线路故障与查找讲义.doc

线路故障及其查找
电气控制电路的故障可以划分为电源故障、元件故障和线路故障。
一、 线路故障的种类和原因
线路故障在控制线路中占有较大的比例，具体又可分为接触不良、断线、漏电和短路几种情况。
1、 接触不良
故障现象：线路导通不良，或时通时断，或发热严重。
故障原因：金属表面有氧化层；两种不同金属相连；或流过较大电流；或过较大电流；散热不良；或固定松动。
2、 短路
故障现象：不该通的导线被连在一起。
故障原因：导线破皮；导线滑脱；污物、导电粉尘等。
3、 漏电
故障现象：不该通的部分经一定阻值连在一起。
故障原因：绝缘破损，绝缘老化或受热变性、污物或水分浸入导线接头。
二、 线路故障的一般特点
不同的电气线路故障，有不同的特点。根据其发生故障的特点，可以缩小故障查找范围，对易发故障点采取措施，从而预防故障发生，下面给出部分故障的一般特点。
1、 断路和接触不良故障
断路和接触不良是指本应接通，但由于某些原因，造成连接线不通或接触不好的故障现象，其多发点如下。
（1）电接触点 开关触点和接触器、继电器触点是多发故障点。这是由于这些触点长期暴露在空气中，受到氧气和各种腐蚀气体的作用，以及油污、灰尘的污染，在触头的表面形成一层不导电的薄膜，引起断路及接触不良的故障。
（2）导线的相互连接点 导线相互连接点采用的方法有：绞接、压接、焊接、螺栓连接等。一般情况下，无论是哪种方法，其机械强度与正常导线相比相对较低，接触电阻与正常导线相比相对较高，因此在外力、腐蚀气体及污物的作用下，容易发生断路及接触不良的故障。据统计，电接触不良造成的断路故障约占全部断路故障的80%以上，因此，查找电气断路故障，应首先从导线的相互连接点开始，对有怀疑的连线进行分段检查。
（3）铜、铝导线连接点 铜和铝相接触的部分，如铜线和铝线的连接点、铜母线和铝导线的连接点、铝导线和设备铜接线端子之间的连接点头等等，都是导线断路故障的多发点。这是由于两种不同金属相连接时，在空气中水分和其它杂质的作用下，产生电化学腐蚀，较活泼金属铝腐蚀加快，造成接触不良。避免铜和铝相接触的方法是采用铜铝过渡板。由于铜铝过渡板是一种一端为铜、另一端为铝的金属板，中间部分形成了良好的铜铝合金，接触面较大，且避免了接触面与空气的接触，因此可有效克服铜铝接触不良的现象。
（4）导线受力点和活动点 导线受力点，总是从导线机械强度最差的地方断裂，形成断路故障。如导线跨越、过墙、支撑、穿管、转弯、载面改变等，都是导线断线易发点。有些地方，导线受到外力的作用，反复弯折，造成金属疲劳，使导线断裂。
（5）焊接点 焊接点容易形成虚焊，肉眼不易分辨，很具有隐蔽性，应采用仪器进行检查。应该注意的是，如果焊接时采用了酸性助焊剂，焊完后必须擦洗干净，否则因焊剂具有腐蚀性，使焊点很快腐蚀，形成断线和接触不良的故障。
2、 短路故障
短路故障发生的原因很多，通常是由于导线相距太近，绝缘又损坏造成。发生故障的原因如下。
（1）绝缘破坏 导线的外部有一层绝缘，该绝缘层被破坏后，不同电位的导体就会相接触。绝缘破坏的原因有：外力损伤、温度过高（短路或火灾）造成的绝缘材料变性、电场过强（强电压击穿）造成的绝缘材料变性、湿度过高造成的绝缘能力降低、污物过多造成的绝缘能力降低等。
（2）导线相连 如果架空裸导线的驰度过大，在外力的作用下，导线摆动，相互碰接，就会产生短路故障。产生短路故障的其它原因有：杂物影响、施工不符合要求，线头不包扎等。
发生短路故障后，电路的电阻抗变小，流过电路的电流变大因此短路发生时，往往伴随以下特点。
（1）振动加剧 短路时电流很大，电流的互相作用，产生较大的电动力。对于交流电路，该电动力是交变的，因此会产生振动，有时能听到一定的振动声响。如果能感到导线有轻微的振动，排除外力作用时，就可以肯定有过电流现象，应重点检查。
（2）发热严重 短路时电流很大，在导线的电阻上，消耗的电能急剧增加，发热量也较大。由于一般的短路持续时间很短，导线产生的热量来不及散失，因此升温很快。短路的导线上，常有绝缘熔化、金属氧化烧熔、污物燃烧等现象。
（3）产生火花 短路电流大时，金属容易氧化烧熔，形成电弧。在接触良好的情况下，如果产生了较大的火花，就应该充分考虑到回路中存在短路故障。
（4）回路电压降低 回路中总是存在一定的电阻，加上电源的内阻，在负载电流较大时，电压降落比较明显。
3、 漏电故障
在一般低压的场合下，漏电故障的表现并不突出，严重时可伴有发热、火花、响声、异味甚至冒烟，根据这些特点，查找漏电故障时可在安静、较暗的场合下，借助于非接触测温仪器，以及感官，采用综合的方法进行检查。漏电故障一般多发生在以下部位：
（1）污物较多部位 污物的绝缘性能一般较差，特别是油污和潮湿的灰尘，容易引起漏电故障。漏电故障具有不稳定性和不正确性，漏电电流时大时小，故障现象时重时轻，随外界环境及电源电压的波动而变化。
（2）较长的绞联导线或捆扎在一起的导线，绞联导线之间的绝缘依靠绝缘材料，并行距离较长的情况下，漏电电流相互相应增加，容易受绝缘材料性能的影响。
（3）工作台恶劣环境条件下的导线 例如在高温环境下，绝缘材料老化加剧，性能变劣，容易引起漏电故障。
（4）接头部位及裸露部位 接头部位及裸露部位，容易受到外界环境的侵蚀，如水汽及其它导电液体。而导线中间部位的绝缘层起到与外界隔绝的作用，发生漏电的情况较少。
（5）工作在高电压、相距较近的情况下 长期较强的电场，有可能使绝缘材料变性，从而引发漏电故障，相距较近时，更容易在杂物的影响下，发生漏电现象。
三、 线路故障的查找方法
1、电阻法 发生断路故障后，其电阻值变为无穷大；发生接触不良故障后，电阻值变大，或阻值不稳；发生短路故障后，电阻变为零。根据这一规律，可通过测量回路的电阻，来判断是否存在断路及接触不良。
首先按照黄金分割法，将回路分成几个部分，然后分别测量每一段的电阻。如果所测电阻值比正常值大，或出现电阻值大小不稳，则说明有接触不良的现象。如果本来应该通，但实测电阻为无穷大，则说明有断路现象。不论何种故障，只要通过连续分段测量的方法，一般均可确定出故障的位置。
例一台交流弧焊机，通电后没有反应。
分析：整台设备没有反应，应首先检查电源。
检修：断开电源，将弧焊机开关旋到工作位置，合上闸刀开关，测量进线处两处之间的电阻，为无穷大，说明线路不通。再测量闸刀开关出线处电阻，仍为无穷大，说明断线故障出现在后边线路中，松开弧焊机进线电源接线柱，取下电源线，发现接线柱锈蚀比较严重。稍作清除后，测两接柱之间的电阻，约为几欧姆，说明弧焊机绕正常，没有发生断线故障检查电源引线，均正常，重新接好线，测电源进线电阻，恢复至接通状态。
通电后，弧焊机的指示、响声均正常，然而焊接时不能引弧。断开电源，测量低压回路电阻，为无穷大，说明低压回路不通。检查发现，接线柱烧黑，氧化严重，仔细清除锈蚀后故障排除。
此故障为接触不良造成。为了彻底排除故障，将高、低压侧接线柱仔细除锈，加新垫片后，将导线压紧压实。
2电压法 选用一个公共地，测量回路每一个部分对地电压。如果回路没有开路现象，则每一处对地电压均相等；如果有正常降压元件，则元件前和元件后对地电压不相等；如果接触不良，则所测对地电压可能大小不稳。根据这一特点，就可以通过测量回路电压，查找故障点。
也可以通过测量串联在回路中每一对触头两端之间的电压来确定。如果触头没有闭合，两端之间可能有一定的电压，但触头闭合完好的情况下，两端之间电压一定等于零，如果回路中只有一个降压元件，则降压元件两端的电压等于电源电压。
电压分直流电压和交流电压，选用电压表时应与所测电压类型相对应，且分清极性。否则有可能损坏电压表。
3、电流法 存在轻微短路或漏电故障时，回路电流一般有所增大，存在接触不良故障时，回路电流一般变小，或大小不稳。如果对回路的正常参数比较了解，了可以通过测量回路电流查找故障点。
测量电流时，电流表串入被测量回路中，由于在一条回路中，电流各处大小均相等，因此采用此方法只能判断回路工作是否正常，而不能用来具体确定是哪一对触头接触不良；降压元件内部轻微短路时，电流法也不能确定短路点具体位置。只有回路中某一部分对地形成通路漏电时，该部分前后的电流大小不相等，通过测量电流才可确定漏电位置。但一般情况下，漏电流都较小，所以不容易测量判断。
例、一台开启式降湿机，每次运转不久即自动停机。
分析：自动停机的原因有：制冷剂压力异常、电源异常、电动机故障、线路故障、控制元件故障、机械故障等。
检修：先从电源故障入手。检查三相电源，电压对称，大小正常。检查控制线路，无明显故障现象。再次起动，观察高、低压力表，无过高或过低现象，用钳表电流表测主回路电流，明显高于正常值。待电路保护后，迅速断开电流，测量压力继电器和热断电器的触头，发现热继电器触头不通，说明热继电器动作，导致降湿机停机。
热继电器动作的原因为回路电流过大，可能是电动机故障，也可能存在严重的机械卡滞，造成电动机过载。测量电动机三相绕组电阻，发现三相电阻明显不相等，说明电动机内部存在着绕组匝间短路。更换同型电动机后故障排除。
4电位法 主要是指带电部分对是电位，最常用的方法是用试电笔进行检测。如果带电体对地电位足够大，就可以使试电笔发光。采用这种方法的特点是操作简单、方便，缺点是不能显示具体数值，且不能判断复杂故障。
元件故障及其查找
元器件的种类很多，发生故障时的现象也表现各异，因此元件故障要比线路故障复杂得多，查找也难得多。
一、 元件故障的种类
元件故障的种类很多，分类方法也很多。但从故障原因来划分，元件故障大致可分为自身故障、工作于过荷状态造成的故障和外界因素造成的故障三种。
1、自身故障 这种故障是由于产品质量原因造成的。例如弹簧力不足使行程开关不能可靠复位，接触器触头闭合不好，多对触头闭合一致等，金属变形使热继电器动作不准，闸刀开关闭合接触不良，动作卡滞等，导电材料纯度不够使接触器接触电阻增大，触头发热，耐弧能力不够，寿命缩短等。出现这类故障时，最好更换同型号元器件。
2、过荷造成的故障 电器元件工作时，都有一定的电流及电压限制，不可能无限增大。例如耐压值，额定电压为380V，如果用于500V，其性能会受到一定的影响，所使用电压更高，将会造成触头击穿，元件损坏。另一方面，即使不同触头之间为同相电压，由于电压过高，会造成绝缘支架的击穿。从使用上看，一般不会将电压等级低的设备用于高电压等级的场合。但实际中由于负载一般为感性设备，当通过负载的电流迅速变化时，负载上将产生一正比于电流变化率的电压,而这一电压以正好迭加在执行元件上。如果电源变化速率足够快，例如迅速切除负载，就会产生过电压。虽然这一时间十分短暂，但仍会对控制元件造成损坏。
又如，当选用不当或因短路使控制元件工作于过电流时，过电流在触头上产生的热量会使触头发热严重乃至烧毁。在切除负荷时，如果负载电流太大，产生的电弧过程，也会使元件烧坏。
3、外界因素造成的故障 外界因素如机械力、振动、污物、较高的温度和湿度、霉菌的生长、腐蚀性气体、强光的照射等，都可能使电气元件变性或者损坏。例如，污物会造成活动部件的卡滞，水汽会造成元件的绝缘性能下降、爬电距离增加、金属腐蚀速度加快，高温会造成元件寿命缩短，腐蚀性气体会造成元件触头接触不良，紫外光的照射会加速元件绝缘材料的老化等。
防止这些故障的方法，除了选用合适的控制元件，进行合理的电路设计和布局外，还应该考虑必要的保护措施和加强措施。例如可以在感性负载或触头两侧并接适当的阻容元件，以消除瞬间电压；在触头回路中串接合适的熔断器，以防止电流的出现；采用双触头的串联来提高击穿电压、双触头的并联来提高过载能力等。
二、 元件故障的查找
1、 电阻元件的故障查找
电阻元件的参数有电阻和功率。对怀疑有故障的电阻元件，通过测量其本身的电阻加以判定。
测量电阻值时，应在电路断开电源的情况下进行，被测电阻元件最好与原电路脱离，否则会因为其它电路的分流作用，使流过电流表的电流增大，读出的电阻值偏小。如果在路测量时的值比实际称值大，则一般情况下，该电阻元件存在故障。
特殊地，需要测量电阻元件的热态电阻，如测量指示灯炮的热态电阻时，不能使用电阻表直接测量。此时应采用伏安法，即在电阻元件回路中，分别串接一只电流表，并联一只电压表，正常工作时，分别读出二者数值，然后按欧姆定律求出电阻值。
对于阻值较小且需要精确测量的电阻阻值，应采用电桥法进行测量。10Ω以上可使用单臂电桥，10Ω以下应使用双臂电桥。所测电阻为：
R=kr
式中 R——被测电阻
k电桥倍率
r电桥可调电阻值
对于可变阻值的电阻元件，应根据实际需要进行测量，或者分别测量其各种状态下的阻值，这就可能需要不同的方法进行测量。
2、 电容元件的故障查找
电容元件的参数有容量、耐压、漏电阻、损耗角等，但在测量时，一般只能测量容量和漏电阻（或漏电流）。只要核对容量和漏电阻（或漏电流），如能满足要求，则在要求不严的场合下，可认为其正常。
在外加直流电压下，由于回路存在着电阻，所以电容的电压并不是上上升到电流电压，而是经过一个过程。这个过程是一个指数上升过程。与此过程相反，充电电流是一个指数下降过程。
据此，测电容的容量可用电阻表简单测算。根据刚加电瞬间指针的偏摆幅度，大致估计出电容的大小。等指针稳定后，指钍的读数即为漏电阻。
漏电流的大小，与电源电压有关系。如果测量仪表与电源电压不符，有可能造成误测。但在低压下测得漏电很大时，则电容肯定损坏。
3、 电感元件的故障查找
电感元件的基本参数有电感、电阻、功率和电压等。在实际测量时，可测量直流电阻、交流电抗。根据其工作时表面的温度与线圈的线径，能大致估算出电流的大小。一般可只核对直流电阻和交流电抗，如无异常，即可认为电感元件没有故障。
在外加直流电压作用下，由于回路存在着电抗，所以电感元件的电流并不是马上上升到稳态电流，而是经过一个过程。与电容充电电压相仿，这个过程也是一个指数上升过程。
4、 控制电路执行元件的故障查找
控制电路执行元件除R、L、C器件外，还有电动器件、电光源件等。
（1）三相交流电动机常见故障查找 三相交流电动机的基本参数有：电压、电流、频率、功率、功率因数、绕组电阻、绝缘电阻、转速、转差率、额定转矩、最大转矩、损耗、效率、温升等。为了判断电动机的故障点，可根据情况，有选择地测量某些参数。三相交流电动机的常见故障如下。
1） 通电后电动机没有反应，电流故障的可能性较大，其次是开关损坏、熔丝烧断或绕组断线。这些故障都不难查找，前面所述的电压法、电阻法等都可采用。
2） 接通电源后，熔丝立即熔断，或运行很短时间后即熔断。这种故障可能的原因如下。
①定子绕组接地 通过测量绕组对外壳电阻即可判定。正常情况下，绝缘电阻的数值较大，故常用兆欧表进行测量。根据有关规定，在工作温度时，即接近750C时，绝缘电阻不应小于下列数值：
R=UN/1000+0.01PN
式中 UN——电动机额定电压，单位为V。
PN——电动机额定功率，单位为Kw。
R——绝缘电阻的最小值，单位为MΩ。
因此，对于500V以下的小型电动机，其绝缘电阻不得小于0.5MΩ。在特殊情况下，绝缘电阻低到0.2MΩ时也可投入运行，但应注意监视。
造成定子绕组接地的原因有：绕组绝缘老化损坏、金属异物进入绕组内部、过电压击穿绝缘、外力损伤等。
②定子绕组相间短路 检测时，拆开引线接线柱，使三相绕相互相独立，用兆欧表测量三相绕相之间的绝缘电阻，应符合绝缘电阻的规定。
③定子绕组匝短路 检测时，分别测量三相绕组的直流电阻，阻值较小时应采用电桥。从三相电阻的平衡性，可判断出绕组是否有断线（包括并联支路的继线）和短路（包括匝间短路）。
正常时，直流电阻的三相不平衡度应小于5%。如果超出这个数值较多，即可认为发生了匝间短路或相间短路。
3） 接通电源后，电机不转，但有电流流过时的嗡嗡声，这是由于三相电流中，零序分量和反转分量较多所致，也有可能是机械问题造成。可能原因有：三相电源缺相、一相绕组断线、匝间短路、机械卡死等，按照前面介绍方法即可测定。
4） 空载时电流过大。这是由于激磁电抗过小的原因有：电源电压太高，使磁路饱和严重，零序分量增加，电机运转噪声增大，空载电流增加；定转子气隙过大，使磁路有效面积减少，也会减小激磁阻抗。
在正常情况下，空载电流一般为额定电流的20%~50%。在电源三相电压平衡时，三相空载电流的差值不应超过5%，如果空载电流偏大，应注意检查。
5） 空载时，电流正常，转速也正常，但加上负载后，转速急剧下降，或带负载时不易起动，转速也较低。产生这种故障的原因如下。
① 电源电压太低，电动机负载能力下降，机械特性变软，带额定负载后，转速自然较低。有的情况下，电动机带电耦降压器起动，自耦变压器之前的缺相，电动机也能起动，但正常运行时，由于缺相，电动机带负载能力很差，甚至被负载卡死。
② 接线错误，误将△型接法接成了 型，相当于电源电压降低了3倍，负载能力降低，最大转矩降低到原来的1/3。
③ 鼠笼转子断条。笼型转子比较坚固，故障很少，但有时也出现断条现象，断条以后，转子导体内感应的总电流小了，并且不对称，使得电磁转矩下降，转速降低。同时，定子电流波动，电动机出现振动现象。
断条故障一般发生在笼条与短路环联接处，其原因大致有：电动机频繁起动或重载起动、冲击性负载或振动剧烈的机械负载造成的、制造质量不高，笼条与端环焊接不牢等。
鼠笼转子断条故障一般由观察法和短路侦探器法检查，对铸铝鼠笼转子绕组，可在断裂处钻一只与槽宽相近的孔，然后用螺钉连接，对铜条鼠笼转子，应将断条整条换掉，再用气焊焊牢，并校正正转子平衡。
6） 电动机有不正常噪声。如果在空载时有不正常噪声，切断电源后噪声立即消失，并不随转速的下降而下降，这属于电磁噪声，是由于三相电流中零序分量过多造成的，可能原因有电压过高、绕组匝间短路、三相电源不平衡等。
如果在空载和运行时均有不正常噪声，切断电源后，噪声随转速的降低而下降，则属于机械噪声，如轴承损坏、定转子相碰、风扇碰端罩等，调整或更换相应的机械设备故障即可排除。
运行过程当中，突然出现不正常噪声，振动加大，一般是断相造成的，检查电源是否缺相、熔断器是否熔断、电动机绕组是否短路、然后采取相应措施。
7） 振动较大。如果空载时振动就较大，一般是安装基础不稳或刚度不够造成的，也有可能是电动机本身的原因，如电动机动平衡失调、转轴弯曲等。
8） 电动机温升过高。电动机温升过高是由于电动机发热严重或散热不良造成的，电源电压过低或过高，都会使电动机电流增加，发热量也相应增加，因此应首先检查电流电压是否符合要求。
如果电动机过载运行，或电动机绕组存在短路、断路、接地等故障时，也会造成电动机温升过高，可按前述方法进行检查。
散热条件不好，如风道堵塞、杂物覆盖，或轴承磨损、润滑不良也会造成电动机温升偏高。
（2）单相交流电动机常见故障查找 同三相电动机相仿，单相交流电动机的基本参数有：电压、电流、频率、功率、功率因数、绕组电阻、绝缘电阻、转速、转差率、额定转矩、最大转矩、损耗、效率、温升等。实际中，可根据情况，有选择地测量某些参数。单相交流电动机的常见故障如下。
1） 通电后电动机没有反应，可能性较大的原因是电源。排除电源故障后，主要检查断路。
2） 接通电源后，熔丝立即熔断，或运行很短时间后即熔断。这种故障的原因有：绕组匝间短路、主副绕组短路、引线接地、电容器损坏等。
3） 接通电源后，电机不转，但有嗡嗡声。这大部分是由于副绕组回路断线或主绕组断线造成的，或者电容容量变小。此时没有起动转矩，在外力的帮助下，电动机可能会起动。
4） 空载时电流过大。这主要是更换了较大容量的电容器，使副绕组电流增加较多。电压过高也会使空载电流增加。
5） 电动机转速偏低，可能原因有：主绕组短路、离心开关断不开、主绕组嵌线错误、机械阻力过大、负荷太重等。