Короткое замыкание перегрузка переходное сопротивление искрение

Что такое короткое замыкание и из-за чего происходят короткие замыкания

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей. При возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, а количество выделяющейся теплоты, как известно, пропорционально квадрату тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то выделяющееся при этом количество тепла возрастет примерно в 400 раз.

Тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20 °С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50 °С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Например, для кабелей с бумажной изоляцией срок их службы может быть определен по известному «восьмиградусному правилу»: превышение температуры на каждые 8 °С сокращает срок службы изоляции в 2 раза. Тепловому разрушению подвержены и полимерные изоляционные материалы.

Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию проводов существенно ухудшает ее состояние из-за появления поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла жидкость испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При неоднократном воздействии влаги процесс повторяется, но из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки не прекращается даже после окончания испарения. Кроме того, появляются мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, теряет прочность, что может привести к возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию.

Пожарная опасность коротких замыканий электропроводов характеризуется следующими возможными проявлениями электрического тока: воспламенением изоляции проводов и окружающих горючих предметов и веществ; способностью изоляции проводов распространять горение при поджигании ее от посторонних источников зажигания; образованием при коротком замыкании расплавленных частиц металла, поджигающих окружающие горючие материалы (скорость разлета расплавленных частиц металла может достигать 11 м/с, а их температура — 2050—2700 °С).

При перегрузке электропроводок также возникает аварийный режим. Из-за неправильного выбора, включения или повреждения потребителей суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение, т. е. происходит повышение плотности тока (перегрузка). Например, при прохождении тока в 40 А через последовательно соединенные три куска провода одинаковой длины, но различного сечения — 10; 4 и 1 мм2 плотность его будет различна: 4, 10 и 40 А/мм2. В последнем куске самая высокая плотность тока, и соответственно, самые высокие потери мощности. Провод сечением 10 мм2 слегка нагреется, температура провода сечением 4 мм2 достигнет допустимой, а изоляция провода сечением 1 мм2 просто сгорит.

Чем ток короткого замыкания отличается от тока перегрузки

Основное отличие короткого замыкания от перегрузки заключается в том, что при коротком замыкании нарушение изоляции является причиной аварийного режима, а при перегрузке — его следствием. При определенных обстоятельствах перегрузка проводов и кабелей в связи с большей длительностью аварийного режима более пожароопасна, чем короткое замыкание.

Материал жилы проводов оказывает существенное влияние на зажигающую способность при перегрузках. Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АПВ и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, показывает, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых.

При коротком замыкании наблюдается та же закономерность. Прожигающая способность дуговых разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жилами из алюминия. Например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности) при сечении жилы из алюминия 16 мм2, а с медной жилой — при сечении 6 мм2.

Кратность тока определяется отношением тока короткого замыкания или перегрузки к длительно допустимому току для данного сечения проводника.

Наибольшей пожарной опасностью обладают провода и кабели с полиэтиленовой оболочкой, а также полиэтиленовые трубы при прокладке в них проводов и кабелей. Электропроводки в полиэтиленовых трубах в пожарном отношении представляют большую опасность, чем электропроводки в винипластовых трубах, поэтому область применения полиэтиленовых труб значительно уже. Особенно опасна перегрузка в частных жилых домах, где, как правило, от одной сети питаются все потребители, а аппараты защиты нередко отсутствуют или рассчитаны только на ток короткого замыкания. В многоэтажных жилых домах также ничто не препятствует жильцам пользоваться более мощными лампами или включать бытовые электроприборы общей мощностью большей, чем та, на которую рассчитана сеть.

На электроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах и т. д.) указаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, наибольшие сечения присоединяемых проводников. Для безопасного пользования этими устройствами необходимо уметь расшифровывать эти надписи.

Например, на выключателе нанесено «6,3 А; 250 В», на патроне — «4 А; 250 В; 300 Вт», а на удлинителе-разветвителе — «250 В; 6,3 А», «220 В. 1300 Вт», «127 В, 700 Вт». «6,3 А» предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись «250 В» указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше 250 В.

Если умножить 4 А на 250 В, то получится 1000, а не 300 Вт. Как связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. При напряжении в сети 220 В допустимый ток: 1,3 А (300:220); при напряжении 127 В — 2,3 А (300—127). Току 4 А соответствует напряжение 75 В (300:4). Надпись «250 В; 6,3 А» указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более 250 В и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на 220 В, получаем 1386 Вт (округленно 1300 Вт). Умножая 6,3 А на 127 В, получаем 799 Вт (округленно 700 Вт). Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. Если мощность меньше, то меньше нагреваются контакты.

При протекании через контактное соединение электрического тока из-за переходного сопротивления на контактном соединении падает напряжение, мощность и выделяется энергия, которая вызывает нагрев контактов. Чрезмерное увеличение тока в цепи или возрастание сопротивления ведет к дальнейшему повышению температуры контакта и подводящих проводов, что может вызвать пожар.

В электроустановках применяются неразъемные контактные соединения (пайка, сварка) и разъемные (на винтах, втычные, пружинящие и т. п.), а также контакты коммутационных устройств — магнитных пускателей, реле, выключателей и других аппаратов, специально предназначенных для замыкания и размыкания электрических цепей, т. е. для их коммутации. В сетях внутридомового электроснабжения от ввода до приемника электроэнергии электрический ток нагрузки протекает через большое количество контактных соединений.

Контактные соединения никогда, ни при каких обстоятельствах не должны нарушаться . Однако исследования проведенные некоторое время назад над оборудованием внутридомовых сетей, показали, что из всех обследованных контактов только 50 % удовлетворяют требованиям ГОСТа. При протекании тока нагрузки в некачественном контактном соединении за единицу времени выделяется значительное количество тепла, пропорциональное квадрату тока (плотности тока) и сопротивлению точек действительного соприкосновения контакта.

Если разогретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, то возможно их воспламенение или обугливание и загорание изоляции проводов.

В еличина переходного сопротивления контактов зависит от плотности тока, силы сжатия контактов (величины площади сопротивления), от материала, из которого они изготовлены, степени окисления контактных поверхностей и т. д.

Для уменьшения плотности тока в контакте (а значит, и температуры) необходимо увеличить площадь действительного соприкосновения контактов. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания будут незначительно смяты. Из-за этого увеличатся размеры соприкасающихся элементарных площадок и появятся дополнительные площадки касания, а плотность тока, переходное сопротивление и нагрев контакта снизятся. Экспериментальные исследования показали, что между сопротивлением контакта и величиной крутящего момента (силой сжатия) существует обратно пропорциональная зависимость. С уменьшением крутящего момента в 2 раза сопротивление контактного соединения провода АПВ сечением 4 мм2 или двух проводов сечением 2,5 мм2 увеличивается в 4—5 раз.

Для отвода тепла от контактов и рассеивания его в окружающую среду изготавливают контакты определенной массы и поверхности охлаждения. Особое внимание уделяют местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах проводов применяют наконечники различной формы и специальные зажимы. Надежность контакта обеспечивается обычными шайбами, пружинящими и с бортиками. Через 3—3,5 года сопротивление контакта увеличивается примерно в 2 раза. Значительно увеличивается сопротивление контактов и при коротком замыкании в результате краткого периодического воздействия тока на контакт. Испытания показали, что наибольшую стабильность при воздействии неблагоприятных факторов имеют контактные соединения с упругими пружинящими шайбами.

К сожалению, «экономия на шайбах» — явление довольно распространенное. Шайба должна быть из цветного металла, например, из латуни. Стальную шайбу защищают антикоррозийным покрытием.

Анализ противопожарного состо­яния промышленных предприятий, объектов сельского хозяйства, зданий общественного назначения и жилых домов показывает, что их безопасная эксплуатация во многом зависит от технического состояния электрообору­дования, электроустановок и электроприборов.

Опасность возникновения пожаров при эксплуата­ции электроустановок появляется при наличии сгораемой изоляции электрических сетей, машин и аппаратов, кислорода воздуха (или другого окислителя) и источ­ника зажигания. Большинство изоляционных материа­лов относится к горючим (ткани—хлопчатобумажная и шелковая, резина, лакоткани, бумага, картон, поли­стирол, полиэтилен, полихлорвинил, трансформаторное масло и др.). Кислород воздуха в смеси с горючими га­зами или парами ЛВЖ при открытом монтаже электро­установок всегда может создать горючую или взрыво­опасную смесь. Причинами пожаров могут быть: корот­кие замыкания (к. з.) в электропроводках, машинах и аппаратах; перегрузки проводников; искры и электри­ческие дуги; большие переходные сопротивления; вих­ревые токи и др.

Чаще всего причинами по­жаров в электроустановках являются токи короткого замыкания и нарушения противопожарного режима.

Короткие замыкания. Коротким замыканием (к.з.) называется всякое не предусмотренное нор­мальными условиями работы замыкание через малое сопротивление между фазами, а в системах с заземлен­ной нейтралью — также замыкание одной или несколь­ких фаз на землю (или на нулевой провод). При возникновении к. з. в электрической сети ее общее сопро­тивление резко уменьшается, (степень уменьшения зави­сит от расположения точки к.з. в сети), что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима. В свою очередь это вызывает сни­жение напряжения в сети, которое особенно велико вбли­зи места к.з.

Основной причиной возникновения коротких замыка­ний является нарушение изоляции в электрических про­водах, кабелях, машинах и аппаратах, которое вызвано:

перенапряжениями, прямыми ударами молнии, старени­ем изоляции, недостаточно тщательным уходом за элек­трооборудованием и механическими повреждениями изоляции. В практике наблюдались случаи, когда к.з. возникали от перекрытия токоведущих частей животны­ми и птицами.

Опасность коротких замыканий. В современных элек­трических системах токи коротких замыканий могут до­стигать десятков тысяч ампер. Такие токи в самый не­значительный промежуток времени, выделяют большое количество тепла в проводниках, что вызывает резкое повышение температуры и воспламенение горючей изо­ляции, рас плавление металла проводников с последую­щим мощным выбросом в окружающую среду электри­ческих искр, способных вызвать воспламенение и взрыв легкогорючих материалов и взрывоопасных смесей. Кро­ме теплового действия, токи короткого замыкания вызы­вают между проводниками большие механические уси­лия. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены.

Профилактику коротких замыканий следует прово­дить в двух направлениях: во-первых, не допустить воз­никновения коротких замыканий, и во-вторых, ограни­чить время действия опасных токов, т. е. не допустить опасных последствий к.з. Мерами предупреждения ко­ротких замыканий являются правильный выбор, монтаж и эксплуатация электроустановок. Распределительные щитки, машины, аппараты, приборы, провода, кабели и прочее электрооборудование должны соответствовать ха­рактеру окружающей среды, величине и роду тока, на­пряжению. мощности нагрузки. При эксплуатации элек­троустановок необходимо регулярно проводить планово-предупредительные осмотры и измерения сопротивления изоляции.

Для ликвидации опасных последствий коротких за­мыканий устанавливают аппараты защиты, которые предназначены отключать поврежденный участок рань­ше, чем произойдет воспламенение изоляции, рас плавление токоведущих жил проводников и другие последст­вия к.з. Для этой цели используют быстродействующие автоматы (с временем отключения 0,008—0,005 с) и плавкие предохранители. Для уменьшения понижения напряжения при к.з. генераторы электростанций имеют автоматические регуляторы напряжения (АРН). С целью уменьшения токов к.з. на трансформаторных под­станциях устанавливают реакторы, которые представля­ют собой катушки, имеющие малое активное сопротив­ление и большую индуктивность.

Перегрузки. Перегрузкой называется такое явление, когда по проводам и кабелям электрических се­тей, обмоткам машин и аппаратов идет рабочий ток I_р больше длительно допустимого I_д т. е.,I_р>I_д. Величина рабочего тока I_р зависит от мощности и вида включен­ных токоприемников, напряжения в сети, ее определяют расчетом или по показаниям приборов.

Опасность перегрузки объясняется тепловым действи­ем тока, сущность и количественная сторона которого выражается законом Джоуля—Ленца. При прохожде­нии по проводникам тока больше допустимого их темпе­ратура может быть выше допустимой. При двух кратной и более перегрузке проводников со сгораемой изоляцией происходит ее воспламенение. При небольших перегруз­ках воспламенение изоляции не наблюдается, но проис­ходит быстрое ее старение. Срок службы изоляции про­водников резко сокращается. Так, например, перегрузка проводов с изоляцией класса А на 25 % сокращает срок службы их примерно до 3—5 месяцев (вместо 20 лет), а перегрузка на 50% приводит в негодность провода в течение нескольких часов. Таким образом, перегрузка про­водников опасна как большая, так и малая.

Профилактика перегрузок. Во избежание перегрузки необходимо: правильно выбирать сечение проводников по нагреву; ограничивать включение токоприемников в сеть, не рассчитанную на большую нагрузку; создавать необходимые условия для охлаждения проводов, элек­трических машин и аппаратов, не допуская перегрева их выше допустимых температур, определенных соответст­вующими ГОСТ и Правилами.

Искрение и электрическая дуга. Всякая электриче­ская искра или дуга есть результат прохождения тока через воздух. Искрение наблюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой, при пробое изоля­ции между проводниками, при работе электрических ма­шин—между щетками и коллектором (контактными кольцами), а также во всех случаях при наличии плохих контактов в местах соединения и оконцевания проводов и кабелей. Под действием электрического поля воздух между контактами ионизируется и, при достаточной ве­личине напряжения, происходит разряд, сопровождаю­щийся свечением воздуха и треском (тлеющий разряд). С увеличением напряжения тлеющий разряд переходит в искровой, а при достаточной мощности искровой раз­ряд может быть в виде электрической дуги.

Большие переходные сопротивления. Переход­ным сопротивлением называется сопротивление, возникающее в местах перехода тока с одного провода на другой или с провода на какой-либо электрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местах соединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов.

Профилактика переходных сопротивлений. Для пре­дупреждения возникновения пожаров от больших переходных сопротивлений необходимо тщательное соедине­ние проводов и кабелей (скруткой, пайкой, сваркой, опрессованием).

Эксплуатация неисправных электроустановок, бытовых приборов, проблемы электросетей – именно такие причины пожара определяют специалисты МЧС после проведения расследования более чем в четверти случаев.

Возгорания приводят к утрате имущества, ценностей, гибели людей. Распространенные электротехнические причины пожара – короткое замыкание, перенапряжение, перегрузка электросетей, искрение проводки.

Классификация и особенности электротехнических причин пожара

При промышленном, бытовом использовании сохраняется вероятность опасного действия электротока. Это тепловые проявления, искрения.

При некоторых условиях такие изменения приводят к началу возгорания. Причины возникновения пожаров от электрического тока классифицированы, определены их предпосылки и условия возникновения.

Опасность короткого замыкания

Повреждение изоляции силового кабеля, проводки провоцируют короткое замыкание.

Оно возникает по нескольким причинам:

1. длительная эксплуатация электрооборудования без проверки его безопасности;
2. физическое старение проводки;
3. неправильный выбор сечения провода при монтаже;
4. ошибки в соединении проводов;
5. механическое нарушение изоляции.

При любом повреждении изоляционных материалов кабеля начинает происходить утечка электротока, внутри системы появляются токи короткого замыкания.

Процесс может завершиться аварийно – мощным формированием искр, пламени в месте повреждения изоляции. При наличии рядом горючих, легковоспламеняющихся веществ чрезвычайно высока опасность возгорания.

Возникновение электрической дуги

При эксплуатации электрооборудования возможно формирование электрической дуги. Это явление имеет полезные свойства – используется при выплавке сплавов, выполнении электросварки металлов.

Если электрическая дуга появляется в устройствах электроснабжения – бытовых или промышленных, возникает серьезная опасность поражения током, возникновения пожара.

Для обозначения проблемы используют понятие «вспышка» дуги. Она возникает между двумя электродами при размыкании контактов.

Электрический разряд передается в окружающую среду – воздух, масло, используемое для трансформаторов, вакуум.

Разряд описывают как взрыв, он сопровождается громким, резким звуком, выделением тепла, прохождением в стволе дуги большого тока.

Увеличение переходного сопротивления

В местах соединения проводов, крепления их к контактным элементам или токоприёмникам приборов может произойти рост переходного сопротивления.

Проблема возникает, если мастер допустил ошибки при монтаже проводки или электроприборов:

• заменил пайку, опрессовку, сварку проводов на скрутки;
• не выполнил установку специальных наконечников, зажимов для проводов в месте соединения с электроприборами;
• допустил уменьшение контакта в рубильниках, розетках, выключателях (эффект «недовключения»);
• использовал кислоту при выполнении пайки электропроводов.

Рост переходного сопротивления провоцирует короткое замыкание, которое может привести к пожару.

Перегрузка электроцепей

К пожароопасным явлениям относится перегрузка цепей питания. Она происходит из-за неправильной, аварийной работы электроустановок, которая сопровождается повышением токовых нагрузок до предельно допустимых.

Такое явление вызывают:

1. перенапряжение в электросети;
2. наличие неполного короткого замыкания в системе;
3. заниженная к требуемой мощность двигателя, используемого в электроустановке;
4. неправильная работа механизма, запускаемого электродвигателем;
5. заедание вала электродвигателя;
6. аварийная работа трехфазного двигателя на двух фазах.

Пожарная опасность из-за перегрузки цепей питания увеличивается, когда выполняется увеличение мощности электропотребления сверх произведенных расчетов.

Перенапряжение сети

Электрические причины пожаров связаны с перенапряжением электросети или скачкообразным повышением напряжения внутри сети. Длится оно очень непродолжительное время – менее секунды, но приводит к выходу из строя оборудования, провоцирует возгорания.

Сетевое перенапряжение вызывают короткие замыкания, оно наблюдается при возникновении высокого напряжения в низковольтных сетях, при грозовых ударах, попадающих в электроустановки.

Перенапряжение сети опасно ростом токовой нагрузки в части электросети. Оно провоцирует короткие замыкания, аварийную работу ламп накаливания, значительное увеличение теплоотдачи от электроприборов. Увеличивается вероятность выхода из строя дорогостоящих электроприборов, оборудования.

Искрение

Часто возникает пожароопасное искрение в электроустановках. Оно происходит при аварийных ситуациях, наблюдается и при нормальной работе оборудования.

Искры образуются после включения-выключения рубильников, выключателей, в месте неправильного соединения проводов, их некачественной изоляции. Когда начинается искрение, происходит значительное увеличение температуры.

Такого изменения достаточно для возникновения пожара. Его вероятность увеличивает наличие легковоспламеняющихся предметов, которые находятся о области распространения искр – дерева, бумаги, пластика, горючих жидкостей или масел.

Другие электротехнические причины пожаров

Существуют случаи возникновения пожаров, связанные с состояние электропроводки, бытовых или промышленных электрических приборов.

В список входят:

• попадание электротока на металлические конструкции сооружений или зданий из-за их соприкосновения с проводами, находящимися под напряжением;
• тепловое воздействие электроприборов;
• аварийная работа ламп накаливания;
• неправильная эксплуатация люминесцентных светильников.

Заключение

Причины пожаров электрического характера связаны с несправным состоянием электропроводки, электрооборудования, его неправильной эксплуатацией.

Чтобы не допустить возгорания, следует проводить ремонт электропроводки, розеток, выключателей, использовать только исправные приборы.

Размещать оборудование запрещено рядом с легковоспламеняющимися предметами, поверхностями, веществами. В помещениях должны иметься первичные средства пожаротушения.

Видео: Плохой контакт — причина пожаров.