Voltaje de arco en los contactos del relé cuando la carga está apagada

Los contactos del relé (no la bobina del relé) están conectados en serie con la caldera de agua (2kW) y la toma de corriente CA (220 V, 50 Hz). De repente, el relé deja de funcionar debido al arco eléctrico que aparecía continuamente en la conmutación del dispositivo eléctrico de alta potencia.

La pregunta sigue. ¿Cuál es el voltaje aproximado (EMF), que aparece en los contactos de conmutación del relé?

Además, la hoja de datos del relé se puede encontrar aquí .

PD: mi colega me dice que el cable no tiene inductancia, pero no estoy de acuerdo. El cable tiene una longitud de 5 m, por lo que la inductancia aproximada es igual a L=8444nH, luego U=L*dI/dt. dI y dt son desconocidos y ni siquiera puedo imaginar valores aproximados.

PD: si alguien tomó la medida para este tipo de situación usando un osciloscopio, ¡comparta sus resultados!

aproximadamente 220V
Si le preocupa la inductancia del cable, debe conocer la corriente máxima en el sistema. Suponiendo una carga resistiva de 2kW, puede calcular la corriente máxima de 220 V CA (RMS). La apertura del relé estará en la escala de tiempo de milisegundos. Sin embargo, su cálculo de inductancia (¡demasiadas figuras sig.!) parece no tener en cuenta el hecho de que las líneas de alimentación de CA suelen estar muy cerca unas de otras y transportan corriente cero total.
No estoy seguro acerca de "La apertura del relé estará en la escala de tiempo de milisegundos". Creo que es más corto. Si para calcular EMF considerando su suposición, es igual a 8444e-9H*(2000W/220V)/1e-6s = 76.8 V. ¿No cree que es muy pequeño?
Una inductancia aproximada para 5m de cable sería 8uH, ¡no algo con 10 cifras significativas!
La cuestión no está en la representación del número ;)

Respuestas (2)

Si le preocupan los campos electromagnéticos inductivos, podemos calcularlo. Supongamos que pasamos de 10 A a cero en 1 ms. Este parece un valor de tiempo mínimo razonable ya que el contactor es mecánico y la red eléctrica solo está en el valor máximo durante una fracción de cada medio ciclo de todos modos. Supongamos también que su valor de 8 uH es correcto. (No voy a comprobar.)

V = L d i d t = 8 × 10 − 6 10 10 − 3 = 8 × 10 − 2 = 80   metro V

No creo que debas preocuparte por eso.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. (izquierda) Contactos prístinos de un relé (derecha) Los contactos casi destruidos de un relé que funcionó con energía durante casi 100 000 ciclos. Fuente: Supresión de arco de Wikipedia .

El desgaste de los contactos provendrá del arco y de la disminución del área de contacto y la presión a medida que los contactos se abren y cierran. En este momento se generará calor adicional.

Actualización (después de la hoja de datos proporcionada por OP):

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Figura 2. Extracto de la hoja de datos .

Ese relé es demasiado pequeño a pesar de las especificaciones del fabricante. ¿Cómo puedo saber? ¡Falló!

Tenga en cuenta que con una resistencia de contacto de 100 mΩ (y no 100 MΩ como se indica), a 10 A tendrá PAG = I 2 R = 10 2 × 0.1 = 10   W disipado por los contactos. Esa resistencia de contacto se cotiza a 6 V, por lo que probablemente sea el peor de los casos, pero da una idea de las dificultades que soporta el dispositivo.

En segundo lugar, dado que es una bobina de CC, supongo que la está cambiando electrónicamente y tiene un diodo amortiguador en la bobina. Esto ralentizará la liberación y aumentará dramáticamente el problema.

Dígale a su colega que la inductancia no es el problema aquí.

Comentario de OP:

De todos modos, no puedo estar de acuerdo con la prueba de thansistor [sic], porque los cálculos no han tenido en cuenta el valor real de la inductancia, que se desconoce para el circuito eléctrico completo...

DE ACUERDO. ¿Cuál es la impedancia de suministro? Una búsqueda rápida en la web me llevó a un sitio para entusiastas del audio, Acoustica . (Estos chicos se preocupan por todo.)

Uno de los factores que los cómics de alta fidelidad suelen pasar por alto es que la red eléctrica no es infinitamente poderosa; más específicamente, puede exhibir una renuencia significativa a suministrar suficientes electrones. A veces da la impresión de que podría tener toda la producción de SIzewell B [una central nuclear británica] disponible si compra un cable de alimentación lo suficientemente grande. En el color de este año, por supuesto....

No es necesariamente así; ni siquiera está cerca. IEC725:1981 modela la fuente de alimentación doméstica europea con una impedancia de (0,4+j0,25) ohmios. Sorprendentemente, la medición muestra que el Reino Unido está de acuerdo con el modelo o lo mejora un poco en general, en algo así como (0,25+j0,23) ohmios. ¿Qué significa eso realmente? Es una definición que incluye la resistencia real de la red de distribución y el cableado hasta el enchufe, estimada en 0,25 ohmios, más el componente reactivo (j), lo que permite la capacitancia e inductancia parásitas del cableado. La impedancia está dominada por la inductancia y equivale aproximadamente a 0,23 ohmios en el Reino Unido, para una impedancia de suministro neto de casi 0,5 ohmios a 50 Hz.

No he verificado estos números, pero tomemos la inductancia de la red eléctrica en el suministro de su calentador de agua como si tuviera una impedancia inductiva de 0,25 Ω. Podemos calcular la inductancia de la siguiente manera:

L = X L 2 π F = 0.25 2 π 50 = 8 × 10 − 4   H

Reemplazando estos en nuestra primera ecuación e ignorando el 8 × 10 − 6   H del cableado del calentador obtenemos:

V = L d i d t = 8 × 10 − 4 10 10 − 3 = 8   V

Creo que puedes decirle a tu colega que todavía estamos bien. La inductancia no es el problema.

Nunca antes había visto este problema, así que avíseme si me he perdido algo.

Enlaces

Hay otra referencia a IEC 725:1981 en The Influence of Source Impedance in Electrical Characterization of Solid State LOighting Sources por D. Zhao y G. Rietveld, VSL, Dutch Metrology Institute debajo de la ecuación (6) en la página 3. Esto usa el mismo 0,4+0,25j Ω como fuente Acoustica.

Descubrí que la rigidez dieléctrica del aire es de 20...75 (kV/pulgada). Entonces, a su vez, si suponemos que la longitud del arco es de 1 (mm), entonces el voltaje para este arco es 0.78...2.95 (kV). ¿Qué opinas sobre tal suposición?
@VictorSignaevskyi Lo tienes al revés. Seleccionó una distancia arbitraria (desconocida) (1 mm) y luego calculó cuál sería el voltaje para romper el aire. Debe comenzar con el voltaje (conocido) que tiene y luego calcular la distancia a la que podría golpear el arco. Está claro a partir del cálculo del transistor que la fuerza contraelectromotriz (80 mV) no es el problema, por lo que el único voltaje involucrado en cualquier arco es el suministro. Suponiendo que la interrupción se produce en el punto máximo del ciclo que da 308 V máx. (220*1,4). Tomando el valor del peor de los casos (20 kV/pulgada) se obtiene una longitud de arco de 0,015 pulgadas/0,4 mm
... momento en el cual el arco se extinguirá.
@JImDearden Su explicación parece correcta, pero no tiene en cuenta la inductancia (teniendo en cuenta EMF, deberíamos obtener un voltaje superior a 220 * sqrt (2)). Además, creo, la inductancia es de un nivel mucho más alto de lo que pensaba antes. Mi colega me dijo que debemos tener en cuenta no solo la longitud del cable que pasa por el enchufe, el relé y la caldera de agua... También debemos incluir todos los cables por los que fluye la corriente. Quiero decir que debemos tener en cuenta el cable completo (por ejemplo, desde el transformador hasta el cliente). Creo que debería medir la inductancia en el zócalo...
¿Qué estás tratando de resolver aquí? ¿Está tratando de averiguar por qué un relé real dejó de funcionar? ¿Qué se detuvo: la armadura dejó de moverse o los contactos dejaron de conducir? ¿Enlace a la hoja de datos para el relé?
@transistor Sí, estoy tratando de averiguar la razón por la cual el relé dejó de funcionar. El problema básico está atascado en los contactos del relé y me pregunto cuál es el motivo. La hoja de datos del relé se puede encontrar aquí .
¿Por qué no incluyó la hoja de datos en su pregunta original? Es información esencial. Ver actualización.
@VictorSignaevskyi Yo también creo que este relé está subestimado para este trabajo. Parece que está obsesionado con la fem posterior que el transistor ha demostrado claramente que no es el problema. La razón por la que fallan los contactos se debe a la alta corriente que tienen que pasar (9A), lo que provoca puntos de soldadura o "picaduras" (calentamiento por resistencia) en la superficie del contacto. aumentando la resistencia de contacto cada vez. (ver la imagen de los contactos del transistor). Eventualmente, el daño se acumula a través de varias repeticiones y, finalmente, los contactos se fusionan. Este es un modo de falla perfectamente normal y se soluciona reemplazando el relé.
... con uno mejor.
De todos modos, no puedo estar de acuerdo con la prueba de Thansistor, porque los cálculos no han tenido en cuenta el valor real de la inductancia, que se desconoce para el circuito eléctrico completo... Solo puedo estar de acuerdo con el consejo de usar un relé más potente, ya que la corriente estaba subestimada. . Pero la cuestión del tema no está en el problema de la selección del relé.
Bueno, entonces, por favor, no acepte la respuesta por un tiempo y vea si aparece una mejor. Es menos probable que otros den una respuesta si usted ha aceptado una.
Ver la actualización. Satisfecho todavía? Parece que yo estoy haciendo todo el trabajo aquí.
@transistor ¡Gracias por tan buena aclaración sobre la "inductancia en el zócalo"! Puedo estar de acuerdo con eso y sí, estoy satisfecho con la inductancia. Pero tenemos otro elemento en el denominador U=L*dI/dt. ¿Está de acuerdo en que la desconexión de los contactos del relé requiere un tiempo considerablemente menor que 1 milisegundo? Según tengo entendido, la conexión eléctrica se perdió incluso después de 1uS después de la desconexión de inicio. PD: Como podemos ver, el valor de fem ha cambiado considerablemente de 80 mV a 8 V, entonces, ¿dónde está la garantía de que no cambie su valor aún más debido al tiempo dt, que está en el denominador?
Cambiará con dt , pero vea mi punto sobre la caída lenta del relé de CC. ¡Creo que ahora tienes suficiente información para hacer tus propios cálculos! ;^)

El relé suena pegajoso, a menos que su carga sea tanto inductiva como resistiva (alambre enrollado). Además, verifique que el circuito del controlador funcione correctamente con respecto al voltaje y la corriente a la bobina. Otra posibilidad es que la bobina en el relé tenga un devanado en cortocircuito.

Voltaje de arco en los contactos del relé cuando la carga está apagada
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