Cortocircuitos, sobrecargas, resistencias transitorias. Medidas de seguridad contra incendios
¿Qué es un cortocircuito y qué causa un cortocircuito?
Los cortocircuitos en el cableado ocurren con mayor frecuencia debido a una violación del aislamiento de las partes conductoras como resultado de daños mecánicos, envejecimiento, exposición a la humedad y ambientes corrosivos, así como acciones humanas inadecuadas. Cuando hay un cortocircuito aumenta amperaje, y se sabe que la cantidad de calor liberado es proporcional al cuadrado de la corriente. Entonces, si en un cortocircuito la corriente aumentará 20 veces, entonces la cantidad de calor liberado aumentará unas 400 veces.
Un efecto térmico sobre el aislamiento de los cables reduce drásticamente sus propiedades mecánicas y dieléctricas. Por ejemplo, si se toma como unidad la conductividad del cartón eléctrico (como material aislante) a 20 °C, entonces a temperaturas de 30, 40 y 50 °C aumentará 4, 13 y 37 veces, respectivamente. El envejecimiento térmico del aislamiento ocurre con mayor frecuencia debido a la sobrecarga de las redes eléctricas con corrientes que exceden el permisible a largo plazo para un tipo y sección transversal de cables determinados.Por ejemplo, para cables con aislamiento de papel, su vida útil se puede determinar según la conocida "regla de los ocho grados": un aumento de temperatura por cada 8 °C reduce la vida útil del aislamiento en 2 veces. Los materiales aislantes poliméricos también están sujetos a degradación térmica.
El impacto de la humedad y un ambiente corrosivo en el aislamiento de los cables empeora significativamente su estado debido a la aparición de fugas superficiales. El calor resultante evapora el líquido, dejando rastros de sal en el aislamiento. Cuando se detiene la evaporación, la corriente de fuga desaparece. Con la exposición repetida a la humedad, el proceso se repite, pero debido a un aumento en la concentración de sal, la conductividad aumenta tanto que la corriente de fuga no se detiene incluso después del final de la evaporación. Además, aparecen pequeñas chispas. Posteriormente, bajo la influencia de la corriente de fuga, el aislamiento se carboniza, pierde su resistencia, lo que puede provocar la aparición de una descarga superficial de arco local que puede encender el aislamiento.
El peligro de un cortocircuito en los cables eléctricos se caracteriza por las siguientes manifestaciones posibles de la corriente eléctrica: ignición del aislamiento de los cables y de los objetos y sustancias combustibles circundantes; la capacidad del aislamiento de los cables para propagar la combustión cuando se enciende por fuentes externas de ignición; la formación de partículas de metal fundido durante un cortocircuito, que enciende los materiales combustibles circundantes (la velocidad de expansión de las partículas de metal fundido puede alcanzar los 11 m / s, y su temperatura es de 2050-2700 ° C).
También se produce un modo de emergencia cuando los cables eléctricos están sobrecargados.Debido a una selección incorrecta, encendido o falla de los consumidores, la corriente total que fluye a través de los cables excede el valor nominal, es decir, se produce un aumento en la densidad de corriente (sobrecarga). Por ejemplo, cuando una corriente de 40 A fluye a través de tres piezas de alambre conectadas en serie de la misma longitud pero de diferente sección transversal-10; 4 y 1 mm2, su densidad será diferente: 4, 10 y 40 A/mm2. La última pieza tiene la mayor densidad de corriente y, en consecuencia, las mayores pérdidas de potencia.. Un cable con una sección transversal de 10 mm2 se calentará ligeramente, la temperatura de un cable con una sección transversal de 4 mm2 alcanzará el nivel permitido y el aislamiento de un cable con una sección transversal de 1 mm2 simplemente se quemará.
En qué se diferencia la corriente de cortocircuito de la corriente de sobrecarga
La principal diferencia entre cortocircuito y sobrecarga radica en el hecho de que, en caso de cortocircuito, la violación del aislamiento es la causa del modo de emergencia y, en caso de sobrecarga, su consecuencia. En determinadas circunstancias, la sobrecarga de hilos y cables debido a la mayor duración del modo de emergencia es más peligrosa de incendio que un cortocircuito.
El material base de los cables tiene una influencia significativa en las características de encendido en caso de sobrecarga. Una comparación de los indicadores de riesgo de incendio de los cables de las marcas APV y PV, obtenidos durante las pruebas en el modo de sobrecarga, muestra que la probabilidad de ignición del aislamiento en los cables con conductores de cobre es mayor que la de los cables de aluminio.
Se observa el mismo patrón en cortocircuito. La capacidad de combustión de las descargas de arco en circuitos con alambres de cobre es mayor que con alambres de aluminio.Por ejemplo, se quema un tubo de acero con un espesor de pared de 2,8 mm (o se enciende material combustible en su superficie) con una sección transversal de un alambre de aluminio de 16 mm2 y con un alambre de cobre con una sección transversal de 6 mm2 .
La multiplicidad de corriente está determinada por la relación entre la corriente de cortocircuito o sobrecarga y la corriente continua admisible para una sección transversal dada del conductor.
Los alambres y cables con revestimiento de polietileno, así como las tuberías de polietileno cuando se colocan alambres y cables en ellos, tienen el mayor riesgo de incendio. El cableado en tuberías de polietileno desde el punto de vista del fuego es un peligro mayor que el cableado en tuberías de plástico de vinilo, por lo que el campo de aplicación de las tuberías de polietileno es mucho más reducido. La sobrecarga es especialmente peligrosa en edificios residenciales privados, donde, por regla general, todos los consumidores se alimentan de una red y los dispositivos de protección a menudo están ausentes o están diseñados solo para corriente de cortocircuito. En edificios residenciales de gran altura, tampoco hay nada que impida a los residentes utilizar lámparas más potentes o encender electrodomésticos con una potencia total superior a la que está diseñada la red.
En los dispositivos de cable (contactos, interruptores, enchufes, etc.), se indican los valores límite de corrientes, voltajes, potencia, y en terminales, conectores y otros productos, además, las secciones transversales más grandes de los cables conectados. Para usar estos dispositivos de manera segura, debe poder descifrar estas etiquetas.
Por ejemplo, el interruptor está marcado «6.3 A; 250 V «, en el cartucho -» 4 A; 250 V; 300 W «, y en la extensión -divisor -» 250 V; 6,3 A«,» 220 V. 1300 W «,» 127 V, 700 W «.«6,3 A» advierte que la corriente que pasa por el interruptor no debe superar los 6,3 A, de lo contrario, el interruptor se sobrecalentará. Para cualquier corriente más baja, el interruptor es adecuado, porque cuanto más baja es la corriente, menos se calienta el contacto. La inscripción «250 V» indica que el interruptor se puede utilizar en redes con un voltaje que no supere los 250 V.
Si multiplica 4 A por 250 V, obtiene 1000, no 300 vatios. ¿Cómo asocio un valor calculado con una etiqueta? Debemos partir del poder. A un voltaje de 220 V, la corriente permitida es de 1,3 A (300: 220); a una tensión de 127 V — 2,3 A (300-127). Una corriente de 4 A corresponde a una tensión de 75 V (300:4). Inscripción "250 V; 6,3 A «indica que el dispositivo está diseñado para redes con un voltaje de no más de 250 V y una corriente de no más de 6,3 A. Multiplicando 6,3 A por 220 V, obtenemos 1386 W (1300 W, redondeado). Multiplicando 6.3A por 127V, obtenemos 799W (700W redondeado). Surge la pregunta: ¿no es peligroso redondear de esta manera? No es peligroso porque después de redondear obtienes valores de potencia más bajos. Si la potencia es menor, los contactos se calientan menos.
Cuando una corriente eléctrica fluye a través de la conexión de contacto debido a la resistencia transitoria de la conexión de contacto, el voltaje cae, se libera potencia y energía, lo que hace que los contactos se calienten. Un aumento excesivo de la corriente en el circuito o un aumento de la resistencia provoca un aumento adicional de la temperatura de los cables de contacto y conductores, lo que puede provocar un incendio.
En las instalaciones eléctricas se utilizan conexiones de contactos permanentes (soldadura, soldadura) y desmontables (con tornillo, enchufe, resorte, etc.) y contactos de dispositivos de conmutación - arrancadores magnéticos, relés, interruptores y otros dispositivos especialmente diseñados para el cierre y apertura de conexiones eléctricas. circuitos, es decir, para su conmutación. En redes eléctricas internas desde la entrada hasta el receptor de electricidad electricidad la carga fluye a través de un gran número de conexiones de contacto.
En ningún caso se deben romper los enlaces de contacto…. Los estudios realizados hace algún tiempo sobre los equipos de redes internas muestran que de todos los contactos examinados, solo el 50% cumple con los requisitos de GOST. Cuando la corriente de carga fluye en una conexión de contacto de mala calidad, se libera una cantidad significativa de calor por unidad de tiempo, proporcional al cuadrado de la corriente (densidad de corriente) y la resistencia de los puntos de contacto reales del contacto.
Si los contactos calientes entran en contacto con materiales combustibles, pueden incendiarse o carbonizarse, y el aislamiento de los cables puede incendiarse.
El valor de la resistencia de contacto depende de la densidad de corriente, la fuerza de compresión de los contactos (el tamaño del área de resistencia), el material del que están hechos, el grado de oxidación de las superficies de contacto, etc.
Para reducir la densidad de corriente en el contacto (y por lo tanto la temperatura), es necesario aumentar el área de contacto real de los contactos. Si los planos de contacto se presionan entre sí con cierta fuerza, los pequeños tubérculos en los puntos de contacto se aplastarán ligeramente.Debido a esto, los tamaños de las áreas elementales de contacto aumentarán y aparecerán áreas de contacto adicionales, y la densidad de corriente, la resistencia de contacto y el calentamiento de contacto disminuirán. Los estudios experimentales han demostrado que existe una relación inversa entre la resistencia de contacto y la cantidad de torsión (fuerza de compresión). Con una disminución doble del par, la resistencia de la conexión de contacto del cable APV con una sección transversal de 4 mm2 o dos cables con una sección transversal de 2,5 mm2 aumenta 4-5 veces.
Para eliminar el calor de los contactos y disiparlo en el medio ambiente, se realizan contactos con una cierta masa y superficies de enfriamiento. Se presta especial atención a los lugares de conexión de los cables y su conexión a los contactos de los dispositivos de entrada de los receptores eléctricos. En los extremos móviles de los cables, se utilizan orejas de varias formas y abrazaderas especiales. La fiabilidad del contacto está asegurada por arandelas convencionales, con resorte y con bridas. Después de 3 a 3,5 años, la resistencia de contacto aumenta aproximadamente 2 veces. La resistencia de los contactos también aumenta significativamente durante un cortocircuito como resultado de un breve efecto periódico de la corriente en el contacto. Las pruebas muestran que las juntas de contacto con arandelas de resorte elásticas tienen la mayor estabilidad cuando se exponen a factores adversos.
Desafortunadamente, "guardar disco" es bastante común. La arandela debe estar hecha de metales no ferrosos como el latón. La arandela de acero está protegida con un revestimiento anticorrosión.