Что такое переходное сопротивление и как его измерить

В чём суть работы заземления?

Принцип действия защитного заземления основывается на главном качестве электрического тока – протекать по проводникам, которые обладают наименьшим сопротивлением. На сопротивление человеческого тела оказывают влияние многие факторы, но в среднем оно приравнивается к 1000 Ом.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) контур заземления должен иметь сопротивление гораздо меньшее (допускается не более 4 Ом).

А теперь смотрите, в чём заключается принцип действия защитного заземления. Если какой-то электрический прибор неисправен, то есть произошёл пробой изоляции и на его корпусе появился потенциал, и кто-то прикоснулся к нему, то ток с поверхности прибора будет уходить в землю через человека, путь будет выглядеть как «рука-тело-нога». Это смертельная опасность, величина тока 100 мА вызывает необратимые процессы.

Защитное заземление сводит этот риск до минимума. Современные электроприборы имеют внутреннее соединение заземляющего контакта штепсельной вилки с корпусом. Когда прибор посредством вилки включён в розетку и в результате повреждения на его корпусе появляется потенциал, то он уйдёт в землю по заземляющему проводнику с низким сопротивлением. То есть ток не пойдёт через человека с сопротивлением 1000 Ом, а побежит через проводник, у которого эта величина намного меньше.

Вот почему важным этапом в обустройстве электрического хозяйства в наших жилых домах является измерение сопротивления заземления. Нам нужна 100 % уверенность, что эта величина ниже наших человеческих 1000 Ом.

И запомните, что это процедура не разового характера, измеряться сопротивление должно периодически, а сам контур надо постоянно поддерживать в исправном состоянии.

Механизмы

Для заданных физико-механических свойств материала параметры, которые определяют величину электрического контактного сопротивления (ECR) и его изменение на границе раздела, в первую очередь относятся к структуре поверхности и приложенной нагрузке ( механика контакта ). Поверхности металлических контактов обычно имеют внешний слой из оксидного материала и адсорбированных молекул воды, что приводит к переходам конденсаторного типа на слабоконтактных выступах и контактам резистивного типа на сильно контактирующих выступах, где прикладывается достаточное давление, чтобы выступы проникли в оксидный слой, формирование пятен контакта металл-металл. Если пятно контакта достаточно маленькое, с размерами, сравнимыми или меньшими, чем длина свободного пробега электронов, сопротивление в пятне может быть описано с помощью , посредством чего перенос электронов может быть описан баллистической проводимостью . Как правило, со временем пятна контакта расширяются и контактное сопротивление на границе раздела, особенно на слабо контактирующих поверхностях, уменьшается в результате сварки под действием тока и пробоя диэлектрика. Этот процесс известен также как ползучесть сопротивления. При механистической оценке явлений ЭЦР необходимо учитывать взаимосвязь химии поверхности , механики контактов и механизмов переноса заряда.

Нормы для каждого из типов

Для того, чтобы понять, какие нормативные и эксплуатационные показатели должны быть для каждого из типов:

1. Для электрических установок. Проводить измерения сопротивления заземления нужно в непосредственной близости к подстанции. В зависимости от нагрузки, этот показатель может составлять 60, 30 или 15 Ом. Также стоит учитывать естественные заземлители — для них эти величины должны равняться 8, 4 или 2 Ома соответственно. Все три величины зависят от напряжения в сети. 60 и 8 Ом допускаются для однофазной сети в 200 вольт. 30 и 4 Ом — для трехфазной с напряжением 380 вольт. Минимальные значения (15 и 2 Ома) — для 660 вольт. В ходе эксплуатации сопротивление заземляющего контура также не должно падать ниже показателей, описанных в абзаце выше.
2. Для пункта распределения или подстанции. Для установок с напряжением выше 100 киловольт (100 тысяч вольт) проводимость заземления при сдаче сети и при ее эксплуатации также остается неизменной и составляет 0.5 Ома. При этом обязательными требованиями при проверке являются глухой тип заземления и подключенная к нейтральному контуру. Также существуют нормы и для менее мощных установок, в которых напряжение лежит в пределах между 3 и 35 киловольт. В таком случае нужно 250 делить на расчетный ток замыкания в землю — результирующее значение будет необходимым сопротивлением в Омах. Показатель, согласно ПТЭЭП, не должен превышать 10 Ом в любом случае.
3. Для воздушных линий электропередач. Рассчитывается в зависимости от проводимости грунта, на котором стоят опоры ЛЭП:

• для грунта с удельным сопротивлением менее 100 Ом на метр — 10 Ом;
• с удельным сопротивлением 100…500 Ом на метр — 15 Ом;
• с удельным сопротивлением 500…1000 Ом на метр — 20 Ом;
• с удельным сопротивлением 1000…5000 Ом на метр — 30 Ом.

Для ЛЭП с напряжением тока менее 1000 вольт — до 30 Ом (для опор с защитой от попадания молнии). В ином случае сопротивление должно быть 60, 30 или 15 Ом для сетей с напряжением до 660, 380 или 220 вольт соответственно.

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

Нелинейный характер переходного сопротивления

Окисная пленка и неметаллические включения обуславливают повышенное переходное сопротивление (далее Rпер.) контактов. Его величина уменьшается при увеличении измерительного тока, поэтому наиболее достоверные измерения будут при токах, близких к рабочим токам выключателей. А при малом измерительном токе микроомметра значение Rпер. может оказаться выше допустимого паспортного значения и потребуется не нужная разборка выключателя для зачистки контактов.

Поэтому, если в паспорте выключателя не указано значение тока, при котором следует измерять сопротивление его контактов, то целесообразно следовать ГОСТ 17441-84 (п. 2.6.2), в котором рекомендуемая сила длительно протекающего измерительного тока не должна превышать 0,3 номинального тока контактного соединения.

Зачем измерять переходное сопротивление (ПС)

Электрические установки (ЭУ), а также корпуса электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других преобразователей необходимо заземлять. Присоединение заземляющего устройства к оборудованию и ЭУ выполняется болтовым соединением, которое так же имеет ПС.

Для надёжности срабатывания защитного отключения при коротком замыкании переменного тока на корпус ПС периодически должно проверяться.

Результаты тестирования ПС дают возможность понять, какова вероятность поражения человека током, есть ли опасность возгорания оборудования при повышении температуры на плохих контактах. Высокое ПС увеличивает время срабатывания защитного оборудования.

Уменьшение — переходное сопротивление

Уменьшение переходного сопротивления у контактов достигается увеличением давления между контактными поверхностями, а также такой конструкцией контактов, при работе которых происходит скольжение с перекатыванием ( притирание) подвижного контакта относительно неподвижного.
 

Разъем типа ШР.

Для уменьшения переходного сопротивления штыри и гнезда серебрят или золотят. Золочение применяется для ответственной аппаратуры, работающей в сложных климатических условиях, особенно, если во время эксплуатации контакты длительное время находятся в замкнутом состоянии. При таких условиях на серебре могут образоваться пленки окислов за счет действия сероводорода, что может привести к нарушению электрического контакта, если напряжение в электрической цепи мало.
 

Конструкция анодного заземлителя кабельного типа и варианты применения. а — конструкция, б и в — поверхностный и глубинный варианты применения. / — анодный заземлитель. 2 -коксовая засыпка. 3 — анодный кабель. 4 — полиэтиленовая труба. 5 — колонка. 6 — монтажная панель. 7 — опознавательный знак. 8 — герметизирующий узел.| Глубинное анодное заземление скважинного типа из обсадных или буровых труб. / — труба. 2 — соединительная муфта. 3 — заглушка. 4 — кондуктор. 5 — соединительный кабель. 6 — глинистый раствор. 7 — контактный узел. 8 — анодный кабель.

Для уменьшения переходного сопротивления используют коксовую мелочь.
 

Для уменьшения переходного сопротивления контактные поверхности покрывают оловом или изготовляют из серебра. На работу контактного соединения очень неблагоприятно влияет дуга — электрический разряд между расходящимися контактами цепи при сколько-нибудь значительных токе и напряжении.
 

Для уменьшения переходного сопротивления в размыкающихся контактах их конструируют таким образом, чтобы замыкание и размыкание сопровождалось скольжением одной контактной поверхности по другой, стирая образующуюся пленку окиси. Контакты проводов из латуни, бронзы и меди защищают от окисления лужением тонким слоем олова или сялава свинца и олова. В ряде случаев для этой цели используют серебро или же делают серебряные контакты.
 

Основные характеристики резисторов, выпускаемых на автоматизированных линиях.

Для уменьшения переходного сопротивления между углеродистым слоем и металлической арматурой края неуглероженных оснований покрывают суспензией коллоидного графита или молекулярного серебра, создавая промежуточный контактный слой.
 

Контакты автомата типа ВАБ, спаиваемые методом погружения в расплавленный припой.

Для уменьшения переходного сопротивления между пластинами основание контакта пропаивают серебряным припоем методом погружения. В целях лучшего затекания припоя в зазоры между пластинами спаиваемые поверхности пластин подвергают гальваническому серебрению. Процесс пайки ведется следующим образом. В ванне под слоем флюса, состоящего из буры, расплавляют серебряный припой, в который погружают основание контакта. Контакт выдерживают в ванне до момента достижения температуры, при которой серебряный припой легко стекает с контакта. Передержка контакта в расплавленной ванне приводит к сильному оплавлению контакта, то же имеет место и при сильном перегреве припоя.
 

Для уменьшения переходного сопротивления нажатие контактов обеспечивается пружинами.
 

Для уменьшения переходного сопротивления контактов на концы пластин-контактов наносится слой серебра, золота, родия или других благородных металлов. Этот слой выполняет также роль немагнитной прокладки, не допускающей залипания контактов.
 

Для уменьшения переходного сопротивления щетки иногда устанавливают наклонно ( навстречу движению) и ставят несколько параллельных щеток на одно кольцо.
 

Для уменьшения переходного сопротивления контактов на концы пластин-контактов наносится слой серебра, золота, родия или других благородных металлов. Этот слой выполняет также роль немагнитной прокладки, не допускающей залипания контактов.
 

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.

Понятие переходного электрического сопротивления в электрических контактах

Переходным электрическим сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местах соединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов. При прохождении тока нагрузки в таких местах за единицу времени выделяется некоторое количество тепла, величина которого пропорциональна квадрату тока и сопротивлению места переходного контакта, которое может нагреваться до весьма высокой температуры. Если нагретые контакты соприкасаются с горючими материалами, то возможно их зажигание, а при наличии взрывчатой системы возможен взрыв. В этом и состоит пожарная опасность переходных контактных сопротивлений, которая усугубляется тем, что места с наличием переходного сопротивления трудно обнаружить, а защитные аппараты сетей и установок, даже правильно выбранные, не могут предупредить возникновение пожаров, так как ток в цепи не возрастает, а нагрев участка с переходным сопротивлением происходит только вследствие увеличения сопротивления.

Переходное сопротивление контактов и влияющие на него факторы

Переходное сопротивление контактов или, иначе говоря, сопротивление непосредственно зоны контакта — величина, которая может быть математически выражена отношением падения напряжения на соединении к протекающему через него ток (ΔU/I).

Значение переходного сопротивления (далее по тексту — ПС

) — очень важный качественный показатель состояния любого контактного соединения, является величиной нормируемой, максимально допустимое значение которой составляет 0,05 Ом.

Рассмотрим здесь основные факторы, влияющие на величину ПС

контактных соединений.

Площадь поверхности соприкосновения контактируемых проводников

. Большее ее значение снижаетПС соединения. В свою очередь, площадь поверхности зависит от силы воздействия (нажатия) поверхности одного проводника на поверхность другого.

Кроме того, площадь поверхности соприкосновения зависит от гладкости поверхностей соединяемых проводников; так, по понятным причинам, площадь соприкосновения проводников, имеющих шероховатые поверхности будет меньше площади соприкосновения проводников аналогичного сечения с плотно “подогнанными” гладкими поверхностями.

Многим, даже достаточно далеким от электротехники читателям известно значение выражения “плохой контакт”; во многих случаях его возникновение обусловлено именно упомянутыми выше факторами.

Степень окисления

контактируемых поверхностей соединяемых проводников. Пленка окиси, независимо от материала изготовления проводника имеет значительно большее электрическое сопротивление.

Особенно сильно подвержены окислению проводники из алюминия. Для сведения: довольно быстро образующаяся на воздухе пленка их окиси имеет удельное сопротивление 1012 ом*см.

Следует иметь ввиду, что интенсивность окисления проводников во многом зависит от температуры контакта; при его нагреве этот процесс протекает значительно быстрее, существенно увеличивая ПС

контактного соединения.

Электрохимическая совместимость материалов

. Этот влияющий наПС соединения фактор тесно связан с предыдущим. При соединении электрохимически несовместимых проводников, поверхность соприкосновения представляет собой контакт двух окислов, имеющих высокое значениеПС .

Показательным примером такой несовместимости являются медные и алюминиевые проводники: недопустимость их прямого соединения обусловлена повышением температуры контакта, что нередко может представлять собой потенциальную угрозу возникновения пожара.

Учитывая перечисленные факторы, влияющие на ПС

контактных соединений следует добавить, что в целях его снижения далеко не последнее место занимает соответствие видов соединительных изделий материалам проводников и условиям эксплуатации.

Испытания сопротивления заземления

Замер сопротивления заземления

Существуют приемо-сдаточные и эксплуатационные испытания.

Первые на основании ПУЭ проводятся после окончания работ по установке защитного заземления. Эксплуатационным испытаниям, регламентируемым ПТЭЭП, подвергаются электроустановки, которые сданы в эксплуатацию. При данном виде испытаний, обследования проводятся на протяжении всего периода работы защитного устройства.

В соответствии с правилами измерение сопротивления заземляющей конструкции должно осуществляться один раз в шесть лет. Если есть подозрение на повреждение заземляющего устройства, такое испытание проводится чаще.

Замеры переходного сопротивления проходят не менее одного раза в год.

Кроме измерения сопротивления также при испытаниях должен происходить тщательный осмотр всех видимых частей заземляющего устройства.

Раз в 12 лет необходимо проводить детальный осмотр с частичным вскрытием грунта в местах наиболее вероятного появления коррозии. Если грунт в данном районе ведет себя агрессивно, то количество таких осмотров увеличивается.

Также один раз в шесть лет проводится проверка состояния предохранителей.

Если в результате проверки было выявлено более 50% повреждений, такую защитную конструкцию следует заменить в обязательном порядке.

Переходное сопротивление — контактное соединение

Переходное сопротивление контактного соединения ( контакта) зависит от температуры нагрева контактных деталей и степени его окисления. Повышение переходного сопротивления с повышением температуры контакта объясняется увеличением удельного электрического сопротивления материала контакта.
 

Переходное сопротивление контактных соединений следует измерять взрывозащищенными приборами в соответствии с требованиями ПУЭ.
 

Зависимость переходного сопротивления медных контактов от температуры.

Переходное сопротивление контактного соединения в силовой степени зависит от окисления контактной поверхности, которое может привести к увеличению переходного сопротивления в десятки и сотни раз.
 

Переходное сопротивление контактного соединения при температуре 70 не должно превышать более чем на 20 % сопротивления целого участка шины той же длины. Стабильность соединения достигается установкой под гайку каждого болта пружинящих шайб, которые применяются для медных и стальных шин при резких изменениях температуры или при наличии вибрации, а для алюминиевых шин — во всех случаях.
 

Переходное сопротивление контактного соединения не должно заметно превышать сопротивления цельного участка шины ( или провода) такой же длины.
 

Измерение переходных сопротивлений контактных соединений производится микроомметрами или контактомерами, т.е. специальными приборами для измерения малых сопротивлений. Эти приборы имеют специальные контактные наконечники щупов, которые прижимаются к токопроводящим элементам с обеих сторон проверяемого контактного соединения. Со стороны проверяемого сопротивления присоединяются потенциальные наконечники, с внешней стороны — токовые наконечники щупов. Обозначения потенциальных ( П) и токовых ( Т) наконечников нанесены на рукоятки щупов. Оценка качества контактного соединения производится сопоставлением значения сопротивления участка с контактным соединением со значением сопротивления токоведущего элемента на участке, длина которого равна участку с проверяемым контактным соединением.
 

Большая стабильность и малое переходное сопротивление контактного соединения, осуществленного посредством оси, подтверждаются длительным опытом эксплуатации.
 

Соответственно изменению действительной площади соприкосновения контактов изменяется переходное сопротивление контактного соединения.
 

Объективным и прямым методом контроля качества контактного соединения является измерение величины переходного сопротивления контактного соединения или падения напряжения на нем и сравнение полученных данных с нормативными. Наряду с этим контактное соединение осматривают, используя в необходимых случаях лупы, а также измеряют штриховыми инструментами.
 

Значения коэффициента.

Из ( 8 — 20) следует, что при неизменной общей площади соприкасающихся поверхностей переходное сопротивление контактного соединения или контакта тем меньше, чем больше контактное давление, так как от него зависит их действительная площадь соприкосновения деталей.
 

Необходимо также измерять омическое сопротивление обмоток встроенных ( втулочных) трансформаторов тока на всех отпайках, обмоток реле, переходных сопротивлений контактных соединений, недоступных для осмотра, и отдельных контактных соединений, вызывающих сомнение в их качестве

Особое внимание надо уделять штепсельным и скользящим контактным соединениям, например контактам, с помощью которых вторичные элементы тележки ячейки КРУ соединяются со вторичными элементами, расположенными в неподвижных отсеках.
 

К расчету проводника, проходящего через фарфоровый изолятор.

Количество тепла, выделяющееся в 1 сек в контактном соединении или в контакте, равно I2RK, где / — величина тока, а Кк — переходное сопротивление контактного соединения или контакта. Одновременно с процессом нагрева идет процесс охлаждения путем отдачи тепла в окружающее пространство и прилегающим менее нагретым металлическим частям. Температура контактного соединения или контакта установится после того, как количество тепла, выделяющееся в нем, будет равно количеству отдаваемого тепла.
 

Квантовый предел

Когда проводник имеет пространственные размеры, близкие к , где находится волновой вектор Ферми проводящего материала, закон Ома больше не выполняется. Эти небольшие устройства называются квантовыми точечными контактами . Их проводимость должна быть целым числом, кратным значению , где — элементарный заряд, а — постоянная Планка . Квантовые точечные контакты ведут себя больше как волноводы, чем классические провода повседневной жизни и могут быть описаны формализмом рассеяния Ландауэра . Точечно-контактное туннелирование — важный метод определения характеристик сверхпроводников .
2πkF{\ displaystyle 2 \ pi / k _ {\ text {F}}}kF{\ displaystyle k _ {\ text {F}}}2е2час{\ displaystyle 2e ^ {2} / h}е{\ displaystyle e}час{\ displaystyle h}