Почему при размыкании цепи питания трансформатора или электродвигателя может возникнуть сильно искра
Перейти к содержимому

Почему при размыкании цепи питания трансформатора или электродвигателя может возникнуть сильно искра

  • автор:

Искрение контактов реле и пускателей — причины возникновения и способы устранения

Наверняка многие сталкивались с проблемой искрения контактов электромагнитных реле или пускателей. Кто-то данную проблему для себя давно решил. Некоторые просо меняют коммутирующее устройство при появлении первых тревожных симптомов (таких как запах гари). А бывает и такое, что даже заменой коммутатора избавиться от пагубного явления не удается.

Искрение контактов реле и пускателей — это явление, при котором при размыкании или замыкании контактов возникает электрическая искра или дуга, которая может повредить контакты или вызвать пожар.

Вообще искра при коммутации — это нормальное явление, но лишь в том случае, если искрение проявляет себя незначительно и незаметно. На самом деле практически любое механическое устройство коммутации электрических цепей со временем начинает искрить сильнее, — на контактах образуется нагар, и в конце концов возрастающее переходное сопротивление ощутимо нарушает работу всей коммутируемой цепи. В этом и заключается главная проблема.

Электромагнитный пускатель

Из-за чего возникает искрение

Причинами искрения контактов могут выступать различные факторы. Быть может коммутируемый ток сильно превышает допустимую для данных контактов величину. Может быть со временем ослабился прижимной механизм (пружина, пластина), усилился дребезг контактов, либо характер коммутируемой нагрузки неизбежно вызывает образование дуги.

Такде приичной искрения может быть наличие индуктивной нагрузки в коммутируемой цепи, которая создает большое самоиндукционное напряжение при размыкании контактов или образование нагара на контактах, который увеличивает переходное сопротивление и температуру контактов.

Так или иначе, лучше всего зарубить тенденции к пагубному искрению на корню, то есть еще на этапе проектирования цепи принять некоторые защитные меры. Однако для начала давайте обратим внимание на физику этого вредного процесса.

Известно, что при наличии между проводниками разности потенциалов, в определенных условиях, на некотором расстоянии между ними легко может произойти ионизация в воздушном промежутке и образоваться искра или дуга.

Это явление успешно и давно используют например в сварке, но контакты реле или пускателя — отнюдь не сварочный аппарат, а скорее наоборот — они призваны надежно разомкнуть (или замкнуть) цепь, по которой протекает (или будет протекать) ток.

Если же контакты коммутатора превращаются в сварочный аппарат — это ведет к потерям энергии и снижению качества работы нагрузки, а в некоторых случаях может послужить причиной пожара. Поэтому факторы риска необходимо устранять.

Чтобы искра, а тем более дуга, не образовались, нужно создать такие условия, чтобы не допустить ионизации в воздушном промежутке между контактами.

Разрушение контакта пускателя

Справедливости ради отметим, что даже в норме контакты реле и пускателей неизбежно имеют некоторый небольшой дребезг. Это значит, что, например во время замыкания, контакты в течение доли секунды то сближаются, то вновь расходятся на очень маленькое расстояние, но в конце концов замыкаются. В ходе этого процесса образуются крайне слабые искры, не причиняющие вреда.

Гораздо более опасно индуктивное влияние в ходе коммутации таких нагрузок как электродвигатели, трансформаторы, и т. д., ибо они имеют большую индуктивность. А из курса физики нам известно, что ЭДС самоиндукции тем выше, чем больше индуктивность коммутируемой нагрузки, и чем выше скорость изменения тока, в нашем случае — скорость размыкания или замыкания цепи.

Так вот, поскольку контакты размыкаются резко, а ток в цепи, обладающей индуктивностью, мгновенно прекратиться не может (он поддерживается уменьшающимся магнитным полем), на выводах такой нагрузки образуется высокая ЭДС самоиндукции, пропорциональная индуктивности и обратно пропорциональная скорости размыкания.

Кстати, даже просто проводка обладает индуктивностью, и способна вызвать немалую ЭДС самоиндукции на контактах, особенно если провода достаточно длинные, хотя коммутируемая нагрузка может иметь и чисто активный характер.

Устройство электромагнитного реле

Итак, причинами искрения сверх всякой меры контактов электромагнитных пускателей и реле могут оказаться:

  • ослабленный прижимной механизм и связанный с этим продолжительный дребезг плюс образованный нагар;
  • влияние индуктивности коммутируемой нагрузки;
  • превышение максимально допустимого тока коммутатора.

Как устранить искрение

Если причина чрезмерного искрения контактов известна, можно попытаться ее устранить. В случае если контакты покрыты сажей, их нужно почистить. Это делается при помощи растворителя и мельчайшего абразива. Контакты должны плотно прижиматься друг к другу без зазора, поэтому в ходе чистки нельзя скрести их сильно. Если ослаблен прижимной механизм, можно попробовать его восстановить, подогнув пластину.

Установка диода параллельно коммутируемой нагрузке

Если же искрение вызвано влиянием индуктивности коммутируемой нагрузки при размыкании контактов, то в цепях постоянного тока обычно достаточно установки диода параллельно коммутируемой нагрузке (анодом на массу, катодом в сторону плюса источника питания). Диод должен быть быстродействующим и рассчитанным на ток, при котором нагрузка контактами отключается.

А для цепей переменного тока будет полезна снабберная RC-цепь, включаемая параллельно контактам реле или пускателя. Будучи установлена параллельно контактам, снабберная RC-цепь рассеет энергию искры или дуги (условно) на своем резисторе.

Емкость конденсатора такого искрогасительного снаббера для цепей переменного тока частотой 50 Гц находится по формуле C = I 2 /10. Номинал резистора вычисляется так: R = U/(10*I*(1+50/U)), где U – напряжение сети, I – действующий ток.

Снабберная RC-цепь работает по следующему принципу: при размыкании контактов, конденсатор заряжается до напряжения сети, а ток через резистор ограничивается его сопротивлением. При замыкании контактов, конденсатор разряжается через резистор, а ток через контакты ограничивается емкостью конденсатора. Таким образом, снабберная RC-цепь снижает пиковые значения тока и напряжения при коммутации, уменьшая искрение и износ контактов.

  • Проведение электроизмерительных работ в электроустановках учебных заведений
  • Как обжать витую пару
  • Пять бесплатных программ, которые облегчат жизнь проектировщику

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Делимся опытом

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо — Electrik.info, Андрей Повный

Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
Перепечатка материалов сайта запрещена.

Научный форум dxdy

Последний раз редактировалось ivanhabalin 08.04.2013, 12:40, всего редактировалось 2 раз(а).

Фильтр, установленный в цепи питания коллекторного эл. двигателя эл. бритвы, уже имеет в своём составе два дросселя (катушки намотанные на феритовых сердечниках, а так же конденсаторы). Кроме того в некоторых типах устройств, для снижения помех за счёт излучения, установлен экран из латунной фольги.
Вроде теория выполнена, но практически не получается. Здесь вероятно просчитывается номинальный режим работы эл. двигателя и только. Упускают возможно формирование резонансных контуров для некоторых частот, как в обмотках самого эл. двигателя, так и за сёт неявных элементов применяемого фильтра. (Двигатель эл. бритвы — открытая конструкция, т.е не имеет металлического корпуса) Как уже упоминалось, цена вопроса влияет на эффективность. И так покупают, а приёмки по полной программе нет.

Re: Фильтрация напряжения сети
08.04.2013, 16:31

Последний раз редактировалось ant224 08.04.2013, 16:50, всего редактировалось 1 раз.

hvost_soroki в сообщении #707116 писал(а):

Если бы на контактах возникала дуга «очень большой интенсивности», то контакты бы обгорали и быстро выходили из строя.

Всё верно, а мне следовало бы уточнить, что имеется в виду интенсивность электромагнитного излучения.

Контакты не обгорают, потому что тепловые потери при размыкании контактов не больше потерь при их замыкании. Фактором разрушения контактов является в первую очередь нагревание, а нагревает их ток.
При размыкании ток уменьшается настолько, насколько увеличивается ЭДС самоиндукции. Общая тепловая мощность при размыкании остаётся не больше, чем при замыкании.

Мне часто приходилось наглядно видеть моменты пуска и выключения на контактах пускателей мощных электродвигателей. При выключении возникает именно дуга. Не зря же там ставят дугогасители?

Дуга образуется из искрового разряда, если количество искр в единицу времени большое.
Можно задать вопрос?
Сколько искр возникает на контактах включения компрессора, когда он включается и сколько их образуется при выключении?

О «Просадочке» — я Вас поздравляю — у Вас в доме хорошая сеть, поэтому изменения накала ламп и не наблюдается. (что не скажешь о моей ).
В момент пуска двигателя ток резко возрастает и становится нормальным после разгона. Ток возрастает, напряжение падает — вот и просадка.

hvost_soroki в сообщении #707116 писал(а):

При малой мощности будет искровой разряд. При большой мощности (и наличии балластного сопротивления) будет дуговой разряд.

При одной и той же мощности можно получить и искровой и дуговой разряд. Дело в распределении тока и напряжения.
Возьмём, например мощность разряда 100 ватт.
При 100 вольтах — ток 1 а : так себе — незаметная искорка.
При 1000 вольтах — ток 0.1 а: вот, уж наверно искровой разряд
При 1000000 вольт — ток 0.0001 а : вот Вам и дуга при мощности 100 ватт.

почему при размыкании цепи питания трансформатора или электродвигателя может возникнуть сильная искра?

Явление самоиндукции.
Если сердечник был намагничен- эдс самоиндукции на несколько порядков может повысится по сравнению с исходным, повышенное напряжение пробивает воздушный зазор, образуя дугу.

после размыкания цепи электрическим ток может некоторое время течь через воздушный промежуток между разъединенными концами проводника, между контактами выключателя или рубильника. Вот этот ток через воздух образует электрическую искру.

Похожие вопросы

О реле замолвим мы слово

— Его убил пусковой ток!

Самый часто используемый компонент для коммутации цепей — это старое доброе электромагнитное реле. Однако правильный выбор реле — дело, зачастую, непростое. Что ж, давайте попробуем осветить этот вопрос.

А в чем, собственно, проблема? Ну, посчитали ток в нагрузке и взяли реле с соответствующим номиналом. Но такой расчет, возможно, будет ошибочен: вся проблема заключается в пусковых токах.

Пусковые токи при замыкании

Вооружимся осциллографом, токовыми клещами Hantek CC-65 для него, трансформатором напряжения HWPT07 для гальванической развязки осциллографа от измеряемой цепи (необязательно, но удобно смотреть в каком месте синусоиды напряжения произошло переключение), соорудим испытательный стенд и посмотрим, какие же пусковые токи наблюдаются у разных нагрузок.

Для удобства измеренные токи нормируем на условный «номинальный» ток устройства, который определяем по формуле как мощность, указанная на устройстве, деленная на напряжение в сети (230В) и умноженное на корень из двух (амплитудное значение тока) —

Лампы накаливания

«Чисто резистивная нагрузка же, какие пусковые токи?» — спросит читатель.

А вот и нет, пока спираль лампы холодная, она имеет сильно меньшее сопротивление. Лампа накаливания 95 Вт имеет сопротивление 40 Ом, что оценочно дает пусковой ток до 320 В / 40 Ом= 8 А, то есть в 13 раз больше номинального тока!

Видим, что пусковой ток превышает номинал в 8 раз, время разогрева спирали составляет менее одного полупериода, а длительность пика — примерно 2 мс.

Теплые полы. Чайник, ТЭНы эл. котлов

Температурный коэффициент нихромовых спиралей в ТЭНах весьма мал, и пусковой ток близок к номинальному.

Исключение — саморегулирующиеся кабели для теплых полов. У них полупроводниковый нагревающий элемент, его пусковой ток может быть больше в 2 раза.

Светодиодные и компактные люминесцентные лампы

«А-ха-ха, да какие там токи у 10-ваттной лампочки!»

Такие лампы небольшой мощности содержат в себе выпрямительный мост с конденсатором. То есть это чисто емкостная нагрузка, и пусковой ток должен быть очень большим. Как правило, для его снижения производители ставят перед мостом резистор.

Посмотрим на графики:


Видно, что у икеевских ламп всё весьма хорошо. А вот у других светодиодных ламп пусковой ток превышает номинал в 150 — 200 раз, и длительность пиков составляет ~100 мкс.

Электродвигатели

«У индуктивной нагрузки пусковой ток нулевой! Это же индуктивность!»

Ну-у, в момент замыкания контактов ток и правда нарастает плавно, но затем:

1. если момент замыкания попал в ноль напряжения, то всплеск тока двукратный (для чисто индуктивной нагрузки);

2. пока двигатель не выйдет на номинальные обороты, ток превышает в несколько раз номинальный; чем мощнее двигатель, тем больше превышение.

Блоки питания

Аналогично светодиодным лампам на входе у этих блоков питания стоит диодный мост и конденсаторы большой емкости. Для снижения пусковых токов производители ставят NTC-термисторы, зеленые (иногда черные) и круглые:

В холодном состоянии они имеют заметное сопротивление, чем и ограничивают пусковой ток. При работе блока питания термистор нагревается и его сопротивление снижается (в 20 — 30 раз), практически не мешая протеканию тока. Но после выключения блока питания некоторое время (до 1 минуты) термистор остается горячим и не может ограничивать пусковой ток. Поэтому крайне желательно после выключения блока питания подождать 10 — 30 с перед его повторным включением. Ниже графики с повторным включением через ~15 с (при быстром переключении пики еще больше):

Как же с этим знанием жить?

В документации на реле могут указывать несколько токов:
номинальный ток (Contact rating current) и максимальный ток переключения (Max. switching current) или пусковой ток (Inrush current) и т. д. И у «обычных» реле пусковой ток часто не указывают. О необычных напишем ниже. То есть если на реле написано «10А», то значит, по умолчанию у него и пусковой ток при коммутации не должен превышать 10А. Возможно, его можно умножить на 2, но это не точно.

Если максимальный пусковой ток 10-20А, а светодиодная лампочка имеет пусковой ток в 100 раз от номинала, то это очень грустно: получается, что коммутировать можно только 20-40 Вт лампочек.

Так что с обычными реле нужно либо сильно ограничить себя в выборе нагрузки и занижать мощность, либо быть готовым к тому, что контакты будут часто свариваться и реле придется менять. Для нагрузки с большими пусковыми токами лучше использовать специальные реле.

А теперь минутка рекламы про замечательные, самые хорошие на свете релейные модули нашего производства с управлением по Modbus RTU серий WB-MR3LV/I и WB-MR3LV/S и их версий с HV входами, а также модули WB-MRPS6. В них мы ставим реле HF115F-I и HF115F-S производителя Hongfa (самый крупный в Китае и четвёртый по миру производитель реле).

Отличие реле HF115F-I — особые контакты из AgSnO2, а HF115F-S еще и имеют специальную конструкцию из двух пар контактов, когда первая пара (вольфрамовые контакты, большой импульсный ток) замыкается чуть раньше второй (низкое сопротивление контакта, большой постоянный ток).

На фото контакты реле HF115F-I (слева) и HF115F-S (справа).

Пусковой ток HF115F-I — 120А/20мс, что позволяет коммутировать лампы накаливания общей мощностью до 2 кВт.

А HF115F-S — 165А/20мс и 492А/1,5мс, 800А/25мкс, то есть до 3 кВт для ламп накаливания и до ~600 Вт для светодиодных ламп.

Фото этих замечательных модулей реле:

А еще есть релейный модуль WB-MRWL3 с реле HF161F-W: его особенность — большой номинальный ток, что позволяет работать совместно с автоматом на 16А и использовать для коммутации розеточных групп.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *