Что может случится с проводом если ток превысит допустимое значение

Что может случиться с проводом, если сила тока превысит.

Вопросы:

1. Что может случиться с проводом, если сила тока превысит допустимую норму?

2. Что может служить причиной значительного увеличения силы тока в сети?

3 В чём причина короткого замыкания?

4. Чем объяснить, что при коротком замыкании сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?

5. Для какой цели служат предохранители, включаемые в сеть?

6. Как устроен плавкий предохранитель?

Ответы:

1. Если сила тока в цепи превысит допустимую норму, то провода могу перегреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться.

2. Сила тока может значительно увеличиться при одновременном включении мощных потребителей тока (несколько чайников, электроплиток и т. п.), а также при коротком замыкании в сети.

3. Причиной короткого замыкания может быть нарушение изоляции проводов сети, неграмотное проведение ремонтных работ под напряжением и. т. п.

4. При коротком замыкании возникает очень большой ток, т. к. сопротивление в цепи при коротком замыкании незначительно.

5. Чтобы не допустить перегрева проводки и пожара из-за недопустимо большого тока, в сеть включают предохранители.

6. Простейший плавкий предохранитель представляет собой маленький стеклянный цилиндрик, с двух сторон закрытый металлическими контактами, внутри которого проходит тонкая проволока из меди с оловянным покрытием. Предохранители рассчитаны на определенную силу тока, превышение которой приводит к расплавлению тоненького проводка

Источник

Что такое перегрузка электросети и её последствия

Основные причины перегрузки электросети

Прежде, чем рассматривать способы защиты домашней электросети от перегрузки, необходимо установить причину ее возникновения. В противном случае предпринятые меры могут оказаться неэффективными. Как показывает практика, чаще всего нештатный режим работы локального участка цепи может быть вызван следующими причинами:

Рассмотрим детально каждую из названных выше причин.

Включение в сеть неисправного электроприбора

Неисправные бытовые приборы включать в сеть категорически противопоказано. Это может привести к короткому замыканию и срабатыванию электромагнитного расцепителя автомата защиты. Вполне может случиться так, что несправная электротехника не вызывает КЗ, но начинает потреблять существенно больше допустимого тока. В такой ситуации срабатывает тепловая защита АВ.

И в первом, и во втором случае возникает перегрузка электропроводки, поэтому при первых признаках неисправности бытовых электроприборов их необходимо отключить от сети и отнести в ремонтную мастерскую. Помните, что несправные устройства могут стать причиной пожара.

Неправильное распределение нагрузки

Это наиболее распространенная причина, по которой происходит перегрузка электропроводки, поэтому имеет смысл привести наглядный пример.

Допустим, в квартире имеется некая электроточка, к которой через «тройник» подключается одновременно стиральная машина и бойлер, мощностью 2,3 и 2,6 кВт, соответственно. Из этого следует, что суммарная мощность электроприборов будет 4,9 кВт. Значит, токовая нагрузка на линию составит чуть больше 22 А (I = P/U = 4900/220 = 22,27).

Поскольку номинальный ток автоматических выключателей в электрощитках большинства квартир – 10 или 16 А, то при одновременном включении указанных бытовых электроприборов будет происходить срабатывание тепловой защиты из-за возникновения перегрузки.

Чтобы выйти из сложившейся ситуации, многие допускают классическую ошибку, которая может стать фатальной. А именно, устанавливают на линию автомат, рассчитанный на большую электрическую мощность, например на 25 или 32 Ампера. Учитывая, что в большинстве домов вторичного рынка жилья при монтаже электропроводки использовался кабель под номинальный ток 19 А, то будет происходить нагрев проводов, с последующим нарушением изоляции проводников.

Помимо этого следует учитывать, что типовые электрические розетки изготавливаются под номинальный ток 16,0 Ампер. Превышение его почти на 40% приведет к тому, что корпус электроточки расплавится.

Результат подключения к розетке большой нагрузки

Вероятность возникновения пожара вследствие такого непродуманного распределения нагрузки довольно велика. Ситуацию можно существенно усугубить, используя тройники или удлинители китайских производителей.

Правильным решением устранения перегрузки в приведенном примере будет прокладка отдельных линий питания для каждого мощного электроприбора.

Несвоевременная замена проводки

Срок эксплуатации электрической сети — довольно важный фактор, который не следует оставлять без внимания, говоря о причинах перегрузки. Считается, что его продолжительность напрямую зависит от материала, из которого изготовлен электрический кабель. Это отчасти верно, но разумнее руководствоваться Ведомственными строительными нормами, в частности ВСН 58 88, действующими и по сегодняшний день.

В соответствии с данным нормативным документом, срок эксплуатации внутриквартирных бытовых сетей жилых помещений составляет 40 лет для скрытой проводки и 25 лет для внешней. При этом для элементов сети (розеток, выключателей и т.д.) этот срок ограничен 10-ю годами.

Для алюминиевых проводов, используемых для проводки в эпоху массовой застройки прошлого века, срок эксплуатации ограничен 30-ю годами. Напомним, что начиная с 2001 года, провода с алюминиевыми жилами запрещено применять при монтаже проводки. Если Вам досталась квартира с такой проводкой, настоятельно советуем, не затягивая, произвести ее замену.

Но это мы привели нормативные сроки, фактические могут существенно отличаться, как в меньшую, так и большую сторону. Немаловажное влияние на это оказывает нагрев кабеля, вызванный перегрузкой электросети. Превышение температуры всего на 5°С сверх допустимой нормы сокращает срок эксплуатации проводки вдвое.

Приведем обратный пример. Допустим, сечение кабеля проводки 2,50 мм, что допускает величину проходящего тока до 25 А. Если установить на него автоматический предохранитель с номинальным током 16 А, то фактический срок эксплуатации проводки может превысить нормативный, а опасность перегрузок будет практически исключена. Поэтому важно правильно выбирать сечение проводов и номинальный ток автоматических выключателей, чтобы упростить себе задачу, можете воспользоваться приведенной на рисунке таблицей.

Выбор сечения провода и автоматов

Превышение мощности групп освещения

Установка большого количества энергоемких осветительных приборов, может спровоцировать перегрузку. Но в настоящее время, доступность энергосберегающих и светодиодных ламп практически нивелировало эту проблему.

Низкое качество энергоснабжения

Спровоцировать перегрузку сети может устоявшееся заниженное или завышенное напряжение, что также опасно для Ваших приборов. Поскольку качество энергоснабжения является внешним фактором, бороться с этой причиной можно только установкой защиты. В качестве таковой используется стабилизатор и/или реле напряжения.

Реле напряжения

Нагревание и возгорание при токовой перегрузке. Пиролиз изоляции

Наряду с этим следует иметь в виду, что при перегрузке изолированного электропровода реализуется специфический способ нагревания изоляции и особый источник зажигания. Нагрев изоляции происходит одновременно по всей поверхности, которая контактирует с токопроводящей жилой, и сопровождается интенсивным образованием горючей смеси продуктов пиролиза с воздухом. Этот процесс при условии неотключения источника электропитания может продолжаться до полного разрушения проводника, которое произойдет, например, при достижении токоведущей жилой температуры плавления металла. Разрушение электропроводника может произойти по другому механизму, когда, например, ослабнет при температуре, близкой к температуре плавления металл проводника, свободно висящего на элементах конструкций, и проводник разрушится под действием собственного веса. Характерно, что при достижении этого момента произойдет разрыв жилы, сопровождающийся искровым разрядом, независимо от того, питается ли цепь от источника постоянного или переменного тока. Этот разряд является эффективным источником зажигания образовавшейся горючей смеси. При еще больших кратностях токов перегрузки источниками зажигания могут явиться нагретые до высокой температуры токопроводящие жилы и другие детали.

Следует также учитывать, что процесс прогрева и пиролиза изоляции происходит на всем протяжении токоведущей жилы, и поэтому возгорание может произойти на одном или даже нескольких наиболее теплонапряженных участках линии. Подобным тонкостям обучают на специализированных курсах, а к работе сотрудники допускаются только после аттестации промышленной безопасности.

Электросопротивление в местах перехода электрического тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения также обусловливает локальный нагрев металла токопроводящих деталей и прилегающих материалов вплоть до появления источников зажигания. И чем большей будет токовая нагрузка, тем более интенсивным окажется разогрев контактного соединения, поскольку тепловая мощность прямо пропорциональна квадрату силы тока. Особенно опасно проявление эффекта нагрева контактных соединений в режиме затяжного короткого замыкания, при котором сила тока может превышать рабочий ток в сотни раз. Нередко это приводит к появлению вторичных очагов возгорания не только в месте короткого замыкания, но и на других участках, в местах, где оказываются при этом под токовой нагрузкой плохие контакты.

Возможные последствия

Даже незначительная перегрузка бытовой электросети может создать множество проблем и привести к серьезным последствиям. Перечислим их, чтобы Вы понимали всю серьезность этой проблемы:

Это далеко не полный список последствий. Как видите, наиболее серьезное из них может привести к тому, что возникнет пожар. Причем, как показывает печальная статистика, при перегрузках чаще всего из-за замыкания возникают возгорания, последствия которых намного серьезней, чем потеря информации из-за отключения автоматов.

Часто причины пожаров связаны с перегрузкой электросети

Каждая электросеть, независимо от ее масштабов, рассчитана на определенные нагрузки. Это знают практически все, но при этом почему-то упорно продолжают перегружать электросети, что приводит к плачевным последствиям. Рассмотрим опасность перегрузки электросети на примере загородного дома – они сегодня пользуются большой популярностью. Перегрузки сети в загородном доме могут возникать не только по вине неграмотных электриков или хозяев, но и поставщиков электроэнергии. Перепады напряжения в загородных электросетях весьма частое явление, поэтому отсюда следует первое правило:

Стабилизатор позволит уберечь от резких перепадов напряжения в любую сторону. Дело в том, что на повышение напряжения отреагируют автоматы, а вот понижения не всегда улавливаются. Если вы обратились в компанию профессионалов, то они обязательно выполнят все работы на должном уровне, применив лучшее оборудование.

Перегрузки по вине электриков

Также перегрузки возможны по вине неопытных электриков. Если они неправильно рассчитали планируемые нагрузки, подобрали провода с неподходящим сечением проводов, неправильно выбрали защитные устройства автоматического отключения, то быть беде. Более того, практически в каждом загородном доме останавливается генератор. Если его неправильно подключить, то может возникнуть короткое замыкание при включении штатного питания. Также электрики могут неправильно подключить силовые агрегаты – насосы, бытовую технику. В этом случае автомат будет все время срабатывать, что сделает применение оборудования практически невозможным. Избежать этого можно только одним способом – обратившись к настоящим профессионалам, а отсюда и правило второе:

Перегрузки по вине владельцев

Нередко сами владельцы виновны в перегрузках электросети. Они подключают к одной подающей ветке слишком много оборудования, используют удлинители с неподходящим сечением проводов, не бережно относятся к электрооборудованию. Результат – короткое замыкание или перегрузки электросети. Отсюда правило третье и правило четвертое:

Опасность перегрузок состоит в том, что по их причине может случиться пожар, выйти из строя дорогостоящее оборудование. Но есть и еще один источник перегрузок, от которого никто не застрахован.

Стихийные перегрузки сети

Перегрузка групп освещения

Перегрузка групп освещения, редко встречаемая неисправность. Как правило, с группами освещения проблем с перегрузкой нет. Правда, если вместо одной люстры в комнате, сделать новые гирлянды точечных светильников по всему потолку, то перегрузка и в группах освещения вполне может быть.

Здесь, то же есть выход. Современные экономные лампы значительно снижают нагрузку освещения, и это может стать решением проблемы перегрузки.

Статьи по теме: Почему греется проводка: выясняем причины и устраняем проблемы

Источник

Короткое замыкание

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы.

Определение КЗ из «Элементарного учебника физики» Ландсберга

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

I — сила тока в цепи, А

R — сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления — меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

I — сила тока в этой цепи, А

R_н — сопротивление нагрузки, Ом

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.

Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть «кривой» электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Ток короткого замыкания

Сверхток, образующийся в результате КЗ, называется током короткого замыкания. Как только произошло короткое замыкание в цепи, ток короткого замыкания достигает максимальных значений. После того, как провода начнут греться и плавиться, ток короткого замыкания идет на спад, так как сопротивление проводов в при нагреве возрастает.

Для источников ЭДС ток короткого замыкания может быть вычислен по формуле

I_кз — это ток короткого замыкания, А

E — ЭДС источника питания, В

R_внутр. — внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Более подробно про ЭДС и внутреннее сопротивление читайте здесь.

Ниже на рисунке как раз изображен такой источник ЭДС в виде автомобильного аккумулятора с замкнутыми клеммами

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора может достигать значений в доли Ома. Теперь представьте, какой ток короткого замыкания будет течь через проводник, если закоротить им клеммы аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от многих факторов. Возьмем среднее значение R_внутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен I_кз =E/R_внутр. = 12/0,1=120 Ампер. Это очень большое значение.

Виды коротких замыканий

В цепи постоянного тока

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

Двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

Однофазное на землю

Однофазное на ноль

Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю — 60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа — трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Источник