Scurtcircuite, suprasarcini, rezistente tranzitorii. Măsuri de siguranță la incendiu
Ce este un scurtcircuit și ce provoacă un scurtcircuit
Scurtcircuite în cablare apar cel mai adesea din cauza unei încălcări a izolației pieselor conductoare ca urmare a deteriorării mecanice, îmbătrânirii, expunerii la umiditate și medii corozive, precum și acțiunilor umane necorespunzătoare. Când există un scurtcircuit acesta crește amperaj, iar cantitatea de căldură degajată este cunoscută a fi proporțională cu pătratul curentului. Deci, dacă într-un scurtcircuit curentul va crește de 20 de ori, atunci cantitatea de căldură eliberată va crește de aproximativ 400 de ori.
Un efect termic asupra izolației firelor reduce drastic proprietățile sale mecanice și dielectrice. De exemplu, dacă conductivitatea cartonului electric (ca material izolator) la 20 ° C este luată ca unitate, atunci la temperaturi de 30, 40 și 50 ° C va crește de 4, 13 și, respectiv, 37 de ori. Îmbătrânirea termică a izolației are loc cel mai adesea din cauza supraîncărcării rețelelor electrice cu curenți care depășesc durata admisibilă pe termen lung pentru un anumit tip și secțiune transversală de fire.De exemplu, pentru cablurile cu izolație din hârtie, durata de viață a acestora poate fi determinată conform binecunoscutei „reguli a opt grade”: o creștere a temperaturii la fiecare 8 ° C reduce durata de viață a izolației de 2 ori. Materialele izolatoare polimerice sunt, de asemenea, supuse degradării termice.
Impactul umidității și al mediului coroziv asupra izolației firelor înrăutățește semnificativ starea acesteia din cauza apariției scurgerilor de suprafață. Căldura rezultată evaporă lichidul, lăsând urme de sare pe izolație. Când evaporarea se oprește, curentul de scurgere dispare. La expunerea repetată la umiditate, procesul se repetă, dar datorită creșterii concentrației de sare, conductivitatea crește atât de mult încât curentul de scurgere nu se oprește nici după terminarea evaporării. În plus, apar mici scântei. Ulterior, sub influența curentului de scurgere, izolația se carbonizează, își pierde rezistența, ceea ce poate duce la apariția unei descărcări locale de suprafață arcuită care poate aprinde izolația.
Pericolul unui scurtcircuit în firele electrice este caracterizat de următoarele posibile manifestări ale curentului electric: aprinderea izolației firelor și a obiectelor și substanțelor combustibile din jur; capacitatea izolației firelor de a răspândi arderea atunci când este aprinsă de surse externe de aprindere; formarea particulelor de metal topit în timpul unui scurtcircuit, aprinzând materialele combustibile din jur (viteza de expansiune a particulelor de metal topit poate ajunge la 11 m / s, iar temperatura lor este de 2050-2700 ° C).
Un mod de urgență apare și atunci când firele electrice sunt supraîncărcate.Datorită selecției incorecte, pornirii sau defecțiunii consumatorilor, curentul total care curge prin fire depășește valoarea nominală, adică are loc o creștere a densității de curent (suprasarcină). De exemplu, când un curent de 40 A curge prin trei bucăți de sârmă conectate în serie de aceeași lungime, dar de secțiune transversală diferită-10; 4 și 1 mm2, densitatea sa va fi diferită: 4, 10 și 40 A / mm2. Ultima piesă are cea mai mare densitate de curent și, în consecință, cele mai mari pierderi de putere. Un fir cu o secțiune transversală de 10 mm2 se va încălzi ușor, temperatura unui fir cu o secțiune transversală de 4 mm2 va atinge nivelul permis și izolația unui fir cu o secțiune transversală de 1 mm2 va arde.
Cum diferă curentul de scurtcircuit de curentul de suprasarcină
Principala diferență între scurtcircuit și suprasarcină constă în faptul că, pentru scurtcircuit, încălcarea izolației este cauza modului de urgență, iar atunci când suprasarcină - consecința acesteia. În anumite circumstanțe, supraîncărcarea firelor și cablurilor din cauza duratei mai lungi a modului de urgență este mai periculoasă pentru incendiu decât un scurtcircuit.
Materialul de bază al firelor are o influență semnificativă asupra caracteristicilor de aprindere în caz de suprasarcină. O comparație a indicatorilor de pericol de incendiu ai firelor mărcilor APV și PV, obținute în timpul testelor în modul de suprasarcină, arată că probabilitatea de aprindere a izolației în firele cu fire conductoare de cupru este mai mare decât cea a firelor de aluminiu.
Se observă scurtcircuitarea aceluiași model. Capacitatea de ardere a descărcărilor de arc în circuitele cu fire de cupru este mai mare decât la firele de aluminiu.De exemplu, o țeavă de oțel cu o grosime a peretelui de 2,8 mm este arsă (sau material combustibil de pe suprafața sa este aprins) cu o secțiune transversală a unui fir de aluminiu de 16 mm2 și cu un fir de cupru cu o secțiune transversală de 6 mm2 .
Multiplicitatea curentului este determinată de raportul dintre curentul de scurtcircuit sau suprasarcină și curentul continuu admisibil pentru o anumită secțiune transversală a conductorului.
Firele și cablurile cu manta de polietilenă, precum și țevile de polietilenă atunci când se așează fire și cabluri în ele, au cel mai mare risc de incendiu. Cablajul în țevile din polietilenă din punct de vedere al incendiului reprezintă un pericol mai mare decât cablarea în țevile din plastic vinil, prin urmare domeniul de aplicare al țevilor din polietilenă este mult mai îngust. Supraîncărcarea este deosebit de periculoasă în clădirile rezidențiale private, unde, de regulă, toți consumatorii sunt alimentați dintr-o singură rețea, iar dispozitivele de protecție sunt adesea absente sau proiectate doar pentru curentul de scurtcircuit. În clădirile de locuit înalte, nimic nu îi împiedică pe locuitori să folosească lămpi mai puternice sau să pornească aparate electrocasnice cu o putere totală mai mare decât cea pentru care este proiectată rețeaua.
Pe dispozitivele de cablu (contacte, întrerupătoare, prize etc.), sunt indicate valorile limită ale curenților, tensiunilor, puterii, iar pe terminale, conectori și alte produse, în plus, cele mai mari secțiuni transversale ale firelor conectate. Pentru a utiliza aceste dispozitive în siguranță, trebuie să puteți descifra aceste etichete.
De exemplu, comutatorul este marcat «6,3 A; 250 V «, pe cartuș -» 4 A; 250 V; 300 W «, iar pe extensie -splitter -» 250 V; 6,3 A «,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.«6,3 A» avertizează că curentul care trece prin comutator nu trebuie să depășească 6,3 A, altfel comutatorul se va supraîncălzi. Pentru orice curent mai mic, comutatorul este potrivit, deoarece cu cât este mai mic curentul, cu atât contactul se încălzește mai puțin. Inscripția «250 V» indică faptul că comutatorul poate fi utilizat în rețele cu o tensiune care nu depășește 250 V.
Dacă înmulțiți 4 A cu 250 V, obțineți 1000, nu 300 de wați. Cum asociez o valoare calculată cu o etichetă? Trebuie să începem de la putere. La o tensiune de 220 V, curentul admis este de 1,3 A (300: 220); la o tensiune de 127 V — 2,3 A (300-127). Un curent de 4 A corespunde unei tensiuni de 75 V (300: 4). Inscripția „250 V; 6.3 A «indică faptul că dispozitivul este proiectat pentru rețele cu o tensiune de cel mult 250 V și un curent de cel mult 6,3 A. Înmulțind 6,3 A cu 220 V, obținem 1386 W (1300 W, rotunjit). Înmulțind 6,3 A cu 127 V, obținem 799 W (700 W rotunjiți). Se pune întrebarea: nu este periculos să rotunjiți în acest fel? Nu este periculos pentru că după rotunjire obțineți valori de putere mai mici. Dacă puterea este mai mică, atunci contactele se încălzesc mai puțin.
Când un curent electric trece prin conexiunea de contact din cauza rezistenței tranzitorii a conexiunii de contact, tensiunea scade, puterea și energia sunt eliberate, determinând încălzirea contactelor. O creștere excesivă a curentului în circuit sau o creștere a rezistenței duce la o creștere suplimentară a temperaturii firelor de contact și conductoare, ceea ce poate provoca un incendiu.
În instalațiile electrice se folosesc conexiuni permanente de contact (sudură, sudură) și detașabile (cu șurub, ștecher, arc etc.) și contacte ale dispozitivelor de comutare - demaroare magnetice, relee, întrerupătoare și alte dispozitive special concepute pentru închiderea și deschiderea electrică. circuite, adică pentru comutarea lor. În rețelele interne de energie electrică de la intrarea la receptorul de energie electrică electricitate sarcina circulă printr-un număr mare de conexiuni de contact.
Sub nicio formă nu trebuie întrerupte legăturile de contact... Studiile efectuate cu ceva timp în urmă asupra echipamentelor rețelelor interne arată că dintre toate contactele examinate, doar 50% îndeplinesc cerințele GOST. Când curentul de sarcină curge într-o conexiune de contact de proastă calitate, o cantitate semnificativă de căldură este eliberată pe unitatea de timp, proporțională cu pătratul curentului (densitatea curentului) și rezistența punctelor de contact reale ale contactului.
Dacă contactele fierbinți intră în contact cu materiale combustibile, acestea pot lua foc sau carbon, iar izolația firelor poate lua foc.
Valoarea rezistenței de contact depinde de densitatea de curent, de forța de compresie a contactelor (dimensiunea zonei de rezistență), de materialul din care sunt realizate, de gradul de oxidare al suprafețelor de contact etc.
Pentru a reduce densitatea curentului în contact (și, prin urmare, temperatura), este necesar să creșteți suprafața reală de contact a contactelor. Dacă planurile de contact sunt apăsate unul împotriva celuilalt cu o oarecare forță, tuberculii mici din punctele de contact vor fi ușor zdrobiți.Din această cauză, dimensiunile zonelor elementare de contact vor crește și vor apărea zone de contact suplimentare, iar densitatea curentului, rezistența de contact și încălzirea de contact vor scădea. Studiile experimentale au arătat că există o relație inversă între rezistența de contact și cantitatea de cuplu (forța de compresie). Cu o scădere de două ori a cuplului, rezistența conexiunii de contact a firului APV cu o secțiune transversală de 4 mm2 sau două fire cu o secțiune transversală de 2,5 mm2 crește de 4-5 ori.
Pentru a elimina căldura din contacte și a o disipa în mediu, se realizează contacte cu o anumită masă și suprafețe de răcire. O atenție deosebită este acordată locurilor de conectare a firelor și conexiunii acestora la contactele dispozitivelor de intrare ale receptoarelor electrice. La capetele mobile ale firelor se folosesc urechi de diferite forme și cleme speciale. Fiabilitatea contactului este asigurată de șaibe convenționale, cu arc și cu flanșe. După 3-3,5 ani, rezistența de contact crește de aproximativ 2 ori. Rezistența contactelor crește semnificativ și în timpul unui scurtcircuit ca urmare a unui efect periodic scurt al curentului asupra contactului. Testele arată că îmbinările de contact cu șaibe elastice elastice au cea mai mare stabilitate atunci când sunt expuse la factori adversi.
Din păcate, „economisirea pucurilor” este destul de comună. Saiba trebuie sa fie realizata din metale neferoase, cum ar fi alama. Saiba din otel este protejata cu un strat anticoroziv.