Βραχυκυκλώματα, υπερφορτίσεις, παροδικές αντιστάσεις. Μέτρα πυρασφάλειας
Τι είναι το βραχυκύκλωμα και τι προκαλεί το βραχυκύκλωμα
Τα βραχυκυκλώματα στην καλωδίωση συμβαίνουν συχνότερα λόγω παραβίασης της μόνωσης των αγώγιμων μερών ως αποτέλεσμα μηχανικής βλάβης, γήρανσης, έκθεσης σε υγρασία και διαβρωτικά περιβάλλοντα, καθώς και ακατάλληλες ανθρώπινες ενέργειες. Όταν υπάρχει βραχυκύκλωμα αυξάνεται ένταση ρεύματος, και η ποσότητα της θερμότητας που απελευθερώνεται είναι γνωστό ότι είναι ανάλογη του τετραγώνου του ρεύματος. Έτσι, εάν σε ένα βραχυκύκλωμα το ρεύμα αυξηθεί 20 φορές, τότε η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται θα αυξηθεί περίπου 400 φορές.
Μια θερμική επίδραση στη μόνωση των συρμάτων μειώνει απότομα τις μηχανικές και διηλεκτρικές του ιδιότητες. Για παράδειγμα, εάν η αγωγιμότητα του ηλεκτρικού χαρτονιού (ως μονωτικό υλικό) στους 20 ° C ληφθεί ως μονάδα, τότε σε θερμοκρασίες 30, 40 και 50 ° C θα αυξηθεί κατά 4, 13 και 37 φορές, αντίστοιχα. Η θερμική γήρανση της μόνωσης συμβαίνει συχνότερα λόγω υπερφόρτωσης των ηλεκτρικών δικτύων με ρεύματα που υπερβαίνουν το μακροπρόθεσμο επιτρεπτό για δεδομένο τύπο και διατομή συρμάτων.Για παράδειγμα, για καλώδια με μόνωση χαρτιού, η διάρκεια ζωής τους μπορεί να καθοριστεί σύμφωνα με τον γνωστό "κανόνα των οκτώ μοιρών": μια αύξηση της θερμοκρασίας για κάθε 8 ° C μειώνει τη διάρκεια ζωής της μόνωσης κατά 2 φορές. Τα πολυμερή μονωτικά υλικά υπόκεινται επίσης σε θερμική υποβάθμιση.
Η επίδραση της υγρασίας και του διαβρωτικού περιβάλλοντος στη μόνωση των συρμάτων επιδεινώνει σημαντικά την κατάστασή του λόγω της εμφάνισης επιφανειακής διαρροής. Η θερμότητα που προκύπτει εξατμίζει το υγρό, αφήνοντας ίχνη αλατιού στη μόνωση. Όταν σταματήσει η εξάτμιση, το ρεύμα διαρροής εξαφανίζεται. Με επαναλαμβανόμενη έκθεση σε υγρασία, η διαδικασία επαναλαμβάνεται, αλλά λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης αλατιού, η αγωγιμότητα αυξάνεται τόσο πολύ που το ρεύμα διαρροής δεν σταματά ακόμη και μετά το τέλος της εξάτμισης. Επιπλέον, εμφανίζονται μικροί σπινθήρες. Στη συνέχεια, υπό την επίδραση του ρεύματος διαρροής, η μόνωση ανθρακοποιείται, χάνει τη δύναμή της, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση μιας τοπικής εκκένωσης επιφάνειας τόξου που μπορεί να αναφλέξει τη μόνωση.
Ο κίνδυνος βραχυκυκλώματος στα ηλεκτρικά καλώδια χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες πιθανές εκδηλώσεις ηλεκτρικού ρεύματος: ανάφλεξη της μόνωσης των καλωδίων και των γύρω εύφλεκτων αντικειμένων και ουσιών. την ικανότητα της μόνωσης των συρμάτων να εξαπλώνει την καύση όταν αναφλέγεται από εξωτερικές πηγές ανάφλεξης. ο σχηματισμός σωματιδίων λιωμένου μετάλλου κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος, αναφλέγοντας τα γύρω εύφλεκτα υλικά (η ταχύτητα διαστολής των σωματιδίων λιωμένου μετάλλου μπορεί να φτάσει τα 11 m / s και η θερμοκρασία τους είναι 2050-2700 ° C).
Μια λειτουργία έκτακτης ανάγκης εμφανίζεται επίσης όταν τα ηλεκτρικά καλώδια είναι υπερφορτωμένα.Λόγω λανθασμένης επιλογής, ενεργοποίησης ή αστοχίας των καταναλωτών, το συνολικό ρεύμα που ρέει μέσω των καλωδίων υπερβαίνει την ονομαστική τιμή, δηλαδή συμβαίνει αύξηση της πυκνότητας ρεύματος (υπερφόρτωση). Για παράδειγμα, όταν ένα ρεύμα 40 Α ρέει μέσα από τρία συνδεδεμένα σε σειρά κομμάτια σύρματος ίδιου μήκους αλλά διαφορετικής διατομής-10. 4 και 1 mm2, η πυκνότητά του θα είναι διαφορετική: 4, 10 και 40 A / mm2. Το τελευταίο κομμάτι έχει την υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος και, κατά συνέπεια, τις μεγαλύτερες απώλειες ισχύος. Ένα καλώδιο με διατομή 10 mm2 θα θερμανθεί ελαφρώς, η θερμοκρασία ενός σύρματος με διατομή 4 mm2 θα φτάσει στο επιτρεπόμενο επίπεδο και η μόνωση ενός σύρματος με διατομή 1 mm2 απλά θα καεί.
Πώς διαφέρει το ρεύμα βραχυκυκλώματος από το ρεύμα υπερφόρτωσης
Η κύρια διαφορά μεταξύ βραχυκυκλώματος και υπερφόρτωσης έγκειται στο γεγονός ότι για το βραχυκύκλωμα η παραβίαση της μόνωσης είναι η αιτία της λειτουργίας έκτακτης ανάγκης και όταν η υπερφόρτωση είναι η συνέπειά της. Υπό ορισμένες συνθήκες, η υπερφόρτωση των καλωδίων και των καλωδίων λόγω της μεγαλύτερης διάρκειας της λειτουργίας έκτακτης ανάγκης είναι πιο επικίνδυνη για πυρκαγιά από ένα βραχυκύκλωμα.
Το βασικό υλικό των καλωδίων έχει σημαντική επίδραση στα χαρακτηριστικά ανάφλεξης σε περίπτωση υπερφόρτωσης. Μια σύγκριση των δεικτών κινδύνου πυρκαγιάς των καλωδίων μάρκας APV και PV, που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια δοκιμών στη λειτουργία υπερφόρτωσης, δείχνει ότι η πιθανότητα ανάφλεξης της μόνωσης σε σύρματα με χάλκινα σύρματα είναι υψηλότερη από αυτή των συρμάτων αλουμινίου.
Βραχυκύκλωμα παρατηρείται το ίδιο σχέδιο. Η ικανότητα καύσης των εκκενώσεων τόξου σε κυκλώματα με χάλκινα σύρματα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στα σύρματα αλουμινίου.Για παράδειγμα, ένας χαλύβδινος σωλήνας με πάχος τοιχώματος 2,8 mm καίγεται (ή αναφλέγεται εύφλεκτο υλικό στην επιφάνειά του) με διατομή σύρματος αλουμινίου 16 mm2 και με σύρμα χαλκού διατομής 6 mm2. .
Η πολλαπλότητα του ρεύματος καθορίζεται από την αναλογία του ρεύματος βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτωσης προς το συνεχές επιτρεπόμενο ρεύμα για μια δεδομένη διατομή του αγωγού.
Τα καλώδια και τα καλώδια με θήκη πολυαιθυλενίου, καθώς και οι σωλήνες πολυαιθυλενίου κατά την τοποθέτηση καλωδίων και καλωδίων σε αυτά, έχουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο πυρκαγιάς. Η καλωδίωση σε σωλήνες πολυαιθυλενίου από την άποψη της πυρκαγιάς είναι μεγαλύτερος κίνδυνος από την καλωδίωση σε σωλήνες από πλαστικό βινυλίου, επομένως το πεδίο εφαρμογής των σωλήνων πολυαιθυλενίου είναι πολύ στενότερο. Η υπερφόρτωση είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη σε ιδιωτικά κτίρια κατοικιών, όπου, κατά κανόνα, όλοι οι καταναλωτές τροφοδοτούνται από ένα δίκτυο και οι προστατευτικές συσκευές συχνά απουσιάζουν ή έχουν σχεδιαστεί μόνο για ρεύμα βραχυκυκλώματος. Σε πολυώροφα κτίρια κατοικιών, τίποτα δεν εμποδίζει τους κατοίκους να χρησιμοποιούν πιο ισχυρούς λαμπτήρες ή να ανάβουν οικιακές ηλεκτρικές συσκευές με συνολική ισχύ μεγαλύτερη από αυτή για την οποία έχει σχεδιαστεί το δίκτυο.
Στις συσκευές καλωδίων (επαφές, διακόπτες, πρίζες κ.λπ.), υποδεικνύονται οι οριακές τιμές ρευμάτων, τάσεων, ισχύος και σε ακροδέκτες, συνδέσμους και άλλα προϊόντα, επιπλέον, οι μεγαλύτερες διατομές των συνδεδεμένων καλωδίων. Για να χρησιμοποιήσετε αυτές τις συσκευές με ασφάλεια, πρέπει να μπορείτε να αποκρυπτογραφήσετε αυτές τις ετικέτες.
Για παράδειγμα, ο διακόπτης φέρει την ένδειξη «6.3 A; 250 V «, στο φυσίγγιο -» 4 A; 250 V; 300 W «, και στην επέκταση - splitter -» 250 V; 6.3 A «,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.Το «6.3 A» προειδοποιεί ότι το ρεύμα που διέρχεται από το διακόπτη δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 6,3 A, διαφορετικά ο διακόπτης θα υπερθερμανθεί. Για οποιοδήποτε χαμηλότερο ρεύμα, ο διακόπτης είναι κατάλληλος, γιατί όσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο λιγότερο θερμαίνεται η επαφή. Η επιγραφή «250 V» υποδεικνύει ότι ο διακόπτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δίκτυα με τάση που δεν υπερβαίνει τα 250 V.
Αν πολλαπλασιάσετε 4 A με 250 V, θα πάρετε 1000, όχι 300 Watt. Πώς μπορώ να συσχετίσω μια υπολογισμένη τιμή με μια ετικέτα; Πρέπει να ξεκινήσουμε από την εξουσία. Σε τάση 220 V, το επιτρεπόμενο ρεύμα είναι 1,3 A (300: 220). σε τάση 127 V — 2,3 A (300-127). Ένα ρεύμα 4 Α αντιστοιχεί σε τάση 75 V (300: 4). Επιγραφή "250 V; 6.3 A «υποδεικνύει ότι η συσκευή έχει σχεδιαστεί για δίκτυα με τάση όχι μεγαλύτερη από 250 V και ρεύμα όχι περισσότερο από 6,3 A. Πολλαπλασιάζοντας 6,3 A με 220 V, παίρνουμε 1386 W (1300 W, στρογγυλεμένα). Πολλαπλασιάζοντας τα 6,3A επί 127V, παίρνουμε 799W (700W στρογγυλεμένα). Τίθεται το ερώτημα: δεν είναι επικίνδυνο να στρογγυλοποιείς με αυτόν τον τρόπο; Δεν είναι επικίνδυνο γιατί μετά τη στρογγυλοποίηση παίρνετε χαμηλότερες τιμές ισχύος. Εάν η ισχύς είναι μικρότερη, τότε οι επαφές θερμαίνονται λιγότερο.
Όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της σύνδεσης επαφής λόγω της παροδικής αντίστασης της σύνδεσης επαφής, η τάση πέφτει, η ισχύς και η ενέργεια απελευθερώνονται, προκαλώντας τη θέρμανση των επαφών. Μια υπερβολική αύξηση του ρεύματος στο κύκλωμα ή μια αύξηση της αντίστασης οδηγεί σε πρόσθετη αύξηση της θερμοκρασίας των καλωδίων επαφής και ηλεκτροδίου, η οποία μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά.
Στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται μόνιμες συνδέσεις επαφής (συγκόλληση, συγκόλληση) και αποσπώμενες (με βίδα, βύσμα, ελατήριο κ.λπ.) και επαφές συσκευών μεταγωγής - μαγνητικές μίζες, ρελέ, διακόπτες και άλλες συσκευές ειδικά σχεδιασμένες για κλείσιμο και άνοιγμα ηλεκτρικών κυκλώματα, δηλαδή για την εναλλαγή τους. Σε εσωτερικά δίκτυα ισχύος από την είσοδο έως τον δέκτη ηλεκτρικής ενέργειας ηλεκτρική ενέργεια το φορτίο ρέει μέσω μεγάλου αριθμού συνδέσεων επαφής.
Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να σπάσουν οι σύνδεσμοι επικοινωνίας…. Οι μελέτες που πραγματοποιήθηκαν πριν από λίγο καιρό για τον εξοπλισμό των εσωτερικών δικτύων δείχνουν ότι από όλες τις εξεταζόμενες επαφές, μόνο το 50% πληροί τις απαιτήσεις της GOST. Όταν το ρεύμα φορτίου ρέει σε μια σύνδεση επαφής κακής ποιότητας, απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα θερμότητας ανά μονάδα χρόνου, ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος (πυκνότητα ρεύματος) και την αντίσταση των πραγματικών σημείων επαφής της επαφής.
Εάν οι καυτές επαφές έρθουν σε επαφή με εύφλεκτα υλικά, μπορεί να πιάσουν φωτιά ή απανθράκωση και η μόνωση των συρμάτων μπορεί να πάρει φωτιά.
Η τιμή της αντίστασης επαφής εξαρτάται από την πυκνότητα του ρεύματος, τη δύναμη συμπίεσης των επαφών (το μέγεθος της περιοχής αντίστασης), το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται, τον βαθμό οξείδωσης των επιφανειών επαφής κ.λπ.
Για να μειωθεί η πυκνότητα ρεύματος στην επαφή (και επομένως η θερμοκρασία), είναι απαραίτητο να αυξηθεί η πραγματική περιοχή επαφής των επαφών. Εάν τα επίπεδα επαφής πιεστούν το ένα πάνω στο άλλο με κάποια δύναμη, τα μικρά φυμάτια στα σημεία επαφής θα συνθλιβούν ελαφρώς.Εξαιτίας αυτού, τα μεγέθη των στοιχειακών περιοχών επαφής θα αυξηθούν και θα εμφανιστούν πρόσθετες περιοχές επαφής και η πυκνότητα ρεύματος, η αντίσταση επαφής και η θέρμανση επαφής θα μειωθούν. Πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι υπάρχει αντίστροφη σχέση μεταξύ της αντίστασης επαφής και της ποσότητας της ροπής (δύναμη συμπίεσης). Με διπλάσια μείωση της ροπής, η αντίσταση της σύνδεσης επαφής του σύρματος APV με διατομή 4 mm2 ή δύο συρμάτων με διατομή 2,5 mm2 αυξάνεται κατά 4-5 φορές.
Για την απομάκρυνση της θερμότητας από τις επαφές και τη διάχυση της στο περιβάλλον, γίνονται επαφές με συγκεκριμένη μάζα και ψυκτικές επιφάνειες. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στα σημεία σύνδεσης των καλωδίων και στη σύνδεσή τους με τις επαφές των συσκευών εισόδου των ηλεκτρικών δεκτών. Στα κινητά άκρα των συρμάτων χρησιμοποιούνται αυτιά διαφόρων σχημάτων και ειδικοί σφιγκτήρες. Η αξιοπιστία της επαφής διασφαλίζεται από συμβατικές ροδέλες, με ελατήριο και με φλάντζες. Μετά από 3–3,5 χρόνια, η αντίσταση επαφής αυξάνεται περίπου 2 φορές. Η αντίσταση των επαφών αυξάνεται επίσης σημαντικά κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος ως αποτέλεσμα μιας μικρής περιοδικής επίδρασης του ρεύματος στην επαφή. Οι δοκιμές δείχνουν ότι οι αρμοί επαφής με ελαστικές ροδέλες ελατηρίου έχουν τη μεγαλύτερη σταθερότητα όταν εκτίθενται σε δυσμενείς παράγοντες.
Δυστυχώς, η «εξοικονόμηση ξωτικών» είναι αρκετά συνηθισμένη. Η ροδέλα πρέπει να είναι κατασκευασμένη από μη σιδηρούχα μέταλλα όπως ορείχαλκος. Η ροδέλα από χάλυβα προστατεύεται με αντιδιαβρωτική επίστρωση.