В этой статье хотелось бы поговорить о некоторых неисправностях в электропроводке , которые могут обязательно возникнуть во время её эксплуатации. Зная о данных неисправностях более детально, вы сможете их самостоятельно устранить или хотя бы их определить.
П ерегрузка в электрической сети
Если в вашей электрической сети () возникла перегрузка (повышенное напряжение или сила тока), то это может привести к очень нежелательным последствиям, например, к сильному нагреванию кабеля или провода. Для провода, снабженного резиновой или пластмассовой изоляцией, максимальная температура должна составлять 65 °С при длительной нагрузке. При этом допустимые нагрузки напрямую зависят от сечения проводника, его общей конструкции, условий, при которых происходит его охлаждение, а также технологии его прокладывания.
Что происходит при перегрузке? Из-за частых перегрузок начинает стареть изоляция проводника. Она трескается и осыпается. Особенно это касается резины. Изоляционный слой, изготовленный из пластмассы, размягчается и начинает постепенно плавиться. Бумажная оплетка постепенно обугливается. Из-за нарушения изоляции может возникнуть короткое замыкание, происходящее между жилами проводника, проводящими электрический ток.
Для того чтобы электропроводка была хорошо защищена в случае возникновения нештатных ситуаций, существуют специальные аппараты защиты, которые автоматически отключают электрическую цепь в случае возникновения перегрузок или замыканий, — так называемые пробочные предохранители, предохранители резьбовые автоматические и .
Срок службы конструктивных элементов электропроводки
Все составные части электропроводки (установочные изделия, провода, кабели, аппараты защиты, выключатели, розетки и т. д.) рассчитаны на достаточно значительный срок службы. Тем не менее с течением времени они начинают приходить в негодность. По этой причине элементы электропроводки необходимо время от времени осматривать и проверять. Лучше всего это делать 1 раз в 2 года в помещениях с нормальными условиями, а в остальных типах помещений такую проверку устраивают 1 раз в год. В случае обнаружения дефектов следует их незамедлительно устранить.
Квартирный электрощит
Обязательно постоянно осматривайте контакты в местах, где присоединяются провода. Если соединение окажется ненадежным, это может привести к тому, что провода в этом месте начнут сильно нагреваться, что, в свою очередь, приведет к разрушению изоляции и последующему искрению. Если вы обнаружили подобный дефект, необходимо очистить этот участок от копоти и затянуть как можно туже. Автоматические выключатели и плавкие вставки предохранителей в обязательном порядке должны соответствовать тем нагрузкам, которые приходятся на электропроводку вашей квартиры или дома. При этом на контактах предохранителей не должно наблюдаться пыли, грязи или окиси.
Неисправный аппарат защиты
Аппарат защиты (автомат, реле и т.д.) не подлежит ремонту. Поэтому если у него поврежден корпус или он вообще перестал функционировать, его в обязательном порядке необходимо заменить. не должны иметь повреждений. Шкафы, аппараты и счетчики должны своевременно очищаться от загрязнения и запыления, так как проникновение пыли под корпус подобных устройств может привести к тому, что они начнут неверно функционировать.
Осмотр внутренней электропроводки
Во время осмотра внутренней электропроводки нужно установить, насколько сильно натянуты и закреплены провода и кабели. В случае если натяжение окажется слабым, то их нужно натянуть. Если же кабель или провод находится в незакрепленном положении, то его следует тщательно закрепить. Если в процессе осмотра вы обнаружите поврежденный участок проводки, то его необходимо заменить. Точно так же поступают и с неисправными роликами, изоляторами, изоляционными трубками, фарфоровыми воронками и втулками. Работы в этом случае нужно производить, руководствуясь нормами и правилами для проводки данного типа и способа прокладки. Обычно меняют поврежденный участок проводки от ближайшей коробки ответвления до места повреждения. При этом новый участок провода нужно соединить в тех же точках проводки, где был подключен старый.
Состояние наружной электропроводки
При проведении осмотра наружной электропроводки и ввода ответвлений от воздушной линии следует обращать внимание на наличие ожогов, сколов или трещин на изоляторах. Также следует проверять уровень натяжения проводов, состояние опор. Кроме того, необходимо осматривать и воздушные линии на предмет того, не мешают ли, например, ветви деревьев пролеганию проводов.
Замер степени изоляции проводов
Примерно 1 раз в 3 года необходимо производить проверку изоляции сети мегомметром, напряжение которого должно составлять 500 или 1000 В. Сопротивление нужно вымерять между каждыми двумя проводами при отключенной сети. В этом случае лампы необходимо вывинтить, а все выключатели установить во включенное положение. При этом минимальное сопротивление изоляции должно составлять 5 мОм. Когда вы будете проверять уровень
Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей…
Что такое короткое замыкание и из-за чего происходят короткие замыкания
Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей. При возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, а количество выделяющейся теплоты, как известно, пропорционально квадрату тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то выделяющееся при этом количество тепла возрастет примерно в 400 раз.
Тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20°С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50°С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Например, для кабелей с бумажной изоляцией срок их службы может быть определен по известному «восьмиградусному правилу»: превышение температуры на каждые 8°С сокращает срок службы изоляции в 2 раза. Тепловому разрушению подвержены и полимерные изоляционные материалы.
Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию проводов существенно ухудшает ее состояние из-за появления поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла жидкость испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При неоднократном воздействии влаги процесс повторяется, но из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки не прекращается даже после окончания испарения. Кроме того, появляются мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, теряет прочность, что может привести к возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию.
Пожарная опасность коротких замыканий электропроводов характеризуется следующими возможными проявлениями электрического тока: воспламенением изоляции проводов и окружающих горючих предметов и веществ; способностью изоляции проводов распространять горение при поджигании ее от посторонних источников зажигания; образованием при коротком замыкании расплавленных частиц металла, поджигающих окружающие горючие материалы (скорость разлета расплавленных частиц металла может достигать 11 м/с, а их температура - 2050-2700°С).
При перегрузке электропроводок также возникает аварийный режим. Из-за неправильного выбора, включения или повреждения потребителей суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение, т. е. происходит повышение плотности тока (перегрузка). Например, при прохождении тока в 40 А через последовательно соединенные три куска провода одинаковой длины, но различного сечения - 10; 4 и 1 мм2 плотность его будет различна: 4, 10 и 40 А/мм2. В последнем куске самая высокая плотность тока, и соответственно, самые высокие потери мощности. Провод сечением 10 мм2 слегка нагреется, температура провода сечением 4 мм2 достигнет допустимой, а изоляция провода сечением 1 мм2 просто сгорит.
Чем ток короткого замыкания отличается от тока перегрузки
Основное отличие короткого замыкания от перегрузки заключается в том, что при коротком замыкании нарушение изоляции является причиной аварийного режима, а при перегрузке - его следствием. При определенных обстоятельствах перегрузка проводов и кабелей в связи с большей длительностью аварийного режима более пожароопасна, чем короткое замыкание.
Материал жилы проводов оказывает существенное влияние на зажигающую способность при перегрузках. Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АПВ и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, показывает, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых.
При коротком замыкании наблюдается та же закономерность. Прожигающая способность дуговых разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жилами из алюминия. Например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности) при сечении жилы из алюминия 16 мм2, а с медной жилой - при сечении 6 мм2.
Кратность тока определяется отношением тока короткого замыкания или перегрузки к длительно допустимому току для данного сечения проводника.
Наибольшей пожарной опасностью обладают провода и кабели с полиэтиленовой оболочкой, а также полиэтиленовые трубы при прокладке в них проводов и кабелей. Электропроводки в полиэтиленовых трубах в пожарном отношении представляют большую опасность, чем электропроводки в винипластовых трубах, поэтому область применения полиэтиленовых труб значительно уже. Особенно опасна перегрузка в частных жилых домах, где, как правило, от одной сети питаются все потребители, а аппараты защиты нередко отсутствуют или рассчитаны только на ток короткого замыкания. В многоэтажных жилых домах также ничто не препятствует жильцам пользоваться более мощными лампами или включать бытовые электроприборы общей мощностью большей, чем та, на которую рассчитана сеть.
На электроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах и т. д.) указаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, наибольшие сечения присоединяемых проводников. Для безопасного пользования этими устройствами необходимо уметь расшифровывать эти надписи.
Например, на выключателе нанесено «6,3 А; 250 В», на патроне - «4 А; 250 В; 300 Вт», а на удлинителе-разветвителе - «250 В; 6,3 А», «220 В. 1300 Вт», «127 В, 700 Вт». «6,3 А» предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись «250 В» указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше 250 В.
Если умножить 4 А на 250 В, то получится 1000, а не 300 Вт. Как связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. При напряжении в сети 220 В допустимый ток: 1,3 А (300:220); при напряжении 127 В - 2,3 А (300-127). Току 4 А соответствует напряжение 75 В (300:4). Надпись «250 В; 6,3 А» указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более 250 В и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на 220 В, получаем 1386 Вт (округленно 1300 Вт). Умножая 6,3 А на 127 В, получаем 799 Вт (округленно 700 Вт). Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. Если мощность меньше, то меньше нагреваются контакты.
При протекании через контактное соединение электрического тока из-за переходного сопротивления на контактном соединении падает напряжение, мощность и выделяется энергия, которая вызывает нагрев контактов. Чрезмерное увеличение тока в цепи или возрастание сопротивления ведет к дальнейшему повышению температуры контакта и подводящих проводов, что может вызвать пожар.
В электроустановках применяются неразъемные контактные соединения (пайка, сварка) и разъемные (на винтах, втычные, пружинящие и т. п.), а также контакты коммутационных устройств - магнитных пускателей, реле, выключателей и других аппаратов, специально предназначенных для замыкания и размыкания электрических цепей, т. е. для их коммутации. В сетях внутридомового электроснабжения от ввода до приемника электроэнергии электрический ток нагрузки протекает через большое количество контактных соединений.
Контактные соединения никогда, ни при каких обстоятельствах не должны нарушаться. Однако исследования проведенные некоторое время назад над оборудованием внутридомовых сетей, показали, что из всех обследованных контактов только 50 % удовлетворяют требованиям ГОСТа. При протекании тока нагрузки в некачественном контактном соединении за единицу времени выделяется значительное количество тепла, пропорциональное квадрату тока (плотности тока) и сопротивлению точек действительного соприкосновения контакта.
Если разогретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, то возможно их воспламенение или обугливание и загорание изоляции проводов.
Величина переходного сопротивления контактов зависит от плотности тока, силы сжатия контактов (величины площади сопротивления), от материала, из которого они изготовлены, степени окисления контактных поверхностей и т. д.
Для уменьшения плотности тока в контакте (а значит, и температуры) необходимо увеличить площадь действительного соприкосновения контактов. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания будут незначительно смяты. Из-за этого увеличатся размеры соприкасающихся элементарных площадок и появятся дополнительные площадки касания, а плотность тока, переходное сопротивление и нагрев контакта снизятся. Экспериментальные исследования показали, что между сопротивлением контакта и величиной крутящего момента (силой сжатия) существует обратно пропорциональная зависимость. С уменьшением крутящего момента в 2 раза сопротивление контактного соединения провода АПВ сечением 4 мм2 или двух проводов сечением 2,5 мм2 увеличивается в 4-5 раз.
Для отвода тепла от контактов и рассеивания его в окружающую среду изготавливают контакты определенной массы и поверхности охлаждения. Особое внимание уделяют местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах проводов применяют наконечники различной формы и специальные зажимы. Надежность контакта обеспечивается обычными шайбами, пружинящими и с бортиками. Через 3-3,5 года сопротивление контакта увеличивается примерно в 2 раза. Значительно увеличивается сопротивление контактов и при коротком замыкании в результате краткого периодического воздействия тока на контакт. Испытания показали, что наибольшую стабильность при воздействии неблагоприятных факторов имеют контактные соединения с упругими пружинящими шайбами.
К сожалению, «экономия на шайбах» - явление довольно распространенное. Шайба должна быть из цветного металла, например, из латуни. Стальную шайбу защищают антикоррозийным покрытием.
Страница 28 из 42
Понижение сопротивления изоляции рельсовой линии является причиной большей части отказов рельсовой цепи. Наиболее массовым явлением остается повреждение изоляции на стрелках и в изолирующих стыках. Нарушение изоляции в изолирующем стыке происходит из-за нарушения торцовой изоляции при сгоне стыка в жаркую погоду и из-за разрушения боковой фибры, продавливания втулок и шайб.
Многолетний опыт эксплуатации изолирующих стыков показал, что они имеют ограниченный срок службы, особенно в условиях интенсивности движения. Если принять, что изолирующий стык в среднем выдерживает суммарную нагрузку от прохода поездов общим весом А млн. т, то средний срок службы изолирующего стыка Т, установленного на однопутном перегоне, приближенно может быть определен по формуле
Где
средняя весовая норма на участке соответственно для пассажирских и грузовых поездов, т;
- среднее число пар поездов в сутки cooтветственно пассажирских и грузовых.
Такой оценкой не учитываются скорость поездов, климатические особенности участка, качество содержания пути (подбивка стыковых шпал и др.), а также соблюдение технологии при сборке изолирующего стыка. Последний фактор оказывает особенно большое влияние на срок службы стыка. Наиболее характерные нарушения технологии установки изолирующего стыка заключаются в том, что при большом зазоре в стыке отверстия в накладках не совпадают полностью с отверстиями в рельсе, при этом болт нередко загоняется кувалдой и изоляция, естественно, нарушается.
Пониженное сопротивление изоляции рельсовых цепей вызывается также загрязненным балластом или гнилыми шпалами и проявляется более сильно в сырую погоду.
Кратковременное замыкание рельсовых цепей посторонними предметами обычно связано с производственной деятельностью электромонтеров пути и наблюдается чаще всего при выполнении ими таких производственных операций, как замена рельсов (замыкание снимаемым или устанавливаемым рельсом), разгонка изолирующего стыка (замыкается разгоняемый стык), замена стрелочного перевода, проезд дефектоскопной тележки с неисправной изоляцией, проезд по изолирующему стыку модерона с малой скоростью (замыкание происходит на электрифицированном участке или на внутреннем стыке стрелочной секции), работа путейских электроагрегатов с неисправной изоляцией проводов, замена шпал и перешивка пути (замыкание инструментом).
Кратковременные замыкания рельсовой цепи работниками пути не требуют для своего обнаружения специальных методов поиска или соответствующих приборов, трудность заключается только в том, чтобы лицо, производившее ту или иную работу, само подтвердило факт замыкания с тем, чтобы причина была окончательно выяснена.
При коротких замыканиях, носящих постоянный или периодический характер, отыскание точного места замыкания может представлять значительные трудности, особенно в разветвленных рельсовых цепях. Для того, чтобы определить место замыкания, пользуются вольтметром или амперметром на низких пределах измерения, при этом релейная нагрузка должна быть отключена. Выполнив ряд последовательных измерений (рис. 39), можно установить с высокой точностью то место в рельсовой цепи, где напряжение перестает уменьшаться. Оно и будет определять место короткого замыкания. Погрешность такого метода зависит от чувствительности измерительного прибора, состояния балласта вдоль всей длины рельсовой цепи и точности проводимых измерений.
Отыскание места короткого замыкания в рельсовой цепи значительно упрощается при пользовании индукционной катушкой. Большое распространение получили короткоискатели с индукционной катушкой типа ИРЦ-58, разработанные КБ ЦШ, а также многочисленные варианты этих приборов, изготовляемые непосредственно дистанциями. Одна из наиболее удачных рационализаторских конструкций короткоискатели - прибор, выполненный в виде трубки с головным телефоном, причем катушка, усилитель и источник питания размещены в самой трубке.
Наряду с приборами, в которые входит усилитель, можно применять и катушку без усилителя с чувствительным стрелочным индикатором (рис. 40). Отсутствие усилителя позволяет обходиться без источника питания, но зато чувствительность прибора значительно снижается. 
Рис. 39. Поиск места короткого замыкания с помощью вольтметра
Рис. 40. Схема простейшего короткоискателя
Индукционная катушка (число витков 24 000), накладываемая на рельс, дает возможность проверить, протекает литок по рельсу, изолирующему стыку, гарнитуре стрелки и т. д. Так проверяется цепь переменного тока или импульсная цепь постоянного тока. Чтобы проверить цепь непрерывного постоянного тока, рекомендуется временно отключить аккумулятор, при этом вследствие пульсации выпрямленного тока от БАК в катушке будет наводиться э.д.с.
Индикатор отыскания повреждения рельсовых цепей ИО-1 дает возможность проверять рельсовую цепь, используя головной телефон или выносной милливольтметр (Ц4380, Ц56/1). Схема индикатора практически та же, что и в приборе, первоначально разработанном КБ ЦШ. Большая чувствительность достигается благодаря увеличению напряжения питания (до 3,7-4,5 В) и применению высокоомного телефонного капсюля вместо встроенного стрелочного индикатора. Прибор ИО-1 выполнен в виде трубки с рукояткой и дополнительно снабжен контрольной лампой, с помощью которой определяется место полного обрыва рельсовой цепи.
На Алма-Атинской дороге применяют индикатор короткого замыкания вместо индикатора ИРЦ-68, имеющего ряд существенных недостатков: малую чувствительность (при токе в рельсах 2 А показания индикатора составляют всего 0,2 мА; вся шкала 5 мА); зависимость чувствительности от температуры окружающей среды; отсутствие избирательности по отношению к частоте 25 Гц, что делает его непригодным для применения на участках железной дороги; оборудованных электротягой переменного тока.
В разработанном индикаторе чувствительность увеличена благодаря применению большего числа каскадов усиления (при токе в рельсах 2 А показания индикатора 3,6 мА), а применение кремниевых транзисторов с различной проводимостью и каскадов усиления с отрицательной обратной связью и непосредственным включением позволило применять индикатор в широком диапазоне температур. Высокая избирательность достигнута благодаря усовершенствованию приемной катушки и включению между каскадами усилителя двух Т-образных фильтров, настроенных на частоту подавления 50 Гц. Таким образом, при тяговом токе в рельсах 100 А показания индикатора составляют всего 0,6 мА. В схему индикатора введен резистор, изменением сопротивления которого можно менять положение рабочей точки на входной характеристике первого транзистора. Это позволяет увеличить чувствительность индикатора при более низкой температуре окружающей среды или уменьшить ее, компенсируя уровень помех, регистрируемых микроамперметром. Конструктивно такой индикатор выполнен в корпусе индикатора ИРЦ-68 с использованием тех же микроамперметра, источника питания и переключателя. Полностью переделывают печатную плату, добавляют резистор с переменным сопротивлением. Индикаторы изготавливают для участков железных дорог с автономной тягой и электротягой переменного тока.
Чтобы проверить изоляцию на коротких (стрелочных) рельсовых цепях, требуется проводить измерения на более высоких частотах, при этом изолирующие стыки, расположенные вблизи места измерения, не влияют на результаты.
Так, на Алма-Атинской дороге применяют индикатор, позволяющий обнаружить частичный или полный пробой изоляции между элементами изолирующих стыков. Действие его основано на измерении падения напряжения на испытуемом участке изолирующего стыка, через который пропускается ток высокой частоты (20 - 25 кГц).
Использование тока высокой частоты исключает влияние индикатора на работу рельсовых цепей, делает его пригодным для рельсовых цепей с различными токами питания. Прибор состоит из задающего генератора, собранного на интегральной микросхеме К155ЛАЗ; усилителя мощности; узла индикации, включающего в себя резонансный усилитель с большим затуханием на частоте 50 Гц и его гармонических составляющих; микроамперметра. Шкала микроамперметра разделена на секторы "В норме" - "Не в норме".
Перед пользованием индикатор калибруют с помощью резистора с переменным сопротивлением установкой стрелки микроамперметра на конечную отметку шкалы, при этом измеряют сопротивление калибровочного резистора, встроенного внутри индикатора. К испытательному участку изолирующего стыка индикатор подключают с помощью коротких проводов сечением не менее 0,75 мм2, заканчивающихся заостренными наконечниками. Все устройство вместе с батареей 3336Л размещено в корпусе индикатора ИРЦ-68. При этом сопротивление балласта измеряется по схеме, приведенной на рис. 41, и определяется как Rб = R/401, где R - показание прибора в омах.
Для измерения сопротивления изоляции рельсовой цепи широко применяется разработанный КБ ЦШ прибор ИСБ-1 (рис. 42), использующий частоту 5 кГц. Прибор дает возможность без выключения рельсовой цепи проверить ее изоляцию, если расстояние между изолирующими стыками не менее 200 м.
Широкое распространение рельсовых цепей на частоте 25 Гц вызвало необходимость модернизации существующих короткоискателей и создания новых конструкций и схем. Наиболее простой способ использования существующего короткоискателя в рельсовой цепи переменного тока любой частоты предложен на Северо-Кавказской дороге и заключается в преобразовании непрерывного сигнального тока рельсовой цепи в импульсный. Для этой цели в цепь первичной обмотки путевого трансформатора вместо предохранителя включается на время отыскания короткого замыкания стартер от люминесцентной лампы, конструктивно выполненный на базе стандартного бананового предохранителя.
Чувствительность короткоискателя при импульсном питании рельсовой цепи значительно возрастает и практически не зависит ни от частоты сигнального тока, ни от напряжения помех тягового тока.
При отыскании повреждений рельсовой цепи и в процессе профилактики наибольшие затраты времени приходятся на определение нарушенной изоляции на стрелке и в стыке. В своей практике электромеханики применяют много разнообразных методов этой проверки. Целесообразно рассмотреть эти методы с точки зрения их эффективности. Наиболее широко распространены методы проверки, цель которых установить является ли проверяемый изолирующий стык причиной ложной занятости рельсовой цепи. При этом следует иметь в виду, что ложная занятость при пробое одного изолирующего стыка может наступить только в том случае, когда этот стык является внутренним стыком разветвленной рельсовой цепи или же разграничивает две любые рельсовые цепи электрифицированного участка. Максимальное сопротивление изолирующего стыка, при котором наступает ложная занятость, может колебаться от десятых долей ома до нескольких омов в зависимости от типа рельсовой цепи, ее регулировки, состояния балласта, места расположения стыка и т. д.
Рис. 41. Схема измерительного прибора ИСБ-1
Рис. 42. Схема измерения сопротивления изоляции в рельсовой цепи на частоте 20 кГц
Рис. 44. Схема определения исправности изолирующего стыка
Рис. 43. Схема проверки исправности изолирующего стыка с дроссель-трансформатором
Наиболее простой способ определения неисправного стыка - измерение падения напряжения на нем вольтметром. Полное отсутствие отклонения стрелки вольтметра на шкале 0,3 В почти всегда свидетельствует о пробое стыка, однако небольшое отклонение стрелки вовсе не означает, что стык исправен, так как при определенных условиях переходное сопротивление в стыке даже менее 1 Ом может создавать значительное падение напряжения. Поэтому такой способ проверки часто вводит электромеханика в заблуждение и не может быть рекомендован для применения.
При электротяге постоянного тока проверка изолирующего стыка, по обе стороны которого подключены обмотки дроссель-трансформаторов, может проводиться сравнением напряжения переменного тока на двух полуобмотках любого из дроссель-трансформаторов (рис. 43). Если сопротивление стыка понизится до 1 Ом или еще ниже, то напряжение U1 будет меньше, чем U2, по крайней мере, на 10-20 %: при полном пробое стыка - соответственно на 50 % и более. Напряжение на полуобмотке дроссель-трансформатора, примыкающей к неисправному стыку, уменьшается от того, что параллельно ей подключается полуобмотка второго дроссель-трансформатора, а также в связи с протеканием по ней части тока в противофазе от соседней рельсовой цепи.
В тех случаях, когда пробой одного изолирующего стыка не приводит к ложной занятости рельсовой цепи (стыки, разделяющие рельсовые цепи на неэлектрифицированном участке), неисправный стык можно определять по схеме, приведенной на рис. 44. Для этого вольтметр подключают между цепями рельсов и кратковременно соединяют рельсы по диагонали. Если в момент наложения перемычки показание вольтметра уменьшается, то это свидетельствует о неисправности стыка 1. Для проверки стыка 2 перемычку накладывают по другой диагонали.
Обычно таким способом можно выявить стык с сопротивлением не выше 3-5 Ом. При достаточно высоком сопротивлении балласта так можно выявить и стык со значительно большим сопротивлением, но для этого надо отключить нагрузку релейного конца.
Хорошие результаты дает способ проверки исправности стыка, используя упоминавшуюся выше индукционную катушку.
В тех случаях, когда стык проверяется при отыскании самоустранившегося повреждения (перемежающийся отказ) или в порядке профилактики, описанные выше методы не дают положительного эффекта, так как в этих случаях переходное сопротивление стыка измеряется не десятыми долями ома, а единицами, десятками омов и выше. Поэтому задача заключается в том, чтобы не только проверить годность стыка, но и измерить его фактическое сопротивление. Наиболее простой метод измерения сопротивления изолирующего стыка - это измерение на постоянном токе по методу вольтметра-амперметра (рис. 45, а). Обычно пользуются источником питания с напряжением, превышающим напряжение рельсовой цепи более чем в 10 раз.
Рис. 45. Схемы измерения сопротивления изолирующего стыка (рельсовая цепь показала ее эквивалентной схемой)
Таким образом, переменное сопротивление Rо можно отградуировать непосредственно в единицах сопротивления изолирующего стыка. Описанная измерительная схема КБ ЦШ достаточно проста и не требует источников питания, однако ее применение возможно только для измерения сопротивления стыков на участках с электротягой или внутренних стыков стрелочных секций.
Рис. 46. Схема проверки сопротивления изоляции "рельс-накладка"
Универсальная измерительная схема (рис. 45, в) пригодна для измерения сопротивления любых изолирующих стыков. В схеме применяется генератор звуковой частоты с мощным выходом, который способен сохранять постоянство напряжения на выходе при нагрузке не менее 10 Ом; приемник, включающий в себя катушку индуктивности, полосовой фильтр, усилитель и измерительный прибор. Шкала прибора может быть отградуирована непосредственно в омах, исходя из соотношений:
где U - показание прибора; К - коэффициент пропорциональности; U = U - напряжение генератора (U = const).
Опыт эксплуатации рельсовых цепей показывает, что наиболее характерным отказом изолирующего стыка с металлическими накладками является нарушение боковой изоляции или изоляции в болтах накладок (шайбы, втулки). Поэтому в последнее время состояние изолирующих стыков контролируется главным образом осуществлением измерения "рельс-накладка". Описанные выше способы измерения сопротивления всего изолирующего стыка целесообразно применять при аналогичных измерениях изоляции в стяжной полосе или в других местах, где предусмотрена только односторонняя изоляция.
Для измерения переходного сопротивления рельс-накладка могут быть использованы те приборы и измерительные схемы из описанных выше, у которых предусмотрен автономный источник питания. Сюда относятся омметр с внешней батареей, прибор ИСВ-1, измерительные схемы, приведенные на рис. 44. Для этой же цели иногда применяют мегаомметры М110-1М. Чтобы оценить состояние изоляции "рельс-накладка", можно использовать тот же метод, что применяется при проверке изоляции всего стыка целиком, т. е. с фиксацией изменения напряжения между рельсовыми нитями в момент соединения накладки с противоположным рельсом (рис. 46).
Рис. 47. Схема проверки сопротивления изоляции "рельс-накладка" при проходе поезда
На Юго-Западной дороге предложен способ выявления сообщения "рельс-накладка" в динамическом режиме при проходе колесной пары по изолирующему стыку. Для этой цели изготовлен прибор (рис. 47), действие которого основано на применении реле датчика Р (типа РП7). Ток срабатывания устанавливается исходя из заданного нормативного значения сопротивления "рельс -накладка". В случае понижения сопротивления между рельсом и накладкой в момент прохода поезда реле срабатывает по обмотке 1-2 и блокируется по обмотке 3-4, включая контрольную лампу (2,5 В, 0,15 А). В связи с большими затратами времени на ожидание поезда профилактическая проверка стыков на одностороннее сообщение с помощью такого прибора, очевидно, нецелесообразна. Однако при отыскании зафиксированного перемежающегося отказа динамический метод контроля может применяться для выявления точного места перемежающегося сообщения. В схеме на рис. 48 R1 - 2,7 кОм, R2 - 2 кОм, R3 - 100 Ом, С- 100 мкФ.
Изоляцию всех накладок по отношению к рельсам можно проверить, проводя измерения в соответствии с табл. 18. Аналогично проверяется изоляция стрелочной гарнитуры, при этом перемычки накладывают поочередно "гарнитура-левый рельс" и "гарнитура-правый рельс", а вольтметр постоянно включен между рельсовыми нитями. Сопротивление "рельс-накладка" также можно измерить вольтметром без специального источника питания. Для этого на каждом стыке выполняют пять измерений (рис. 48, а), а соответствующие сопротивления рассчитывают по формулам:
Таблица 18
Измеряемое сопротивление |
Точки подключения вольтметра |
Подключение перемычки |
Измеряемое сопротивление |
Точки подключения вольтметра |
Подключение перемычки |
Чтобы иметь возможность определить сопротивление, измеряемое десятками, сотнями и тысячами омов, внутреннее сопротивление вольтметра удобно принимать равным 100 Ом (резистор сопротивлением 100 Ом включается параллельно вольтметру). При этом с достаточной точностью можно пользоваться любым вольтметром, в частности Ц4380 на любой шкале, кроме шкалы 0,3 В. Такой способ может применяться для измерения переходного сопротивления "рельс-накладка" во всех изолирующих стыках на электрифицированном участке или же во внутренних стыках стрелочных секций неэлектрифицированных участков.
Для того чтобы пользоваться этим способом на стыках, разделяющих рельсовые цепи неэлектрифицированного участка, следует противоположный стык дополнительно зашунтировать резистором сопротивлением около 10 Ом (рис. 48, б). Точно таким же методом, трижды измерив, можно определить сопротивление изоляции гарнитуры стрелки, выполнив расчет по формулам:
где R , R - сопротивление изоляции гарнитуры соответственно по отношению к правому и левому рельсам; г - внутреннее сопротивление вольтметра с параллельным сопротивлением; V - напряжение между нитями рельсов; U - падение напряжения соответственно между гарнитурой и левым рельсом и гарнитурой и правым рельсом.
Рис. 48. Схемы измерения сопротивления изоляции "рельс-накладка" на электрифицированном (с) и неэлектрифицированном (б) участках
Рис. 49. Распределение значений сопротивления односторонней изоляции
В результате проведенных таким образом измерений на Прибалтийской дороге были получены распределения значений сопротивления односторонней изоляции стрелочной гарнитуры (рис. 49, кривая 1) и односторонней изоляции "рельс- накладка" (кривая 2) изолирующего стыка. Как видно из приведенных кривых, сопротивление изоляции стрелочной гарнитуры в сухую погоду в основном составляет 0,1-2 кОм, а односторонней изоляции накладки изолирующего стыка может достигать 100 кОм, хотя у 15 % накладок эта величина не превышает 1 кОм, а у 7 % всех измеренных накладок - 0,2 кОм. Измерения проводились при температуре окружающей среды плюс 20 ° С.
Значительно устойчивее работают уложенные в пути клееболтовые стыки. При соблюдении технологии их изготовления и установки клееболтовые стыки в течение пяти и более лет обеспечивают нормативные значения сопротивления изоляции. При электрической проверке клееболтовых стыков следует иметь в виду, что у них накладки не изолированы от болтов и поэтому имеют постоянное сообщение между собой. При измерении сопротивления рельс-накладка в клееболтовом стыке достаточно выполнить два измерения вместо четырех: любая из двух накладок с каждым из рельсов.
Надежность работы обычного изолирующего стыка может быть доведена до уровня клееболтового заменой стандартной фибровой или капроновой изоляции на изоляцию из стеклотекстолита.
Опыт Прибалтийской дороги показал, что изолирующие шайбы и торцевые прокладки из стеклотекстолита не подвержены деформации и практически не требуют замены. Стеклотекстолит легко поддается обработке штамповкой и в отличие от фибровой изоляции выдерживает большие нагрузки, не высыхает с повышением температуры и не подвержен воздействию влаги. Поскольку изолирующие прокладки из стеклотекстолита не изменяются в объеме с изменением атмосферных условий, исключаются случаи понижения сопротивления изоляционной прокладки, что предохраняет стыки от короткого замыкания из-за сгона рельсов и скапливания металлических опилок или стружки между торцами рельсов.
Предел прочности стеклотекстолита - 52 кг/мм2, в то время как для капрона он составляет 35 кг/мм2, а для фибры - 10,5 кг/мм2.
Причиной заниженного сопротивления изоляции в рельсовых цепях может оказаться группа шпал или даже отдельная шпала. Применяемые методы электрической проверки деревянных шпал сводятся к изменению сопротивления половины шпалы, используя омметр, миллиамперметр с источником питания, мегаомметр. Один конец измерительного прибора подключают к рельсу, а другой - к шпале с помощью остро заточенного металлического щупа, который забивают в шпалу на глубину 3-4 см.
На ряде дистанций для измерения сопротивления деревянных шпал используют прибор ИСБ-1, схема которого подвергается изменению в соответствии с рис. 50. Благодаря введению резистора Rд = 2 кОм расширяется предел измерений прибора. Резистором RK = 1 кОм осуществляется калибровка прибора (по шкале 1000 Ом). Утолщенными линиями показан дополнительный монтаж, а крестиками - упраздняемый. Резистор R10- 10 Ом, R11 - 1 Ом.
На сети дорог все большее распространение находят железобетонные шпалы (рис. 51). Исправное состояние шпалы обеспечивается при отсутствии касания между ее арматурой, электрически соединенной с закладными болтами 1 и 4, и рельсами, электрически соединенными с клеммными болтами 2 и 3.
Рис. 50. Схема модернизации прибора ИСБ-1 для измерения сопротивления деревянных шпал
Рис. 51. Электрическая схема железобетонной шпалы
Эксплуатация рельсовых цепей на участках с железобетонными шпалами показала, что их изоляция в основном снижается из-за большой утечки сигнального тока через неисправную арматуру крепления шпалы. Основными причинами потери изоляции в арматуре крепления шпалы являются касание стопорной шайбы закладного болта с зажимом клеммного болта, стирание резиновой прокладки, выкрашивание изолирующей втулки закладного болта, забивка пространства между болтами балластной пылью, грязью, мазутом.
На Южно-Уральской дороге железобетонные шпалы с пониженным сопротивлением изоляции определяют, используя измеритель сопротивления балласта ИСБ-1, переносной вольтметр или индикатор тока в рельсовых цепях. Прибором ИСБ-1 с конца рельсовой цепи и далее через 80- 100 м измеряется сопротивление изоляции отдельных участков. По полученным результатам выбирают участок с меньшим сопротивлением балласта, на котором проверяют изоляцию каждой шпалы: вольтметром измеряют напряжение между рельсами, а затем - между каждым закладным болтом и противоположным ему рельсом. Если при этом напряжения на участках "рельс- рельс" и "рельс-закладной болт " будут равны, то это значит, что между рельсом и шпалой изоляция нарушена.
Рис. 52. Схема прибора для выявления места утечки тока рельсовой цепи
Односторонний пробой изоляции может быть найден индикатором тока рельсовой цепи. В этом случае после определения прибором ИСБ-1 худшего по изоляции участка поочередно на каждую шпалу устанавливают индикатор и попеременно замыкают болты: первый со вторым и третий с четвертым (нумерация по схеме рис, 52). При одностороннем пробое левой изоляции индикатор отметит протекание по шпале тока, когда искусственно замкнуты клеммный и закладной болты правого крепления железобетонной шпалы.
Шпалы с двусторонним пробоем изоляции, когда оба рельса имеют контакт с арматурой шпалы, определяют одним типовым индикатором тока рельсовой цепи. В этом случае индикатор ставят на рельс через каждые 10-20 м. Резкое изменение его показания указывает, что на этом отрезке рельсовой цепи находится дефектная шпала. Затем индикатор ставят на рельс в каждом шпальном ящике и по резкому изменению показания его стрелки уточняют место короткого замыкания.
С целью механизации процесса выявления железобетонных шпал с пониженной изоляцией ХИИТом совместно с дорожной лабораторией Юго-Западной дороги разработана и изготовлена специальная измерительная тележка, с помощью которой можно выявлять места сосредоточенной утечки сигнального тока в рельсовой цепи, фиксировать деревянные и железобетонные шпалы с пониженной изоляцией, измерять сопротивление заземлителей, присоединенных к рельсу.
Действие прибора основано на измерении разности токов в рельсе до и после места утечки. Прибор содержит генератор (рис. 52) на 22 кГц и селективный приемник П, настроенный на ту же частоту. Под действием генератора в рельсах протекает ток, который измеряется с помощью измерительных катушек приемника. При наличии между ними сосредоточенной утечки (неисправная шпала, заземлитель) значения наводимых в катушках э.д.с. будут соответственно отличаться, баланс приемника нарушится, и стрелка индикатора, проградуированного в омах, покажет сопротивление в цепи сосредоточенной утечки, оказавшейся между двумя катушками. При отсутствии тока утечки стрелка индикатора не отклоняется.
Электрическое короткое замыкание (КЗ) в электропроводке в большинстве случаев случается вследствие повреждения изоляции токоведущих частей.
Откуда же оно берется?..
Причин нарушения изоляции может быть множество; наиболее распространенные – физическое старение, механическое повреждение, воздействие влажных или агрессивных сред, неправильные действия людей.
Возникновение короткого замыкания приводит к резкому возрастанию величины текущего по проводам электрического тока. И, поскольку количество выделяемой проводником теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока, увеличение тока в 20 раз приводит к увеличению выделившегося в проводах тепла уже в 400 раз!
О вреде перегрева
Перегрев изоляции приводит к резкому снижению ее механических и диэлектрических свойств. Если, например, принять проводимость электрокартона при 20 о С за единицу, то при повышении температуры до 30 о С она возрастает в 4 раза, при 40 о С – уже в 13, а при температуре 50 о С – в 37 раз!
Наиболее частая причина теплового старения изоляции – перегрузка электрических линий током, превышающим длительно допустимый ток для данного сечения и материала проводника. К примеру, у кабелей с бумажной изоляцией при повышении вследствие перегрева из-за прохождения повышенного тока температуры на 8оС от допустимой срок службы сокращается вдвое.
Тепловое воздействие пагубно также и для изоляционных материалов на основе полимеров.
О вреде тока утечки
Электрическое короткое замыкание может произойти в результате воздействия на изоляцию проводов агрессивных или влажных сред, на ней возникают поверхностные токи утечки, и состояние изоляции существенно ухудшается. Происходит это от того, что от тепла окружающая изолированный проводник жидкость испаряется, оставляя на поверхности изоляции солевой налет.
После прекращения испарения ток утечки прекращается, но при очередном воздействии влаги этот процесс вновь повторяется. В результате, из-за повышения концентрации соли, проводимость увеличивается до такой величины, что ток утечки уже не исчезает даже при прекращении процесса испарения. Мало того, на поверхности изоляции начинают появляться еще и мельчайшие искры, дополнительно разрушающие изоляцию.
При дальнейшем воздействии на изоляцию тока утечки она начинает обугливаться, окончательно теряя прочность. Это приводит к возникновению местных дуговых разрядов, способных воспламенить оставшуюся изоляцию.
Электрическое короткое замыкание. Пожарная опасность при КЗ
Наличие пожарной опасности при коротком замыкании электропроводов вполне очевидно, — воспламенившаяся от перегрева изоляция способна поджечь окружающие провод горючие предметы или вещества. Кроме того, изоляция проводов может распространять горение и при ее воспламенении посторонними источниками зажигания.
При расплавлении проводов от возникшего из-за короткого замыкания перегрева могут образовываться расплавленные частицы металла, способные поджечь доступные горючие материалы. Температура этих частиц может достигать 2000 – 2700 о С, а скорость разлета – 11 метров в секунду (почти 40 км/ч)!
Плотность тока и сечение проводника
Электрическое короткое замыкание при перегрузке линии электропроводки также приводит к возникновению аварийного режима. Неправильный выбор и включение, а также неисправность потребителей приводит к превышению проходящим в проводах суммарным током его номинального значения. Иными словами, возникновение перегрузки – это сильное повышение плотности протекающего тока.
Необходимость соответствия сечения проводника плотности проходящего через него тока можно подтвердить наглядным примером. Если пропустить ток величиной 40 А через три проводника одинаковой длины, но разного сечения, — 10 мм 2 , 4 мм 2 и 1 мм 2 , — то плотность его будет соответственно 4 А/мм 2 , 10 А/мм 2 и 40А/мм 2 . В итоге первый проводник может лишь слегка нагреться, температура второго будет иметь допустимое значение. А вот третий провод, в котором плотность тока очень высока, не только нагреется, — его изоляция просто сгорит.
Перегрузка и пожарная опасность
Электрическое короткое замыкание отличается от перегрузки тем, что служит причиной возникновения аварийного режима, а не его следствием. Однако, в определенных случаях, длительная перегрузка, приводящая к столь же длительной работе проводки в аварийном режиме, намного пожароопаснее, нежели короткое замыкание.
При перегрузках степень зажигающей силы проводов в значительной мере зависит от материала, из которого изготовлены токопроводящие жилы. Сравнивая характеристики пожарной опасности распространенных марок проводов ПВ и АПВ, полученные при проведении испытаний в режимах перегрузок, увидим: вероятность загорания изоляции у проводов с алюминиевыми токопроводящими жилами ниже, чем у медных.
При КЗ прослеживается такая же закономерность. У дуговых разрядов, возникающих в цепях с токопроводящими жилами из меди, прожигающая способность выше, чем у разрядов, возникающих в электрических цепях из алюминия. Например, чтобы прожечь (или воспламенить покрывающий ее горючий материал) стальную трубу, толщина стенок у которой равна 2,8 мм, необходимо сечение алюминиевой жилы 16 мм 2 ; медной достаточно всего 6 мм 2 .
Еще одна характеристика пожарной опасности проводов – их допустимая кратность тока. Она равна отношению тока КЗ к длительно допустимому току для выбранного сечения проводника.
Наибольшая пожарная опасность у проводов и кабелей в полиэтиленовой оболочке и полиэтиленовых труб, в которых кабеля и провода прокладываются. Намного меньшую в пожарном отношении опасность представляют винипластовые трубы, поэтому сфера применения полиэтиленовых труб для прокладки электрической проводки сильно ограничена.
Наиболее опасна перегрузка электросетей в частном жилом секторе. В таких местах обычно все потребители питаются от одной сети, а устройства защиты либо вообще отсутствуют, либо рассчитаны лишь на ток короткого замыкания.
В многоэтажных домах жильцам тоже практически ничто не мешает использовать электроприборы или лампы с потребляемой мощностью намного больше допустимой.
А что там написано?..
Все электроустановочные изделия, патроны для ламп, электрические розетки, выключатели и т. д., снабжены надписями с указанием предельно допустимых для этих приборов значений тока, напряжения и мощности. На разъемах или зажимах дополнительно указывается еще и максимальное сечение присоединяемого проводника. Безопасное использование подобных изделий подразумевает умение расшифровки таких надписей.
Например, надписи «6,3А 250В» на выключателе или «4А 250В 300Вт» на патроне означают, что проходящий через выключатель электрический ток не должен превышать величины 6,3 ампера, а мощность ввернутой в патрон лампы не должна быть более 300 ватт. Надпись 250В означает, что электроприбор может применяться в сетях с напряжением не более 250 вольт. При превышении этих значений устройство начнет перегреваться и разрушаться.
Контактные соединения
В сети электроснабжения от ввода до потребителя ток проходит через большое количество соединений; а протекание электрического тока через контактное соединение вызывает нагрев контактов, — происходит это из-за наличия в соединении переходного сопротивления. Его величина зависит от многих факторов – материала и силы сжатия контактов, их площади, степени окисления, плотности тока… Увеличение тока в такой цепи, так же, как и возрастание переходного сопротивления, приводит к дальнейшему перегреву контактов и может вызвать возгорание.
Именно поэтому в электроустановках, по возможности, используются неразъемные соединения (сварка или пайка) или разъемные специальной конструкции. При большой мощности потребителя используются коммутационные устройства – реле, магнитные пускатели и т. д.
Уменьшить плотность тока, протекающего через контакт, можно увеличив площадь соприкосновения контактирующих поверхностей. Экспериментально показано, что между силой сжатия контактов и сопротивлением контакта зависимость обратно пропорциональная – чем больше сжатие, тем меньше сопротивление.
Чтобы отвести от контактов тепло и рассеять его в окружающем пространстве, применяют контакты со специально подобранной поверхностью охлаждения. При подключении проводов к контактам вводных устройств используют наконечники и специальные зажимы, в этих случаях надежность соединения обеспечивается обычными или пружинными шайбами; применяют также специальные шайбы с бортиками.
Нарушение контактных соединений недопустимо, ни при каких условиях. Следует учитывать, что спустя примерно три года сопротивление контакта возрастает примерно вдвое, и его необходимо «перебирать».