Диагностирование контактных систем низковольтных аппаратов

К контактным системам относится до 60% всех отказов низковольтных аппаратов. В основном отказы возникают по причине механического и электрического износов рабочих поверхностей контактов, возникновения на них пленок, загрязнения, а также из-за потери упругих свойств контактных пружин, повреждения или старения изоляционных материалов между контактами.

Важным параметром контактных соединений является переходное сопротивление. Переходное сопротивление контактов аппаратов зависит от тока, характера нагрузки, силы сжатия контактов, материала контактов, среды, окружающей аппарат, и др. Зависимость сопротивления контактов согласно теории Хольма и его последователей можно записать следующим выражением:

а в соответствии с теорией Чельчлина:

где ε — коэффициент, учитывающий физические свойства материала контактов и состояние контактной поверхности; Р_к — статическое нажатие контактов; m — коэффициент формы контактов (0,3—1); R₀ — коэффициент, учитывающий сопротивление тела контактов или дополнительное сопротивление, создаваемое пленками на поверхности контактов.

От тока и сопротивления зависит рабочая температура контактов. На практике для контроля контактных соединений измеряют падение напряжения при прохождении через контакты постоянного тока от источника питания с напряжением 2—5 В. При измерении сопротивления испытательный ток должен быть равным номинальному току.

Потери напряжения на контактах не должны превышать следующих значений: у магнитных пускателей и автоматических выключателей при номинальном токе выше 50 А — 70 мВ, у автоматических выключателей с номинальным током менее 50 А — 110 мВ, у аппаратов со скользящими контактами (рубильники, пакетные выключатели) — 10—20 мВ. Потери напряжения на контактах магнитных пускателей 5 и 6 габаритов и автоматических выключателей с номинальными токами, не превышающими 200 А, обычно измеряют при пропускании через контакты тока, составляющего не менее 20% номинального.

Для сравнения с допустимыми значениями измеренные потери напряжения необходимо пересчитать для приведения их к номинальному значению тока аппарата по формуле
где ΔU_н — потери напряжения, приведенные к номинальному току аппарата, мВ; ΔU_и — измеренные потери напряжения, мВ; I_н — номинальный ток аппарата, А; I_и — ток, при котором измерялись потери напряжения, А.

Результаты наблюдений за состоянием низковольтных аппаратов показывают, что одной из основных причин отказов является износ контактов. Износ контактов приводит к уменьшению толщины контакта или контактной напайки и к потере формы поверхности контактирования. Уменьшение толщины контактов вызывает ослабление силы сжатия контактов, в связи с чем ухудшаются условия контактирования и повышается температура контактов.

Рис. 40. Зависимость относительных величин провалов контактов магнитных пускателей ПМЕ-222 от наработки (1—10 — номера пускателей)

Наиболее важным параметром, характеризующим износ контактов низковольтных аппаратов, является провал контактов. Провал контактов равен ходу подвижной системы аппарата с момента замыкания контактов до момента замыкания магнитной системы. В процессе эксплуатации аппаратов при износе контактов провалы уменьшаются. Исследования и опыт эксплуатации показывают, что между значением провала контактов и наработкой имеется корреляционная связь. Зависимости величин провалов контактов магнитных пускателей от наработки показаны на рис. 40. Из рисунка видно, что при наработке 700 тыс. циклов провал контактов уменьшается в среднем на 35%.

Провал контактов с определенной степенью точности в заданный момент времени можно вычислить по выражению

где П₀ — начальное значение провала, мм; υ — скорость изменения провала, мм/тыс. ч или мм/тыс. циклов; t — наработка, тыс. ч или тыс. циклов.

В магнитных пускателях провалы контактов определяют в замкнутом положении по перемещению поводка, на котором закреплен контактный мостик, от начала до полного замыкания контактов. Ранее провалы проверялись щупами, толщина которых равнялась допустимым значениям провалов.

Момент начала замыкания контактов обычно определяют по загоранию лампочки, включенной последовательно с батарейкой и контактами.

Провалы магнитных пускателей должны отвечать данным, приведенным в таблице ниже.

Данные для проверки состояния контактных систем магнитных пускателей

Параметры	ПМЕ-000	ПМЕ-100	ПМЕ-200	П-6	ПА-300	ПЛ-400	ПА-500	ПА-600
Раствор главных контак­тов (не менее), мм	2,8	2,5	3	3±0,5	3	3	4	4
Провал главных контактов, мм	2±0,4	2,5±0,5	3±0,5	2,4±0,5	2.2+0тЗ	3±0,5	4±0,5	4±0,5
Раствор блок-контактов (не менее), мм	2,8	2,5	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0
Провал блок-контактов, мм	2±0,4	2,5±0,5	2,5±0,5	2,2±0,5	2.5±0.5	2,5±0,5	2.5±0.5	2,5±0,5
Нажатие пружины главных контактов, кгс *:
начальное	—	—	—	—	0,60±0,035	1,3±0,13	2,3±0,25	3,4±0,17
конечное	0,11	0,2	0,45	0,27	0,97±0,05	1,88±0,18	3,28±0,33	5,06±0,25
Нажатие возвратной пружины, кгс *:
начальное	—	—	—	—	0,65±0,035	1,1±0,1	1,65±0,16	2,8±0,19
конечное	—	—	—	—	0,8±0,04	1,5±0,15	1,92±0,19	3,7±0,185
Нажатие возвратной пружины блок-контактов, кгс: *
начальное	—	—	—	—	0,23±0,012	0,23±0,012	0,23±0,012	0,23±0,012
конечное	0.1	0,2	0,2	0,27	0,4±0,02	0,4 ±0,02	0,4±0,02	0,4 ±0,02
Нажатие контактной пружины блок-контактов, кгс: *
начальное	—	—	—	—	0,115±0,006	0,115±0,006	0,115±0,006	0,115±0,006
конечное	0.1	0,2	0,2	0,27	0,161 ±0,008	0,161 ±0,008	0,161 ±0,008	0,161 ±0,008
* При переводе килограмм-силы в ньютоны необходимо приведенные значения умножить на 9,80666.

Рис. 41. Места измерения растворов С, провалов У, У₁, У₂, опережения Ш и нажатий контактов автоматических выключателей типа:
а — А3110; б — А3120; в - А3130; г — А3140.

Провалы контактов автоматических выключателей проверяют штангенциркулем и набором щупов № 5. Контакты автоматических выключателей выбраковывают, если провалы контактов составляют менее 0,5 мм. Места измерения провалов контактов автоматических выключателей показаны на рис. 41. При необходимости провалы автоматических выключателей регулируют согласно данным, приведенным в таблице ниже.

Данные для регулирования автоматических выключателей серии А3100

Параметры	А3110	АЗ 120	АЗ 130	А3140
Провал контактовУ, У1, У2не ме­нее, мм	2	2,5	2	2
Нажатие главных контактовР1не менее, кгс *	0,8	1,8	4	8
Нажатие разрывных контактовР2не менее, кгс *	—	—	—	5
Опережение замыкания разрывных контактов, не менее, мм	—	—	—	2
Неодновременность замыкания кон­тактов, не более, мм	0–0,1	0–0,5	0–0,5	0–0,8
Отклонение тока срабатывания электромагнитного элемента от но­минальной уставки, не более, %		15
Отклонение тока срабатывания теплового элемента от номинальной уставки, не более, %		12
Напряжение четкого срабатывания дистанционного расцепителя (% к поминальному)		75–100
* При переводе кнлограмм-силы в ньютоны необходимо приведенные значения умно­жить на 9,80665.

Важным параметром для оценки технического состояния контактной системы низковольтных аппаратов является нажатие контактов. Уменьшение величины нажатия контактов в процессе эксплуатации свидетельствует как об износе контактов, так и о состоянии контактных пружин.

Измерения показывают, что уменьшению провала контактов, характеризующего величину их износа, обязательно сопутствует уменьшение конечного нажатия, что также способствует увеличению скорости износа контактов. Уменьшение провала контактов на небольшую величину при значительном уменьшении конечного нажатия указывает на потерю упругих свойств контактных пружин.

Работоспособность контактов магнитных пускателей, автоматических выключателей и реле зависит и от усилия нажатия контактов. Поэтому в процессе эксплуатации периодически определяют и при необходимости регулируют усилия начального и конечного нажатия контактов. Усилия нажатия контактов измеряют следующим образом. Последовательно с контактами включают лампочку с батарейкой для точного определения момента размыкания контактов. Подвижный контакт с помощью специальной подвески, закрепленной на крюке динамометра, медленно оттягивают до момента, когда погаснет лампочка, указывающая на размыкание контактов. В момент размыкания по шкале динамометра определяют усилие нажатия, которое должно отвечать данным таблицы.

При измерении линия приложения усилия должна быть перпендикулярной к плоскостям контактов. Начальное нажатие регулируют подкладыванием шайб под контактную пружину. Если таким образом нажатие отрегулировать нельзя, пружину заменяют новой. При определении конечного нажатия контактов на катушку магнитного пускателя подают номинальное напряжение и оттягивают подвижный контакт с помощью подвески и динамометра. В момент размыкания контактов по шкале динамометра определяют усилие конечного нажатия контактов, которое также должно отвечать данным, приведенным в таблице. Усилие конечного нажатия регулируется так же, как и начального.

У автоматических выключателей усилие конечного нажатия контактов измеряют во включенном положении выключателей аналогично измерению его в магнитных пускателях. Усилие нажатия контактов автоматических выключателей должно соответствовать данным, приведенным в таблице. При необходимости нажатия контактов регулируют.

Рис. 42. Приспособление для измерения провалов, нажатий и растворов контактов магнитных пускателей серии ПМЕ-200:
1, 5, 8 — винты; 2 — прижимная планка; 3 — захват; 4 — основание; 6 — корпус; 7 — мерительный щуп; 9 — корпус динамометра; 10, 12 — измерительный индикатор; 11 — маховичок; 13 — каретка.

В связи с тем, что при измерении провалов и нажатий магнитных пускателей с требуемой точностью возникли определенные трудности, для диагностирования контактных систем магнитных пускателей разработали специальные приспособления. Конструкция такого приспособления для широко применяемых в народном хозяйстве магнитных пускателей серии ПМЕ-200 показана на рис. 42. Приспособление состоит из основания 4, корпуса 6, измерительных индикаторов часового типа 10, 12 и корпуса динамометра 9.

Перед проведением диагностирования основание приспособления устанавливают и крепят на корпусе магнитного пускателя с помощью винта 1 и прижимной планки 2. Конструкция приспособления позволяет перемещать корпус 6 по направляющим основания 4 и фиксировать его винтами 5 в положениях, когда измерительная часть находится напротив контролируемого контакта. Индикатор 12, корпус динамометра 9 с индикатором 10 и мерительный щуп 7 установлены на каретке 13, которая может перемещаться вдоль продольной оси корпуса при вращении маховичка 11. Мерительный щуп 7 можно устанавливать на нужной высоте от контакта и фиксировать при помощи винта.

Для измерения провалов и растворов контактов используют индикатор часового типа 12, закрепленный на каретке таким образом, что его подвижный стержень касается базовой поверхности, закрепленной на корпусе 6. Динамометр для измерения нажатия контактов можно легко перемещать в направляющих каретки 13 и при проведении измерений фиксировать винтом 8 в требуемых положениях. Он состоит из индикатора часового типа 10 со шкалой, проградуированной в граммах, гибкой плоской пружины, корпуса 9 и захвата 3. Захват закреплен на конце пружины с помощью подвески. При диагностировании контактных систем магнитных пускателей после закрепления приспособления на пускателе, корпус приспособления 6 перемещают в направляющих и фиксируют против контролируемого контакта.

Для измерения провала на катушку пускателя подают номинальное напряжение и включают пускатель. Калиброванную часть мерительного щупа вводят в образовавшийся между контактным мостиком и траверсой зазор до упора в траверсу и фиксируют винтом. Мерительный щуп и контактный мостик электрически соединяют через сигнальную лампочку и батарейку, а шкалу индикатора 12 устанавливают в нулевое положение. Вращением маховичка 11 отводят каретку с мерительным щупом от контактной траверсы до касания щупа с контактным мостиком, о чем сигнализирует загоревшаяся сигнальная лампочка. В момент загорания сигнальной лампочки снимают показания шкалы индикатора. Сумма показаний индикатора и толщины калиброванной части мерительного щупа равна провалу контакта.

При измерении конечного нажатия сигнальную лампочку и батарейку включают последовательно с контактом, а магнитный пускатель оставляют включенным. Захват 3 подводят под контактный мостик таким образом, чтобы ось захвата была расположена перпендикулярно к плоскости контактного мостика. Вращением маховичка И отодвигают каретку с установленным на ней динамометром, отжимая контактный мостик до погасания сигнальной лампочки. В момент погасания лампочки по шкале индикатора 10 отсчитывают значение конечного нажатия контакта. Величины провалов и нажатий контактов двух других фаз пускателя измеряют аналогично описанному выше. Перед измерениями корпус приспособления 6 перемещают в направляющих и крепят напротив измеряемого контакта.