“Утюжная технология” в электротехнике

Данную работу меня побудили написать обстоятельства, связанные с пожаром в одном учреждении N, где из-за неисправности электропроводки сгорели два помещения. Электрические сети учреждений и домов эксплуатируются многие годы, подвергаясь износу. Многие из них ещё советских времён постройки. В связи с появлением новых видов бытовых электроприборов, нагрузочные характеристики сетей изменились. Полная реконструкция и ремонт электросетей, при огромном объёме и минимальном количестве электротехнического персонала, практически невозможен. Таким образом, спасение угорающих – дело рук самих угорающих. Данная работа предназначена для лиц, имеющих понимание о безопасности работ с электричеством и обладающих соответствующими навыками. Так же будет полезна ответственным лицам и руководителям. Некоторые формулы, возможно, вы увидите впервые, тем самым положите начало дискуссии по этому вопросу. Далее, рассмотрим практическое применение способа проверки электросети. И наконец, дадим некоторое заключение. Данная работа написана на основе собственной, неопубликованной работы по электротехнике, и является небольшой её выжимкой. Описанным ниже способом можно проверить электропроводку в своих домах, квартирах, офисных помещениях и на рабочих местах.

Наиболее нас интересует пожарная безопасность. Мы не можем предотвратить фактор человеко-печального управления (ЧПУ), но удостовериться в качестве электропроводки и соответствия защитных автоматов мы можем относительно просто. Для затравки немного теории по данному вопросу. Всякая электросеть разделена на участки с защитно-коммутационными аппаратами. Мы, как потребители, являемся последними звеньями в этом разветвлённом спруте проводов. Конечная этой сети – наша розетка, лампочка, или другая полезная нагрузка. Учитывая границу ответственности, мы не можем проверить всю систему электроснабжения, но мы можем контролировать в конечной точке, где находится распределительное устройство с предохранителями, либо, как правило, автоматическими выключателями, в простонародье автоматами. То есть, нас интересует электросеть внутренняя, самая пожароопасная, если только за ней не наблюдать. Основным средством защиты, так уж повелось, является либо плавкая вставка (пробка, предохранитель), либо автомат, возможно, совмещённый с устройством защитного отключения (УЗО). Наверно будет для некоторых читателей новостью, что вся эта защита может не защитить от пожара, она для этого не предназначена! В ней не хватает одного важного звена, которое мы дополним своими силами. Рассмотрим, что нам необходимо знать. И так – автомат. Обычно, это устройство представляет собой защиту от короткого замыкания (КЗ.), либо совмещённую, от КЗ. и тока перегрузки. УЗО дополнительно контролирует ток утечки на землю, либо совмещается с тем же автоматом. Подробно принцип этих устройств мы рассматривать не станем, на это есть соответствующие ресурсы, мы вкратце. Защита от КЗ. в автомате формируется с помощью катушки электромагнита, которая включена последовательно с нашей нагрузкой, при резком увеличении тока увеличивается скачком магнитное поле и электромагнит воздействует на механизм отключения. Тепловая защита состоит из биметаллической пластины с намотанным на неё нагревательным элементом, который так же включён последовательно с электромагнитом и далее с нашей линией. Принцип его действия прост. При длительной нагрузке, больше положенного, происходит нагрев биметаллической пластины, она изгибается, тем самым воздействует на тот же механизм отключения. Характеристики автомата зависят, в основном, от этих двух звеньев и должны быть указаны на лицевой стороне устройства. Для примера рис.1.

И так, определимся с установленным автоматом. Название фирмы нам может говорить только о надёжности производимого автомата от лица фирмы. Далее, тип автомата. Не поленитесь, поищите в каталогах или паспорте его истинное предназначение, и в каком положении он работает. Номинальный ток данного автомата In = 25A, показывает расчётную характеристику защищаемой линии, ток её длительного максимального режима работы. При этом токе (в данном автомате он соответствует 25А) автомат не отключается, но есть одно, но! Ток неотключения автомата достигает 1.13 In. Этот ток дан при определённых условиях, таких как температура окружающей среды 25-30°С. Мало того, если данный автомат находится совместно с другими, то взаимная теплопередача влияет на характеристику теплового расцепителя и номинальный ток необходимо умножать на понижающий коэффициент. В паспорте автоматического выключателя обычно указывают два коэффициента, в этом нет ничего сложного, просто умножаете на них и всё. Если в щитке стоит несколько автоматов, либо автомат многополюсный, просто считайте число полюсов как независимые автоматы и автоматы совместно. Далее, по характеристике определяете коэффициенты. Я вывожу в таблицу для данного автомата коэффициент теплового взаимодействия, зависящий от числа полюсов, либо автоматов рядом стоящих. Как говориться, посчитайте в щитке, сколько в ряду с этим автоматом рычажков (N) и найдите в соответствии с табл. 1 (Kn).

Таблица 1

Температурный коэффициент Kt = 1 подогнан под максимальную длительную температуру кабеля в квартирах и офисах, около 25-30°С, если сильные отличия, то так же смотрим из графика зависимости коэффициента от максимально достигающей температуры окружающей среды в данном помещении. Для подобного автомата привожу таблицу 2.

Неотключаемый ток автомата I­неоткл. = In · Kn · Kt. Например, в щитке установлены 3 автомата, один из них наш, с номинальным током In = 25А. Коэффициент Кn, при количестве автоматов вместе с ним в щитке n=3, в соответствии с табл. 1, K(n=3) = 0,83. Стандартный температурный коэффициент Kt=1, для большинства квартир и офисов не меняем. Находим ток, например, для нашего случая: I­неоткл. = 1,13 · In · Kn · Kt =1,13 · 25А · 0,83 · 1 = 23,4А. То есть, реальный ток, который сможет держать наш автомат без срабатывания: I­неоткл. = 23,4А. Автомат при таком токе будет греться и достаточно прилично. Зависит так же от производителя и технологичности устройства. Но это нормально при таком токе, а вот если греется при малых токах, необходимо проверить контакты, либо заменить автомат. Мы определили ток, который может пропустить наш автомат без отключения. Теперь определим ток срабатывания электрического расцепителя данного автомата. Как правило, он определяется кратностью номинального тока и маркируется как, например, 5I­n; 10I­n; где цифра перед номинальным током – это множитель, надо умножить. На нашем автомате нет такого обозначения, но смотреть в этом случае нужно паспорт автомата. Данный автомат 10I­n, умножаем: 10·25А = 250А. То есть, если ток резко увеличится и превысит 250А, то происходит расцепление автомата вне зависимости от теплового расцепителя. Всё дело в том, что электромагнитный расцепитель действует намного быстрее. Но есть ещё одно, но. А если ток не дойдёт до 250А в данном случае, например, дойдёт только до 100А, что тогда? Успеет ли отключить нагрузку тепловой расцепитель быстрее, чем произойдёт возгорание изоляции? Отсюда возникает ещё одна важная характеристика нашей электросети, как ток короткого замыкания, сокращённо – ток КЗ. Из названия ясно, что ток при закороченной нагрузке. Мы можем определить данный ток, путём замера, с помощью специальных измерителей. Но в данном случае, мы произведём расчёты и замеры, использовав только имеющийся у нас самый дешёвый вольтметр. Схему рисовать не буду, тут достаточно просто. Внимание, проводить измерения должен только электротехнический персонал!

  1. Отключаем всю нагрузку линии, которую защищает наш подопытный автомат;
  2. Производим замер напряжения без нагрузки, пусть будет U1 = 232 В, записываем;
  3. Подключаем любую известную нагрузку, 1-2 кВт, чайник, утюг, с известной мощностью (обычно мощность потребления указывается на шильдике корпуса или подставки электроприбора), записываем мощность Pн;
  4. Измерим напряжение на нагрузке, пусть у нас получается U2 = 225 В, записываем;
  5. Считаем.

Находим дельту напряжений:

(1)

Находим ток КЗ:

(2)

Такой ток потечёт при «металлическом» КЗ. Расчёты по нагреву от токов КЗ на однофазных офисных сетях, удалённых от источника преобразования большой мощности, как правило, не применяются. Расчёт ведут по максимальному допустимому току кабеля, характеристики нагрузки и способности источника. Смотрим характеристику данного автомата (рис.1). Здесь верхняя характеристика нашего автомата, который имеет кратность 10I­n, нижняя 5I­n. Пунктирная линия показывает отличие для более мощных автоматов 10I­n, с токами нагрузки I­n > 32А. Характеристика универсальна для всех автоматов с маркировкой (С) этого данного типа.

Действительно, параметры данного автомата позволяют произвести отключение при >10 кратной перегрузке в течение полупериода. Характеристика автомата имеет тепловую задержку при перегрузках до 10 крат, так называемый момент включения, когда нагрузка может кратно возрасти. Например, происходит разгон ротора электродвигателя болгарки. Автомат не отключается при временной перегрузке и даёт нормально работать устройствам. Но тогда, глядя на график, возникает вопрос, что произойдёт при 9-ти кратной перегрузке за 5 с, 8-ми кратной за 10, или 5-ти кратной за 20с? Выдержит ли кабель данное безобразие? Для этого мы должны знать марку нашего провода, а также сечение жилы. Но что значит, выдержит? Жила, как правило, медная либо алюминиевая, имеет удельное сопротивление, а любое активное сопротивление является преобразователем электрической в тепловую энергию. Таким образом, происходит разогрев провода и окружающего пространства. Давайте рассмотрим, что нам предлагают официальные источники. Пункт правил устройств электроустановок (ПУЭ) 1.4.16. предлагает для данного случая.

Температура нагрева проводников при КЗ должна быть не выше следующих предельно допустимых значений, град. C:

Кабели и изолированные провода с медными и алюминиевыми жилами

и изоляцией:

поливинилхлоридной и резиновой …………………………. 150°С

Далее, выбор кабеля осуществляется по длительному допустимому току. Для нашего случая предлагается обратить внимание на следующие таблицы.

Таблица 3

ДОПУСТИМЫЙ ДЛИТЕЛЬНЫЙ ТОК ДЛЯ ПРОВОДОВ И ШНУРОВ С РЕЗИНОВОЙ И ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ С МЕДНЫМИ ЖИЛАМИ

 

Таблица 4

ДОПУСТИМЫЙ ДЛИТЕЛЬНЫЙ ТОК ДЛЯ ПРОВОДОВ С РЕЗИНОВОЙ И ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ С АЛЮМИНИЕВЫМИ ЖИЛАМИ

 

Таблица 5

СНИЖАЮЩИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ДЛЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ, ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ В КОРОБАХ

Таблица 6

ПОПРАВОЧНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ НА ТОКИ ДЛЯ КАБЕЛЕЙ,НЕИЗОЛИРОВАННЫХ И ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ И ШИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗЕМЛИ И ВОЗДУХА

Провод, например, алюминиевый, замурован в каналах стены. Система распределения от автомата смешанная, звенья радиально-последовательные, все состоят из провода одной марки. Подходящие к распределительному щитку звенья, частично расположены в пучке, длина которого не превышает 10 м. Поэтому поправочный коэффициент из табл.5 не учитывается. Данный провод плоский АППВ 3х2,5 мм­2. Обладает предельной длительно допустимой температурой жил 70°С. Для того, чтобы определить нашу расчётную температуру в стене, необходим либо паспорт дома, либо замеры. Но есть СНиПы указывающие, что температура внутри однородного участка стены не должна расходиться с температурой воздуха более чем на 4°С. Для данного помещения, в умеренной зоне, максимальная температура внутри помещения может достигать 30°С, тогда, температура стены составляет не более 26°С. Находим поправку KT = 1. Максимально допустимый ток кабеля в соответствии с табл.4 составляет 19А. Дело в том, что параметры в таблице соответствуют одновременной нагрузке на все жилы, а у нас только две нагружены, третья используется в качестве защитного проводника. Поэтому, из таблицы выбираем как для двухжильного кабеля. Поправка равна единице. Длительный максимальный ток для нашего кабеля составляет 19А. Наш автомат требуется заменить, он не проходит по допустимому току. Но у нас ещё осталась коммутация, это и розетки, и выключатели. Поэтому автомат выбирается в соответствии с наименьшим током коммутационной арматуры. Например, имеется розеточная группа с максимальным коммутируемым током 16А, тогда мы должны заменить наш установленный автомат 25А на подобный, с пересчитанным током срабатывания тепловой защиты не более 16 А. Должен заметить, что это часто встречающаяся ошибка, когда на одном автомате соединены параллельные линии без вторичной защиты, а автомат выбран, как сумма допустимых нагрузок или завышен. В этом случае электросхему необходимо переделать, и установить каждому ответвлению соответствующий автомат, либо автомат должен соответствовать линии с минимальным допустимым током и минимально возможным из них током КЗ. Также в литературе встречается указание на уменьшение допустимого тока защитного автомата, мотивируя старением электропроводки, но мы пока не будем без фактов изменять расчётные параметры. В следующей статье рассмотрим применение УЗО и дифференциальных автоматических выключателей.

Copyright © Aleksey Tarasov