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如何判断接触器电气寿命

2023/7/17 17:35:30 分类:电工基础 
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低压接触器作为频繁接通、分断电流的控制元器件,衡量其性能高低有两个重要指标:机械寿命和电气寿命。

机械寿命是指接触器主回路不通负载电压和负载电流(无载操作),线圈端加控制电压,在很高的操作频率下吸合、释放,主要考核触头塑料支架、弹簧、铁芯等机械零件的耐久性。


电气寿命是指接触器主回路通负载电压和电流(有载操作),按照AC-1/AC-2/AC-3使用类别(如下表B.1),在一定操作频率下接通、分断电流。主要考核主触头在电弧烧蚀下的耐久性。

接触器电气寿命资料

机械寿命和电气寿命的主要区别在于主回路是否接通、分断高电压大电流(无载操作和有载操作的差异),且操作频率有一定差异,二者验证的对象和目的不一样。


一般情况下,接触器的机械寿命可以达到500万~1500万次,但是电气寿命可能在50万~150万次左右。电流规格越小的接触器,其机械寿命和电气寿命相对高一些,如下表所示。

接触器的机械寿命

由于接触器在使用过程中,基本上都是有载操作,所以电气寿命更能体现接触器的性能。既然接触器电气寿命如此重要,那么我们该如何评估接触器电气寿命呢?


首先,我们来理清两个重要概念:触头的开距和超程。


触头开距是指触头处于打开位置时,动、静触头间最短的距离,其主要作用是保证可靠地熄灭电弧,以及在触头处于打开位置时,保证触头间的绝缘间隙。


触头超程是指当触头完全闭合后,如果将静触头移去,动触头所能移动的距离,其主要作用是保证触头磨损后仍能可靠的接触。


超程的大小会随着触头电气磨损量发生变化,电气寿命初期触头超程值最大,电气寿命要求高时,触头超程大些,我们可以通过超程变化来评估触头的剩余电寿命。


当触头在电弧烧蚀下厚度变薄,超程变小、触头弹簧压缩量变小、触头压力变小,所以:接触器电气寿命末期,触头银点厚度越薄,超程也越小。


接触器触头位置示意图

触头超程是个很重要的参数,它可以直接反映出触头寿命的剩余程度,也可以反映出触头银点的剩余厚度,即触头电气寿命。


全新接触器的主触头一般为银氧化锡或银镍合金材料(非镀银),基本上是80%~90%的银和10~20%的氧化锡或镍的合金,银点具有一定的厚度,全新触头会呈现银白光亮的颜色,如下图所示。

全新接触器的主触头

一旦开始接通分断负载电流,电流产生的电弧会烧蚀触头表面,形成黑色的电弧痕迹。我们其实并不用担心这些黑色的电弧痕迹会影响触头的接触可靠性。


在高电压大电流下,电弧的能量足以清除触头表面的氧化物或硫化物或其他污染物,保证接触可靠和长期稳定的低电阻。


只有当“主触头“用于信号回路例如直流24V毫安级别电流时,由于电弧能量小,不足以清除触头表面污染物,才会考虑接触可靠性,所以主触头强烈不推荐用于低电压低电流的信号回路,而应该采用辅助触点。



在电气寿命中期,可以看到银点材料有明显的消耗,银点厚度也开始变薄,虽然表面有些许不平的状态,但属于正常的电气磨损。

接触器触头的正常电气磨损

只有到了电气寿命末期,触头厚度大大变薄甚至露出铜触桥支撑,这时候触头超程小了,意味着触头弹簧压缩量小了,触头也压力小了,触头接触电阻就变大了,触头释放速度也会变慢,分断时电弧停留的时间更长,触头烧蚀会更严重,最终的结果触头过热和触点粘连。


触头过热和触点粘连

总结:触头银点的厚度变化,会导致触头超程变化。超程减少,触头弹簧压缩量就减少,触头压力变小,触头接触电阻变大,触头打开瞬间的初速度减少,所以接触器电气寿命末期,接触器容易过热和粘连。


基于上述分析,判断接触器剩余电气寿命有以下几种常见的方法:

1、目视检查银点的厚度变化,通过经验评估触头电气寿命;
2、通过专用测试平台或位置传感器测量触头超程变化,来评估触头电气寿命;
3、通过比较线圈浪涌电压产生的时间与主触头断开时产生电弧电压的时间;
4、通过测量触头分断速度变化,来评估触头电气寿命;

通过目测银点厚度来判断触头电气寿命的方法,完全取决于个人的现场经验。笔者经常与从事接触器维护的电工打交道,交谈中得知:目视检查的方法简单粗暴,但非常有效。


定期目视检测的优势在于可以根据接触器的运行工况定期查看,眼见为实。钢厂行业起重设备上的接触器,大多采用这种简单有效的方法,经过师傅带徒弟的传承和现场长期验证,已经形成自己独特的判断触头电气寿命的方式。


定期目视检测的劣势也很明显,维护强度大、工作效率低。通常一个电工需要维护十几甚至几十台起重设备,还不包括其他电气设备需要定期维护,所以工作强度可想而知。


如果接触器自带电寿命诊断功能,不需要电工去定期检查,那么不就可以减轻现场电工的劳动强度吗?事实上,目前市面已经有成熟的产品在使用,我们来看下它们的实现原理。


西门子3RT10 接触器的RLT(剩余寿命显示)的原理是:在切断控制电压时衔铁与磁扼部分分离会产生一个浪涌电压,这个浪涌电压的时间与主触头断开时产生的电弧电压时间相比较,比较结果是一个时间值。


该时间值会随着接触器触点材料的磨损而增加,这个变化的时间值可作为接触器剩余寿命的评估依据,在剩余寿命下降到20%时通过LED灯显示,它是由主触头中磨损最高的那极来决定的。


施耐德TeSys Giga智能接触器自带电寿命诊断功能,其原理是:通过检测触头断开时的释放速度,由控制模块中嵌入的触点磨损算法计算触点的剩余电寿命。


当触点的剩余电寿命低于15%时,接触器前端的“橙色”指示灯会闪烁,提醒用户需要更换主触头。


TeSys Giga接触器甚至还可以在产品上方另外增加“远程智能诊断模块”,通过通讯协议将触头电寿命、线圈过欠压报警等信息传到后台,实时监控接触器运行的状态。


接触器电寿命判断的总结

接触器电气寿命主要是指主触头在带载工况下的耐久性,电气磨损会导致触头银点厚度变化,即电气寿命逐渐减低。判断接触器电气寿命的方法,可以通过目视银点厚度的变化来评估,也可以借助厂家提供的电气寿命自诊断功能,来降低现场维护的劳动强度,提高设备检修的工作效率。

作者:宾昭平

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