Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах

О. Г.Захаров








                ПОИСК ДЕФЕКТОВ В РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНЫХ СХЕМАХ




Учебно-практическое пособие
3-е издание












Москва Вологда
« Инфра-Инженерия» 2024

УДК 631.371:621.311
ББК 40.72
      3-38










     Захаров, О. Г.
3-38   Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах : учебно-практическое
      пособие / О. Г. Захаров. - 3-е изд. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 220 с. : ил., табл.
        ISBN 978-5-9729-1575-0

      В дополненной и переработанной книге рассмотрена иллюстрированная практическими примерами технология поиска дефектов в релейно-контакторных схемах и электроустановках напряжением до 1000 В. Приведены задачи на самостоятельный поиск дефектов и ошибок в схемах, снабженные комментариями и пояснениями. Даны рекомендации по соблюдению мер безопасности, дополненные описаниями несчастных случаев с указанием причин электротравм.
      Для электромонтеров и настройщиков электрооборудования. Может быть полезно преподавателям, аспирантам и студентам вузов, специализирующихся в области электроэнергетики.

                                                      УДК 631.371:621.311
                                                      ББК 40.72









ISBN 978-5-9729-1575-0

  © Захаров О. Г., 2024
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024

            ПРЕДИСЛОВИЕ



    Электрики разных профессий изготовляют, монтируют, настраивают, ремонтируют и обслуживают разнообразное электрооборудование.
    При этом непременной частью их работы является поиск дефектов. Необходимость своевременного обнаружения и устранения дефектов трудно переоценить, так как чем совершеннее и производительнее электрооборудование, тем значительнее экономический ущерб от его простоя или нерационального использования даже в короткие промежутки времени. Вот почему так важно умение электриков находить дефекты в разнообразном электрооборудовании.
    В предлагаемом Вашему вниманию дополненном и переработанном издании книги не приведены перечни возможных дефектов, их причин и способов устранения, как это сделано в руководствах по эксплуатации или в известных работах [1,2,3].
    Вместо этого после описания внешних проявлений того или иного дефекта и результатов эксперимента над реальным электрооборудованием производится анализ полученных результатов и выдвигается предположение о возможной причине дефекта.
    Возникающие при использовании такого способа поиска дефектов трудности должна помочь преодолеть описанная в книге технология, поясняемая практическими примерами и задачами, в которых рассмотрено также применение специальных и универсальных средств технологического оснащения.
    Ответы на задачи в книге не приведены, так как знание ответа подсказывает ход решения задачи и сковывает инициативу по отысканию других возможных путей решения.
    Однако практически ко всем задачам дан комментарий или пояснения, помогающие самостоятельному поиску дефекта.
    Поскольку описание технологии поиска дефектов требует использования специальной терминологии, обозначающей специфические понятия технической диагностики и смежных областей науки и техники, то данная книга начинается с пояснения на практических примерах терминов и обозначаемых ими понятий.
    В книге основное внимание уделено поиску дефектов в электрооборудовании напряжением до 1000 В.

3

Предисловие

    Однако, описанные методы и некоторые технологические переходы можно применять при поиске дефектов в обесточенных электроустановках и электрооборудовании напряжением выше 1000 В.
    Помимо технологии определения дефектов и сведений, специфических для данного вида работ, в книге приведены конкретные меры безопасности, которые надо соблюдать при работе в электроустановках.
    В книге нет возможности указать все меры безопасности, поэтому электрик должен знать и соблюдать как общие, так и специальные меры безопасности, установленные «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», а также отраслевые (ведомственные) правила, действующие предприятии, где электрик выполняют работу по поиску дефектов.
    Предлагаемая вниманию читателей книга не заменяет нормативные документы, поэтому при использовании технологии поиска дефектов необходимо также руководствоваться документами, определяющими порядок выполнения тех или иных работ в электроустановках на предприятии.
    Для составления примеров и задач по определению дефектов автор использовал данные многолетней практики настройки и испытаний электрооборудования, а также практический опыт коллег.
    Незначительное число примеров дефектов в релейно-контакторных схемах и их описаний, касающихся в основном поиску дефектов в схемах при их анализе, заимствовано из технической литературы и документации.
    В некоторых примерах даны ссылки на источник и указаны фамилии специалистов, их предложивших.
    Автор приносит свои извинения за невозможность указать фамилии всех специалистов, предоставивших ему примеры дефектов и ошибок в релейноконтакторных схемах и различном электрооборудовании.

4

            I. ПОЯСНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ


    Изложение материала предварим необходимыми пояснениями используемых в книге понятий и определений.
    Так, слово схема употребляется для обозначения документации электроустановки или электротехнического изделия. В том случае, когда необходимо обратиться к какому-либо документу, к этому слову будет добавляться поясняющее слово, указывающее рассматриваемую схему.
    Если релейно-контакторная схема (для краткости в дальнейшем изделие или объект) соответствует всем установленным в документации требованиям, то принято говорить, что она находится в исправном состоянии [46, 48].
    Переход изделия из исправного состояния в неисправное происходит вследствие возникновения в нем одного или нескольких дефектов.
    В «Словаре русского языка» С.И. Ожегова слово дефект толкуется как как «изъян, недостаток, недочет», что несомненном придает ему негативный оттенок.
    В данной работе термин слово дефект использован для обозначения каждого отдельного несоответствия изделия установленным к нему в документации требованиям [47], т.е. термин лишен какой-либо негативной оценки.
    Термин дефект связан с термином неисправность, но не является его синонимом. Находясь в неисправном состоянии, изделие имеет один или несколько дефектов.
    Из определений, установленных стандартом [47] следует, что устранить неисправность изделия нельзя, но можно устранить дефект в изделии.
    Не смотря на радикальное изменение терминологии в области технической диагностики электрикам приходится пользоваться как старыми книгами, в которых описан «поиск неисправностей» [15, 17, 20, 29, 31, 32], так и обращаться к новым книгам, где вместо «поиска дефектов» по-прежнему ищут неисправности [13, 14, 16, 28, 30].
    Если в изделии существует единственный дефект, то после его устранения изделие перейдет в исправное состояние.
    Дефекты в изделии могут возникать в разные моменты его жизненного цикла - при изготовлении, монтаже, настройке, эксплуатации, испытаниях, ремонте, и иметь различные последствия.
    По последствиям различают критические, значительные и малозначительные дефекты.
    Наличие критических дефектов делает использование изделия по прямому назначению невозможным или недопустимым.


5

I. Пояснение основных понятий и определений


        ПРИМЕР 1. Критический дефект

    В качестве примера изделия выбираем реле постоянного тока на номинальное напряжение 110 В, катушка которого имеет ну = 10 000 витков, а ее сопротивление Rₓ = 2200 Ом.
    Другие параметры:
    - номинальный ток IH₀M = 0,05 А;
    - ток срабатывания Icₚₐg = 0,033 А;
    - коэффициент запаса Кзш =1,5;
    - номинальная МДС (магнитно-движущая сила) Aw = 500 А.
    Пусть в катушке существует дефект, приведший к закорачиванию 90% витков и уменьшению сопротивления катушки до. R2=220 Ом (если условно положить, что все витки имеют одинаковую длину).
    При напряжении 110 В этому сопротивлению будет соответствовать ток I₂ = 0,5 А и МДС Aw₂=I₂-w₂=0,5 • 1000= 500 А.
    Хотя цифры показывают, что значение МДС не изменится и реле сможет притянуть свой якорь, но сколько-нибудь длительная работа реле с таким дефектом невозможна, так как после подведения к дефектной катушке номинального напряжения обмоточный провод, перегруженный током в 10 раз, перегорит практически мгновенно.


    Значительные дефекты ограничивают возможность использования изделия по прямому назначению или сокращают его долговечность (см. пример 6).


        ПРИМЕР 2. Значительный дефект

    Пусть в катушке реле, рассмотренного в примере 1, существует дефект, приведший к замыканию 20% витков, то есть в ней осталось действующими 8000 витков.
    Предполагая по-прежнему пропорциональность между количеством витков и сопротивлением обмотки, можно определить, что сопротивление дефектной обмотки R₃ =1760 Ом.
    Это сопротивление при напряжении 110В ограничит ток в катушке значением I₃ = 0,062 А.
    Следовательно, МДС Aw₃= 0,062 • 8000 = 496 А.
    Таким образом, и при данном дефекте МДС будет достаточной для срабатывания реле, однако увеличение тока через обмотку практически на 25 % приведет к перегреву катушки сверх допустимого для ее изоляции и преждевременному отказу реле, хотя оно и сможет проработать некоторое время.


   Если наличие дефекта не оказывает влияния на работу изделия, то его называют малозначительным.


6

Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах

Захаров О.Г.


        ПРИМЕР 3. Малозначительный дефект

   Пусть в катушке реле, параметры которого приведены в примере 1, закорочено 5 % витков сопротивление которых примерно равно 2090 Ом.
   Это сопротивление ограничит ток в катушке до значения I₄=0,053А, что соответствует МДС Aw₄ = I₄■ w₄ “ 503 А.
   Если учесть, что в документации реле установлен 10 % допуск на номинальный ток, т.е. IₘM ₘₐₓ = 0,055 А, то увеличение тока на 0,003 А нельзя обоснованно отнести к дефекту реле или его катушки, так как I₄ < I ном мах.
   В связи с тем, что увеличение тока не превосходит допускаемого для данного реле, то дефект, вызвавший его, не влияет на работу реле.



   Рассмотренные примеры показывают, что не только разные дефекты, но один и тот же вид дефекта (в нашем случае - короткое замыкание витков катушки) могут иметь неодинаковые последствия. Само же наличие дефекта в изделии далеко не всегда влияет на его способность выполнять свои функции.
   В подтверждение сказанного приведем пример, где в качестве объекта рассмотрена гирлянда электрических ламп. Этот достаточно простой объект будет использован еще в нескольких примерах, при рассмотрени и основных технологических вопросов поиска дефектов.
   Простота объекта позволит, не отвлекаясь на пояснения принципа его действия и происходящих в нем процессов, обратить внимание только на вопросы поиска дефектов.


        ПРИМЕР 4. Различное проявление одинаковых дефектов

   Пусть в объекте, представляющем собой переносной светильник (рис. 1, а), произошло короткое замыкание между выводами лампы.
   При подключении светильника к источнику питания произойдет короткое замыкание в источнике. В данном случае по своим последствиям короткое замыкание в лампе является критическим дефектом.
   Другой объект - гирлянда электрических ламп (рис. 1, б). Точно такой же дефект в этом объекте может привести к различным последствиям в зависимости от числа ламп в гирлянде.
   В частности, при 25-30 или более лампах и сумме их номинальных напряжений, превосходящей напряжение сети, короткое замыкание в одной из ламп не приведет к увеличению напряжения сверх допустимого на каждую из оставшихся исправными ламп и к заметному возрастанию яркости свечения остальных ламп.
   Хотя внешне оба дефекта проявляют себя одинаково (отсутствие свечения неисправной лампы), по своим последствиям короткое замыкание в одной из ламп гирлянды не приводит к короткому замыканию источника электроэнергии и для всей гирлянды является по принятой классификации малозначительным дефектом.

7

I. Пояснение основных понятий и определений

Рис.1. Различное проявление одинаковых дефектов: а - в переносном светильнике, б - в гирлянде электрических ламп



   Кроме исправного и неисправного состояний в технической диагностике различают работоспособное и неработоспособное состояния изделия.
   Работоспособным считается изделие, способное выполнять возложенные на него функции, сохраняя значения заданных параметров в заранее установленных пределах.
   В противном случае изделие неработоспособно.
   Хотя любое исправное изделие является одновременно и работоспособным, но о работоспособном изделии не всегда можно сказать, что оно исправно.
   В примерах 3, 4 показано, что и неисправные изделия могут выполнять возложенные на них функции.
   Нарушение исправного состояния изделия при сохранении его работоспособности происходит в результате повреждения, а при нарушении работоспособности - из-за отказа.
   Отказ может возникнуть в результате наличия в изделии одного или нескольких дефектов, но появление дефектов не всегда означает, что возник отказ, т.е. изделие стало неработоспособным (см. примеры 3, 4).
   Отказы, не связанные с неисправностью других элементов, называют независимыми, а возникающие, как следствие другого, - зависимыми.


8

Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах

Захаров О. Г.


        ПРИМЕР 5. Зависимый отказ

   В некоторых типах контакторов используют секционированные катушки (рис. 2.).
О Б


Рис. 2. Секционированная катушка контактора

   При включении контактора работает секция катушки К 1.2-1, называемая пусковой, или включающей. Вторая же секция катушки
   К1.2-2 в это время зашунтирована размыкающим контактом К1:3 контактора. В зависимости от габарита контактора ток, протекающий через пусковую секцию, достигает 8 - 15А.
   После того, как подвижная система контактора переместится в конечное положение, контакт K1.3 разомкнётся и в работу включится удерживающая катушка К1.2-2 , а ток уменьшится до 0,2-0,8 А.
   Предположим, что в контакторе существует дефект, препятствующий размыканию контакта К1:3.
   В этом случае через некоторое время после подачи напряжения на катушку от перегрузки перегорит провод, которым намотана включающая катушка. Провод этой катушки рассчитан только на кратковременную, в течение долей секунды, работу в период включения контактора. Таким образом, дефект контакта К1:3 приводит к отказу контактора.


   В зависимости от причин, вызвавших появление отказов, их подразделяются на систематические и случайные.
   Систематические отказы изделий возникают при нарушении технологических процессов их изготовления или монтажа, настройки или эксплуатации, ремонта или испытаний. Причины таких отказов могут быть выявлены и устранены.
   Возникновение случайных отказов представляют собой, хотя и нежелательное, но вполне естественное явление и характерно для любого технического объекта.
   Вероятность таких отказов определяется показателями его надежности [46, 48]:
   - наработкой на отказ;


9

I. Пояснение основных понятий и определений

   - вероятностью безотказной работы;
   - долговечностью и др.
   Проиллюстрируем взаимосвязь некоторых из перечисленных понятий.


        Пример 6. Наработка на отказ и долговечность

   «Иногда новая установка сразу отказывает или работает плохо. В таких случаях немедленно принимают необходимые меры. Или сначала все хорошо, затем работа ухудшается и, наконец, наступает отказ: электроустановка выходит из строя, например, через 3 месяца, хотя срок ее службы 16 лет¹».
   Здесь приведены две характеристики надежности - наработка на отказ (продолжительность работы до первого отказа) и долговечность (срок службы).
   В соответствии с принятой системой понятий для ремонтопригодных изделий наработка на отказ всегда меньше срока их службы. Таким образом, если для данного изделия установлена наработка на отказ меньшая или равная 3 месяцам, то его отказ закономерен. В том же случае, когда установленная наработка на отказ превышает 3 месяца, можно говорить о низкой фактической надежности данного изделия.
   По-иному обстоит дело с неремонтнопригодными изделиями, для которых наработка на отказ всегда должна быть не меньше срока их службы. Таким образом, отказ неремонтнопригодного изделия со сроком службы 16 лет через 3 месяца работы явление ненормальное.
   Однако следует помнить, что все показатели надежности суть случайные величины и поэтому по преждевременному отказу одного единственного изделия нельзя обоснованно судить о надежности других изделий данного типа.



   В примере 3 был рассмотрен случай, когда дефект в изделии внешне себя не проявил. Каким же образом можно узнать о существовании этого или любого другого дефекта в том или ином изделии, не дожидаясь возникновения отказа, аварии или других нежелательных последствий?
   Прежде всего, дефект в изделии проявляется во время его настройки, испытаний или при плановой профилактической проверке по признакам, позволяющим установить факт нарушения его исправности или работоспособности.
   На основании этих признаков фактическое состояние изделия относят к одному из четырех названых выше состояний (исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное) или же к предельному состоянию, когда выполнение каких-либо настроечных или ремонтных работ нецелесообразно и изделие должно быть заменено новым.
   Упомянутые выше признаки принято называть критериями дефекта, а задаются они в документации изделия в виде перечня параметров или характеристик с указанием допустимых пределов их изменения - допусков. ¹


¹ Сохранена терминология и орфография, использованная в [10].

10