Ngắn mạch, quá tải, điện trở thoáng qua. Các biện pháp an toàn cháy nổ

Đoản mạch là gì và nguyên nhân gây đoản mạch

Ngắn mạch trong hệ thống dây điện thường xảy ra do vi phạm cách điện của các bộ phận dẫn điện do hư hỏng cơ học, lão hóa, tiếp xúc với môi trường ẩm và ăn mòn, cũng như các hành động không đúng của con người. Khi có ngắn mạch, nó tăng lên cường độ dòng điện, và lượng nhiệt tỏa ra được biết là tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện. Vì vậy, nếu trong trường hợp ngắn mạch, dòng điện tăng 20 lần thì lượng nhiệt tỏa ra sẽ tăng khoảng 400 lần.

Hiệu ứng nhiệt đối với lớp cách điện của dây dẫn làm giảm mạnh các tính chất cơ học và điện môi của nó. Ví dụ: nếu độ dẫn điện của các tông điện (làm vật liệu cách điện) ở 20 ° C được lấy làm đơn vị, thì ở nhiệt độ 30, 40 và 50 ° C, nó sẽ tăng lần lượt là 4, 13 và 37 lần. Sự lão hóa nhiệt của lớp cách điện thường xảy ra do quá tải mạng điện với dòng điện vượt quá mức cho phép trong thời gian dài đối với một loại và mặt cắt dây nhất định.Ví dụ: đối với cáp có lớp cách điện bằng giấy, tuổi thọ của chúng có thể được xác định theo "quy tắc tám độ" nổi tiếng: nhiệt độ tăng cứ sau 8 ° C sẽ làm giảm tuổi thọ của lớp cách điện đi 2 lần. Vật liệu cách điện polymer cũng có thể bị suy giảm nhiệt.

Tác động của độ ẩm và môi trường ăn mòn lên lớp cách điện của dây dẫn làm xấu đi đáng kể tình trạng của nó do xuất hiện rò rỉ bề mặt. Nhiệt thu được làm bay hơi chất lỏng, để lại vết muối trên lớp cách nhiệt. Khi quá trình bay hơi dừng lại, dòng điện rò rỉ sẽ biến mất. Khi tiếp xúc nhiều lần với độ ẩm, quá trình này được lặp lại, nhưng do nồng độ muối tăng lên, độ dẫn điện tăng lên rất nhiều nên dòng điện rò rỉ không dừng lại ngay cả khi kết thúc quá trình bay hơi. Ngoài ra, các tia lửa nhỏ xuất hiện. Sau đó, dưới ảnh hưởng của dòng điện rò rỉ, lớp cách điện bị cacbon hóa, mất độ bền, có thể dẫn đến sự xuất hiện của phóng điện bề mặt hồ quang cục bộ có thể đốt cháy lớp cách điện.

Nguy cơ đoản mạch trong dây dẫn điện được đặc trưng bởi các biểu hiện có thể xảy ra sau đây của dòng điện: đánh lửa lớp cách điện của dây dẫn và các vật và chất dễ cháy xung quanh; khả năng cách điện của dây lan truyền quá trình đốt cháy khi được đốt cháy bởi các nguồn đánh lửa bên ngoài; sự hình thành các hạt kim loại nóng chảy trong thời gian ngắn mạch, đốt cháy các vật liệu dễ cháy xung quanh (tốc độ giãn nở của các hạt kim loại nóng chảy có thể đạt tới 11 m / s và nhiệt độ của chúng là 2050-2700 ° C).

Chế độ khẩn cấp cũng xảy ra khi dây điện bị quá tải.Do lựa chọn, bật hoặc lỗi của người tiêu dùng không chính xác, tổng dòng điện chạy qua dây dẫn vượt quá giá trị danh định, nghĩa là mật độ dòng điện (quá tải) tăng lên. Ví dụ, khi dòng điện 40 A chạy qua ba đoạn dây nối tiếp có cùng chiều dài nhưng khác tiết diện-10; 4 và 1 mm2, mật độ của nó sẽ khác nhau: 4, 10 và 40 A / mm2. Mảnh cuối cùng có mật độ dòng điện cao nhất và theo đó, tổn thất điện năng lớn nhất, dây có tiết diện 10 mm2 sẽ nóng lên một chút, nhiệt độ của dây có tiết diện 4 mm2 sẽ đạt mức cho phép, và lớp cách điện của dây có tiết diện 1 mm2 sẽ cháy.

Dòng điện ngắn mạch khác với dòng điện quá tải như thế nào

Sự khác biệt chính giữa ngắn mạch và quá tải nằm ở chỗ, đối với ngắn mạch, sự vi phạm cách điện là nguyên nhân của chế độ khẩn cấp và khi quá tải - hậu quả của nó. Trong một số trường hợp nhất định, quá tải dây và cáp do thời gian ở chế độ khẩn cấp lâu hơn sẽ gây hỏa hoạn nguy hiểm hơn là đoản mạch.

Vật liệu cơ bản của dây có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính đánh lửa trong trường hợp quá tải. So sánh các chỉ số nguy cơ cháy của dây dẫn thương hiệu APV và PV, thu được trong quá trình thử nghiệm ở chế độ quá tải, cho thấy khả năng bắt lửa của lớp cách điện trong dây có dây dẫn bằng đồng cao hơn so với dây dẫn bằng nhôm.

Ngắn mạch mô hình tương tự được quan sát. Khả năng cháy của phóng điện hồ quang trong mạch bằng dây đồng cao hơn so với dây nhôm.Ví dụ, một ống thép có độ dày thành 2,8 mm được đốt cháy (hoặc vật liệu dễ cháy trên bề mặt của nó bị đốt cháy) với tiết diện của dây nhôm là 16 mm2 và dây đồng có tiết diện là 6 mm2 .

Độ bội số của dòng điện được xác định bằng tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch hoặc dòng điện quá tải với dòng điện liên tục cho phép đối với một mặt cắt nhất định của dây dẫn.

Dây và cáp có vỏ bọc bằng polyetylen, cũng như ống polyetylen khi đặt dây và cáp trong đó, có nguy cơ cháy cao nhất. Đi dây trong ống polyetylen từ quan điểm cháy nguy hiểm hơn so với đi dây trong ống nhựa vinyl, do đó lĩnh vực ứng dụng của ống polyetylen hẹp hơn nhiều. Quá tải đặc biệt nguy hiểm trong các tòa nhà dân cư tư nhân, theo quy định, tất cả người tiêu dùng được cung cấp từ một mạng và các thiết bị bảo vệ thường không có hoặc chỉ được thiết kế cho dòng điện ngắn mạch. Trong các tòa nhà dân cư cao tầng, cũng không có gì ngăn cản cư dân sử dụng đèn mạnh hơn hoặc bật các thiết bị điện gia dụng có tổng công suất lớn hơn công suất mà mạng được thiết kế.

Trên các thiết bị cáp (tiếp điểm, công tắc, ổ cắm, v.v.), các giá trị giới hạn của dòng điện, điện áp, nguồn được chỉ định và trên các đầu nối, đầu nối và các sản phẩm khác, ngoài ra, tiết diện lớn nhất của dây được kết nối. Để sử dụng các thiết bị này một cách an toàn, bạn phải giải mã được các nhãn này.

Ví dụ, công tắc được đánh dấu «6,3 A; 250 V «, trên hộp mực -» 4 A; 250 V; 300 W «, và trên phần mở rộng -bộ chia -» 250 V; 6.3 A «,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.«6,3 A» cảnh báo rằng dòng điện đi qua công tắc không được vượt quá 6,3 A, nếu không công tắc sẽ quá nóng. Công tắc phù hợp với bất kỳ dòng điện thấp hơn nào, vì dòng điện càng thấp thì tiếp điểm càng ít nóng lên. Dòng chữ «250 V» chỉ ra rằng công tắc có thể được sử dụng trong các mạng có điện áp không vượt quá 250 V.

Nếu bạn nhân 4 A với 250 V, bạn sẽ nhận được 1000 chứ không phải 300 watt. Làm cách nào để liên kết giá trị được tính toán với nhãn? Chúng ta phải bắt đầu từ sức mạnh. Ở điện áp 220 V, dòng điện cho phép là 1,3 A (300: 220); ở điện áp 127 V — 2,3 A (300-127). Dòng điện 4 A tương ứng với điện áp 75 V (300: 4). Dòng chữ “250 V; 6.3 A «cho biết thiết bị được thiết kế cho các mạng có điện áp không quá 250 V và dòng điện không quá 6,3 A. Nhân 6,3 A với 220 V, chúng tôi nhận được 1386 W (1300 W, được làm tròn). Nhân 6,3A với 127V, ta được 799W (làm tròn 700W). Câu hỏi đặt ra: không nguy hiểm khi đi vòng theo cách này? Điều đó không nguy hiểm vì sau khi làm tròn, bạn nhận được các giá trị công suất thấp hơn. Nếu công suất ít hơn, thì các tiếp điểm sẽ nóng lên ít hơn.

Khi một dòng điện chạy qua kết nối tiếp điểm do điện trở tạm thời của kết nối tiếp điểm, điện áp giảm xuống, năng lượng và năng lượng được giải phóng, làm cho các tiếp điểm nóng lên. Việc tăng quá mức dòng điện trong mạch hoặc tăng điện trở dẫn đến tăng thêm nhiệt độ của dây tiếp xúc và dây dẫn, có thể gây ra hỏa hoạn.

Trong lắp đặt điện, các kết nối tiếp điểm cố định (hàn, hàn) và có thể tháo rời (bằng vít, phích cắm, lò xo, v.v.) và các tiếp điểm của thiết bị chuyển mạch được sử dụng - bộ khởi động từ, rơle, công tắc và các thiết bị khác được thiết kế đặc biệt để đóng và mở mạch điện. mạch, đó là, cho giao hoán của họ. Trong các mạng điện nội bộ từ lối vào đến máy thu điện điện tải chảy qua một số lượng lớn các kết nối tiếp xúc.

Trong mọi trường hợp, các liên kết liên hệ không được bị hỏng…. Các nghiên cứu được thực hiện cách đây một thời gian trên thiết bị của các mạng nội bộ cho thấy rằng trong số tất cả các liên hệ được kiểm tra, chỉ 50% đáp ứng các yêu cầu của GOST. Khi dòng điện tải chạy trong kết nối tiếp điểm kém chất lượng, một lượng nhiệt đáng kể được giải phóng trên một đơn vị thời gian, tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện (mật độ dòng điện) và điện trở của các điểm tiếp xúc thực tế của tiếp điểm.

Nếu các điểm tiếp xúc nóng tiếp xúc với vật liệu dễ cháy, chúng có thể bắt lửa hoặc cháy thành than và lớp cách điện của dây dẫn có thể bắt lửa.

Giá trị của điện trở tiếp xúc phụ thuộc vào mật độ dòng điện, lực nén của các tiếp điểm (kích thước của vùng điện trở), vật liệu mà chúng được tạo ra, mức độ oxy hóa của các bề mặt tiếp xúc, v.v.

Để giảm mật độ dòng điện trong tiếp điểm (và do đó là nhiệt độ), cần phải tăng diện tích tiếp xúc thực tế của các tiếp điểm. Nếu ấn các mặt phẳng tiếp xúc vào nhau bằng một lực nào đó, thì các củ nhỏ tại các điểm tiếp xúc sẽ bị dập nhẹ.Do đó, kích thước của các vùng nguyên tố tiếp xúc sẽ tăng lên và các vùng tiếp xúc bổ sung sẽ xuất hiện, đồng thời mật độ dòng điện, điện trở tiếp xúc và nhiệt tiếp xúc sẽ giảm. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng có một mối quan hệ nghịch đảo giữa điện trở tiếp xúc và lượng mô-men xoắn (lực nén). Với mô-men xoắn giảm hai lần, điện trở của kết nối tiếp xúc của dây APV có tiết diện 4 mm2 hoặc hai dây có tiết diện 2,5 mm2 tăng 4-5 lần.

Để loại bỏ nhiệt khỏi các tiếp điểm và tản nhiệt ra môi trường, người ta chế tạo các tiếp điểm có khối lượng nhất định và bề mặt làm mát. Đặc biệt chú ý đến các vị trí kết nối dây và kết nối của chúng với các tiếp điểm của thiết bị đầu vào của máy thu điện. Trên các đầu di động của dây, tai có nhiều hình dạng khác nhau và kẹp đặc biệt được sử dụng. Độ tin cậy của tiếp điểm được đảm bảo bởi các vòng đệm thông thường, có lò xo và có mặt bích. Sau 3–3,5 năm, điện trở tiếp xúc tăng khoảng 2 lần. Điện trở của các tiếp điểm cũng tăng đáng kể trong thời gian ngắn mạch do tác động định kỳ ngắn của dòng điện lên tiếp điểm. Các thử nghiệm cho thấy các khớp tiếp xúc với vòng đệm lò xo đàn hồi có độ ổn định cao nhất khi tiếp xúc với các yếu tố bất lợi.

Thật không may, "tiết kiệm puck" là khá phổ biến. Máy giặt phải được làm bằng kim loại màu như đồng thau. Vòng đệm thép được bảo vệ bằng lớp phủ chống ăn mòn.