не является критическим для оптимальной работы двигателя. Однако в случае перегрузки или ошибок между витками образуются значительные искры, которые разрушают коллекторы. Аналогичное явление происходит при недостаточном нажатии на щетки или при засорении зазоров между коллекторными пластинами.
На рисунке 1 показано усиление, вызванное сгоревшим коллектором.
Рис. 1. сгоревший коллектор
При подключении мощных электроприборов при вставке вилки кабеля в розетку наблюдается сияние. Это явление усугубляется, если вилка штекера не соответствует гнезду розетки.
Результаты плохого переключения розеток показаны на рисунке 2.
Рисунок 2.Последствия плохого переключения
Последствия
Создание лука с контактами не обходится без следов. Существуют побочные эффекты, которые сокращают срок службы коммутационного устройства.
- Контакты сгорают, и
- Упругие пластины контактного блока затухают,.
- Реле и розетки перегреваются,.
- Искры могут вызвать пожар при наличии высокого тока и ожоги глаз при личном обращении.
Подгоревшие контакты могут стать причиной неисправности электрооборудования и вызвать сопротивление. Если такие ошибки возникают в оборудовании безопасности, они могут привести к непредсказуемым ситуациям.
Способы устранения
После определения причины ARC можно выбрать эффективный метод восстановления после ошибки. Например, если контакты соединены неправильно, это может быть признаком засорения от сажи. Весь нагар должен быть удален с помощью растворителя. Обычно принято протирать место контакта ватным тампоном, смоченным в спирте. В качестве растворителя может выступать водка или eau de dern.
Первоначально поверхности контактов будут очень гладкими и хорошо прилегающими друг к другу. Однако во время работы лук разрушает покрытие и приводит к шероховатой поверхности. Для восстановления эффективности достаточно просто натереть поверхность карбидом вольфрама. Если покрытие серебряное, следует использовать деревянные пластины, которые необходимо заменить, если контакты подгорели.
Замкнутые контакты могут вызвать искрение. Это может быть вызвано сильной усталостью или потерей эластичности пластины, что приведет к прерыванию контакта. Предпринимаются попытки временно восстановить работу реле, пытаясь отшлифовать или восстановить пластину.
Были рассмотрены примеры борьбы с последствиями АРК. Однако существует несколько эффективных способов борьбы с причинами этого явления. Давайте рассмотрим некоторые из них:.
- Использование неокисляющихся металлов, таких как серебро и различные сплавы.
- Покрытие контактов ртутью (например, контакты манометра, если он находится в герметичной камере).
- Использование обходных схем.
- Включение искровых RC-цепей в конструкцию переключателей.
Использование искрогасительных схем является очень эффективным и недорогим методом. Любой человек, обладающий небольшими знаниями в области электротехники, при необходимости может создать собственную схему искрогасителя.
Для подавления искрения в индуктивной цепи постоянного тока достаточно установить диод параллельно нагрузке. Катод диода должен быть подключен к положительному полюсу, а анод — к отрицательному.
Схема, иллюстрирующая работу шунтирующего диода, показана на рисунке 3. Обратите внимание, как индукционный ток рассеивается в диоде, не достигая переключающего реле (положение C ).
Рис. 3: Схема, иллюстрирующая работу шунтирующего диода
АС оснащен RC-сцинтилляционной схемой. Накопленная энергия рассеивается в передаточном резисторе, а не в контактах. Емкость шунтирующего конденсатора может быть рассчитана по следующей формуле Cш = I 2 /10, где I — рабочий ток нагрузки, а 10 — мнимая константа, для которой можно рассчитать простую RC-цепь.
Сопротивление резистора задается соотношением 1: Rf = E0 / (10*I*(1 + 50/ E0 )), где E0 — ЭМС (напряжение) источника питания, I — рабочий ток нагрузки, рис. 50 — стандартная частота переменного тока электрической сети. Для выбора параметров также используются следующие номограммы.
Найдите две точки на номограмме с известными значениями напряжения питания U и тока нагрузки I, затем проведите прямую линию между точками, указывающую на требуемое значение сопротивления R резистора. Значение емкости C измеряется на шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма предоставляет проектировщику достаточно точные данные и, при реальной реализации схемы, обеспечивает наиболее близкие стандартные значения резистора и конденсатора RC-цепи
Рисунок 4: Номограмма
Типичная схема самой RC-схемы искрового зажигания показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Принципиальная схема искрогасящей RC-цепи
Защита контактов от искр — лучший способ продлить срок службы коммутационных устройств. Эта простая схема может быть использована для решения проблемы искры.
