Kurzschlüsse, Überlastungen, Übergangswiderstände. Brandschutzmaßnahmen

Was ist ein Kurzschluss und was verursacht einen Kurzschluss?

Kurzschlüsse in der Verkabelung entstehen am häufigsten aufgrund einer Verletzung der Isolierung leitender Teile infolge mechanischer Beschädigung, Alterung, Einwirkung von Feuchtigkeit und korrosiver Umgebung sowie unsachgemäßer menschlicher Handlungen. Bei einem Kurzschluss steigt sie an Stromstärkeund die freigesetzte Wärmemenge ist bekanntermaßen proportional zum Quadrat des Stroms. Wenn also bei einem Kurzschluss der Strom um das 20-fache ansteigt, erhöht sich die freigesetzte Wärmemenge um etwa das 400-fache.

Eine thermische Einwirkung auf die Isolierung von Drähten verringert deren mechanische und dielektrische Eigenschaften stark. Nimmt man beispielsweise die Leitfähigkeit von Elektrokarton (als Isoliermaterial) bei 20 °C als Einheit, so erhöht sie sich bei Temperaturen von 30, 40 und 50 °C um das 4-, 13- bzw. 37-fache. Die thermische Alterung der Isolierung tritt am häufigsten aufgrund einer Überlastung elektrischer Netze mit Strömen auf, die über den langfristig zulässigen Wert für einen bestimmten Leitungstyp und -querschnitt hinausgehen.Beispielsweise lässt sich bei Kabeln mit Papierisolierung deren Lebensdauer nach der bekannten „Acht-Grad-Regel“ ermitteln: Eine Temperaturerhöhung pro 8 °C reduziert die Lebensdauer der Isolierung um das Zweifache. Auch Polymerdämmstoffe unterliegen einer thermischen Zersetzung.

Der Einfluss von Feuchtigkeit und einer korrosiven Umgebung auf die Isolierung von Drähten verschlechtert ihren Zustand aufgrund des Auftretens von Oberflächenleckagen erheblich. Durch die dabei entstehende Hitze verdampft die Flüssigkeit und hinterlässt Salzspuren auf der Isolierung. Wenn die Verdunstung aufhört, verschwindet der Leckstrom. Bei wiederholter Einwirkung von Feuchtigkeit wiederholt sich der Vorgang, jedoch steigt aufgrund einer Erhöhung der Salzkonzentration die Leitfähigkeit so stark an, dass der Leckstrom auch nach dem Ende der Verdunstung nicht aufhört. Außerdem entstehen kleine Funken. Anschließend verkohlt die Isolierung unter dem Einfluss des Leckstroms und verliert ihre Festigkeit, was zum Auftreten einer lokalen Lichtbogen-Oberflächenentladung führen kann, die die Isolierung entzünden kann.

Die Gefahr eines Kurzschlusses in elektrischen Leitungen ist durch folgende mögliche Erscheinungsformen des elektrischen Stroms gekennzeichnet: Entzündung der Isolierung von Leitungen und umgebenden brennbaren Gegenständen und Substanzen; die Fähigkeit der Isolierung der Drähte, die Verbrennung auszubreiten, wenn sie durch externe Zündquellen gezündet wird; die Bildung geschmolzener Metallpartikel während eines Kurzschlusses, die die umgebenden brennbaren Materialien entzünden (die Ausdehnungsgeschwindigkeit geschmolzener Metallpartikel kann 11 m/s erreichen und ihre Temperatur beträgt 2050–2700 °C).

Ein Notbetrieb tritt auch ein, wenn elektrische Leitungen überlastet sind.Durch falsche Auswahl, Einschalten oder Ausfall von Verbrauchern überschreitet der durch die Leitungen fließende Gesamtstrom den Nennwert, d. h. es kommt zu einer Erhöhung der Stromdichte (Überlastung). Wenn beispielsweise ein Strom von 40 A durch drei in Reihe geschaltete Drahtstücke gleicher Länge, aber unterschiedlichen Querschnitts fließt – 10; 4 und 1 mm2, seine Dichte wird unterschiedlich sein: 4, 10 und 40 A / mm2. Das letzte Stück hat die höchste Stromdichte und dementsprechend die größten Leistungsverluste. Ein Draht mit einem Querschnitt von 10 mm2 erwärmt sich leicht, die Temperatur eines Drahtes mit einem Querschnitt von 4 mm2 erreicht das zulässige Niveau und Die Isolierung eines Drahtes mit einem Querschnitt von 1 mm2 brennt einfach durch.

Wie sich der Kurzschlussstrom vom Überlaststrom unterscheidet

Der Hauptunterschied zwischen Kurzschluss und Überlast besteht darin, dass bei einem Kurzschluss die Verletzung der Isolierung die Ursache für den Notbetrieb ist und bei Überlast dessen Folge. Unter Umständen ist eine Überlastung von Leitungen und Kabeln aufgrund der längeren Dauer des Notbetriebs gefährlicher für einen Brand als ein Kurzschluss.

Das Grundmaterial der Drähte hat einen wesentlichen Einfluss auf das Zündverhalten im Überlastfall. Ein Vergleich der Brandgefahrenindikatoren von Drähten der Marken APV und PV, die bei Tests im Überlastmodus ermittelt wurden, zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung der Isolierung bei Drähten mit kupferleitenden Drähten höher ist als bei Aluminiumdrähten.

Beim Kurzschließen wird das gleiche Muster beobachtet. Die Brennleistung von Lichtbogenentladungen in Stromkreisen mit Kupferdrähten ist höher als mit Aluminiumdrähten.Beispielsweise wird ein Stahlrohr mit einer Wandstärke von 2,8 mm mit einem Querschnitt eines Aluminiumdrahtes von 16 mm2 und mit einem Kupferdraht mit einem Querschnitt von 6 mm2 verbrannt (oder brennbares Material auf seiner Oberfläche entzündet). .

Die Strommultiplizität wird durch das Verhältnis des Kurzschluss- oder Überlaststroms zum zulässigen Dauerstrom für einen bestimmten Leiterquerschnitt bestimmt.

Die größte Brandgefahr besteht bei Drähten und Kabeln mit Polyethylenmantel sowie bei Polyethylenrohren bei der Verlegung von Drähten und Kabeln. Die Verkabelung in Polyethylenrohren stellt aus brandschutztechnischer Sicht eine größere Gefahr dar als die Verkabelung in Vinyl-Kunststoffrohren, daher ist der Anwendungsbereich von Polyethylenrohren viel enger. Besonders gefährlich ist eine Überlastung in privaten Wohngebäuden, wo in der Regel alle Verbraucher aus einem Netz gespeist werden und Schutzeinrichtungen oft fehlen oder nur für Kurzschlussstrom ausgelegt sind. Auch in Wohnhochhäusern spricht nichts dagegen, dass die Bewohner leistungsstärkere Lampen verwenden oder elektrische Haushaltsgeräte mit einer Gesamtleistung einschalten, die größer ist als die, für die das Netz ausgelegt ist.

Auf Kabelgeräten (Kontakte, Schalter, Steckdosen etc.) werden die Grenzwerte von Strömen, Spannungen, Leistungen angegeben, auf Klemmen, Steckverbindern und anderen Produkten zusätzlich die größten Querschnitte der angeschlossenen Leitungen. Um diese Geräte sicher verwenden zu können, müssen Sie diese Etiketten entziffern können.

Beispielsweise ist der Schalter mit „6,3 A; 250 V «, an der Kartusche -» 4 A; 250 V; 300 W «, und am Erweiterungs-Splitter -» 250 V; 6,3 A“, „220 V“, „1300 W“, „127 V, 700 W“.„6,3 A“ weist darauf hin, dass der durch den Schalter fließende Strom 6,3 A nicht überschreiten darf, da der Schalter sonst überhitzt. Für jeden geringeren Strom ist der Schalter geeignet, denn je geringer der Strom, desto weniger erwärmt sich der Kontakt. Die Aufschrift „250 V“ weist darauf hin, dass der Schalter in Netzen mit einer Spannung von nicht mehr als 250 V eingesetzt werden kann.

Wenn man 4 A mit 250 V multipliziert, erhält man 1000, nicht 300 Watt. Wie verknüpfe ich einen berechneten Wert mit einer Beschriftung? Wir müssen von der Macht ausgehen. Bei einer Spannung von 220 V beträgt der zulässige Strom 1,3 A (300: 220); bei einer Spannung von 127 V – 2,3 A (300-127). Ein Strom von 4 A entspricht einer Spannung von 75 V (300:4). Aufschrift „250 V; 6,3 A «bedeutet, dass das Gerät für Netze mit einer Spannung von nicht mehr als 250 V und einem Strom von nicht mehr als 6,3 A ausgelegt ist. Wenn wir 6,3 A mit 220 V multiplizieren, erhalten wir 1386 W (1300 W, gerundet). Wenn wir 6,3 A mit 127 V multiplizieren, erhalten wir 799 W (700 W gerundet). Es stellt sich die Frage: Ist es nicht gefährlich, auf diese Weise abzurunden? Dies ist nicht gefährlich, da Sie nach dem Runden niedrigere Leistungswerte erhalten. Bei geringerer Leistung erwärmen sich die Kontakte weniger.

Wenn ein elektrischer Strom durch die Kontaktverbindung fließt, kommt es aufgrund des Übergangswiderstands der Kontaktverbindung zu Spannungsabfällen, Leistung und Energie werden freigesetzt, wodurch es zu einer Erwärmung der Kontakte kommt. Ein übermäßiger Anstieg des Stroms im Stromkreis oder eine Erhöhung des Widerstands führt zu einem zusätzlichen Temperaturanstieg der Kontakt- und Anschlussdrähte, was zu einem Brand führen kann.

In Elektroinstallationen werden dauerhafte Kontaktverbindungen (Löten, Schweißen) und lösbare (mit Schraube, Stecker, Feder usw.) und Kontakte von Schaltgeräten verwendet – Magnetstarter, Relais, Schalter und andere Geräte, die speziell zum Schließen und Öffnen von Strom ausgelegt sind Schaltungen, also für deren Kommutierung. In internen Stromnetzen vom Eingang bis zum Stromempfänger Elektrizität Die Last fließt über eine Vielzahl von Kontaktverbindungen.

Auf keinen Fall dürfen die Kontaktverknüpfungen unterbrochen werden…. Die vor einiger Zeit durchgeführten Studien zur Ausstattung interner Netzwerke zeigen, dass von allen untersuchten Kontakten nur 50 % die Anforderungen von GOST erfüllen. Wenn der Laststrom in einer Kontaktverbindung schlechter Qualität fließt, wird pro Zeiteinheit eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt, die proportional zum Quadrat des Stroms (Stromdichte) und dem Widerstand der tatsächlichen Kontaktpunkte des Kontakts ist.

Wenn die heißen Kontakte mit brennbaren Materialien in Kontakt kommen, können sie Feuer fangen oder verkohlen, und die Isolierung der Drähte kann Feuer fangen.

Der Wert des Kontaktwiderstands hängt von der Stromdichte, der Druckkraft der Kontakte (der Größe der Widerstandsfläche), dem Material, aus dem sie hergestellt sind, dem Oxidationsgrad der Kontaktflächen usw. ab.

Um die Stromdichte im Kontakt (und damit die Temperatur) zu reduzieren, ist es notwendig, die tatsächliche Kontaktfläche der Kontakte zu vergrößern. Wenn die Kontaktflächen mit etwas Kraft gegeneinander gedrückt werden, werden die kleinen Höcker an den Kontaktpunkten leicht gequetscht.Dadurch nimmt die Größe der Kontaktelementflächen zu, es entstehen zusätzliche Kontaktflächen und die Stromdichte, der Kontaktwiderstand und die Kontakterwärmung nehmen ab. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass zwischen dem Kontaktwiderstand und der Höhe des Drehmoments (Druckkraft) ein umgekehrter Zusammenhang besteht. Bei einer Verdoppelung des Drehmoments erhöht sich der Widerstand der Kontaktverbindung des APV-Drahts mit einem Querschnitt von 4 mm2 oder zweier Drähte mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 um das 4- bis 5-fache.

Um den Kontakten Wärme zu entziehen und an die Umgebung abzugeben, werden Kontakte mit einer bestimmten Masse und Kühlflächen hergestellt. Besonderes Augenmerk wird auf die Verbindungsstellen der Drähte und deren Verbindung mit den Kontakten der Eingabegeräte der elektrischen Empfänger gelegt. An den beweglichen Enden der Drähte werden Ösen unterschiedlicher Form und spezielle Klemmen verwendet. Die Zuverlässigkeit des Kontakts wird durch herkömmliche Unterlegscheiben, federbelastet und mit Flanschen gewährleistet. Nach 3–3,5 Jahren erhöht sich der Kontaktwiderstand etwa um das Zweifache. Auch der Widerstand der Kontakte erhöht sich bei einem Kurzschluss deutlich, da der Strom kurzzeitig auf den Kontakt einwirkt. Tests zeigen, dass Kontaktverbindungen mit elastischen Federscheiben die größte Stabilität unter widrigen Einflüssen aufweisen.

Leider ist das „Pucksparen“ weit verbreitet. Die Unterlegscheibe sollte aus Nichteisenmetallen wie Messing bestehen. Die Stahlscheibe ist mit einer Korrosionsschutzbeschichtung geschützt.