Электрическое короткое замыкание

 

Электрическое короткое замыкание (КЗ) в электропроводке в большинстве случаев случается вследствие повреждения изоляции токоведущих частей.

Откуда же оно берется?..

Причин нарушения изоляции может быть множество; наиболее распространенные – физическое старение, механическое повреждение, воздействие влажных или агрессивных сред, неправильные действия людей.

Возникновение короткого замыкания приводит к резкому возрастанию величины текущего по проводам электрического тока. И, поскольку количество выделяемой проводником теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока, увеличение тока в 20 раз приводит к увеличению выделившегося в проводах тепла уже в 400 раз!

О вреде перегрева

Перегрев изоляции приводит к резкому снижению ее механических и диэлектрических свойств. Если, например, принять проводимость электрокартона при 20оС за единицу, то при повышении температуры до 30оС она возрастает в 4 раза, при 40оС – уже в 13, а при температуре 50оС – в 37 раз!

Наиболее частая причина теплового старения изоляции – перегрузка электрических линий током, превышающим длительно допустимый ток для данного сечения и материала проводника. К примеру, у кабелей с бумажной изоляцией при повышении вследствие перегрева из-за прохождения повышенного тока температуры на 8оС от допустимой срок службы сокращается вдвое.

Тепловое воздействие пагубно также и для изоляционных материалов на основе полимеров.

 О вреде тока утечки

Электрическое короткое замыкание может произойти в результате воздействия на изоляцию проводов агрессивных или влажных сред, на ней возникают поверхностные токи утечки, и состояние изоляции существенно ухудшается. Происходит это от того, что от тепла окружающая изолированный проводник жидкость испаряется, оставляя на поверхности изоляции солевой налет.

После прекращения испарения ток утечки прекращается, но при очередном воздействии влаги этот процесс вновь повторяется. В результате, из-за повышения концентрации соли, проводимость увеличивается до такой величины, что ток утечки уже не исчезает даже при прекращении процесса испарения. Мало того, на поверхности изоляции начинают появляться еще и мельчайшие искры, дополнительно разрушающие изоляцию.

При дальнейшем воздействии на изоляцию тока утечки она начинает обугливаться, окончательно теряя прочность. Это приводит к возникновению местных дуговых разрядов, способных воспламенить оставшуюся изоляцию.

Электрическое короткое замыкание. Пожарная опасность при КЗ

Наличие пожарной опасности при коротком замыкании электропроводов вполне очевидно, — воспламенившаяся от перегрева изоляция способна поджечь окружающие провод горючие предметы или вещества. Кроме того, изоляция проводов может распространять горение и при ее воспламенении посторонними источниками зажигания.

При расплавлении проводов от возникшего из-за короткого замыкания перегрева могут образовываться расплавленные частицы металла, способные поджечь доступные горючие материалы. Температура этих частиц может достигать 2000 – 2700оС, а скорость разлета – 11 метров в секунду (почти 40 км/ч)!

Плотность тока и сечение проводника

Электрическое короткое замыкание при перегрузке линии электропроводки также приводит к возникновению аварийного режима. Неправильный выбор и включение, а также неисправность потребителей приводит к превышению проходящим в проводах суммарным током его номинального значения. Иными словами, возникновение перегрузки – это сильное повышение плотности протекающего тока.

Необходимость соответствия сечения проводника плотности проходящего через него тока можно подтвердить наглядным примером. Если пропустить ток величиной 40 А через три проводника одинаковой длины, но разного сечения, — 10 мм2, 4 мм2 и 1 мм2, — то плотность его будет соответственно 4 А/мм2, 10 А/мм2 и 40А/мм2. В итоге первый проводник может лишь слегка нагреться, температура второго будет иметь допустимое значение. А вот третий провод, в котором плотность тока очень высока, не только нагреется, — его изоляция просто сгорит.

Перегрузка и пожарная опасность

Электрическое короткое замыкание отличается от перегрузки тем, что служит причиной возникновения аварийного режима, а не его следствием. Однако, в определенных случаях, длительная перегрузка, приводящая к столь же длительной работе проводки в аварийном режиме, намного пожароопаснее, нежели короткое замыкание.

При перегрузках степень зажигающей силы проводов в значительной мере зависит от материала, из которого изготовлены токопроводящие жилы. Сравнивая характеристики пожарной опасности распространенных марок проводов ПВ и АПВ, полученные при проведении испытаний в режимах перегрузок, увидим: вероятность загорания изоляции у проводов с алюминиевыми токопроводящими жилами ниже, чем у медных.

При КЗ прослеживается такая же закономерность. У дуговых разрядов, возникающих в цепях с токопроводящими жилами из меди, прожигающая способность выше, чем у разрядов, возникающих в электрических цепях из алюминия. Например, чтобы прожечь (или воспламенить покрывающий ее горючий материал) стальную трубу, толщина стенок у которой равна 2,8 мм, необходимо сечение алюминиевой жилы 16 мм2; медной достаточно всего 6 мм2.

Еще одна характеристика пожарной опасности проводов – их допустимая кратность тока. Она равна отношению тока КЗ к длительно допустимому току для выбранного сечения проводника.

Наибольшая пожарная опасность у проводов и кабелей в полиэтиленовой оболочке и полиэтиленовых труб, в которых кабеля и провода прокладываются. Намного меньшую в пожарном отношении опасность представляют винипластовые трубы, поэтому сфера применения полиэтиленовых труб для прокладки электрической проводки сильно ограничена.

Наиболее опасна перегрузка электросетей в частном жилом секторе. В таких местах обычно все потребители питаются от одной сети, а устройства защиты либо вообще отсутствуют, либо рассчитаны лишь на ток короткого замыкания.

В многоэтажных домах жильцам тоже практически ничто не мешает использовать электроприборы или лампы с потребляемой мощностью намного больше допустимой.

А что там написано?..

Все электроустановочные изделия, патроны для ламп, электрические розетки, выключатели и т. д., снабжены надписями с указанием предельно допустимых для этих приборов значений тока, напряжения и мощности. На разъемах или зажимах дополнительно указывается еще и максимальное сечение присоединяемого проводника. Безопасное использование подобных изделий подразумевает умение расшифровки таких надписей.

Например, надписи «6,3А 250В» на выключателе или «4А 250В 300Вт» на патроне означают, что проходящий через выключатель электрический ток не должен превышать величины 6,3 ампера, а мощность ввернутой в патрон лампы не должна быть более 300 ватт. Надпись 250В означает, что электроприбор может применяться в сетях с напряжением не более 250 вольт. При превышении этих значений устройство начнет перегреваться и разрушаться.

Контактные соединения

В сети электроснабжения от ввода до потребителя ток проходит через большое количество соединений; а протекание электрического тока через контактное соединение вызывает нагрев контактов, — происходит это из-за наличия в соединении переходного сопротивления. Его величина зависит от многих факторов – материала и силы сжатия контактов, их площади, степени окисления, плотности тока… Увеличение тока в такой цепи, так же, как и возрастание переходного сопротивления, приводит к дальнейшему перегреву контактов и может вызвать возгорание.

Именно поэтому в электроустановках, по возможности, используются неразъемные соединения (сварка или пайка) или разъемные специальной конструкции. При большой мощности потребителя используются коммутационные устройства – реле, магнитные пускатели и т. д.

Уменьшить плотность тока, протекающего через контакт, можно увеличив площадь соприкосновения контактирующих поверхностей. Экспериментально показано, что между силой сжатия контактов и сопротивлением контакта зависимость обратно пропорциональная – чем больше сжатие, тем меньше сопротивление.

Чтобы отвести от контактов тепло и рассеять его в окружающем пространстве, применяют контакты со специально подобранной поверхностью охлаждения. При подключении проводов к контактам вводных устройств используют наконечники и специальные зажимы, в этих случаях надежность соединения обеспечивается обычными или пружинными шайбами; применяют также специальные шайбы с бортиками.

Нарушение контактных соединений недопустимо, ни при каких условиях. Следует учитывать, что спустя примерно три года сопротивление контакта возрастает примерно вдвое, и его необходимо «перебирать».

Оставить комментарий