Короткі замикання, перевантаження, перехідні опору Заходи протипожежної безпеки

Що таке коротке замикання і через що відбуваються короткі замикання

Короткі замикання в проводці в більшості випадків відбуваються через порушення ізоляції струмопровідних частин в результаті механічного пошкодження, старіння, впливу води і агресивних середовищ, також некоректних дій людей. При появі короткого замикання зростає сила струму, а кількість теплоти, що виділяється, як відомо, пропорційно квадрату струму. Так, якщо при короткому замиканні струм зросте в 20 разів, то виділяється при цьому кількість тепла зросте приблизно в 400 разів.

Термічний вплив на ізоляцію проводів різко знижує її механічні та діелектричні характеристики. Наприклад, якщо провідність електрокартону (як ізоляційного матеріалу) при 20 ° С прийняти за одиницю, то при температурах 30, 40 і 50 ° С вона зросте в 4, 13 і 37 разів відповідно. Термічне старіння ізоляції найбільш часто з`являється через перевантаження електромереж струмами, переважаючими тривало допустимі для даного виду і перетинів провідників. Наприклад, для кабелів з паперової ізоляцією термін їх служби може бути визначений за відомим «восьмиградусного правилом»: перевищення температури на кожні 8 ° С зменшує термін служби ізоляції в 2 рази. Термічного руйнування схильні і полімерні ізоляційні матеріали.

Вплив води та агресивних середовищ на ізоляцію проводів значно погіршує її стан через виникнення поверхневих струмів витоку. Від виникає при
цьому тепла рідина випаровується, а на ізоляції залишаються сліди солі. При припинення випаровування струм витоку зникає. При багаторазовій дії води процес повторюється, але через збільшення концентрації солі провідність зростає так, що струм витоку не припиняється навіть після закінчення випаровування. Крім того, виникають дрібні іскри. У майбутньому під дією струму витоку ізоляція обвуглюється, втрачає міцність, що може привести до появи місцевого дугового поверхневого розряду, здатного запалити ізоляцію.

Пожежна небезпека коротких замикань електропроводів характеризується наступними можливими проявами електронного струму:
займанням ізоляції проводів і оточуючих горючих предметів і речовин;
здатністю ізоляції проводів поширювати горіння при підпалюванні її від сторонніх джерел запалювання;
освітою при короткому замиканні розплавлених частинок металу, підпалюють навколишні горючі матеріали (швидкість розльоту розплавлених частинок металу може досягати 11 м / с, а їх температура - 2050-2700 ° С).

При перевантаженні електропроводок також з`являється аварійний режим.
Через неправильного вибору, включення або пошкодження споживачів сумарний струм, що проходить в проводах, перевершує номінальне значення, т. Е. Відбувається збільшення щільності струму (перевантаження). Наприклад, при проходженні струму в 40 А через почергово з`єднані три шматочка дроту однакової довжини, але різного перетину - 10 4 і 1 мм2 щільність його буде різна: 4, 10 і 40 А / мм2. В останньому шматочку найвища щільність струму, і відповідно, найвищі втрати потужності. Провід перерізом 10 мм2 трохи нагріється, температура дроти перетином 4 мм2 досягне допустимої, а ізоляція проводів перерізом 1 мм2 просто згорить.

Чим ток короткого замикання відрізняється від струму перевантаження

Основна відмінність короткого замикання від перевантаження полягає в тому, що при короткому замиканні порушення ізоляції є передумовою аварійного режиму, а при перевантаженні - його наслідком. При певних обставинах перевантаження проводів і кабелів в зв`язку з більшою тривалістю аварійного режиму більш пожежонебезпечна, ніж короткий замикання.

Матеріал жили проводів робить істотний вплив на запальник здатність при перевантаженнях. Зіставлення характеристик пожежної небезпеки проводів марок АПВ і ПВ, придбаних при випробуваннях в режимі перевантаження, вказує, що можливість займання ізоляції в проводах з мідними струмопровідними жилами вище, ніж у алюмінієвих.

При короткому замиканні спостерігається та ж закономірність. Пропалює здатність дугових розрядів в ланцюгах з мідними струмопровідними жилами більш висока, ніж з жилами з алюмінію. Наприклад, залізна труба з товщиною стінки 2,8 мм прожигается (або запалюється горючий матеріал на її поверхні) при перетині жили з алюмінію 16 мм 2, а з мідною жилою - при перетині 6 мм2.

Кратність струму визначається ставленням струму короткого замикання або перевантаження до тривало допустимим струмом для даного перетину провідника.

Більшої пожежної загрозою володіють проводи та кабелі з поліетиленовою оболонкою, також поліетиленові труби при прокладанні в їх проводів і кабелів. Проведення у поліетиленових трубах в пожежному відношенні представляють величезну небезпеку, ніж проводки в вініпластові трубах, тому область застосування поліетиленових труб істотно вже.
Особливо небезпечна перевантаження в приватних будинках, де, зазвичай, від однієї мережі харчуються всі споживачі, а апарати захисту часто відсутні або розраховані лише на ток короткого замикання.
У висотних будинках також ніщо не перешкоджає мешканцям скористатися більш сильними лампами або включати побутові електроприлади загальною потужністю більшою, ніж та, на яку розрахована мережу.

На електроустановочних пристроях (розетках, вимикачах, патронах і т. Д.) Вказані граничні значення струмів, напруг, потужності, а на затискачах, роз`єми та інших виробах, не рахуючи того, найбільші перетину приєднуються провідників. Для безпечного використання цими пристроями потрібно вміти розшифровувати ці написи.

Наприклад, на вимикачі нанесено «6,3 А- 250 В», на патроні - «4 А- 250 В- 300 Вт», а на подовжувачі-розгалужувачі - «250 В- 6,3 А», «220 В. 1300 Вт »,« 127 В, 700 Вт ».
«6,3 А» попереджає про те, що струм, що проходить через вимикач, не повинен перевершувати 6,3 А, по іншому вимикач перегріється. Для будь-якого найменшого струму вимикач годиться, тому що чим менше струм, тим менше гріється контакт. Напис «250 В» показує, що вимикач може застосовуватися в мережах напругою не вище 250 В.

Якщо помножити 4 А на 250 В, то вийде 1000, а не 300 Вт. Як зв`язати обчислене значення з написом? Потрібно виходити з потужності. При напрузі в мережі 220 В допустимий струм:
1,3 А (300: 220) - при напрузі 127 В - 2,3 А (300-127). Току 4 А відповідає напруга 75 В (300: 4). Напис «250 В- 6,3 А» показує, що пристрій створено для мереж напругою менше 250 В і для струму менш 6,3 А. Помноживши 6,3 А на 220 В, отримуємо 1386 Вт (округло 1300 Вт). Помноживши 6,3 А на 127 В, отримуємо 799 Вт (округло 700 Вт). Постає питання: чи не небезпечно чи так округляти? Чи не небезпечно, тому що після округлення вийшли найменші значення потужності. Якщо потужність менше, то менше гріються контакти.

При протіканні через контактне з`єднання електричного струму через перехідного опору на контактному з`єднанні падає напруга, потужність і виділяється енергія, яка викликає нагрів контактів. Надмірне підвищення струму в ланцюзі або зростання опору веде до подальшого збільшення температури контакту і підвідних проводів, що може призвести до виникнення пожежі.

В електроустановках використовуються нероз`ємні контактні з`єднання (пайка, зварювання) і роз`ємні (на гвинтах, втичні, пружні і т. П.), Також контакти комутаційних пристроїв - магнітні пускачі, реле, вимикачів та інших апаратів, спеціально створених для замикання і розмикання електронних ланцюгів , т. е. для їх комутації. У мережах внутрішнього електропостачання від введення до приймача електроенергії електричний струм навантаження протікає через величезну кількість контактних з`єднань.

Контактні з`єднання ніколи, ні в якому разі не повинні порушуватися. Але дослідження проведені трохи раніше над обладнанням внутрішніх мереж, показали, що з усіх обстежених контактів тільки 50% задовольняють вимогам ГОСТу. При протіканні струму навантаження в поганому контактному з`єднанні за одиницю часу виділяється значна кількість тепла, пропорційне квадрату струму (щільності струму) і опору точок реального зіткнення контакту.

Якщо нагріті контакти будуть стикатися з горючими матеріалами, то може бути їх займання або обвуглювання і загоряння ізоляції проводів.

Величина перехідного опору контактів залежить від щільності струму, сили стиснення контактів (величини площі опору), від матеріалу, з якого вони зроблені, ступеня окислення контактних поверхонь і т. Д.

Для зменшення щільності струму в контакті (а значить, і температури) необхідно збільшити площу реального контактування. Якщо контактні площини придавити один до одного з якоїсь силою, маленькі горбки в місцях торкання будуть незначно зім`яті. Через це збільшаться розміри дотичних простих майданчиків і з`являться додаткові майданчики торкання, а щільність струму, перехідний опір і нагрів контакту знизяться. Експериментальні дослідження показали, що між опором контакту і величиною крутного моменту (силою стиснення) існує назад пропорційне узалежнення. Зі зменшенням
крутного моменту в 2 рази опір контактного з`єднання проводу АПВ перерізом 4 мм2 або 2-ух проводів перетином 2,5 мм 2 зростає в 4-5 разів.

Для відводу тепла від контактів і розсіювання його в навколишнє середовище виготовляють контакти певної маси і поверхні охолодження. Підвищена увага приділяють місцям з`єднання проводів і підключення їх до контактів вступних пристроїв електроприймачів. На знімних кінцях проводів використовують наконечники різної форми і особливі затиски. Надійність контакту забезпечується звичайними шайбами, пружними і з бортиками. Через 3-3,5 року опір контакту збільшується приблизно в 2 рази. Істотно зростає опір контактів і при короткому замиканні в результаті короткого повторюваного впливу струму на контакт. Випробування показали, що найбільшу стабільність при впливі несприятливих причин мають контактні з`єднання з пружними пружними шайбами.

На жаль, «економія на шайбах» - явище досить поширене. Шайба повинна бути з кольорового металу, наприклад, з латуні. Залізну шайбу захищають антикорозійним покриттям.