Kortsluitingen, overbelastingen, voorbijgaande weerstanden. Brandveiligheidsmaatregelen
Wat is een kortsluiting en wat veroorzaakt een kortsluiting
Kortsluitingen in bedrading treden meestal op als gevolg van een schending van de isolatie van geleidende onderdelen als gevolg van mechanische schade, veroudering, blootstelling aan vocht en corrosieve omgevingen, evenals ongepast menselijk handelen. Bij kortsluiting neemt deze toe stroomsterkte, en het is bekend dat de hoeveelheid vrijgekomen warmte evenredig is met het kwadraat van de stroom. Dus als bij een kortsluiting de stroom 20 keer toeneemt, dan zal de hoeveelheid warmte die vrijkomt ongeveer 400 keer toenemen.
Een thermisch effect op de isolatie van draden vermindert de mechanische en diëlektrische eigenschappen ervan sterk. Als bijvoorbeeld de geleidbaarheid van elektrisch karton (als isolatiemateriaal) bij 20 ° C als eenheid wordt genomen, dan zal deze bij temperaturen van 30, 40 en 50 ° C respectievelijk 4, 13 en 37 keer toenemen. Thermische veroudering van de isolatie treedt meestal op als gevolg van overbelasting van elektrische netwerken met stromen die de toegestane lange termijn overschrijden voor een bepaald type en een bepaalde doorsnede van draden.Voor kabels met papierisolatie kan bijvoorbeeld hun levensduur worden bepaald volgens de bekende "regel van acht graden": een temperatuurstijging voor elke 8 ° C verkort de levensduur van de isolatie met 2 keer. Polymere isolatiematerialen zijn ook onderhevig aan thermische degradatie.
De invloed van vocht en een corrosieve omgeving op de isolatie van draden verslechtert de toestand ervan aanzienlijk door het verschijnen van oppervlaktelekkage. De resulterende warmte verdampt de vloeistof en laat sporen van zout achter op de isolatie. Wanneer de verdamping stopt, verdwijnt de lekstroom. Bij herhaalde blootstelling aan vocht wordt het proces herhaald, maar door een toename van de zoutconcentratie neemt de geleidbaarheid zo sterk toe dat de lekstroom niet stopt, zelfs niet na het einde van de verdamping. Bovendien verschijnen er kleine vonken. Vervolgens, onder invloed van de lekstroom, verkoolt de isolatie, verliest zijn sterkte, wat kan leiden tot het verschijnen van een lokale boogvormige oppervlakteontlading die de isolatie kan ontsteken.
Het gevaar van kortsluiting in elektrische draden wordt gekenmerkt door de volgende mogelijke manifestaties van elektrische stroom: ontsteking van de isolatie van draden en omringende brandbare voorwerpen en stoffen; het vermogen van de isolatie van de draden om verbranding te verspreiden wanneer ze worden ontstoken door externe ontstekingsbronnen; de vorming van gesmolten metaaldeeltjes tijdens een kortsluiting, waarbij de omringende brandbare materialen worden ontstoken (de expansiesnelheid van gesmolten metaaldeeltjes kan 11 m / s bereiken en hun temperatuur is 2050-2700 ° C).
Een noodmodus treedt ook op wanneer elektrische draden overbelast zijn.Door onjuiste selectie, inschakelen of uitval van verbruikers, overschrijdt de totale stroom die door de draden vloeit de nominale waarde, dat wil zeggen dat er een toename van de stroomdichtheid (overbelasting) optreedt. Wanneer bijvoorbeeld een stroom van 40 A vloeit door drie in serie geschakelde stukken draad van dezelfde lengte maar met een verschillende dwarsdoorsnede-10; 4 en 1 mm2, de dichtheid zal anders zijn: 4, 10 en 40 A / mm2. Het laatste stuk heeft de hoogste stroomdichtheid en dus de grootste vermogensverliezen.Een draad met een doorsnede van 10 mm2 zal iets opwarmen, de temperatuur van een draad met een doorsnede van 4 mm2 zal het toegestane niveau bereiken, en de isolatie van een draad met een doorsnede van 1 mm2 zal gewoon verbranden.
Hoe kortsluitstroom verschilt van overbelastingsstroom
Het belangrijkste verschil tussen kortsluiting en overbelasting ligt in het feit dat voor kortsluiting de schending van isolatie de oorzaak is van de noodmodus, en bij overbelasting - het gevolg. Onder bepaalde omstandigheden is overbelasting van draden en kabels door de langere duur van de noodstand gevaarlijker voor brand dan kortsluiting.
Het basismateriaal van de draden heeft een grote invloed op de ontstekingseigenschappen bij overbelasting. Een vergelijking van de brandgevaarindicatoren van draden van APV- en PV-merken, verkregen tijdens tests in de overbelastingsmodus, toont aan dat de kans op ontsteking van de isolatie in draden met koperen geleidende draden hoger is dan die van aluminiumdraden.
Bij kortsluiting wordt hetzelfde patroon waargenomen. Het brandvermogen van boogontladingen in circuits met koperdraden is hoger dan bij aluminiumdraden.Een stalen buis met een wanddikte van 2,8 mm wordt bijvoorbeeld verbrand (of brandbaar materiaal op het oppervlak wordt ontstoken) met een doorsnede van een aluminiumdraad van 16 mm2 en met een koperdraad met een doorsnede van 6 mm2 .
De stroommultipliciteit wordt bepaald door de verhouding van de kortsluit- of overbelastingsstroom tot de continu toegestane stroom voor een bepaalde doorsnede van de geleider.
Draden en kabels met een mantel van polyethyleen, evenals buizen van polyethyleen bij het erin leggen van draden en kabels, hebben het grootste risico op brand. Bedrading in polyethyleen buizen vanuit het oogpunt van brand is een groter gevaar dan bedrading in vinyl plastic buizen, daarom is het toepassingsgebied van polyethyleen buizen veel smaller. Overbelasting is vooral gevaarlijk in particuliere woongebouwen, waar in de regel alle verbruikers vanuit één netwerk worden gevoed en beveiligingsapparatuur vaak afwezig is of alleen is ontworpen voor kortsluitstroom. In hoge woongebouwen is er ook niets dat bewoners ervan weerhoudt om krachtigere lampen te gebruiken of huishoudelijke elektrische apparaten aan te zetten met een totaal vermogen dat groter is dan waarvoor het netwerk is ontworpen.
Op kabelapparaten (contacten, schakelaars, stopcontacten, etc.) worden de grenswaarden van stromen, spanningen, vermogen aangegeven en op klemmen, connectoren en andere producten bovendien de grootste doorsneden van de aangesloten draden. Om deze apparaten veilig te gebruiken, moet u deze labels kunnen ontcijferen.
De schakelaar is bijvoorbeeld gemarkeerd met «6,3 A; 250 V «, op de patroon -» 4 A; 250 V; 300 W «, en op de extensie -splitter -» 250 V; 6.3 A «,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.«6,3 A» waarschuwt dat de stroom die door de schakelaar gaat niet hoger mag zijn dan 6,3 A, anders raakt de schakelaar oververhit. Voor elke lagere stroom is de schakelaar geschikt, want hoe lager de stroom, hoe minder het contact opwarmt. Het opschrift «250 V» geeft aan dat de schakelaar kan worden gebruikt in netwerken met een spanning van maximaal 250 V.
Als je 4 A vermenigvuldigt met 250 V, krijg je 1000, niet 300 watt. Hoe koppel ik een berekende waarde aan een label? We moeten uitgaan van de macht. Bij een spanning van 220 V is de toegestane stroom 1,3 A (300: 220); bij een spanning van 127 V — 2,3 A (300-127). Een stroom van 4 A komt overeen met een spanning van 75 V (300:4). Opschrift "250 V; 6.3 A «geeft aan dat het apparaat is ontworpen voor netwerken met een spanning van niet meer dan 250 V en een stroom van niet meer dan 6,3 A. Door 6,3 A te vermenigvuldigen met 220 V, krijgen we 1386 W (1300 W, afgerond). Door 6,3A te vermenigvuldigen met 127V, krijgen we 799W (700W afgerond). De vraag rijst: is het niet gevaarlijk om op deze manier af te ronden? Het is niet gevaarlijk omdat je na afronding lagere vermogenswaarden krijgt. Als het vermogen minder is, worden de contacten minder warm.
Wanneer door de tijdelijke weerstand van de contactverbinding een elektrische stroom door de contactverbinding vloeit, daalt de spanning, komt er vermogen en energie vrij, waardoor de contacten opwarmen. Een overmatige toename van de stroom in het circuit of een toename van de weerstand leidt tot een extra toename van de temperatuur van de contact- en geleidingsdraden, wat brand kan veroorzaken.
In elektrische installaties worden permanente contactverbindingen (solderen, lassen) en afneembaar (met schroef, plug, veer, enz.) En contacten van schakelapparaten gebruikt - magnetische starters, relais, schakelaars en andere apparaten die speciaal zijn ontworpen voor het sluiten en openen van elektrische circuits, dat wil zeggen voor hun commutatie. In interne stroomnetwerken van de ingang tot de ontvanger van elektriciteit elektriciteit de last stroomt door een groot aantal contactaansluitingen.
De contactlinks mogen in geen geval worden verbroken…. De onderzoeken die enige tijd geleden zijn uitgevoerd naar de uitrusting van interne netwerken, tonen aan dat van alle onderzochte contacten slechts 50% voldoet aan de vereisten van GOST. Wanneer de belastingsstroom in een contactverbinding van slechte kwaliteit stroomt, komt er per tijdseenheid een aanzienlijke hoeveelheid warmte vrij, evenredig met het kwadraat van de stroom (stroomdichtheid) en de weerstand van de daadwerkelijke contactpunten van het contact.
Als de hete contacten in contact komen met brandbare materialen, kunnen ze vlam vatten of verkolen en kan de isolatie van de draden vlam vatten.
De waarde van de contactweerstand hangt af van de stroomdichtheid, de compressiekracht van de contacten (de grootte van het weerstandsgebied), het materiaal waaruit ze zijn gemaakt, de mate van oxidatie van de contactoppervlakken, etc.
Om de stroomdichtheid in het contact (en dus de temperatuur) te verminderen, is het noodzakelijk om het daadwerkelijke contactoppervlak van de contacten te vergroten. Als de contactvlakken met enige kracht tegen elkaar worden gedrukt, worden de kleine knobbeltjes op de contactpunten licht geplet.Hierdoor zullen de afmetingen van de contactelementaire gebieden toenemen en zullen extra contactgebieden verschijnen, en zullen de stroomdichtheid, contactweerstand en contactverwarming afnemen. Experimentele studies hebben aangetoond dat er een omgekeerde relatie bestaat tussen contactweerstand en de hoeveelheid koppel (compressiekracht). Met een tweevoudige afname van het koppel neemt de weerstand van de contactverbinding van de APV-draad met een doorsnede van 4 mm2 of twee draden met een doorsnede van 2,5 mm2 4-5 keer toe.
Om warmte van de contacten af te voeren en af te voeren naar de omgeving, worden contacten met een bepaalde massa en koelvlakken gemaakt. Bijzondere aandacht wordt besteed aan de aansluitplaatsen van draden en hun verbinding met de contacten van de invoerapparaten van de elektrische ontvangers. Op de beweegbare uiteinden van de draden worden oren van verschillende vormen en speciale klemmen gebruikt. De betrouwbaarheid van het contact wordt verzekerd door conventionele ringen, veerbelast en met flenzen. Na 3-3,5 jaar neemt de contactweerstand ongeveer 2 keer toe. Ook de weerstand van de contacten neemt bij kortsluiting aanzienlijk toe als gevolg van een kortstondige inwerking van de stroom op het contact. Tests tonen aan dat contactvoegen met elastische veerringen de grootste stabiliteit hebben bij blootstelling aan ongunstige factoren.
Helaas is "puck-besparing" vrij gebruikelijk. De ring moet gemaakt zijn van non-ferro metalen zoals messing. De stalen ring is beschermd met een anti-corrosie coating.