Что такое переходное сопротивление и как его измерить

Контактная поверхность

Поверхность контакта, как и всякого твердого тела, всегда обладает шероховатостью и волнистостью. Приближенно геометрическую модель контактной поверхности можно рассматривать как некоторую волнистую поверхность, на которой расположены сферические выступы. Высота выступов относительно основания волн неодинакова. Статистическое распределение значений высот этих выступов близко к нормальному.

Наличие шероховатости и волнистости приводит к тому, что две поверхности всегда контактируют только в отдельных «пятнах».

Поверхность, представляющая собой совокупность точек, через которые передается давление, называется эффективной поверхностью механического контакта, и если это чистый металл, то есть его поверхность свободна от непроводящих пленок, то такая поверхность будет также являться эффективной поверхностью электрического контакта.

Эффективная поверхность контакта является функцией контактного нажатия.

Под действием усилия нажатия две поверхности сближаются за счет деформации контактирующих выступов, и в соприкосновение входит все большее и большее количество отдельных выступов. Сближение контактирующих поверхностей происходит до тех пор, пока сумма реакций упруго деформированных выступов не будет равна усилию нажатия N, то есть когда:

где n_k — количество контактирующих выступов; N_i — реакция выступа, деформированного на величину Δ_i .

Величина эффективной контактной поверхности при этом равна:

где r — средний радиус выступов, величина которого определяется чистотой обработки контактных поверхностей.

Зависимость между величиной эффективной контактной поверхности и контактным давлением можно представить в виде:

для случая контактирования по линии (например, контакт между образующей цилиндра и плоскостью).

для случая контактирования по плоскости, где Е — модуль Юнга; h_m — максимальная высота выступов; n_o — общее количество выступов на «кажущейся» контактной поверхности.

При контактных давлениях порядка 0,015ч1,0 кгс, которые обычно имеют место на практике в разъемных контактах, эффективная поверхность контактирования ничтожно мала по сравнению с кажущейся контактной поверхностью. Обычно она составляет от долей до единиц процента.

Контроль над изоляцией

Сопротивление изоляции относится к важному параметру электротехнической продукции. Именно от нахождения параметра в установленных нормах зависит безопасность работы

Поэтому важно периодически замерять величину, вовремя выявляя отклонения. Кроме того, для промышленных объектов предусмотрена обязательная периодичность проведения измерений.

В соответствии с установленными нормами и правилами, измерения изоляции должны осуществляться:

• для передвижных или переносных установок не реже одного раза в полугодии;
• для внешних приборов и кабелей наружной прокладки, а также в помещениях с повышенной опасностью — не менее одного раза в год;
• для всех остальных случаев не реже одного раза в три года.

Как часто замерять ПС заземления

Заземление – это специальное соединение оборудования с заземляющим устройством (ЗУ).

ЗУ представляет собой устройство, состоящее из следующих элементов:

• заземлителя (контура заземления);
• шины заземления;
• заземляющих проводников.

Проверку в полном объёме с вскрытием грунта, осмотром состояния заземлителей и соединяющих их проводников проводят 1 раз в 12 лет. Внеплановые проверки проводят после капитальных ремонтов, связанных с заземляющими элементами. Срок проверки и измерений ПС ЗУ назначается на основании рекомендаций организации, которая выполняла предыдущую проверку.

Значение Rп, лежащее в пределах регламентируемых норм, обеспечивает стабильную работу коммутационных устройств. Это, в свою очередь, способствует бесперебойной и безопасной эксплуатации оборудования.

Документирование результатов измерений

По итогам проведенных работ подготавливается отдельный документ, в котором фиксируются все необходимые данные.

В бытовых однофазных цепях вполне достаточно будет провести три замера. В последних строчках заполняемого протокола обязательно должна присутствовать фраза о соответствии полученных результатов требованиям ПУЭ.

Кроме того, в них вносятся следующие данные:

1. Дата и объем проведенных обследований.
2. Сведения о составе рабочей бригады (из обслуживающего персонала).
3. Используемые при проверке измерительные приборы.
4. Схема их подключения, окружающая температура, а также условия проведения работ.

По завершении протоколирования измерений журнал с соответствующими записями убирается в надежное место, где он хранится до следующих испытаний. Сохраненные таким образом акты замеров в любой момент могут потребоваться для того, чтобы в аварийных ситуациях служить доказательством исправности поврежденного изделия.

Готовый протокол обязательно заверяется подписью производителя работ и проверяющего, назначенного из состава оперативного персонала. Для оформления актов замеров допускается использовать обычный блокнот, но более законным и надежным способом считается заполнение специального бланка (его образец приводится ниже).

Образец протокола измерения сопротивления изоляции

Заранее подготовленная форма протокола содержит пункты, в которых указываются:

1. Порядок проведения измерительных операций.
2. Применяемые при этом средства измерения.
3. Основные нормативы по контролируемому параметру.

Кроме того, форма актов измерения электропроводок содержит готовые таблицы, подготовленные к заполнению. В таком виде документ составляется на компьютере всего лишь один раз, после чего он распечатывается на принтере в нескольких экземплярах. Такой подход позволяет сэкономит время на подготовку документации и придает актам замеров законченный, официальный вид.

Про электричество. Что такое Фаза и Ноль

В электроэнергетике не так-то и много разновидностей подключённых проводов. Различают провода питания и защитные провода.

В этой небольшой статье мы не будем углубляться в дебри, трёхфазные и пятифазные сети. Всё рассмотрим буквально на пальцах, на том, что нас окружает и что есть в наличии во всех магазинах и в каждом электрифицированном жилище. Проще говоря, возьмём и вскроем обычную розетку.

Начнём с времён минувших и отдадим предпочтение той электрической розетке, которая была изготовлена и установлена лет так 10, а то и 15 назад. Мы видим, что розетка подключена всего к двум проводам.

Один из этих проводов обязательно должен иметь голубоватую или синюю окраску. Именно так определяется рабочий нулевой проводник. По нему не идёт ток от источника — он направляется от Вас к источнику. Он вполне безобидный, и если схватиться за него, не прикасаясь ко второму, то ничего страшного и ужасного не случится.

А вот второй провод, окраска которого может быть любой, за исключением синей, голубой, жёлто-зелёной в полоску и чёрной, более коварный и злостный. А что вы хотите, ведь он всегда под напряжением, так как именно к нему поступают свеженькие электроны и заряженные частицы от трансформаторов и генераторов электростанций и подстанций. Называется он фазный проводник.

Дотронувшись до этого провода, вы можете получить хорошенький разряд, вплоть до смертельного исхода. И это не шутки, так как любой ток, напряжение которого свыше 50 Вольт убивает человека за несколько секунд, а у нас в бытовых розетках не менее 220 Вольт переменного тока.

Наличие напряжения на фазных проводниках можно определить специальными индикаторами. Они выполнены в виде обыкновенных отвёрток с крестовиной или лопаткой.

Рукоятка такой отвёртки состоит из полупрозрачного пластика, внутри которой встроена лампочка — диод. Верхняя часть рукоятки — металлическая.

Дотроньтесь рабочей частью индикатора до проводника, а большим пальцем руки — до металлической части на рукоятке. Если встроенный диод загорелся, значит трогать этот провод не стоит — он сейчас под напряжением.

Заметьте, что нулевой проводник никогда не вызовет горение диода, так как на нём по определению нет напряжения при условии, что он не соприкасается с проводником, по которому протекает ток.

А что же мы увидим, если вскроем розетку современного производства, приобщённую к евро стандартам. В такой розетке три провода. Два нам уже знакомы. Фазный проводник, который всегда под напряжением и может иметь любую окраску. Рабочий нулевой проводник, как правило имеет синюю или голубоватую окраску. И третий проводник, состоящий из жёлтой и зелёной окраски вдоль всего провода, который принято называть защитным нулевым проводником. Причём обычно фазный проводник расположен справа в розетках или сверху в выключателях. А нулевой защитный проводник располагается слева в розетках или снизу в выключателях.

Если по фазному проводу поступает напряжение к розетки, а по нулевому уходит от розетки к источнику, то зачем же нужен защитный?

Если подключаемое в розетку оборудование полностью исправно и проводка в надлежащем состоянии, то защитный нулевой проводник не принимает никакого участия и попросту бездействует.

Но представим, что произошло короткое замыкание, перенапряжение или замыкание на части оборудования, нормально не находящиеся под напряжением. То есть ток попал на те части, которые обычно не находятся под его действием, и поэтому изначально не соединены с проводниками Фаза и Рабочий ноль. Вы попросту ощутите удар электрического того на себе, и в худшем случае — можете погибнуть в следствии остановки сердечной мышцы.

Тут и нужен тот самый защитный нулевой проводник. Он заберёт этот ток и перенаправит его к источнику или в землю, в зависимости от того, как выполнена проводка в конкретном помещении. И даже Если Вы случайно прикоснётесь к оборудованию, не нормально находящемуся под напряжением, вы не ощутите сильного удара, ведь ток тоже не дурак — он ищет лёгкие пути, то есть выбирает ту дорогу, где наименьшее сопротивление. Сопротивление человеческого тела составляет приблизительно 1000 Ом, в то время как сопротивление защитного нулевого проводника всего около 0,1-0,2 Ом.

Пользуйтесь современными технологиями и стандартами, чтобы быть в безопасности в любой момент при любых обстоятельствах. Помните, что Ваша безопасность зависит от принимаемых Вами действий и мероприятий по её обеспечению!

Методика измерения

Существует регламент измерений Rп для коммутационных устройств: автоматических выключателей, разъединителей, сборных и соединительных шин и другой аппаратуры.

Методы измерений следующие:

• метод непосредственного отсчёта;
• способ вольтметра-амперметра;
• измерение статической нестабильности Rп.

При первом способе тестирования применяют приборы, позволяющие выполнять непосредственный отсчёт с учётом погрешности (±10%). При этом методе измеряют сопротивление контактного соединения.

Важно! Тестируемые поверхности контакт-детали не зачищают и не обрабатывают перед измерением. Контакт-деталь сочленяют (замыкают) и присоединяют к выводам приборов

Размыкание контактов и передвижение измерительных проводов недопустимы.

При помощи метода вольтметра-амперметра определяют величину падения напряжения (при установленном значении тока) на тестируемом переходе.

Схема измерительной установки

Все погрешности измерений приборов, входящих в схему, должны быть в пределах ±3%. Значение R1 подбирают на два порядка больше, чем предполагаемое измеряемое сопротивление.

Расчёт результатов измерений выполняют по формуле:

Rп = UPV2/IPA,

где:

• UPV2 – результат, полученный на вольтметре PV2, В;
• IPA – ток, измеряемый амперметром PA, А.

Статическую нестабильность Rп определяют, находя величину среднеквадратичного отклонения Rп по результатам многочисленных замеров.

Внимание! Переходное сопротивление замеряют одним из методов, рассмотренных выше. Контакт-деталь размыкают и заново смыкают перед каждым тестированием, снимая электрическую нагрузку

Необходимый результат получают, используя формулы на рис. ниже.

Формулы для расчёта результата методом статической нестабильности

Погрешность результатов, полученных при этом методе, лежит в пределах ±10% (с вероятностью 0,95).

Перечень приборов, применяемых для измерений

Измерения Rп переходов проводят и микрометром ММR-610. В результате работы тестируют сопротивления постоянному току контактов автоматов и других соединений. Проводят два вида измерений:

• однонаправленным током;
• двунаправленным током.

В первом случае не отображается величина активного сопротивления R, зато этот метод убыстряет процесс измерений там, где нет внутренних напряжений и сил электростатики. Во втором случае прибор устраняет погрешности (ошибки), возникающие от присутствия в тестируемой конструкции таких сил и напряжений.

Микроомметр MMR – 610

Полученные в результате измерений (проверки) данные записываются в протокол, согласно ПУЭ-7 п.1.8.5. Протокол хранится совместно с паспортами на оборудование.

Образец протокола проверки

Подробная инструкция по измерению сопротивления

Чтобы точно снять параметры с измеряемого объекта, будь то обычные провода или сложная микросхема, прибор необходимо заранее подготовить к работе. И прежде всего проверяется заряд аккумуляторной батареи. Затем нужно правильно установить в устройство щупы и провести ряд настроек.

Подключаем щупы

В комплектацию мультиметра входят два заостренных металлических стержня. Как правило, они до половины спрятаны под изоляционным пластиковым покрытием. Каждый из них подсоединен к проводу, который заканчивается штекером. Через него щуп можно подключить к различным портам на приборе.

Таких приемных разъемов мультиметр имеет четыре:

1. Общий (com). 
2. Напряжение и сопротивление (V/Ω). 
3. Сила тока (mA). 
4. Сила тока свыше 200 mA (20 A max).

Щупы отличаются друг от друга только цветом. Один из них красный, другой – черный. При любых измерениях один из щупов всегда подключается к общему порту. И по негласному правилу для этих целей используют стержень с черной изоляцией. Но это не принципиально, хотя все инструкции к приборам ориентированы именно на такую позицию.

Выбор гнезда для красного щупа зависит от поставленных задач. Например, чтобы измерить сопротивление мультиметром, его нужно подключить к второму гнезду, промаркированному символами – V/Ω. При этом на щупы пойдет постоянное напряжение

Поэтому важно запомнить, что на черном будет плюс, а на красном – минус

Выбирая для себя измерительный прибор настоятельно рекомендую проверить качество щупов. Для этого при включенном режиме на проверку сопротивления их нужно соединить друг с другом. Если данные на табло «скачут», то это говорит о плохих контактах. И такое устройство никогда не покажет точного сопротивления.

Правда, если в остальном прибор полностью устраивает будущего владельца (цена, интерфейс, удобность), то можно провести уже дома доработку. Поменять провода на более толстые с низким сопротивлением и добротно припаять их к стержням. Также подогнать разъемы портов под штекер.

Выбираем диапазон

Я не буду описывать весь прибор, поскольку разговор идет только о сопротивлении. Поэтому скажу сразу, что переключатель режимов нужно установить на позиции, обозначенной символом – Ω. А вот чувствительность прибора придется выбирать самостоятельно. И для этого нужно обладать минимальными знаниями примерного сопротивления материалов.

Как правило, в секторе «Ω» присутствуют 5 позиций:

• 200; 
• 2000; 
• 20K; 
• 200K; 
• 2000K.

Но, если вы даже не догадываетесь, на какую из них установить переключатель, не беда. Это при неправильном замере силы тока можно сжечь прибор. А измеряя сопротивление на мультиметре, навредить ему невозможно.

Есть правило. Всегда выбирается наибольшая позиция, ближайшая к предполагаемой. А потом смотрят на дисплей. Если на нем показана «1», то значит мы завысили предположительное значение. Когда появилось два нуля перед какой-нибудь цифрой – значит занизили, и нужно подниматься по позициям.

А новичкам я советую действовать так. Переключатель устанавливается на отметке «2000К», а затем понижают настройки. Когда единица сменится на какие-то конкретные цифры, то это и есть искомый результат.

Последовательность действий при измерении

Рассмотрим, как замерить сопротивление мультиметром, совершая последовательные действия:

1. Щуп с черной изоляцией подключается к порту «com». 
2. Красный – в разъем «V/Ω». 
3. На переключателе выбирается самая большая позиция из сектора «Ω». 
4. Щупы прикладываются друг к другу. Дисплей должен показать какое-нибудь мизерное значение. 
5. Исследуемая цепь (элемент) обесточивается. 
6. Щупами прикасаются к концам цепи. 
7. Если на дисплее возникла единица, то понижают настройки и повторяют процедуру.

При измерении сопротивления полупроводников (диоды, транзисторы) всегда необходимо помнить о полярности. Например, на диоде черный щуп должен касаться катода, а красный – анода. А если при проверке резистора в любом диапазоне появляется только «1», то это говорит о сгоревшей детали. А когда в ней произошло межвитковое замыкание, то значения будут значительно ниже предполагаемых.

От чего зависит величина переходного электрического сопротивления

Величина переходного сопротивления контактов зависит от материала, из которого они изготовлены, геометрической формы и размеров, степени обработки поверхностей контактов, силы нажатия контактов и степени окисления. Особенно интенсивное окисление происходит во влажной среде и с химически активными веществами, а также при нагреве контактов выше 70 — 75 С.

Величина переходного контактного сопротивления не должна превышать более чем на 20% величину сопротивления сплошного участка этой цепи примерно такой же длины.

Величина переходного электрического сопротивления контакта зависит от степени окисления соединяемых контактных поверхностей проводников. Металл контактов взаимодействует с окружающей средой, кислородом воздуха, агрессивными тазами и влагой и вступает с ними в химические реакции, вызывая химическую коррозию металла. Пленка окиси, образующаяся на поверхности металла (например, алюминия) от воздействия воздуха и окружающей среды, создается чрезвычайно быстро и обладает очень большим электрическим сопротивлением. Загрязненные или покрытые окислами контактные поверхности имеют более высокое переходное сопротивление, так как в этом случае в ряде точек нет непосредственного соприкосновения металлов. Окисление идет тем быстрее, чем выше температура контактных поверхностей и чем легче доступ воздуха к ним. Переходное сопротивление контактного соединения или контакта вследствие окисления может возрасти в десятки и сотни раз, так как окислы большинства металлов являются плохими проводниками. В результате реакции окисления проводящая конструкция постепенно разрушается. Если при этом она находится под нагрузкой, то уменьшение ее сечения приводит к дополнительному нагреву (закон Джоуля-Ленца), что в итоге может привести к ее расплавлению.

Величина переходного сопротивления контакта зависит от его конструкции, материала соприкасающихся частей и силы прижатия их друг к другу. Контактные поверхности всегда имеют микроскопические возвышения и впадины; поэтому соприкосновение происходит только в отдельных точках-небольших площадках. Действительная площадь касания увеличивается с ростом силы прижатия контактов друг к другу. Под влиянием силы прижатия металл в точках касания сминается и размеры площадок увеличиваются, возникает соприкосновение в новых точках. Это приводит к снижению переходного сопротивления.

Проверка расстояния. Величина переходного сопротивления контактов выключателей (на одну фазу) для масляных выключателей 200 а составляет не более 350 мком и для выключателей 1000 а-100 мком. Для всей цепи одной фазы воздушных выключателей сопротивление контактов должно быть не более 500 мком.

Величина переходных сопротивлений контактов выключателей зависит от их типа.

На величину переходного сопротивления контакта, как показывают опытные данные, оказывает влияние ряд причин. Оно зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактными элементами, величины поверхности их соприкосновения и ее состояния, а также температуры контакта.

Сопротивление зависит от материала контактного соединения, давления, испытываемого контактами, величины поверхности соприкосновения, состояния поверхности и температуры контакта.

Большое влияние на большие переходные сопротивления контактов оказывает их окисление. Контакты, помещенные в масло, подвергаются значительно меньшему окислению, чем работающие в воздухе.

Конструкция контактов должна быть такова, чтобы замыкание и размыкание контактов сопровождалось трением одной поверхности о другую, что способствует их очищению от оксидной пленки.

Когда не так важна величина переходного сопротивления контакта, как его постоянство (например, в измерительной аппаратуре), применяют гальваническое осаждение палладия, имеющего электропроводность в семь раз меньшую, чем у серебра, но весьма стойкого к химической коррозии и твердого.

При очень больших силах нажатия величина переходного сопротивления контактов меняется чрезвычайно не-значительно. Кроме того, слишком большие силы нажатия вызывают чрезмерные напряжения в материале контактных элементов, вследствие чего контакты утрачивают упругость и становятся менее прочными.

По виду касания различают размыкаемые контакты точечные, линейные и плоскостные. Поверхности контактов из-за шероховатости соприкасаются в ограниченном числе точек. Величина переходного сопротивления контакта зависит от силы сжатия контактов, пластичности их материала, качества обработки поверхности и ее состояния, а также от удельного сопротивления материала и вида касания.

Остались вопросы?Проконсультируем по телефону

Анализ и оформление результатов испытаний.

Первичные записи рабочей тетради должны содержать следующие данные:

• дату измерений
• температуру, влажность и давление
• наименование, тип, заводской номер оборудования
• номинальные данные объекта испытаний
• результаты испытаний
• результаты внешнего осмотра
• используемую схему

Все данные испытаний сравниваются с требованиями НД, и на основании сравнения выдаётся заключение о пригодности объекта к эксплуатации. По результатам испытаний заполняется протокол установленной формы, в соответствии с требованиями НД (ГОСТ Р 17025-2006) и согласованный с СЗУ Ростехнадзора. Данные измерений, произведённых при завышенной (заниженной) температуре окружающего воздуха не требуется приводить к температуре заводских данных или к какой-либо определённой, нормируемой температуре. Исключение в данном случае составляют результаты измерения тангенса угла диэлектрических потерь, так как нормирование величины тангенса в НД ведётся при температуре 20 °С.

Как контролировать величину переходного сопротивления

В графики планово — предупредительного ремонта электрического оборудования, в котором имеются контактные устройства в обязательном порядке входит проверка их переходного сопротивления. Периодичность таких работ учитывает требования ПТЭЭП («Правил технической эксплуатации электроустановок»). Однако решающее слово о назначении проверки переходного напряжения остается за эксплуатирующей электрооборудование организацией. Своевременное обнаружение неисправности контактов позволяет предотвратить выход из строя всего оборудования.

Выявить неисправность контакта поможет измерение переходного сопротивления. Существует несколько методов в определении этого параметра. Однако общим для всех способов замера служит измерение переходного сопротивления в установленных нормативно — технической документацией значений тока и напряжения.

Метод измерения с помощью простой схемы

Установленные ПУЭ значения номинального тока и напряжения для определения допустимого переходного сопротивления не позволяют напрямую применять для измерения обычные омметры или тестеры. Выйти из положения поможет простая схема с применением амперметра и милливольтметра.

Увеличением/уменьшением нагрузки R подбирается рабочий ток контактной пары, а милливольтметр фиксирует при данном токе напряжение. По формуле закона Ома переходное сопротивление контакта определяется расчетным путем.

Метод измерения с помощью специальных приборов

Существуют специальные миллиомметры и микроомметры с помощью которых переходное сопротивление контакта можно определить, подключив зажимы непосредственно к его концам.

Эти измерительные приборы отличаются по принципу действия, весогабаритным характеристикам, метрологическими показателями. Однако требования к зажимам («крокодильчикам») у них одинаковые. Они должны плотно прилегать к подключаемым с их помощью концам входа и выхода, для чего зажимы оснащаются болтовыми соединениями, пружинами сжатия и другой подобной оснасткой.

Некоторые электрические устройства имеют конструктивные особенности, которые необходимо учитывать при измерении переходного сопротивления. Например, высоковольтные выключатели оснащены трансформаторами тока. В процессе измерения переходного сопротивления подача тока вызывает переходной процесс, возникающий в обмотках трансформатора. Измерительный прибор должен иметь в конструкции устройство обеспечивающее исключение такой погрешности.

Устранить под ноль переходное сопротивление согласно законам физики невозможно. Надо просто научиться с ним мирно сосуществовать, соблюдая все технические регламенты по профилактике контактных пар, контролю их с помощью измерительных приборов. В этом случае величина переходного сопротивления будет столь мала, что ее негативное влияние не будет ощущаться при работе электроустановок.