CC BY
60Решетневскуе чтения. 2018
УДК 621.3
ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Д. А. Солдатов, Е. С. Солдатова, М. А. Костина, Е. М. Шульгин
АО «Научно-производственный центр «Полюс», Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в Национальный исследовательский Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30 Е-mail: [email protected]
Значительное число отказов электронных устройств связано с плохим качеством контактных соединений. Поэтому актуальной задачей является разработка методов и средств контроля переходного сопротивления контактов для исключения отказов электронной аппаратуры. Особенно важно осуществлять такой контроль для изделий ракетно-космической техники, ремонт которых невозможен в процессе эксплуатации.
Ключевые слова: большое переходное сопротивление, контактные соединения, предупреждение пожаров, средства диагностики.
ELECTRICAL CONTACT CONNECTIONS DIAGNOSTICS
D. A. Soldatov, E. S. Soldatova, M. A. Kostina, E. M. Shylgin
JSC "Scientific and Production Center", 56v, Kirova Av., Tomsk, 634050, Russian Federation
National research Tomsk Polytechnic University 30, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation Е-mail: [email protected]
A significant number ofelectronic devices failures is associated with poor contact connections quality. Therefore, an urgent task is the methods development and means of monitoring the contact resistance to eliminate electronic equipment failures. It is especially important to carry out such control for rocket products and space technology, for which repair is not possible during operation.
Keywords: big transient resistance, contact connections, fire prevention, diagnostic tools.
Согласно статистике в России в 2014 году случилось 29 208 пожаров вследствие нарушения правил эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов, причинивших ущерб на 4 млрд рублей [1]. Одна из самых распространенных причин аварийных ситуаций - возникновение больших переходных сопротивлений электрических контактных соединений. В связи с этим их контроль в ракетно-космической отрасли является важнейшей задачей обеспечения пожаробезопасности в период непосредственной эксплуатации.
Переходные сопротивления образуются в местах соединения проводников между собой и с разъемами, печатными платами, аппаратами, приборами. Они возрастают вследствие слабого либо неплотного сжатия, малой поверхности контакта, неровностей в местах соединения и оконцевания проводов (особенно при наличии вибрации оборудования), уменьшения сечения проводов, окисления металлов. В таких случаях площадь действительного соприкосновения уменьшается, увеличивается количество выделяющегося в этом месте тепла. Возникает локальный перегрев, что может приводить к воспламенению изоляции в сгораемых элементах конструкций и, в конечном итоге, стать причиной отказа электронного уст-
ройства. Опасность больших переходных сопротивлений усугубляется тем, что их трудно обнаружить, а аппараты защиты по току не срабатывают, поскольку ток в цепи не увеличивается, а уменьшается.
Обнаруживают такие сопротивления обычно уже тогда, когда они приводят к отказу. Поэтому особое значение приобретают мероприятия, направленные на то, чтобы не допустить их появления. Это возможно при их своевременном обнаружении в контролируемой цепи и устранении причины их возникновения. Разработано множество средств и методов диагностики, позволяющих осуществлять температурный мониторинг электроустановок.
Тепловизионный контроль состояния электрооборудования. Это комплексный метод, позволяющий проводить поэлементную, а также общую оценку технического состояния электрооборудования в процессе его работы. Однако, несмотря на высокую точность диагностики, хорошую методическую оснащенность, для использования этого метода необходим оператор, который будет следить за состоянием оборудования в непрерывном режиме [2].
Контактные датчики (термопары, термометры). Они широко распространены в силу малой стоимости, но для диагностирования состояния контакт-
Контроль и испытания ракетно-космической техники
ных соединений требуют специальных схем подключения к устройству сбора и обработки данных. Для использования этих средств в электроэнергетических системах требуется обеспечить их электроизоляцию, крепление на контактах, а также специальную сеть проводов для подключения к системе сбора данных. Такая сеть сама по себе может быть потенциальным источником коротких замыканий [3].
Химические термоиндикаторы однократного и многократного действия. По принципу действия они делятся на композиции, изменяющие цвет при определенной температуре, и композиции с калиброванными точками плавления. Несмотря на простоту их применения и невысокую стоимость, диагностирование перегрева контактов в электронных устройствах с их помощью ограничено. Так, использование термоиндикаторов, выполненных в виде термочувствительных красок и карандашей, требует проведения дополнительных малярных работ в корпусе электронного устройства. Кроме того, многие нормативные документы, например, Правила эксплуатации электрооборудования кораблей, запрещают окрашивать электрические контакты [4].
Указатели перегрева однократного действия. В них две части указателя, способные перемещаться одна относительно другой, спаиваются легкоплавким припоем, температуру которого выбирают с учетом допускаемого нагрева контакта рабочим током и током короткого замыкания. При нагреве контакта до температуры, превышающей температуру плавления припоя, одна из частей указателя под действием силы тяжести отпадает. Для приведения индикатора в рабочее положение необходимо заново припаять отпадающий элемент. Вместе с тем в случае короткого замыкания возможно разбрызгивание припоя, что может спровоцировать возникновение электрической дуги.
Датчики контактной нагрузки. Для мониторинга контактов используются специальные болты с встроенным устройством контроля усилия затяжки, которое выполняется в виде тензодатчика, установленного в отверстии внутри болта. Изменение момента затяжки этих болтов контролируется с центрального пульта. Однако использование датчиков контактной нагрузки требует дополнительных проводников в щитах, недопустимость введения которых отмечена при рассмотрении контактных датчиков [5].
Несмотря на многообразие разработанных средств и методов температурного мониторинга электронного оборудования, по различным техническим причинам они не нашли широкого применения на практике. На сегодняшний день самыми распространенными методами являются визуальный контроль (по наличию почернения и обгорания изоляции) и ручная обтяжка всех без исключения контактов во время регламентных работ. Как правило, электротехнический персонал пренебрегает этой операцией, что может привести к аварийной ситуации [6].
Одним из путей решения этой проблемы может стать термоэлектрический контроль, при котором за счет нагревания переходного сопротивления при
плохом контакте проводников будет появляться тер-моЭДС. По уровню этой термоЭДС можно судить о значении переходного сопротивления контактов. Однако эта методика требует тщательной проработки для определения чувствительности и разрешающей способности метода.
Библиографические ссылки
1. Сведения о пожарах и их последствиях за январь - сентябрь 2014 года [Электронный ресурс]. URL: http://www.mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari/2014_god / Svedenija_o_pozharah_i_ih_posledstvijah (дата обращения: 28.08.2018).
2. Бажанов С. А. Тепловизионный контроль электрооборудования в эксплуатации. М. : НТФ Энергопрогресс, 2005. 144 с.
3. Бойченко В. И., Дзекцер Н. Н. Контактные соединения токоведущих шин. Л. : Энергия, 1978. 144 с.
4. Правила эксплуатации электрооборудования кораблей ВМФ (ПЭЭК-71). М. : Военное издательство Министерства обороны СССР, 1972.
5. Пат. 2491687 Рос. Федерация: МПК Н0Ж4/00. Устройство для диагностики ослабления затяжки резьбового контактного соединения с токоведущим наконечником / Горшков А. И. [и др.]. № 2011141144/07 ; заявл. 11.10.2011 ; опубл. 27.08.2013, Бюл. № 24.
6. Гренчук А. М., Гуменюк В. И. О возможности массового применения средств диагностики пожароопасного состояния электрооборудования // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2014. № 2 (195). С. 21-215.
References
1. Information on fires and their consequences for January-September 2014. Available at: http://www. mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari/2014_god/Svedenija_ o_pozharah_i_ih_posledstvijah (accessed: 28.07.2013).
2. Bazhanov S. A. Thermal imaging control of electrical equipment in operation. M. : ed. NTF Energoprogress, 2005. 144 р.
3. Boychenko V. I., Dzektser N. N. Contact connections of busbars. L. : Energy, 1978. 144 р.
4. Rules for the operation of electrical equipment of the Navy ships (PEEK-71). M. : Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, 1972.
5. The patent 2491687 of the Russian Federation: MPK ro1R4/00. A device for diagnosing the weakening of the tightening of a threaded contact connection with a current-carrying tip / Gorshkov A. I. [et al.]. № 2011141144/07 ad. 10/11/2011 ; from 08/27/2013, newsletter № 24.
6. Grenchuk A. M., Gumenyuk V. I. On the possibility of mass application of means for diagnosing the fire-hazardous state of electrical equipment // Scientific and Technical Bulletins of SPbSPU. 2014. № 2 (195). P. 21-215.
© Солдатов Д. А., Солдатова Е. С., Костина М. А., Шульгин Е. М., 2018
