Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Жгуты и коммутационная аппаратура. Учебное пособие
.pdf
Обозначение реле расшифровывается следующим образом: Т – тридцать (напряжение питания обмотки); К – коммутационное реле; П – переключающее реле; С – сто (напряжение питания обмотки); П – питание от
сети переменного тока; Е2, Е5 – коммутируемый ток (Е2 – 2А, Е5 – 5А);
1, 2 – число пар контактов; О – температура окружающей среды ( +60 °С);
Д – дополнительная температура окружающей среды
(+25 °С); ОД – допустимая температура окружающей среды (+85 °С); 1 – максимально допустимая длительно воздействующая температура окружающей среды
(+100 °C); Г – герметичное исполнение; Б – модификация; В – реле времени; Н – реле напряжения.
Кнопки представляют собой устройства нажимного действия, предназначены для ручного включения, выключения и переключения электрических цепей постоянного тока с омической и
индуктивной нагрузками,
применяются для кратковременного управления цепями незначительной
мощности.
Наибольшее распространение получили кнопки следующих типов:
К, КР, КНР, KHЗ, КПН, КУ, ПК, КФЛ, КЛ, КГ, КП. В обозначениях буквы
расшифровываются следующим образом: К – кнопки, HP – с замыкающими контактами (нормально разомкнутые), НЗ – с размыкающими контактами (нормально замкнутые), Г – герметичного исполнения.
Примеры обозначения кнопок: 5К, 205К, КР, 2КНР, 4КHP, 2КПН,
2КНЗ, КУ-5, ПК-4, КФЛ-37ТВ, КЛ-5, КГ-5, КГ1-5.
Основные технические данные кнопок: ток в цепи контактов при
омической нагрузке до 5 А, индуктивной – 3 А; падение напряжения на
выводах при замкнутых контактах 180…240 мВ; сопротивление изоляции
1 МОм; усилие нажатия 5…25 Н; масса 11…40 г.
10.1. Особенности
эксплуатации коммутационных аппаратов
Особенности эксплуатации коммутационных аппаратов заключаются
в следующем. Перед установкой на ЛА коммутационные аппараты тщательно осматривают. Проверяют плавность хода штока или рукоятки, четкость срабатывания, надежность замыкания и размыкания цепи. У концевых выключателей проверяют рабочий, дополнительный и обратный ходы
штока.
Выключатели и переключатели крепятся винтами М4, длина
которых
подбирается таким образом, чтобы они не упирались в ограничительные
бурты гаек. Монтаж выключателей типа В200 осуществляется проводами,
имеющими наконечники, изогнутые под углом 90°. Для уменьшения износа контактов в результате эрозии плюсовый провод присоединяется к неподвижному контакту. Для обеспечения правильного монтажа выключатели и переключатели имеют маркировку на корпусе,
соответствующую по-
ложению контактов и ручек («Вкл.» и «Выкл.»).
61
Крепление кнопок КНР, КНЗ, 2КНР, 2КНЗ, КГ-5 осуществляют с
помощью гайки, наворачиваемой на центрирующую втулку кнопки, и
контровочной шайбы. Остальные кнопки устанавливают в специальное отверстие и крепят винтом в углубление на корпусе кнопки (4КНР, 8КНР,
2КПН) или корпус кнопки зажимают в отверстии стяжными винтами (КР,
КЗ, 4КР, 8КР). Провода
подключают к выводам кнопок путем пайки при-
поем ПОС-61.
При эксплуатации необходимо проверять крепление коммутационных аппаратов, отсутствие на них следов пыли, грязи, влаги, керосина,
масла и других жидкостей.
Включение (выключение) выключателей, переключателей и кнопок
должно быть энергичным, без ударов и удерживания в промежуточном положении. Нажимное усилие должно быть
направлено строго по оси штока
(кнопки). Коммутационные аппараты, имеющие признаки заедания деталей кинематики (заклинивание, тугой ход), к эксплуатации не допускаются. Вскрытие их для устранения неисправностей и ремонт в эксплуатации
запрещаются. При эксплуатации не допускается перегрузка токами, превышающими максимально допустимые значения.
Наиболее важный показатель состояния коммутационного устрой-
ства –
переходное сопротивление контактов в замкнутом состоянии. Оно
зависит от материала и качества обработки поверхности контактов, площади соприкосновения, силы давления контактов, а также выработанного
ресурса. Для разрушения образующегося на контактах выключателей, переключателей и кнопок токонепроводящего слоя необходимо проводить
«сухую» коммутацию путем двух – трехкратного переключения в обесточенном состоянии.
Размыкание
электрической цени контактами коммутационных
устройств, как правило, сопровождается искрением и электрической дугой,
что приводит к ухудшению состояния контактных поверхностей контактов. Для ослабления влияния этих явлений используют искрогасительные
схемы на диодах, конденсаторах, исправность которых необходимо периодически проверять.
10.2. Характерные причины отказов коммутационной аппаратуры
Характерные причины отказов коммутационной аппаратуры пред-
ставлены
в табл. 10.2, а ниже рассматриваются условия возникновения таких
отказов.
62
Таблица 10.2
Основные виды отказов коммутационной аппаратуры
Причина Признак Метод выявления
Попадание постороннего предмета (изолятора):
Между контактами оставлен посторонний предмет при сборке
(проверке)
Образование продуктов износа
трущихся деталей
кинематики
Разрушение деталей кинематики,
корпуса
Конденсация и замерзание влаги
на контактах
Образование токонепроводящих пленок на контактах:
Коррозия контактов под действием
электрической дуги
Коррозия контактов под действием
агрессивной среды
Деформация деталей и изменение
межконтактного
зазора
Незамыкание контактов
Отсутствие деталей,
предусмотренных чертежами (комплектовкой)
Разборка и осмотр
Рентгеноскопия
Определение характеристик
постороннего предмета
Следы износа
Пыль в полости контактов
Ослабление крепления
Чрезмерная длина винтов крепления
Разрушение деталей
Неисправность устранилась при положительных температурах
Резкие колебания температуры в период отказа
Измерение падения напряжения на контактах
Осмотр
Осмотр
Определение истинных
размеров деталей
Рентгеноскопия
Анализ изменений температуры и влажности в период
отказа
Отсутствие признаков незамыкания по другим причинам
Потемнение (подгар)
контактов в местах эрозии
Нестабильность переходного сопротивления
Измерение падения напряжения на контактах
Химический анализ продуктов коррозии
Осциллографирование пе-
реходных процессов
Потемнение контактов
по всей поверхности
Нестабильность переходного сопротивления
Измерение падения напря-
жения на контактах
Химический анализ про-
дуктов коррозии
Уменьшение контактного давления:
Обгорание контактов
Уменьшение контактного давления
Изменение контактного
зазора
Измерение переходного со-
противления контактов при
испытании на вибростенде
Измерение контактного
давления
63
Причина Признак Метод выявления
Межвитковое замыкание в обмотке
Обрыв провода
в обмотке
Нарушение заделки
выводов обмотки
Резкое увеличение
переходного сопротивления пусковой
обмотки
Продолжение табл. 10.2
Обрыв (нарушение цепи) обмотки:
Потемнение (обугливание) обмотки
Измерение сопротивления обмотки
Визуальное определение
места замыкания
Обмотка не имеет следов перегрева
Переменный контакт
в обмотке при изменении температуры
Измерение сопротивле-
ния обмотки
Испытания в термокаме-
ре
Визуальная оценка состо-
яния обмотки
Следы выплавления
припоя
Переменный контакт
при вибрациях и изменениях температуры
Измерение сопротивле-
ния обмотки
Испытания в термокаме-
ре и на вибростенде
Визуальная оценка состо-
яния обмотки
Окисление (потемнение)
вспомогательных контактов, следы влаги, замыканий на корпусе
Измерение сопротивле-
ния обмотки
Определение химическо-
го состава налета на кон-
тактах
Визуальная оценка состо-
яния обмотки
Неразмыкание контактов
Попадание постороннего предмета между контактами:
Оставлен посторонний предмет при
сборке (проверке)
Разрушение деталей
кинематики, корпуса
Отсутствие деталей,
предусмотренных комплектовкой изделия
Ослабление крепления
изделия на объекте
Рассоединение, износ
деталей кинематики
64
Разборка и осмотр
Рентгеноскопия
Определение характери-
стик обнаруженных по-
сторонних предметов
Рентгеноскопия
Определение действи-
тельных размеров дета-
лей
Металлографические ис-
следования характера
разрушения
Причина Признак Метод выявления
Образование металлической пыли при
износе трущихся деталей кинематики
Конденсация влаги
на контактах с перекрытием межконтактного зазора
Сваривание (спекание) контактов:
Перегрузка контактов по току
при коммутации
Повышенная частота
коммутации
Резкое увеличение
переходного сопротивления
Пробой в изоляции
между контактами
Резкое увеличение
переходного сопротивления
Пробой в изоляции
между контактами
Следы износа трущихся деталей, металлическая пыль
в полости контактов
Черный (серый)
налет на контактах
Резкие колебания
температуры в период отказа
Выгорание, разбрызгивание металла
контактов
Сильная закопченность деталей вокруг
контактов, наплывы,
перенос металла
контактов
Нет закопченности,
оплавлений контактов
Следы перегрева
(потемнение) изоляции
Нет закопченности,
оплавлений контактов
Следы перегрева
(потемнение) изоляции
Продолжение табл. 10.2
Измерение сопротивления
изоляции
Рентгеноскопия
Разборка и осмотр деталей
Металлографические исследования трущихся деталей
Химический анализ налета
на контактах
Анализ изменений температуры и влажности среды
Измерение тока в цепи контактов
Визуальное определение
следов короткого замыкания
Измерение тока и частоты
коммутации
Проверка надежности контакта в цепях управления
Выявление возможности колебания напряжения сети
Проверка надежности крепления изделия
Измерение контактного усилия
Оценка состояния кинематики (деформация, затирание)
Измерение сопротивления
изоляции
Проверка надежности крепления изделия
Измерение контактного усилия
Оценка состояния кинематики (деформация, затирание)
Измерение сопротивления
изоляции
65
Окончание табл. 10.2
Причина Признак Метод выявления
Сваривание (спекание) контактов:
Перегрузка контактов по току
при коммутации
Выгорание, разбрызгивание металла контактов
Измерение тока в цепи контактов
Визуальное определение сле-
дов короткого замыкания
Повышенная частота коммутации
Сильная закопченность
деталей вокруг контактов, наплывы, перенос
металла контактов
Измерение тока и частоты
коммутации
Проверка надежности контак-
та в цепях управления
Выявление возможности ко-
лебания напряжения в сети
Резкое увеличение переходного
сопротивления
Нет закопченности,
оплавления контактов
Проверка надежности крепле-
ния изделия
Измерение контактного уси-
лия
Оценка состояния кинематики
(деформация, затирание)
Пробои в изоляции между контактами
Следы перегрева (потемнение) изоляции
между разомкнутыми
контактами
Измерение сопротивления
изоляции
Осциллографирование пере-
ходных процессов при комму-
тациях
Отказы коммутационной аппаратуры из-за попадания посто-
ронних предметов в полости деталей между контактами.
Исключить наличие изоляционных частиц в среде, в которой работают контактные пары, практически невозможно. Даже внутри герметичных устройств такие частицы могут появляться как продукт износа трущихся деталей. Это наиболее характерно для герметизированных переключателей, автоматов
защиты сети типа АЗС и кнопок.
Попадание изоляционной частицы в полость детали между контактами приводит к незамыканию электрической цепи при срабатывании
коммутационного устройства. При выявлении условий и последствий указанного нарушения электрической цепи следует учитывать, что, как показала практика, при эксплуатации бортовой коммутационной аппаратуры
явный вид такого отказа
не сохраняется длительно, и после трех – пяти
срабатываний может исчезнуть в связи с деформацией или смещением
изоляционной частицы.
Кроме изоляционных частиц, внутри коммутационного устройства
могут оказаться металлические проводящие частицы как продукт износа
66
металлических деталей или как результат плохой технологии сборки
устройства (заусенцы, стружка и т.п.). Такие посторонние элементы могут
при определенных условиях приводить к самопроизвольному замыканию
цепи контактов. Аналогичный эффект возникает из-за попадания в полость между контактами частиц припоя, которые вытекли из мест припайки проводов к токопроводам подвижных
контактов в результате их
перегрева при пайке.
Отказы коммутационной аппаратуры из-за образования непро-
водящих пленок на контактах. Пленки образуются на контактах под
влиянием кислорода, воздуха, озона и окислов азота, появляющихся при
возникновении электрической искры или дуги, а также под влиянием других газов, воздействующих на контакты как агрессивная среда.
Образование
поверхностных пленок на разомкнутых контактах происходит из-за химических реакций с образованием сульфида серебра, органических соединений вольфрама и т.п.; в замкнутых контактах (в рабочем
состоянии) без нагрузки – в результате каталитического переноса, а под
нагрузкой – из-за образования или разложения химических соединений.
Действие поверхностных пленок на работу контактов
качественно
всегда одинаково: возникает дополнительное сопротивление контактов;
уменьшается слипание и трение между контактами; изменяется процесс
электрического разряда между ними.
Как показала практика, при эксплуатации коммутационной аппаратуры токонепроводящие пленки образуются в основном при коммутации
цепей с индуктивным характером нагрузки.
Органические пары, способствующие образованию непроводящих
пленок, могут выделяться из изоляции обмоток электромагнитов
, реле и
контакторов, пластмассовых деталей и из таких материалов, как клей,
краска, смазка. Органические пары могут быть особенно вредны в случаях,
когда контакты расположены в герметичном кожухе, где концентрация
таких паров с течением времени значительно возрастает. Химические реакции, приводящие к образованию непроводящих пленок, существенно
ускоряются при высоких температурах, характерных
для электрической
дуги (5000…50 000 К).
Следует также учитывать, что с увеличением коммутируемой мощности скорость образования пленок уменьшается. Это объясняется тем, что
с увеличением энергии ионов и электронов они глубже проникают в материал контактов, а значит все атомы, выбитые в кристаллической решетке,
смогут достичь поверхности контакта и покинуть ее, а уменьшение
количества свободных атомов и радикалов, участвующих в химических реакциях, снижает интенсивность реакции.
67
Отказы из-за обмерзания контактов (реле и контакторов). При отри-
цательных температурах на поверхностях контактов негерметичной коммутационной аппаратуры может конденсироваться и замерзать влага.
Герметизация контактов не всегда исключает обмерзание, особенно
если заполнение корпуса коммутационного аппарата осуществляется недостаточно сухим газом.
Процесс конденсации влаги в большинстве случаев связан с тем
, что
воздух внутри корпуса аппарата прогревается за счет тока, протекающего
по обмотке реле (контактора), в то же время неподвижные контакты охлаждаются до температуры окружающего воздуха за счет теплопередачи
через соединения с внешними электрическими цепями. Наличие в корпусе
аппарата более холодных, чем воздух, поверхностей нарушает фазовое
равновесие системы «пар – вода –
лед» и ведет к созданию очагов конденсации влаги и обмерзанию контактов. Образование кристаллов льда
(сублимация), приводящих к нарушению электрического контакта, наблюдается при температурах наружного воздуха ниже -10 °С.
10.3. Установление причин отказов устройств коммутационной
аппаратуры
Важным условием успешного установления причин отказов
устройств коммутационной аппаратуры является знание закономерностей
и физики
изменений технического состояния элементов этих устройств,
приводящих к отказу.
Характерными изменениями технического состояния устройств коммутационной аппаратуры являются изменения зон проводимости тока контактов (контактной поверхности) переходного сопротивления, контактного
усилия, электротермический износ контактов и их электрическая эрозия.
Контактная поверхность. Качество поверхности контактов зависит
от ее чистоты (микрогеометрии) и физико-химических свойств
металла в
тонких верхних слоях контактов (твердости, микроструктуры, остаточных
напряжений). Форма неровностей поверхности существенно влияет на
следующие эксплуатационные свойства контактов: износоустойчивость
соприкасающихся поверхностей, усталостную прочность, сопротивляемость эрозии, коррозионную устойчивость.
Абсолютно гладких поверхностей не существует, и практически поверхности двух соединенных электрических контактов соприкасаются
лишь в нескольких точках. При сжатии
контактных поверхностей происходит раздавливание металла в местах выступов (шероховатостей) и превращение их в небольшие поверхности – очаги проводимости или пропускания тока. Коэффициент реального использования поверхности (К) со-
ставляет:
68
где S
– суммарная реальная поверхность всех очагов соприкосновения и
Ф
проводимости; S
К = S
– геометрическая поверхность контактов.
Г
/ SГ,
Ф
Очаг соприкосновения состоит из трех зон: полной проводимости,
неполной проводимости и непроводимости. Схематично показано расположение всех трех зон для одного очага проводимости условно круглой
формы (рис. 10.2).
Зона полной проводимости расположена в месте наибольшего сдавливания контактов, здесь частицы металла либо плотно входят друг в друга,
либо плотно прижаты друг к другу.
Зона неполной проводимости состоит из поверхностей, покрытых
очень тонкими окисными пленками (толщиной в несколько атомов, молекул), через которые электроны, благодаря туннельному эффекту, могут переходить из одной контактной поверхности в другую. Туннельный эффект
имеет место при работе многих типов электрических контактов.
Зона непроводимости расположена
там, где пленки окисления (поту-
скнения) имеют значительную толщину и туннельный эффект невозможен.
Рис. 10.2. Вид линий тока через очаги проводимости:
1 – очаги проводимости; 2 – контакты
Форма очага может меняться вследствие изменения сдавливающей
силы и других факторов, а сами очаги могут перемещаться, от этого величина и форма поверхности соприкосновения также будут
изменяться.
Могут исчезать, разрушаться некоторые старые очаги проводимости и создаваться новые.
Переходное сопротивление и контактное усилие. При замыкании
контактов имеют место как упругая, так и пластическая деформации, однако, как правило, преобладает пластическая.
Процесс замыкания контактов может быть представлен следующим
образом. Сначала соприкасаются наиболее высокие микровыступы обеих
металлических поверхностей,
ностной пленкой. При давлении в несколько десятых тонны на 1 см
покрытых газовой оболочкой или поверх-
2
тол-
щина газовых оболочек уменьшается до слоя в два – три атома, при этом
выступы подвергаются упругой деформации. При дальнейшем увеличении
69
HRp
давления материал начинает «течь», поверхности соприкосновения сильно
увеличиваются, а химические поверхностные пленки разрываются. Одновременно возникают новые точки контакта между меньшими микровыступами. Предел текучести металлов, находящихся в области давления в несколько тонн на 1 см
2
, может быть достигнут при контактном давлении
порядка нескольких граммов, ибо несущая нагрузку поверхность соприкосновения очень мала. При достаточно большой нагрузке отдельные контактные точки растекаются в стороны и заполняют поверхность соприкосновения. Среднее давление на поверхности соприкосновения в данном
случае равно давлению текучести материала, но краевая зона все еще
де-
формируется упруго.
Для контактов, имеющих шаровую поверхность при пластической
деформации, между переходным сопротивлением контактов (R
) и кон-
П
тактным давлением существует зависимость
0,89
П
,
где ρ – удельное сопротивление металла контактов, Ом·м; Н – твердость
металла контактов, Па; р – контактное давление, Н.
В случае идеальных контактов их электрическим переходным сопротивлением можно было бы пренебречь ввиду его малости. Однако поскольку ток проходит лишь через очаги проводимости, линии тока не
могут распространяться равномерно по всей
геометрической поверхности
контактов. Они вынуждены стягиваться к местам расположения очагов
проводимости и искривляться. Стягивание и уплотнение линий тока ведет
к увеличению сопротивления прохождению тока в очагах проводимости.
Это добавочное сопротивление называют сопротивлением стягивания.
Электротермический износ контактов. Под влиянием электриче-
ских разрядов, возникающих в моменты замыкания и размыкания цепей,
происходит изменение поверхностей контактов, которое характеризуется
как износ. Указанное изменение имеет две формы: чистую потерю веса и
перенос металла контактов. В основе обеих форм износа лежит одинаковый механизм, а именно испарение контактного материала в условиях
электрического разряда.
Разные формы износа обусловлены особенностями газового разряда. Нейтральные газы становятся проводниками тока,
когда в них или в граничных областях образуются носители электрических
зарядов. Носителями зарядов могут быть или свободные электроны, или
положительно заряженные ионы.
Образование носителей зарядов на поверхности твердого тела происходит при освобождении электронов. Эмиссия возникает тогда, когда
отдельные электроны в решетке металла получают достаточно высокую
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]