Zwarcia, przeciążenia, rezystancje przejściowe. Środki bezpieczeństwa przeciwpożarowego

Co to jest zwarcie i co powoduje zwarcie

Zwarcia w okablowaniu najczęściej występują z powodu naruszenia izolacji części przewodzących w wyniku uszkodzeń mechanicznych, starzenia, narażenia na wilgoć i środowisko korozyjne, a także niewłaściwych działań człowieka. W przypadku zwarcia zwiększa się natężenie w amperach, a wiadomo, że ilość uwolnionego ciepła jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Tak więc, jeśli w zwarciu prąd wzrośnie 20 razy, to ilość uwolnionego ciepła wzrośnie około 400 razy.

Wpływ termiczny na izolację przewodów gwałtownie obniża jej właściwości mechaniczne i dielektryczne. Na przykład, jeśli przewodnictwo tektury elektrycznej (jako materiału izolacyjnego) w temperaturze 20 ° C zostanie przyjęte jako jednostka, to w temperaturach 30, 40 i 50 ° C wzrośnie odpowiednio o 4, 13 i 37 razy. Starzenie termiczne izolacji następuje najczęściej na skutek przeciążenia sieci elektrycznych prądami przekraczającymi długookresowo dopuszczalne dla danego rodzaju i przekroju przewodów.Na przykład w przypadku kabli z izolacją papierową ich żywotność można określić zgodnie ze znaną „regułą ośmiu stopni”: wzrost temperatury na każde 8 ° C zmniejsza żywotność izolacji 2 razy. Polimerowe materiały izolacyjne również podlegają degradacji termicznej.

Oddziaływanie wilgoci i środowiska korozyjnego na izolację przewodów znacznie pogarsza jej stan ze względu na pojawienie się przecieków powierzchniowych. Powstałe ciepło odparowuje ciecz, pozostawiając ślady soli na izolacji. Kiedy parowanie ustaje, prąd upływu znika. Przy wielokrotnym narażeniu na wilgoć proces się powtarza, ale ze względu na wzrost stężenia soli przewodnictwo wzrasta tak bardzo, że prąd upływowy nie zatrzymuje się nawet po zakończeniu parowania. Ponadto pojawiają się małe iskry. Następnie pod wpływem prądu upływu izolacja ulega zwęgleniu, traci swoją wytrzymałość, co może doprowadzić do pojawienia się miejscowego powierzchniowego wyładowania łukowego, które może zapalić izolację.

Niebezpieczeństwo zwarcia w przewodach elektrycznych charakteryzuje się następującymi możliwymi objawami prądu elektrycznego: zapaleniem izolacji przewodów i otaczających przedmiotów i substancji palnych; zdolność izolacji przewodów do rozprzestrzeniania spalania po zapaleniu przez zewnętrzne źródła zapłonu; tworzenie się cząstek stopionego metalu podczas zwarcia, zapalając otaczające materiały palne (prędkość rozprężania cząstek stopionego metalu może osiągnąć 11 m / s, a ich temperatura wynosi 2050-2700 ° C).

Tryb awaryjny występuje również w przypadku przeciążenia przewodów elektrycznych.Z powodu nieprawidłowego doboru, włączenia lub awarii odbiorników, całkowity prąd przepływający przez przewody przekracza wartość nominalną, to znaczy następuje wzrost gęstości prądu (przeciążenie). Na przykład, gdy prąd o natężeniu 40 A przepływa przez trzy połączone szeregowo kawałki drutu o tej samej długości, ale o różnym przekroju -10; 4 i 1 mm2, jego gęstość będzie inna: 4, 10 i 40 A / mm2. Ostatni kawałek ma największą gęstość prądu i odpowiednio największe straty mocy.Drut o przekroju 10 mm2 lekko się nagrzeje, temperatura drutu o przekroju 4 mm2 osiągnie dopuszczalny poziom, a izolacja drutu o przekroju 1 mm2 po prostu się spali.

Czym różni się prąd zwarciowy od prądu przeciążeniowego

Główna różnica między zwarciem a przeciążeniem polega na tym, że w przypadku zwarcia naruszenie izolacji jest przyczyną trybu awaryjnego, aw przypadku przeciążenia — jego konsekwencją. W pewnych okolicznościach przeciążenie przewodów i kabli na skutek dłuższego czasu trwania stanu awaryjnego jest bardziej niebezpieczne dla pożaru niż zwarcie.

Materiał podłoża drutów ma znaczący wpływ na charakterystykę zapłonu w przypadku przeciążenia. Z porównania wskaźników zagrożenia pożarowego przewodów marek APV i PV, uzyskanych podczas badań w trybie przeciążeniowym, wynika, że ​​prawdopodobieństwo zapłonu izolacji w przewodach z przewodami miedzianymi jest większe niż w przypadku drutów aluminiowych.

Obserwuje się ten sam wzór zwarcia. Zdolność spalania wyładowań łukowych w obwodach z przewodami miedzianymi jest większa niż z przewodami aluminiowymi.Np. pali się (lub zapala się materiał palny na jej powierzchni) rura stalowa o grubości ścianki 2,8 mm o przekroju drutu aluminiowego 16 mm2 i drutu miedzianego o przekroju 6 mm2 .

Krotność prądu określa się stosunkiem prądu zwarciowego lub przeciążeniowego do prądu dopuszczalnego ciągłego dla danego przekroju przewodu.

Przewody i kable z osłoną polietylenową, a także rury polietylenowe podczas układania w nich przewodów i kabli są najbardziej narażone na pożar. Okablowanie w rurach polietylenowych z punktu widzenia pożaru stanowi większe zagrożenie niż okablowanie w rurach winylowych, dlatego zakres zastosowania rur polietylenowych jest znacznie węższy. Przeciążenie jest szczególnie niebezpieczne w prywatnych budynkach mieszkalnych, w których z reguły wszyscy konsumenci są zasilani z jednej sieci, a urządzenia ochronne często są nieobecne lub zaprojektowane tylko na prąd zwarciowy. W wielopiętrowych budynkach mieszkalnych również nic nie stoi na przeszkodzie, aby mieszkańcy korzystali z mocniejszych lamp lub włączali domowe urządzenia elektryczne o łącznej mocy większej niż ta, dla której sieć jest zaprojektowana.

Na urządzeniach kablowych (styki, przełączniki, gniazda itp.) Wskazane są wartości graniczne prądów, napięć, mocy, a na zaciskach, złączach i innych produktach dodatkowo największe przekroje podłączonych przewodów. Aby bezpiecznie korzystać z tych urządzeń, musisz umieć rozszyfrować te etykiety.

Na przykład przełącznik jest oznaczony «6,3 A; 250 V «, na wkładzie -» 4 A; 250 V; 300 W «, a na przedłużeniu -rozdzielacz -» 250 V; 6,3 A «,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.«6,3 A» ostrzega, że ​​prąd przepływający przez przełącznik nie powinien przekraczać 6,3 A, w przeciwnym razie przełącznik się przegrzeje. Dla każdego mniejszego prądu przełącznik jest odpowiedni, ponieważ im niższy prąd, tym mniej styk się nagrzewa. Napis «250 V» oznacza, że ​​przełącznika można używać w sieciach o napięciu nieprzekraczającym 250 V.

Jeśli pomnożysz 4 A przez 250 V, otrzymasz 1000, a nie 300 watów. Jak powiązać obliczoną wartość z etykietą? Musimy zacząć od władzy. Przy napięciu 220 V dopuszczalny prąd wynosi 1,3 A (300: 220); przy napięciu 127 V — 2,3 A (300-127). Prąd 4 A odpowiada napięciu 75 V (300: 4). Napis „250 V; 6,3 A «oznacza, że ​​​​urządzenie jest przeznaczone do sieci o napięciu nie większym niż 250 V i prądzie nie większym niż 6,3 A. Mnożąc 6,3 A przez 220 V, otrzymujemy 1386 W (1300 W, zaokrąglone). Mnożąc 6,3 A przez 127 V, otrzymujemy 799 W (700 W w zaokrągleniu). Powstaje pytanie: czy zaokrąglanie w ten sposób nie jest niebezpieczne? Nie jest to niebezpieczne, ponieważ po zaokrągleniu uzyskuje się niższe wartości mocy. Jeśli moc jest mniejsza, styki nagrzewają się mniej.

Kiedy prąd elektryczny przepływa przez połączenie stykowe z powodu przejściowej rezystancji połączenia stykowego, napięcie spada, moc i energia są uwalniane, powodując nagrzewanie się styków. Nadmierny wzrost prądu w obwodzie lub wzrost rezystancji prowadzi do dodatkowego wzrostu temperatury styku i przewodów doprowadzających, co może spowodować pożar.

W instalacjach elektrycznych stosuje się połączenia styków stałych (lutowanie, spawanie) i rozłącznych (śrubą, wtykiem, sprężyną itp.) oraz styków urządzeń przełączających – rozruszników magnetycznych, przekaźników, przełączników i innych urządzeń specjalnie zaprojektowanych do zamykania i otwierania obwodów elektrycznych obwodów, czyli dla ich komutacji. W wewnętrznych sieciach elektroenergetycznych od wejścia do odbiornika energii elektrycznej Elektryczność obciążenie przepływa przez dużą liczbę połączeń stykowych.

W żadnym wypadku nie należy przerywać linków kontaktowych…. Z przeprowadzonych jakiś czas temu badań wyposażenia sieci wewnętrznych wynika, że ​​spośród wszystkich przebadanych kontaktów tylko 50% spełnia wymagania GOST. Gdy prąd obciążenia płynie przez słabej jakości połączenie stykowe, w jednostce czasu uwalniana jest znaczna ilość ciepła, proporcjonalna do kwadratu prądu (gęstości prądu) i rezystancji rzeczywistych punktów styku.

Jeśli gorące styki zetkną się z materiałami palnymi, mogą się zapalić lub zwęglić, a izolacja przewodów może się zapalić.

Wartość rezystancji styków zależy od gęstości prądu, siły ściskania styków (wielkości obszaru rezystancji), materiału, z którego są wykonane, stopnia utlenienia powierzchni styków itp.

Aby zmniejszyć gęstość prądu w styku (a tym samym temperaturę), konieczne jest zwiększenie rzeczywistej powierzchni styku styków. Jeśli płaszczyzny styku zostaną dociśnięte do siebie z pewną siłą, małe guzki w punktach styku zostaną lekko zmiażdżone.Z tego powodu rozmiary powierzchni elementów stykowych zwiększą się i pojawią się dodatkowe powierzchnie styków, a gęstość prądu, rezystancja styków i nagrzewanie styków zmniejszą się. Badania eksperymentalne wykazały, że istnieje odwrotna zależność między rezystancją zestyku a wielkością momentu obrotowego (siła ściskająca). Przy dwukrotnym spadku momentu obrotowego rezystancja połączenia stykowego drutu APV o przekroju 4 mm2 lub dwóch drutów o przekroju 2,5 mm2 wzrasta 4-5 razy.

Aby usunąć ciepło ze styków i odprowadzić je do otoczenia, wykonuje się styki o określonej masie i powierzchnie chłodzące. Szczególną uwagę zwrócono na miejsca podłączenia przewodów i ich podłączenie do styków urządzeń wejściowych odbiorników elektrycznych. Na ruchomych końcach drutów zastosowano uszka o różnych kształtach oraz specjalne zaciski. Niezawodność styku zapewniają konwencjonalne podkładki, sprężynowe i kołnierzowe. Po 3–3,5 roku rezystancja styku wzrasta około 2-krotnie. Rezystancja styków również znacznie wzrasta podczas zwarcia w wyniku krótkotrwałego okresowego działania prądu na styk. Testy pokazują, że największą stabilność w przypadku narażenia na niekorzystne czynniki mają połączenia stykowe z elastycznymi podkładkami sprężystymi.

Niestety, „oszczędzanie krążka” jest dość powszechne. Podkładka powinna być wykonana z metali nieżelaznych, takich jak mosiądz. Stalowa podkładka jest zabezpieczona powłoką antykorozyjną.