Какая температура короткого замыкания

Правильно рассчитанная и надлежащим образом выполненная электрическая сеть не гарантируют исключение возможности возникновения аварийных ситуаций, приводящих к недопустимому перегреву электрических кабелей при возникновении короткого замыкания.

Например, подобная ситуация, как отмечалось в работе Сопротивление цепи фаза – ноль возникает при подключении нагрузки в розеточную сеть через удлинитель. Начиная с некоторой длины добавленного к групповой линии провода удлинителя сопротивление цепи фаза – ноль увеличивается до значения, при котором ток короткого замыкания будет меньше порога срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Поэтому при проектировании электроустановок желательно учитывать возможность нештатных условий эксплуатации электропроводки.

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60724-2009 «Предельные температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1кВ в условиях короткого замыкания» температура жил кабеля (до 300 мм2 включительно) с изоляцией из ПВХ пластиката при коротком замыкании не должна превышать 160 градусов. Достижение этой температуры допускается при длительности короткого замыкания до 5 секунд. При такой продолжительности короткого замыкания изоляция кабеля не успевает нагреться до такой же температуры. При более длительных коротких замыканиях предельная температура нагрева жил должна быть уменьшена.

Рассмотрим возникновение подобной ситуации на примере использования автоматического выключателя группы «С». Время – токовая характеристика выключателя приведена на Рис. 1. В приведенных характеристиках выделены зона «a» – тепловой расцепитель и зона «b» – электромагнитный расцепитель. На графике показаны две кривые 1 и 2 зависимости времени срабатывания выключателя от тока, которые показывают пределы технологического разброса параметров выключателя при его изготовлении. Для автоматических выключателей группы «С» в пределах технологического разброса кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя находится в пределах от 5 до 10. Нас интересует только кривая 2 для переменного тока (АС), показывающая максимальное время срабатывания выключателя. Как видно из графика на Рис. 1, при незначительном уменьшении тока короткого замыкания ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя время срабатывания автоматического выключателя определяется тепловым расцепителем и достигает величины порядка 6 секунд.

Рис. 1 Время – токовая характеристика автоматов группы С.

Попробуем выяснить, что происходит с кабелями за промежуток времени, в течение которого сработает тепловой расцепитель. Для этого необходимо вычислить зависимости температуры жил кабелей от времени прохождения по ним токов, близких к порогу срабатывания электромагнитного расцепителя.

В Таблице 1 даны расчетные значения температур жил кабелей в зависимости от продолжительности короткого замыкания (при разных токах) для кабеля с медными жилами сечением 1,5 кв. мм. Кабель данного сечения повсеместно используется в осветительных групповых сетях жилых и общественных зданий.

Для вычисления температур жил кабелей использована методика расчета из ГОСТ Р МЭК 60949-2009 «Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева».

Температура жил кабеля определяется по формуле:

Θf = (Θi +β)∙exp(IAD2∙t/K2∙S2) – β (1)

где, Θf – конечная температура жил кабеля оС;

Θi– начальная температура жил кабеля оС;

β – величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления при 0 °C, К, для меди β=234,5;

K – постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента, А · с1/2/мм2,для меди K=226;

t – длительность короткого замыкания, с;

S – площадь поперечного сечения токопроводящей жилы, мм2;

ISC – известный максимальный ток короткого замыкания (среднеквадратичное значение), А;

IAD=ISC/ε – ток короткого замыкания, определенный на основе адиабатического нагрева (среднеквадратичное значение), А;

ε – коэффициент, учитывающий отвод тепла в соседние элементы;

X, Y – постоянные, используемые в упрощенной формуле для жил и проволочных экранов, (мм2/с)1/2; мм2/с, для кабелей с медными жилами и изоляцией из ПВХ пластиката X=0,29 и Y=0,06;

Вычисления произведены для температуры кабеля до короткого замыкания 55 градусов. Такая температура соответствует рабочему току, проходящему по кабелю до возникновения короткого замыкания порядка 0,5 – 0,7 от предельно допустимого длительного тока при температуре окружающей среды 30 – 35 градусов. В зависимости от предполагаемых условий эксплуатации электроустановки температура жил кабелей до короткого замыкания при проектировании электрической сети может быть изменена.

Таблица 1

№	Тнач, град	Сеч. жил, мм.кв	Ток к.з., A	Температура медных жил кабеля с изоляцией из ПВХ пластиката град., при коротком замыкании длительностью, сек:

				1	2	3	4	6	8	12	20	40	60	120	240
1	55	1,5	30	57	58	59	61	63	64	67	71	78	82	89	96
2	55	1,5	50	60	64	68	71	77	81	90	103	123	137	161	183
3	55	1,5	70	65	73	80	87	99	109	127	156	204	237	298	359
4	55	1,5	80	68	79	88	97	113	128	153	193	264	314	407	504
5	55	1,5	90	71	85	98	110	131	150	184	240	342	415	558	713
6	55	1,5	100	75	93	109	124	151	176	221	298	442	550	770	–
7	55	1,5	110	80	101	121	140	175	208	267	370	575	733	–	–
8	55	1,5	120	85	111	136	159	203	245	322	461	749	983	–	–
9	55	1,5	130	90	122	152	180	236	288	389	575	982	–	–	–
10	55	1,5	140	96	134	170	205	273	340	470	720	–	–	–	–
11	55	1,5	150	103	147	190	233	318	402	569	904	–	–	–	–
12	55	1,5	160	110	162	214	265	369	474	691	–	–	–	–	–

Из Таблицы 1 видно, что максимальный ток короткого замыкания (при несрабатывании электромагнитного расцепителя), который не вызывает нагрев жил выше 160 градусов за время 6 секунд равен примерно 100 А. То есть кабель с сечением 1,5 мм2 можно защищать автоматическим выключателем группы «С» с номинальным током не более 10А.

При изготовлении кабелей сечение жил часто занижают. Занижение сечения на 10% обычное явление. На рынках не сложно найти кабели и с большим занижением сечения.

В Таблице 2 даны расчетные значения температур жил кабелей при занижении сечения на 10%. Как видно из таблицы, такой кабель автоматический выключатель С10 защищает не со 100 процентной надежностью.

Для наиболее ответственных объектов, в особенности имеющих строительные конструкции из сгораемых материалов, целесообразно выбор автоматического выключателя при проектировании электроустановки осуществлять по Таблице 3, в которой сечения жил даны с 20% занижением. Защиту таких кабелей обеспечит автоматический выключатель С6, либо В10, у которого кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя находится в пределах от 3 до 5. Это позволит существенно увеличить надежность электропроводки.

Таблица 2

№	Тнач, град	Сеч. жил, мм.кв	Ток к.з., A	Температура медных жил кабеля с изоляцией из ПВХ пластиката град., при коротком замыкании длительностью, сек:

				1	2	3	4	6	8	12	20	40	60	120	240
1	55	1,35	30	57	59	60	62	64	66	69	74	82	87	95	102
2	55	1,35	50	61	66	70	74	81	87	97	112	136	152	179	204
3	55	1,35	70	67	77	86	94	108	121	142	176	235	274	347	418
4	55	1,35	80	71	84	96	107	126	144	174	223	310	370	485	603
5	55	1,35	90	75	92	108	122	148	171	213	282	409	501	681	876
6	55	1,35	100	80	102	121	140	174	205	261	357	542	681	965	–
7	55	1,35	110	86	112	137	160	204	245	320	453	720	931	–	–
8	55	1,35	120	92	124	155	184	240	293	393	576	964	–	–	–
9	55	1,35	130	99	138	175	212	283	351	484	735	–	–	–	–
10	55	1,35	140	106	153	199	244	333	421	596	941	–	–	–	–
11	55	1,35	150	114	170	226	281	392	505	736	–	–	–	–	–
12	55	1,35	160	124	189	256	323	462	607	912	–	–	–	–	–

Таблица 3

№	Тнач, град	Сеч. жил, мм.кв	Ток к.з., A	Температура медных жил кабеля с изоляцией из ПВХ пластиката град., при коротком замыкании длительностью, сек:

				1	2	3	4	6	8	12	20	40	60	120	240
1	55	1,2	30	58	60	62	63	66	68	72	78	87	92	101	109
2	55	1,2	50	63	69	74	79	87	94	106	124	153	171	203	232
3	55	1,2	70	70	82	93	103	121	136	163	205	277	326	415	503
4	55	1,2	80	75	91	106	120	144	166	204	266	375	452	597	747
5	55	1,2	90	80	102	121	139	172	202	255	344	508	628	865	–
6	55	1,2	100	87	114	139	162	206	246	319	446	692	880	–	–
7	55	1,2	110	94	127	159	189	246	300	400	579	949	–	–	–
8	55	1,2	120	101	143	183	221	295	366	502	756	–	–	–	–
9	55	1,2	130	110	161	210	258	353	447	631	992	–	–	–	–
10	55	1,2	140	120	181	241	302	423	546	797	–	–	–	–	–
11	55	1,2	150	131	204	278	353	508	670	–	–	–	–	–	–
12	55	1,2	160	143	230	320	413	611	823	–	–	–	–	–	–

Виктор Чернов

17 марта 2013 г.

Ко второй части статьи

К ОГЛАВЛЕНИЮ

Источник

Если завести разговор о коротком замыкании, то все мы себе представляем искры, вспышку, огонь. Безусловно, КЗ — очень частая причина пожаров, примерно 25%, то есть каждый четвертый пожар происходит из-за КЗ. А при разговоре о последствиях картинка примерно всегда одна — что-то обгоревшее, вокруг сажа.

Последствия КЗ

Такие виды всегда шокируют и вызывают опасение, если подумать и вспомнить последствия короткого замыкания, их видел каждый. Сила тока сравнима со стихией — непредсказуема и разрушительна. Но защититься от нее возможно, если знать, как именно.

Читайте еще наши статьи

Практично и вы такого не придумаете!
Как звезды обустраивают интерьер?
Разумное потребление в интерьере

“По статистике каждый пятый посетитель читал другие наши статьи” Ремэлль

Последствия короткого замыкания

Короткое Замыкание: теория

Короткое замыкание — это электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Проще говоря, соединение в электропроводке того, что не должно было соединиться.

Причины:

Халатность и неграмотность. Неправильно подобранные аппараты и их неисправность. Несвоевременное обслуживание электрооборудования или отсутствие обслуживания. Или “работа” тех людей, что электриками только представляются, но не являются. Банальное непонимание опасности.
Высокое напряжение. В момент скачка напряжения выше допустимых параметров (возникает при аварийных ситуациях в электросетях) присутствует возможность электрического пробоя изоляции проводника или электрической схемы. В результате развивается утечка тока до размеров КЗ, с созданием кратковременного стабильного дугового разряда.
Прямой удар молнии. Происходит то же, что и при перенапряжении.
Старая изоляция. Жилые и промышленные фонды, не проводившие замену электрической проводки — это первые претенденты на спонтанные КЗ. Любая изоляция, используемая в электропроводке, имеет свой ресурс. Со временем она разрушается под воздействием внешних факторов, что и приводит к возникновению замыкания.
Внешнее механическое воздействие. Снятие изоляции с провода, ее перетирание и прочее воздействие на защитную оболочку, ослабляющее ее свойства, рано или поздно вызовут возгорание и КЗ. К примеру, в быту часто причиной возникновения короткого замыкания является повреждение проводки при сверлении стен.
Посторонние предметы. Сюда относится пыль различного происхождения, мелкие животные, детали с соседних узлов, волей случая попавших на электрические проводники, вызвав таким образом КЗ.

При коротком замыкании резко и многократно возрастает сила тока, протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленца приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, возможно расплавление электрических проводов, с последующим возникновением возгорания и распространением пожара.

При длительном КЗ проводка сгорает ! Ключевое слово «длительном», а при кратковременном КЗ с проводкой ничего не случается. Сработала защита и не страшно нам КЗ, и всё в порядке, нет огня. Делаем вывод — время — решающий фактор.

Защита от КЗ

Для предотвращения развития КЗ и защиты электрических устройств и линий электроснабжения самым эффективным методом является установка автоматического выключателя или же плавких предохранителей (так называемые пробки). Автомат (на фото ниже) при возникновении КЗ своевременно отключит питание, тем самым предотвратит возникновение опасной ситуации.

Электрические автоматы

Еще один способ предотвратить возникновение короткого замыкания — своевременная ревизия электропроводки, благодаря которой можно визуально определить место оплавления изоляции и перейти к устранению неполадки.

Если обнаружилось проблемное место в “электрике”, стоит безотлагательно прекратить эксплуатацию и немедленно обесточить до устранения неполадок.

Опять делаем вывод: можно избежать пожаров и обгорелых щитов. Как правило, КЗ случаются и проходят бесследно, но при правильной защите и соблюдении всех норм монтажа и эксплуатации электропроводки.

В “теорию” глубже

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60724-2009 «Предельные температуры электрических кабелей на номинальное напряжение 1кВ в условиях короткого замыкания» температура жил кабеля (до 300 мм2 включительно) с изоляцией из ПВХ при коротком замыкании не должна превышать 160 градусов. Достижение этой температуры допускается при длительности короткого замыкания до 5 секунд. При такой продолжительности короткого замыкания изоляция кабеля не успевает нагреться до такой температуры. При более длительных коротких замыканиях предельная температура нагрева жил должна быть уменьшена.

Рисунок 1 — Время – токовая характеристика выключателя

В приведенных характеристиках выделены: зона «a» — тепловой расцепитель и зона «b» — электромагнитный расцепитель. На графике показаны две кривые 1 и 2 — это зависимости времени срабатывания выключателя от тока, которые показывают пределы технологического разброса параметров выключателя при его изготовлении.

Для автоматических выключателей группы «С» в пределах технологического разброса кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя находится в пределах от 5 до 10.

Нас интересует только кривая 2 для переменного тока (АС), показывающая максимальное время срабатывания выключателя. Как видно из графика, при незначительном уменьшении тока короткого замыкания ниже порога срабатывания электромагнитного расцепителя время срабатывания автоматического выключателя определяется тепловым расцепителем и достигает величины порядка 6 секунд.

Из выше сказанного делаем вывод, что автоматический выключатель объединяет в себе две защиты. Защита от многократного превышения номинального тока, то есть непосредственно КЗ, и так называемый тепловой расцепитель, который срабатывает при незначительном повышении тока, то есть при перегрузках.

График №1 Время-токовая характеристика автоматов группы С.

Таблица 1 — расчетные значения температур жил кабелей в зависимости от продолжительности короткого замыкания

Из Таблицы видно, что максимальный ток короткого замыкания (при несрабатывании электромагнитного расцепителя), который не вызывает нагрев жил выше 160 градусов за время 6 секунд равен примерно 100 А. То есть кабель с сечением 1,5 мм2 можно защищать автоматическим выключателем группы «С» с номинальным током не более 10А.

Вывод

Как показывает статья, избежать короткого замыкания можно, если грамотно подойти к процессу монтажа электрики в квартире. Мы рекомендуем не полагаться «на авось», а при выполнении электромонтажных да и вообще любых работ связанных с электричеством, обращаться к специалистам. Заранее найдите людей, имеющих разрешение на данные виды работ и гарантии качества их работы. Ведь с электричеством шутки плохи!

14.05.2020 ♥ Ремэлль. Подписывайтесь и оставайтесь с нами — получайте полезную информацию первыми.

Читайте другие наши статьи

Почему столешница из кварцевого агломерата — ваш лучший вариант?
Нет бытовухе: делаем завтрак стильным
Эко-проект года от Ремэлль!
Домашняя библиотека: какая она?

Источник

Короткое замыкание (КЗ) — это внештатный режим работы электрической сети. Он характеризуется резким скачком тока вплоть до сотен и тысяч ампер. Напряжение же просаживается практически до нуля. Процесс этот кратковременный и обычно прекращается срабатыванием автоматического выключателя.

Короткое замыкание не возникает на ровном месте. Всегда имеются причины и предпосылки. Некоторые из них легко предсказуемы, очевидны и находятся на поверхности. Их возможно выявить за много месяцев до возникновения КЗ. Другие возникают мгновенно. Их нельзя предотвратить заранее.

Основные причины короткого замыкания следующие:

Скачок сетевого напряжения. Стандартное сетевое напряжение для стран СНГ составляет 220-230 вольт. Редко эта норма превышается. В розетке оказывается напряжение 380 вольт и выше. В этом случае должны сработать устройства защиты на подстанции или непосредственно у потребителя. Однако не всегда они находятся в исправном состоянии и по проводам «гуляет» перенапряжение. Большая разность потенциалов приводит к электрическому пробою изоляции. Процесс начинается с небольшого тока утечки. Впоследствии он возрастает. Место пробоя греется. Затем изоляция в точке повреждения окончательно теряет диэлектрические свойства и происходит полноценное короткое замыкание с образованием электрической дуги.
Перегрев и расплавление изоляции. Электрический ток, протекая по проводнику, приводит к нагреву токоведущих жил. Если к розетке подключен допустимый по мощности потребитель, температура кабеля остается в пределах нормы. Если ток превышает расчетный, провод перегревается. Со временем температура достигает значения, при котором происходит расплавление изоляции. Токоведущие жилы остаются без защитного слоя и свободно касаются друг друга. Происходит хлопок, вспышка и КЗ готово. Если сработает автоматический выключатель, то все обойдется. Если нет, то проводка будет греться добела, а изоляция гореть огнем до полного обрыва цепи.
Старение и износ проводов. На срок службы защитного слоя влияют: нагруженность и температура кабеля; условия прокладки (открытая, закрытая); температура и влажность окружающей среды; механические воздействия и вибрация; качество изготовления кабеля.

Проникновение пыли, грязи и влаги из воздуха. Пыль осаживается на клеммные колодки, вводные автоматы и прочие узлы электрического щита. Когда слой грязи становится достаточно толстым, его сопротивление резко снижается и происходит электрический пробой. Многократно усугубить ситуацию способно попадание в электрощиток воды. Например, в случае прорыва трубы или если щит находится под открытым небом, и подвержен влиянию осадков.
Молнии и атмосферное электричество. Высокие здания, инженерные сооружения, опоры ЛЭП в обязательном порядке оснащаются заземлением. Одна из его задач — притянуть удар молнии и заряды из атмосферы для дальнейшего их отвода в землю. Простая система молниезащиты представляет собой железную проволоку или ленту, подключенную между крышей здания, арматурой и землей. Обычно это делается для каждого подъезда в отдельности. Если исключить грозозащиту, то разряд способен попасть в бытовую электросеть. Она не рассчитана на высокие токи и напряжения молнии. При ударе повсеместно будет происходить электрический пробой изоляции. Есть большой риск повреждения защитного слоя высоким напряжением и дальнейшего развития замыкания.
Человеческий фактор. Ошибки совершают даже опытные электромонтажники. При разводке кабелей по квартирной сети человек может перепутать провода и подключить фазу непосредственно на ноль или заземление. Обычно такое происходит в распределительных коробках комнат. Если фазный провод подключить на нулевой, то при попытке подать в квартиру напряжение сработает автоматический выключатель. Поэтому электромонтажные работы следует поделить на несколько этапов и проверять правильность подключения после каждого.

При коротком замыкании должен сработать автоматический выключатель. А если нет, то проводка достаточно быстро перегревается, плавится и начинает гореть. Поэтому короткое замыкание является одной из наиболее частых причин возникновения пожара. Соответствующее предупреждение имеется и на сайте МЧС. По данным этого ресурса, каждый день в России из-за неисправной проводки сгорает 125 строений.

Читайте также:

Простой алгоритм выбора номинала УЗО для защиты от сверхтоков

Селективность “противопожарного” УЗО

Маркировка автоматических выключателей

Главные ошибки электромонтажа

Источник