Пожежна небезпека коротких замикань, перенавантажень і перехідного опору
Більше половини усіх коротких замкнень, що спричиняють виникнення пожеж, стається у житлових будинках, а найвірогіднішим місцем їх виникнення є внутрішньобудинкова електропроводка чи електровводи до приміщення
Коротке замкнення найчастіше стаються через пошкодження ізоляції токопровідних частин мереж, унаслідок механічного пошкодження, старіння, під дією вологи чи агресивного середовища, а також через неправильні дії людей. При виникненні короткого замкнення зростає сила струму, а кількість виділення тепла, як відомо, є пропорційною квадрату струму. Якщо при короткому замкненні сила струму збільшується у 20 разів, то при цьому кількість тепла зростає приблизно у 400 разів.
Тепловий вплив на ізоляцію проводів різко знижує їх механічні та діелектричні властивості. Наприклад, якщо прийняти за одиницю виміру електопропровідність картону (чи іншого ізоляційного матеріалу) при температурі 20°С, то відповідно за температур 30, 40, 50°С вона зростатиме у 4, 13, 37 разів. Теплове старіння ізоляції найчастіше виникає через перенавантаження електромереж струмами, сила яких перевищує допустимі навантаження для даного типу перетину провідників струму. Наприклад, для провідників у паперовій ізоляції термін їх придатності визначається за відомим «восьмиградусним» правилом; перевищення температури на кожних 8°С скорочує термін придатності ізоляції удвічі. Тепловому руйнування також піддаються і полімерні матеріали.
Вплив вологи і агресивних середовищ на ізоляційні властивості проводів суттєво погіршує їх стан унаслідок появи поверхневих витоків струму. Через виникнення при цьому тепла рідини випаровуються, а на ізоляції залишаються сліди солі. Після зупинки випаровування витік струму припиняється. За постійних впливів вологи ці процеси повторюються, а через підвищення концентрації солі провідність зростає настільки, що витік струму не припиняється навіть після завершення випаровування рідини і згодом починають з’являтися дрібні іскри. Пізніше під впливом витікання напруги ізоляція починає обвуглюватися, знижується її міцність, що може призвести до виникнення дугового поверхневого розряду, здатного запалити ізоляцію.
Пожежна небезпека коротких замкнень електропроводів характеризується наступними можливими проявами електричного струму:
- загорання ізоляції проводів, інших навколишніх горючих предметів чи речовин;
- здатністю ізоляції проводів поширювати горіння при її загоранні від сторонніх джерел запалювання;
- утворення при короткому замкненні розплавлених часток металу, здатних запалювати навколишні горючі матеріали (швидкість розлітання розплавлених часток металу може досягати (1м/с, а їх температура може досягати – 2050–2700°С).
При перевантаженні електропроводок також виникають аварійні режими роботи. Через неправильний вибір, вмикання чи пошкодження поглиначів струму сумарний показник струму, що проходить у проводах, перевищує номінальні значення, тобто відбувається підвищення щільності струму (перевантаження). Наприклад, при проходженні струму в 40 А через послідовне з’єднання трьох кусків проводів однакової довжини, але різного січення – 10;40 і 1 мм2, їхня щільність буде відрізнятися: 4, 10 і 40А/мм2 потужність струму, а в останньому кускові проводу спостерігатиметься найвища щільність току й відповідно значна втрата його сили. Провід перетином 10 мм2 починає нагріватися, температура проводу перетином 4 мм2 досягає допустимих значень, а ізоляція проводу перетином 1 мм2 може просто згоріти.
Головна відмінність короткого замкнення від перевантаження полягає у тому, що – при короткому замкненні порушення ізоляції є причиною виникнення аварійного режиму роботи, а при перевантаженні – його наслідком. За певних обставин перевантаження проводів, у зв’язку з тривалими аварійними режимами роботи, є більш пожежонебезпечним,ніж коротке замкнення.
Склад матеріалів жил проводів суттєво впливає на їх запалювальну властивість при перевантаженнях. Порівняння показників пожежної небезпеки проводів марок АПВ (установчий провід – одножильний провід з алюмінієвою жилою з ізоляцією з ПВХ пластикату) та ПВ (одножильні дроти дроту ПВ-3, ПВ-4 з ПВХ ізоляцією для електричних установок), отриманих при випробуваннях у режимі перевантаження, показали, що вірогідність загорання ізоляції в проводах із мідними токопровідними жилами є вищою, ніж у алюмінієвих.
При коротких замкненнях спостерігається така ж закономірність. Запалювальна здатність дугових розрядів у дротах із мідними тонковолокнистими жилами є більшою, ніж у ланцюгах із використанням жил із алюмінію. Наприклад, сталева труба з товщиною стінки трубки 2,8 мм прогорає (або на її поверхні спалахує горючий матеріал) при поперечному перерізі жили з алюмінію 16 мм2, а з мідною жилою – при перерізі 6 мм2.
Найбільшу пожежну небезпеку мають проводи і кабелі з поліетиленовою оболонкою, а також поліетиленові труби при прокладенні по них проводів і кабелів. Електропроводки в поліетиленових трубах з позиції пожежної безпеки становлять більшу небезпеку, ніж електропроводки у вініпластикових трубах, отож сфера застосування поліетиленових труб є значно вужчою.
Особливо небезпечні такі перевантаження для приватних житлових будинків, де, як правило, від однієї мережі живляться усі споживачі електроенергії, апарати захисту там, здебільшого, відсутні чи розраховані на струм короткого замкнення.
Наприклад, кухонна електрична плита отримує живлення від мережі 220 В, що захищена автоматичним вимикачем з розчеплювачем максимального струму на 20А. А потужність плити 5,8 кВт для конфорки до 1,5 кВт, духова шафа 1,8 кВт. Конфорки і духова шафа мають ступінчасті перемикачі потужності. При роботі на повну потужність усіх конфорок, духової шафи, автоматичний вимикач вимикається.
На електроустановочних приладах (розетках, вимикачах, патронах тощо) вказані граничні значення токів, напруг, потужностей, а на затискачах, роз’ємах, патронах й інших виробах вказуються граничні перерізи приєднаних провідників. Для безпечного користування цими приладами потрібно вміти розшифровувати ці написи. Наприклад, якщо на вимикачі нанесено «6.3А; 250 В», на патроні –«4-А; 250В; 300 Вт», а на подовжувачі-розгалужувачі –«250В, 6.3 А», «127 В, 700 Вт».
Позначка «6.3 А» попереджає користувачів, що струм, який проходить через вимикач, не повинен перевищувати 6,4 А, інакше вимикач перегріється. Для будь-якого іншого струму вимикач підходить, оскільки – чим менше струм, тим менше нагрівається контакт. Напис «250 В» вказує на те, що вимикач можна використовувати у мережах із напругою не вище 250 В.
Якщо помножити 4 А на 250 В, то вийде 1000, а не 300 Вт. Щоб пов’язати розрахунки зі вказаними даними, потрібно брати до уваги показники потужності. За напруги у мережі 220 В допустимий струм – 1,2 А (300:220); за напруги 127 В –2, 3 А (300:127). Струму 4 А відповідає напруга 75В (300:4).
Позначка з маркуванням«250 В; 6,4 А» вказує на те, що пристрій призначено для мережі з напругою не більше 250 В і сили струму не більше 6.3 А. Помноживши 6.3 на 220 В, отримаємо 1386 Вт (округляємо до 1300 В). Помноживши 6.3 на 127 В, отримаємо 799 Вт, (округляємо до 700 Вт). Такі маніпуляції з округленнями показників не є небезпечними, оскільки після округлення знижується значення потужності. Бо – чим нижче потужність, тим краще – контакти менше нагріваються.
При перетіканні електричного струму контактними з’єднаннями через перехідний опір струму на з’єднаннях падає напруга, потужність і виділяється енергія, котра призводить до нагрівання контактів. Надмірне підвищення струму в ланцюзі або зростання опору струму призводить до подальшого зростання температури контактів чи проводів, що може призвести до виникнення пожежі.
На електроустановках використовуються нероз’ємні контактні з’єднання (приварені чи припаяні) та роз’ємні з’єднання (на гвинтах, втиснуті, пружинного типу тощо), а також контакти комутаційних пристроїв – магнітних запускачів, реле, вимикачів й інших апаратів, спеціально призначених для замкнення і розімкнення електричних ланцюгів, тобто для їх комутації.
У мережах втутрішньобудинкового електропостачання навантаження електричного струму від введення до приймача електроенергії протікає через велику кількість контактних з’єднань. Контактні з’єднання в жодному разі не повинні зміщуватися. При протіканні струму через неякісні з’єднаннях за певний час виділяється значна кількість тепла, пропорційно квадрату струму (щільності струму) й точок дійового опору контакту.
Якщо розігріті контакти будуть стикатися з горючими матеріалами, може виникнути спалахування чи обвуглення, або загорання ізоляції проводів.
Величина перехідного опору контактів залежить від щільності струму, сили стиснення контактів (величини площі опору, характеристики матеріалу, з якого вони виготовлені, ступеню окислення контактних поверхонь тощо.
Для зменшення щільності струму в контакті (відповідно й температури) потрібно збільшити площу безпосереднього з’єднання контактів. Якщо контактні площі притиснути одну до одної з певною слою Р1, маленькі горбочки у місцях з’єднань дещо зімнуться. Але якщо сила Р2, що діє на контактні площі, буде більшою за силу Р1, то відповідно збільшаться розміри місць з’єднань, щільність струму, перехідного опору і знизиться нагрівання контактів.
Для відводу тепла від контактів і розсіювання його у навколишнє середовище виготовляють контакти певної маси і поверхні охолодження. Особлива увага приділяється місцям з’єднань проводів і підключення їх до контактів ввідних пристроїв електропиймачів. На знімних кінцях проводів використовують наконечники різної форми і спеціальні затискачі. Надійність прикріплення контактів забезпечується звичайними шайбами, пружинячими і з бортиками. Через три, три з половиною роки опір контактів збільшується приблизно вдвічі. Значно зростає опір контактів і при короткому замкненні внаслідок кратного періодичного впливу стуму на контакти.
На жаль, економія на шайбах – явище досить поширене. Шайба повинна бути виготовленою з кольорового металу, наприклад, з латуні. Сталева шайба має бути захищена антикорозійним покриттям.
Джерело: https://ns-plus.com.ua/2017/02/12/analiz-pozhezh-v-ukrayini-za-2016-rik/
