Короткие замыкания и токи перегрузок, их воздействия на проводящую жилу и изоляцию

КЗ-козаВопросы безопасности и надёжности занимают одно из важнейших мест в системах любой сложности, как силовых, так и сигнальных. К сожалению, приходится сталкиваться с ситуациями, когда каким-то недобросовестным проектантом на стадии проекта были заложены не подходящие марки проводов или кабелей, а иногда занижены сечения токопроводящих жил «для экономии». А иной раз пользователь, продолжая наращивать подключаемую нагрузку, выходит за рамки возможностей всей системы электропитания и создаёт перегрузки, ведущие к перегреву и всем вытекающим оттуда…

Бывает, что на этапе монтажа и эксплуатации допущены повреждения изоляции, и незаметные вначале, они становятся источником проблем впоследствии: утечки, разрушение изоляции, срабатывания защиты (УЗО), пожары.

Перегрузки и короткие замыкания могут значительно отличаться по продолжительности и силе тока, а это по-разному влияет на кабельную продукцию и её элементы. Рассмотрим, как воздействуют токи КЗ и перегрузочные токи на провода, кабели и их изоляцию в различных условиях.

Кратковременное КЗ

Также его называют недлинным или куцым КЗ.

1. Причины таких КЗ чаще всего кроются в нарушении изоляции по следующим причинам:

  • механическое повреждение;
  • старение изоляции;
  • воздействие влаги или грязной среды;
  • случайные ошибки человека.

2. Последствия кратковременных КЗ.

При КЗ резко увеличивается сила тока, увеличивая выделение тепла в квадратичной зависимости: ток вырос в 15 раз, значит, выделяемое тепло примерно в 15 х 15 = 225 раз!

При таких повышениях температур значительно ухудшаются диэлектрические и механические характеристики изоляции, она уже не будет такой же надёжной, как ранее. Пример изолятора-электрокартона – хорошая иллюстрация: примем за отправную точку или единицу его сопротивление при 20°С, тогда проводимость будет расти так: при 30°С – в 4, при 40°С – в 13, а при 50°С – в 37 раз!

3. Влияния различных воздействий.Одна из причин КЗ наглядно

Процесс выглядит так:

  • На поверхности провода или кабеля оседает влага и грязь, создающая благоприятные условия для появления поверхностных токов утечки.
  • Токи утечки нагревают и испаряют влагу, прекращая утечку, но оставляя сухую грязь и соли на поверхности изоляции.
  • При повторном увлажнении процесс возникает снова, но с большей концентрацией солей и ростом проводимости, не прекращающейся даже после испарения влаги.
  • Токи вызывают искрение, перегрев и обугливание изоляции с полной потерей её свойств.
  • Появляется местный дуговой разряд, воспламеняющий изоляцию.

4. Последствия кратковременных КЗ.

1. Возгорание изоляции и находящихся рядом веществ и предметов.

2. Появление расплавленных капель металла проводника (при температуре до 2700°С). При их разлёте со скоростью 10-11 м/с могут быть воспламенены материалы, вещества или другие предметы, находящиеся на значительных расстояниях.

Перегрузка – тоже аварийный режим

Как было сказано во вступлении, суммарный ток по проводнику может иметь большее значение, чем предписано номиналом. При этом по определённому сечению жилы проходит мощность, нагревающая проводник больше, чем допускает его возможность. Так, например, при токе в 25 А медная жила в 10 квадрат лишь слегка нагреется, а жила в 1 квадрат довольно быстро перегреется и сгорит.

Из-за таких перегревов наблюдается процесс старения изоляции: при небольших и кратковременных перегревах – в разы, а при повторных или длительных – в десятки раз. Вот и получается, что проводка установлена недавно, а изоляция уже вышла из строя.

Отличия перегрузки от кратковременного КЗ

КЗ-последствия1. Тяжесть последствий.

Если рассматривать аварийный режим в целом, то воздействие на изоляцию при кратковременном КЗ – предпосылка возникновения аварийного режима, а нарушение изоляции при перегрузках – следствие аварийного режима.

Быстро отключённое защитной автоматикой кратковременное КЗ имеет гораздо меньшую пожарную опасность, чем длительная перегрузка линий, разрушающая их изоляцию практически по всей длине.

2. Влияние материала жил.

По данной теме проводились неоднократные испытания, показавшие на примере сравнения проводов АПВ (алюминиевая жила) и ПВ (медная жила) следующие результаты:

А) При перегрузках изоляция медного провода воспламеняется быстрее, чем изоляция алюминиевой жилы.

Б) При кратковременном коротком замыкании ситуация аналогична: у проводов с медными жилами возникают дуговые разряды с большей прожигающей способностью, чем у алюминиевых. Конкретные цифры: при толщине стенки металлической трубы в 2,8 мм её прожиг осуществлялся дуговым разрядом: 1) на медной жиле в 6 мм кв., а на 2) алюминиевой – при её сечении в 16 мм кв.

Что представляет повышенную опасность

1. Более высокую пожарную опасность представляет полиэтиленовая оболочка проводов и кабелей (в сравнении с ПВХ), а также полиэтиленовые трубы, в которых часто прокладывают различную кабельную продукцию. Это не умаляет её достоинств, но значительно сужает область применения полиэтилена, как изолирующего материала.

2. Перегрузки в частных, а особенно – в многоквартирных домах. В первом случае при неразумном увеличении электрической нагрузки, а во втором – из-за увеличения растущей суммарной мощности от приборов и старой, часто непригодной проводки.

И в том, и в другом случаях наблюдается установка некачественных проводов и кабелей, а также КЗ-в-местах-коммутацииненадёжной защитной автоматики (если таковая вообще имеется…).

В старых домах в качестве токонесущих жил используется тонкий (1,5 и 2,5 мм кв.) алюминий, что запрещено ПУЭ, да и вообще иногда подход и сама проводка оставляют желать лучшего. Поэтому, к сожалению, перегрузки и возгорания – частые гости в таких зданиях.

3. Места коммутации и соединения проводов. Их количество в линии велико, они могут быть стационарными (обжим, пайка или сварка) или разъёмными (контакты реле, пускателей, розеток, выключателей, защитной автоматики или ручных устройств). Исследования показывают, что более половины таких соединений не соответствуют вообще никаким нормам. А ведь по контакту проходит ток, причём, количество выделенного тепла также прямо пропорционально квадрату силы тока! Перегретые контакты – прямая дорожка к возгоранию, причём не только изоляции…

Важные итоги

Для устранения даже возможной опасности следует:

1. Правильно рассчитать нагрузку и выбрать материалы и сечения кабельной продукции.

2. Обеспечить правильные и качественные монтаж проводки и её коммутацию.

3. Произвести расчёт и установку только качественной защитной автоматики и других устройств и сетей безопасности.

4. Следить за состоянием электропроводки и за тем, чтобы наращивание потребляемой мощности не выходило за пределы возможностей электропроводки и её защиты.

Обратившись в компанию ПромЛан, вы можете быть уверены, что эти, а также и все другие важные требования будут учтены в обязательном порядке, и ваше оборудование и его электропитание будут в полной безопасности.