Причины возникновения искр и дуги

Прежде чем рассмотреть, почему искрят контакты, разберемся в основных понятиях. Коммутационный аппарат и его контактная система должны обеспечивать надежное соединение с возможностью его разрыва в любой момент. Контакты состоят из двух электрических пластин, которые в замкнутом положении должны быть надежно прижаты друг к другу.

Дуга возникает при коммутации индуктивных цепей. К таким относятся различные электродвигатели и соленоиды, но стоит помнить, что даже прямой отрезок провода имеет определенную индуктивность, и чем он длиннее — тем она больше. При этом, ток в индуктивности моментально прекратится не может — это описано в законах коммутации. Поэтому на выводах индуктивной нагрузки образуется ЭДС самоиндукции, её величина описывается формулой:

E=L*dI/dt

Интересно! В нашем случае важную роль играет скорость изменения тока. При отключении она крайне велика, соответственно ЭДС будет стремиться к большим значениям, вплоть до десятков киловольт (например система зажигания автомобиля).

В результате ЭДС возрастает до такой степени, что его величина пробивает промежуток между контактами — образуется электрическая дуга или искры. Качество любых соединений описывается их переходным сопротивлением: чем меньше — тем лучше соединение и тем меньше нагрев. При их размыкании оно резко возрастает и стремится к бесконечности. В этот же момент происходит разогрев площади их соприкосновения.

Кроме того, между разомкнутыми контактами на фоне возрастающего ЭДС самоиндукции и повышенной температуры воздуха из-за разогрева поверхностей при размыкании пластин происходит и ионизация воздуха. В результате присутствуют все условия для возникновения дуги и искрения.

Если говорить о том, почему искрят контакты при замыкании электрической цепи, то это происходит уже не при индуктивной, а при емкостной нагрузке. Вы наблюдаете это каждый раз, когда вставляете в розетку зарядное устройство от ноутбука или телефона. Дело в том, что разряженная емкость (конденсатор) на входе устройства в начальный момент времени представляет короткозамкнутый участок цепи, ток которого уменьшается по мере её заряда.

Если вы наблюдаете искрение в реле или выключателе в замкнутом положении — причиной этому служит плохое состояние контактных поверхностей и их высокое переходное сопротивление.

Последствия искрения

Из-за искрения с контактов испаряется метал, происходит их нагрев и повышения переходного сопротивления. Последнее вызывает еще большее их обгорание, после чего они еще сильнее искрят. Последствия этих процессов могут привести к частичному или полному отсутствию способности к коммутации у прибора, вплоть до его залипания или возгорания при определенных обстоятельствах. Нужно следить за состоянием всех соединений и подвижных переключающих элементов.

Способы устранения и предотвращения явления

Для устранения искрения контактов решения принимаются еще на стадии разработки коммутационных аппаратов. Например, расстояние между ними увеличивается, устанавливают камеры дугогашения для охлаждения дуги.

Также делают напайки из драгоценных неокисляющихся материалов, таких как серебро, например, на поверхности через которые проходит ток.

На быстродействующих реле искрение образуется при размыкании, в том числе потому, что их контакты в разомкнутом положении находятся близко друг к другу. Значит нужно снизить нагрузку, использовав промежуточные реле или использовать искрогасящие цепочки, их схемы мы рассмотрим дальше.

Разберемся что делать, если искрят контакты на имеющемся автомате или пускателе. В первую очередь качественное соединение обеспечивается сильным прижатием пластин, при искрении стоит проверить нормально ли соприкасаются контактные площадки. В автоматах типа АП они прижимаются пружинящим механизмом, для проверки нужно при отключенном напряжении, но замкнутых контактах отвести назад подвижную пластину и отпустить, он должен резко с характерным щелчком удариться о неподвижную пластину. То же самое можно провести на магнитном пускателе.

Если вы убедились в качественном нажиме, но контакты все равно искрят — проверьте нет ли нагара на их поверхности в точках соприкосновения. Если нагар есть, то его счищают максимально возможной мелкой наждачной бумагой, деревянной частью спички или ластиком, но ни в коем случае не надфилем — поверхности должны быть максимально гладкими, иначе возрастёт переходное сопротивление.

Еще одним методом решения проблемы, связанной с искрением, является установка искрогасительных цепей. Если искрят реле и пускатели в цепи постоянного тока, то параллельно нагрузке устанавливают диод, подключенный катодом к положительному, а анодом к отрицательному полюсу. Таким образом энергия, накопленная в индуктивности и её ЭДС самоиндукции рассеивается на активной части нагрузки, а диод замыкает контур для протекания тока.

А если искрят контакты в цепи переменного тока, можно установить искрогасительную RC цепь, её иногда называют шунтирующей, а в электронике – снабберной. Она выполняет роль защиты за счёт того, что энергия, накопленная в индуктивностях, стремится рассеяться не на коммутационном аппарате, а на активном сопротивлении этой цепи.

Ёмкость рассчитывают по формуле:

Сш=I²/10

Резистор:

Rш = Ео / (10 * I * (1 + 50 / Ео))

Но быстрее и проще пользоваться номограммой:

Более подробной данный вопрос также рассмотрен на видео:

Мы рассмотрели, как устранить одну из самых распространенных неисправностей электрической цепи — искрение контактов реле и выключателей. Кратко говоря, нужно проверить прижим контактов, почистить их поверхности от нагара, а также установить цепи для их защиты. Таким образом получится продлить жизнь выключателям и другим устройствам. Если у вас есть личный опыт — делитесь им в комментариях.

Материалы по теме:

• Устройство защиты от искрения
• Искрит розетка при включении вилки
• Причины возгорания электропроводки