СЕТИ РОССИИ
82
д
и
а
г
н
о
с
т
и
к
а
диагностика
НАПРЯЖЕНИЕ
ОДИНОЧНОГО
КОНТАКТНОГО
ПЕРЕХОДА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЦЕПИ
Исследование
пожарной
опасности
контакт
-
ных
соединений
входит
обязательным
компо
-
нентом
в
систему
изучения
и
обеспечения
по
-
жарной
безопасности
электрооборудования
и
электропроводок
.
Начало
решения
этой
про
-
блемы
,
как
самостоятельного
научного
направ
-
ления
во
ВНИИПО
МВД
СССР
,
приходится
на
70-
е
годы
,
когда
были
сформулированы
общие
принципы
и
направления
исследований
.
Следует
заметить
,
что
мнение
о
качестве
и
надёжности
электрических
изделий
у
специ
-
алистов
,
занимающихся
эксплуатацией
электро
-
установок
,
и
у
специалистов
,
занимающихся
их
разработкой
и
изготовлением
,
часто
не
совпа
-
дают
.
В
процессе
эксплуатации
в
контактных
соединениях
вследствие
истирания
,
коррозии
и
старения
контакт
-
деталей
наблюдается
зна
-
чительный
рост
падения
напряжения
.
Соответ
-
ственно
растут
тепловыделение
и
потери
элек
-
троэнергии
.
Применительно
к
таким
изделиям
появилось
представление
об
аварийном
режиме
— «
плохой
контакт
».
Возникла
необходимость
испытания
изделий
в
этом
режиме
.
Физическую
модель
,
вы
-
разившуюся
в
вольтамперную
характеристику
,
рассматриваемую
в
данной
статье
,
можно
счи
-
тать
важным
пояснением
термина
«
плохой
кон
-
такт
»,
применяемого
к
обозначению
аварийного
состояния
изделия
в
электрической
цепи
.
Электрические
контактные
соединения
элек
-
тропроводок
,
аппаратов
,
приборов
,
электро
-
установочных
изделий
и
электротехнических
устройств
при
этом
,
в
соответствии
с
ГОСТ
Р
МЭК
60695-1-1 [1],
следует
рассматривать
как
«
средства
энергетического
воздействия
,
способ
-
ные
инициировать
возникновение
горения
»,
т
.
е
.
стать
источником
зажигания
.
Любые
контактные
соединения
в
электрической
цепи
включают
раз
-
нообразные
комбинации
одиночных
контактов
.
В
связи
с
этим
следует
рассматривать
физи
-
ческую
модель
вольтамперной
характеристики
[2–5]
одиночного
контактного
перехода
,
пред
-
ставленную
на
рис
. 1.
Нижняя
линия
1
на
рис
. 1
характерна
для
слу
-
чая
,
когда
электрический
контакт
не
находился
предварительно
в
эксплуатации
и
контактиру
-
ющие
поверхности
не
подвергались
нагреву
,
окислению
или
воздействию
коррозионно
-
актив
-
ной
среды
.
Начальный
участок
вольтамперной
характеристики
контактного
перехода
(
линия
1
на
рис
. 1)
отражает
монотонное
возрастание
на
-
пряжения
U
к
по
мере
увеличения
тока
в
электри
-
ческой
цепи
.
Верхняя
линия
2
на
рис
. 1
соответствует
слу
-
чаю
сильно
окисленных
,
загрязнённых
или
кор
-
К вопросу об оценке
пожарной опасности
контактных соединений
в электрических цепях
Вадим ВЕРЁВКИН, главный научный сотрудник, д.т.н., с.н.с.
Герман СМЕЛКОВ, главный научный сотрудник, д.т.н., профессор
Виктор ПЕХОТИКОВ, ведущий научный сотрудник, с.н.с.,
ФГБУ ВНИИПО МЧС России
Народная
мудрость
гласит
,
что
все
пожары
в
электроустановках
происходят
из
-
за
контактов
:
в
одном
случае
«
хороший
»
контакт
появляется
там
,
где
он
не
нужен
—
это
короткое
замыкание
,
а
в
другом
случае
—
хорошего
контакта
нет
там
,
где
он
нужен
—
это
«
плохой
»
контакт
.
83
№
1 (34) 2016
родированных
контактирующих
поверхностей
и
от
-
ражает
состояние
,
в
которое
приходит
электрический
контакт
в
результате
длительной
эксплуатации
,
воздействия
коррозионно
-
активной
среды
и
после
-
довательных
циклов
нагрева
и
охлаждения
.
В
этом
случае
электрический
ток
проходит
через
большое
сопротивление
нескольких
последовательных
меж
-
фазных
границ
окисных
и
других
разнородных
струк
-
тур
и
приводит
к
нагреву
,
снижающему
их
электри
-
ческое
сопротивление
.
Но
нагрев
ещё
не
достаточен
для
разрушения
неоднородностей
,
а
напряжение
U
к
недостаточно
для
их
электрического
пробоя
.
При
токе
свыше
значения
I
1
падение
напряжения
на
контактном
переходе
уже
не
зависит
от
преды
-
стории
поверхностей
,
образующих
электрический
контакт
,
и
зависимости
1
и
2
совпадают
.
Для
опре
-
деления
падения
напряжения
,
равного
U
кп
,
следует
применить
источник
питания
,
обеспечивающий
воз
-
можность
увеличения
тока
в
электрической
цепи
до
значений
,
находящихся
в
зоне
II
.
В
диапазоне
I
1
≤
I < I
2
каждому
значению
тока
соответствует
прак
-
тически
одно
воспроизводящееся
с
определенной
точностью
значение
падения
напряжения
,
завися
-
щее
от
материалов
и
температуры
поверхностей
,
образующих
контактный
переход
.
Для
этого
,
завися
-
щего
от
материалов
и
температуры
контакт
-
деталей
значения
,
введём
обозначение
U
кт
.
В
случае
,
когда
контактирующие
детали
массивны
,
их
температура
мало
изменяется
вследствие
поглощения
теплово
-
го
потока
от
нагревающихся
эффективно
контакти
-
рующих
участков
соприкосновения
контакт
-
деталей
.
Материалы
Алюминий
Графит
Латунь
Медь
Сталь
Алюминий
0,27*
933**
3,00
933
0,63
933
0,65
933
1,43
933
Графит
3,00
933
3,00
3923
2,43
1211
3,00
1356
1,63
1393
Латунь
0,63
933
2,43
1211
0,54
1211
0,60
1211
2,10
1211
Медь
0,65
933
3,00
1356
0,60
1211
0,65
1356
3,0
1356
Сталь
1,43
933
1,63
1393
2,10
1211
3,0
1356
2,50
1393
U
к
U
кп
Напряжение
U
кт
практически
остается
постоянным
при
изменении
тока
в
широком
диапазоне
значений
и
зависящим
только
от
температуры
массивных
де
-
талей
.
Термостабилизации
контактного
перехода
может
способствовать
также
плавление
электроизо
-
ляции
контакт
-
деталей
или
проводов
,
образующих
одиночный
контактный
переход
.
За
время
плавле
-
ния
изоляции
их
температура
поддерживается
на
уровне
её
температуры
плавления
.
Значения
U
кт
для
различных
пар
материалов
целесообразно
экспериментально
определять
при
нескольких
значениях
температуры
Т
и
приводить
к
значению
U
кн
(
табл
. 1),
соответствующему
темпе
-
ратуре
контакт
-
деталей
при
нормальной
температу
-
ре
окружающей
среды
Тн
,
например
при
293
К
.
В
ниже
следующей
таблице
приведены
значения
U
кн
,
определённые
на
основании
обработки
первич
-
ных
экспериментальных
данных
одновременных
измерений
:
значений
падения
напряжения
на
оди
-
ночном
контактном
переходе
при
переменном
токе
до
400
А
с
частотой
50
Гц
и
значений
температуры
контакт
-
деталей
.
Если
в
зонах
I
и
II
состояние
контакта
устойчиво
,
а
в
зоне
II
реально
моделирует
именно
состояние
«
плохого
контакта
»,
то
в
зоне
III
вольтамперной
ха
-
рактеристики
при
значениях
тока
I > I
2
состояние
кон
-
тактного
перехода
не
устойчиво
.
Соприкасающиеся
поверхности
или
свариваются
(
нижняя
пунктирная
линия
на
рис
. 1)
и
контактный
переход
становится
хорошим
,
сварным
,
или
материал
в
месте
контактно
-
го
перехода
испаряется
,
выбрасывается
.
При
этом
нарушается
непосредственное
соприкосновение
поверхностей
,
образующих
электрический
контакт
,
и
ток
в
электрической
цепи
прекращается
или
под
-
держивается
в
нестационарном
режиме
дуговыми
или
искровыми
разрядами
(
верхняя
пунктирная
ли
-
ния
на
рис
. 1).
ОЦЕНКА
ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ
ОТ
ОДИНОЧНОГО
«
ПЛОХОГО
КОНТАКТА
»
В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЦЕПИ
Мощность
тепловыделения
от
одиночного
«
пло
-
хого
контакта
»
в
электрической
цепи
можно
опреде
-
лять
как
произведение
напряжения
U
KT
на
величину
тока
.
При
этом
учитывается
,
что
напряжение
U
KT
на
Рис
. 1.
Вольтамперная
характеристика
контактного
перехода
:
в
зоне
I
I < I
1
,
в
зоне
II
I
1
≤
I < I
2
,
в
зоне
III
I > I
2
Табл
. 1.
Падение
напряжения
U
кн
(
В
)
на
контактном
переходе
,
моделирующем
«
плохой
»
контакт
,
приведенное
к
нормальной
температуре
293
К
* —
Значения
U
кн
,
В
;
** —
Значения
наименьшей
температуры
плавления
материала
в
контактной
паре
, K.
III
I
1
2
II
I
1
I
2
I
84
СЕТИ РОССИИ
контактном
переходе
,
образованном
соприкоснове
-
нием
двух
металлических
поверхностей
из
одинако
-
вых
или
различных
материалов
,
при
изменении
тока
в
широком
диапазоне
устойчиво
воспроизводится
и
определяется
свойствами
пары
материалов
,
образу
-
ющих
контакт
,
и
их
среднеобъёмной
температурой
Т
к
[2–5]:
U
KT
= U
K
Н
(
Т
пл
-
Т
к
) / (
Т
пл
-
Т
н
), (1)
где
Т
пл
—
температура
плавления
наиболее
легко
-
плавкого
из
контактирующих
материалов
,
К
;
Т
н
—
нормальная
температура
окружающей
сре
-
ды
, 293
К
;
Т
к
—
среднеобъёмная
температура
контакт
-
дета
-
лей
или
температура
окружающей
среды
.
Формула
(1)
применяется
для
оценки
пожарной
опасности
контактных
соединений
в
режиме
имею
-
щихся
или
предполагаемых
в
них
одиночных
соеди
-
нений
контакт
-
деталей
из
одинаковых
или
различных
металлических
материалов
в
режиме
«
плохого
кон
-
такта
».
Она
применяется
в
широкой
области
:
и
там
,
где
электропроводность
контактного
перехода
может
моделироваться
кинетикой
идеального
электронно
-
го
газа
и
там
,
где
природа
электропроводности
кон
-
тактного
перехода
ещё
не
достаточно
изучена
.
Для
металлов
,
кинетика
электропроводности
и
теплопро
-
водности
которых
соответствует
модели
идеального
электронного
газа
,
значения
U
к
были
установлены
Хольмом
[6]
и
в
упрощенном
варианте
выражаются
соотношением
[5]:
U
к
= 2(2L
о
)
0,5
Т
а
,
(2)
U
к
·= 3,1·10
-4
Т
а
,
(3)
где
L
о
—
число
Лоренца
,
и
Т
а
—
температура
наибо
-
лее
нагретых
точек
контактного
перехода
, K.
Придавая
температуре
Т
а
наиболее
нагретых
точек
контактного
перехода
значения
,
соответству
-
ющие
различным
фазовым
состояниям
металлов
,
получают
соответствующие
значения
напряжения
контактного
перехода
.
В
литературе
по
электриче
-
ским
контактам
[5–8]
сообщаются
значения
напря
-
жения
,
соответствующие
размягчению
,
плавлению
,
свариванию
и
кипенью
ряда
металлов
.
В
формуле
(2)
учтён
закон
Видемана
—
Франца
,
утверждающий
,
что
отношение
коэффициента
те
-
плопроводности
к
удельной
электропроводности
при
одинаковой
температуре
постоянно
.
Закон
установ
-
лен
экспериментально
в
1853
г
.
немецкими
физика
-
ми
Г
.
Видеманом
и
Р
.
Францем
.
В
1881
г
.
Лоренц
экс
-
периментально
показал
,
что
это
отношение
прямо
пропорционально
температуре
,
Т
,
и
равно
произве
-
дению
L
о
•T,
где
L
о
—
число
Лоренца
.
Точное
теорети
-
ческое
значение
его
: L
о
= 2,45•10
-8
В
2
•
К
-2
, —
получено
при
применении
к
свободным
электронам
статисти
-
ки
Ферми
—
Дирака
.
Экспериментальные
значе
-
ния
числа
Лоренца
колеблются
от
1,5•10
-8
В
2
•
К
-2
до
3,7•10
-8
•
В
2
•
К
-2
[9].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ЗНАЧЕНИЙ
U
КН
ДЛЯ
ПРОВОДОВ
ИЗ
АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ
Обычно
различают
следующие
разновидности
металлических
сплавов
:
•
механические
смеси
исходных
металлов
;
•
твёрдые
растворы
исходных
металлов
;
•
химические
интерметаллические
соединения
исходных
металлов
;
•
многофазные
системы
,
состоящие
из
механи
-
чески
совмещённых
отдельных
фаз
из
чистых
металлов
и
/
или
их
вышеупомянутых
разновид
-
ностей
сплавов
[9].
Это
определяет
физическую
природу
электриче
-
ского
сопротивления
изготовленных
из
них
проводов
и
,
тем
более
,
падение
напряжения
U
к
,
возникаю
-
щее
при
протекании
тока
на
контактных
переходах
с
их
участием
.
Данное
обстоятельство
показывает
целесообразность
экспериментального
определе
-
ния
значений
U
кн
для
проводов
из
сплавов
,
как
их
важную
идентификационную
характеристику
,
кото
-
рую
пока
что
не
всегда
представляется
возможным
предопределить
теоретически
и
,
тем
более
,
оценить
предварительно
,
например
,
по
формуле
(3),
вос
-
пользовавшись
значением
температуры
плавления
сплава
.
В
таблице
2
сопоставлены
экспериментальные
значения
U
кн
,
представленные
в
верхней
строке
та
-
блицы
,
и
в
последней
строке
значения
,
рассчитан
-
ные
по
формуле
(3).
Значение
1,13
В
для
перехода
«
латунь
-
графит
»
получено
по
(3)
с
учётом
темпера
-
туры
плавления
графита
3923
К
.
Все
значения
,
по
-
лученные
экспериментально
,
существенно
больше
расчётных
.
Исключение
составляет
переход
«
ла
-
Табл
. 2.
Падение
напряжения
U
кн
(
В
)
на
контактном
переходе
,
моделирующем
«
плохой
»
контакт
с
участием
сплавов
,
приведенное
к
нормальной
температуре
293
К
латунь
—
графит
латунь
—
латунь
латунь
—
сталь
медь
—
сталь сталь
—
сталь сталь
—
графит
2,43*
1211**
0,54
1211
2,10
1211
3,0
1356
2,50
1393
1,63
1393
1,13
3923
0,38
1211
0,43
1393
0,43
1393
0,43
1393
1,13
3923
* —
Значения
U
кн
,
В
;
** —
Значения
наименьшей
температуры
плавления
материала
в
контактной
паре
, K.
85
№
1 (34) 2016
тунь
—
латунь
»,
что
свидетельствует
о
том
,
что
этот
сплав
,
твёрдый
раствор
меди
с
цинком
,
близок
к
ме
-
таллам
системы
элементов
,
например
,
к
алюминию
,
по
возможности
описания
его
свойств
кинетической
теорией
электронного
газа
.
Табл
. 1
отображает
практически
всю
полноту
зна
-
чений
U
кн
,
накопленных
и
применяемых
в
техниче
-
ском
регулировании
и
в
практике
оценки
пожарной
опасности
в
настоящее
время
.
Поэтому
требуется
их
определение
для
ряда
других
электропроводных
материалов
.
Так
согласно
[2]
предварительно
опре
-
делены
значения
U
кн
,
идентифицирующие
«
плохой
контакт
»
сплав
-
сплав
,
на
образцах
проволоки
из
двух
алюминиевых
сплавов
серии
8000 (
см
.
табл
. 3).
При
расчёте
U
КТ
по
значениям
U
кн
из
табл
. 3
в
фор
-
муле
(1)
значения
Т
пл
следует
принимать
равными
933
К
.
Порядок
расчёта
по
представленным
в
статье
значениям
U
кн
электрической
мощности
,
выделяю
-
щейся
в
контактных
переходах
,
и
температуры
на
-
грева
электрических
контактов
при
возникновении
повышенных
переходных
сопротивлений
показан
в
стандарте
[10]
и
более
подробно
в
[5].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Основная
,
применяемая
в
техническом
регули
-
ровании
идентификационная
характеристика
материалов
контакт
-
деталей
в
состоянии
«
пло
-
хого
контакта
» («bad connection»), —
значение
падения
напряжения
U
кн
на
одиночных
контакт
-
ных
переходах
электрической
цепи
[10],
см
.
таб
-
лицы
1
и
2.
2.
Для
пополнения
фонда
данных
целесообразно
продолжить
определение
значений
U
кн
,
для
чего
следует
в
установленном
порядке
разработать
аппаратурное
оформление
установки
для
опре
-
деления
U
кн
при
испытании
электропроводных
материалов
,
применяемых
в
контактных
соедине
-
ниях
электрических
цепей
.
3.
Апробированные
расчётные
методы
[5]
показа
-
ли
возможность
разработки
на
основе
данных
о
контактных
переходах
в
состоянии
«
плохого
контакта
»
компьютерных
программ
обеспечения
соответствия
разрабатываемых
контактных
со
-
единений
требованиям
пожарной
безопасности
или
причастности
существующих
электроизделий
к
возникновению
пожаров
.
ЛИТЕРАТУРА
1
.
ГОСТ
Р
МЭК
60695-1-1-2003
Испытания
на
по
-
жарную
опасность
.
Часть
1-1.
Руководство
по
оценке
пожарной
опасности
электротехниче
-
ских
изделий
.
Основные
положения
.
Дата
акту
-
ализации
: 21.05.2015.
2.
Веревкин
В
.
Н
.,
Сашин
В
.
Н
.,
Гелашвили
Н
.
Ш
.
(
ВНИИПО
)
Способ
оценки
пожарной
опасно
-
сти
электрического
контактного
соединения
:
А
.
с
. SU 1 485 107 Al, G 01 N 25/50;
А
.
с
. 1 269 057
СССР
; G 01 R 31/04. — 2
с
.
Заявлено
22.04.87
за
№
4 233 960 / 40–25.
Опубликовано
07.06.89 //
Бюллетень
изобретений
и
товарных
знаков
. —
1989.
№
21.
3.
Веревкин
В
.
Н
.,
Сашин
В
.
Н
.
Тепловой
режим
электрических
контактов
,
обусловленный
свой
-
ствами
электропроводящих
материалов
//
Промышленная
энергетика
. — 1990. —
№
4. —
С
. 36–37.
4.
Веревкин
В
.
Н
.,
Сашин
В
.
Н
.
Вольтамперная
ха
-
рактеристика
контактного
перехода
//
По
-
жаровзрывобезопасность
. —
М
.:
Ассоциация
«
Пожнаука
»
и
ВНИИПО
МВД
РФ
. — 1993. —
Том
2. —
№
2.
С
. 30–32.
5.
Веревкин
В
.
Н
.,
Смелков
Г
.
И
.
Пожарная
опас
-
ность
электрических
контактов
и
контактных
соединений
. —
М
.:
МИИЭЭ
, 2009. — 140
с
.
6.
Хольм
Р
.
Электрические
контакты
. —
М
.:
Ин
.
лит
., 1961. — 464
с
.
7.
Таев
И
.
С
.
Электрические
контакты
и
дуго
-
гасительные
устройства
аппаратов
низ
-
кого
напряжения
. —
М
.:
Энергия
, 1973. —
424
с
.
8.
Основы
теории
электрических
аппаратов
. /
И
.
С
.
Таев
,
Б
.
К
.
Буль
,
А
.
Г
.
Годжелло
и
др
. —
М
.:
Высшая
школа
. — 1987. — 352
с
.
9.
Ведерников
М
.
В
.
Классификация
и
электри
-
ческие
свойства
проводниковых
материалов
//
Справочник
по
электротехническим
ма
-
териалам
«
Основы
теории
электрических
аппаратов
». —
Под
ред
.
Ю
.
В
.
Корицкого
,
В
.
В
.
Пасынкова
,
Б
.
М
.
Тареева
. —
Л
.:
Энерго
-
атомиздат
. —
Т
. 3. —
Раздел
10. —
С
. 182–196.
10.
ГОСТ
12.1.004-1991
Пожарная
безопасность
.
Общие
требования
.
Табл
. 3.
Падение
напряжения
U
кн
(
В
)
на
контактном
переходе
,
моделирующем
для
сплавов
алюминия
«
плохой
»
контакт
«
сплав
—
сплав
»
Сплав
Жила
Диаметр
,
мм
Переменный
ток
,
А
U
кн
,
В
8030
Многопроволочная
2,1
6–36
0,78 ± 0,05
8176
Многопроволочная
2,1
8–28
0,60 ± 0,04
8176
Однопроволочная
1,78
27–42
0,62 ± 0,03
Примечание
:
Представленные
значения
U
кн
,
учитывая
выполненный
объём
исследования
,
являются
предварительными
и
могут
быть
уточнены
в
ходе
дальнейших
работ
.
Оригинал статьи: К вопросу об оценке пожарной опасности контактных соединений в электрических цепях
Народная мудрость гласит, что все пожары в электроустановках происходят из-за контактов: в одном случае «хороший» контакт появляется там, где он не нужен — это короткое замыкание, а в другом случае — хорошего контакта нет там, где он нужен — это «плохой» контакт.
