Kurzschluss in der Steckdose. Was ist ein Kurzschluss und eine Netzwerküberlastung?

Kurzschluss (Kurzschluss) ist ein elektrischer Kontakt zwischen verschiedene Phasen, Phase und Nullarbeits- oder Schutzdraht. Online mit toter geerdeter Neutralleiter Als Kurzschluss gilt ein Kontakt zwischen einem Phasenleiter und der Erde.

Kurzschlüsse können verursacht werden durch:

• Verschlechterung oder Beschädigung der Isolierung;
• Schlag fremde Objekte, elektrischen Strom leitend, an stromführenden Teilen;
• mechanische Beschädigung oder Zerstörung elektrische Maschinen und Geräte;
• Fehler von Arbeitern bei der Installation oder Wartung elektrischer Geräte;
• Notbetriebsarten des Netzes, die mit dem Auftreten von Überspannungen oder plötzlichen Stromstößen darin verbunden sind.

Mit der Zeit Die Isolierung altert und verliert ihre Eigenschaften. Dies gilt gleichermaßen für Kabel, für die Wicklungen von Elektromotoren und für Isolatoren. Auch isolierende Oberflächen unterliegen dieser Eigenschaft: Gehäuse von automatischen Schaltern, Sicherungen. Die Verschlechterung der Eigenschaften von Isolatoren wird durch die Umgebung beeinflusst, in der sie arbeiten: der Grad der Verschmutzung, das Vorhandensein von Feuchtigkeit, Staub und korrosiven Gasen. Sobald ein kleiner leitender Abschnitt erscheint, beginnt er sich zu erwärmen und zu wachsen, bis der Strom durch ihn einen kritischen Wert erreicht. Es wird wie eine Lawine wachsen, sich erhitzen und die Oberfläche, über die es fließt, verkohlen. Ab diesem Zeitpunkt wird der Bereich mit geschwächter Isolierung zum Kurzschluss.

Ein Beispiel Fremdkörper auf spannungsführenden Teilen sind die Bäume, die auf die Drähte von Stromleitungen fallen. Sie selbst stellen den Kontakt zwischen Erde und Phasenleitern her, die Drähte werden zusätzlich unterbrochen oder miteinander verbunden.

Verschleiß der Lager des Elektromotors kann auch zu einem Kurzschluss führen. Während der Drehung schmiegt sich der Rotor an seine Wicklungen an interne Details oder Statorwicklung. Die Isolierung wird beschädigt und es kommt zu einem Kurzschluss. Im Erdreich verlegte Kabel unterliegen zwangsläufig mechanischen Verformungen. Fahrzeuge fahren über sie hinweg, und wenn die Jahreszeiten wechseln, stellen Bodenbewegungen ihre Festigkeit auf die Probe.

Nachlässigkeit, Ungenauigkeit, Nichteinhaltung von Sicherheitsvorschriften kann auch zu einem Kurzschluss führen. Dadurch wird die Gesundheit der Arbeitnehmer zusätzlich geschädigt.

Anstieg allein sind nicht die Ursache für einen Kurzschluss. Sie verstärken ihr Auftreten nur in Bereichen mit verminderter Isolierung, in denen es früher oder später dennoch zu einem Kurzschluss kommen würde.

Berechnung und Messung von Kurzschlussströmen

Bei Kurzschluss ist die gesamte Leistung vorhanden elektrisches Netzwerk konzentriert sich auf kleines Grundstück. Hätten Kabel, Leitungen und Schaltgeräte keine eigenen Widerstände, würde der Kurzschlussstrom enorme Werte erreichen. Tatsächlich wird er jedoch durch den Gesamtwiderstand der Leitung von der Stromquelle (Transformator im Umspannwerk, Generatoren des Stromnetzes) bis zum Kurzschlusspunkt begrenzt.

Bei der Planung elektrischer Anlagen muss die Größe dieses Stroms berechnet werden. Hierzu werden Daten zu den Widerständen (aktiv und reaktiv) aller im Kurzschlusspfad installierten elektrischen Geräte verwendet. Der Strom wird für den Punkt betrachtet, der am weitesten von der Quelle entfernt ist, um zu prüfen, ob der Schutz ihn abschaltet.

Im Betrieb oder nach der Installation wird der Kurzschlussstrom gemessen spezielle Geräte: Phase-Null-Loop-Meter. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass die Berechnungen korrekt sind, oder an Orten, an denen diese Berechnung nicht durchgeführt werden kann.

• Anstelle von modularen Schaltern mit der Charakteristik „C“ (Abschaltverhältnis 5-10) wird „B“ verwendet (Multiplizität 3-5);
• Erhöhen Sie den Querschnitt der Versorgungskabel.

Die Auswirkung eines Kurzschlusses auf elektrische Geräte

Kurzschluss - Notbetrieb für das Stromnetz. Wenn es auftritt, hat es gleichzeitig zwei Auswirkungen auf elektrische Geräte:

• elektrodynamisch;
• Thermal.

Wenn Strom durch zwei nebeneinander liegende Leiter fließt, interagieren sie nach den Gesetzen der Physik miteinander. Abhängig von der Richtung des Stroms ziehen sie sich entweder an oder stoßen sie ab. Wenn der Strom zunimmt und der Abstand abnimmt, nimmt die Wechselwirkungskraft zu.

Auf diesem Prinzip beruht Elektrodynamischer Effekt des Kurzschlussstroms für Reifen, Drähte, Wicklungen elektrischer Maschinen. In Umspannwerken und anderen Energieanlagen, in denen Fehlerströme Zehntausende und Hunderttausende Ampere erreichen, kann es nach einem Kurzschluss dazu kommen, dass die Geräte aufgrund mechanischer Schäden völlig unbrauchbar werden. In diesem Fall kann der Kurzschluss selbst irgendwo daneben auftreten.

thermischer Effekt basierend auf der Erwärmung von Leitern beim Durchgang durch sie elektrischer Strom. Dabei steigt die Temperatur teilweise so stark an, dass die Leitungen oder Reifen schmelzen.

IN Lebensbedingungen Der thermische Effekt des Kurzschlusses ist stärker ausgeprägt, der dynamische Effekt kann aufgrund der kleinen Werte der Ströme vernachlässigt werden.

Netzüberlastung

Dies ist auch ein Notfallmodus. Alle elektrischen Geräte sind für einen Nennstrom ausgelegt, dessen Überschreitung nicht zulässig ist. Ansonsten Kontaktsysteme Schaltgeräte, beginnen sich die Litzen von Kabeln und Leitungen zu erwärmen. Überhitzung führt zum Schmelzen oder Verkohlen der Isolierung, was bald zu einem Brand oder Kurzschluss führt.

Die Gründe für die Überlastung sind:

• Anschließen einer Last an eine Gruppenleitung, die über die hinausgeht, für die ihr Kabel und ihr Leistungsschalter ausgelegt sind. Dies liegt entweder am Anschluss eines leistungsstarken Elektroempfängers oder an der Überschreitung der Gesamtleistung einer Gruppe von Elektroempfängern.
• Störungen, die in einem der elektrischen Empfänger auftreten. Zum Beispiel ein Wicklungskreis in einem Elektromotor, teilweiser Ausfall Heizkörper in der Heizung.

KURZSCHLUSS IN DER ELEKTRISCHEN VERKABELUNG
Mögliche Brandursachen

Wladimir Fischmann, Hauptspezialist, Unternehmensgruppe „ElectroshieldTMSamara“, Niederlassung „EnergosetproektNNSESH“, Nischni Nowgorod

Galt früher als Hauptursache für Brände in Wohngebäuden der „unvorsichtige Umgang mit Feuer“, wird heute immer häufiger von einem „Kurzschluss in der Verkabelung“ gesprochen. Die rasante Elektrifizierung des Wohnsektors erfordert eine sorgfältige Analyse der elektrischen Hausinstallation (Verkabelung, Elektrogeräte, Schutz- und Schalteinrichtungen) unter dem Gesichtspunkt der Brandgefahr.
Vladimir Semenovich Fishman hat bereits über die Besonderheiten der Berechnung von Kurzschlussvorgängen in Niederspannungsnetzen gesprochen („News of Electrotechnics“ Nr. 2 (32) 2005, Nr. 3 (33) 2005). Heute beschäftigt er sich mit den Bedingungen, unter denen ein Kurzschluss tatsächlich einen Brand verursachen kann.

Regulatorischen Anforderungen

Laut PUE müssen elektrische Netze mit einer Spannung von bis zu 1 kV in Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden vor Kurzschlussströmen und Überlastströmen geschützt werden. Hier einige Auszüge aus dem PUE:
Abschnitt 3.1.10. „Innenraumnetze aus offen verlegten Leitern mit brennbarem Außenmantel oder Isolierung müssen vor Überlastung geschützt werden.
Darüber hinaus müssen in Innenräumen vor Netzüberlastung geschützt werden:

• Beleuchtungsnetze in Wohn- und Öffentliche Gebäude, in Gewerberäumen, Serviceräumen Industrieunternehmen, einschließlich Netzwerken für Haushalts- und tragbare Elektrogeräte (Bügeleisen, Wasserkocher, Herde, Zimmerkühlschränke, Staubsauger, Waschmaschinen usw.) Nähmaschinen usw.) sowie in feuergefährdeten Bereichen.“

• 80 % für den Bemessungsstrom des Schmelzeinsatzes oder den Einstellstrom des Leistungsschalters, der nur über die maximale unverzögerte Auslösung (Abschaltung) verfügt, - für Leiter mit PVC-, Gummi- und ähnlichen Isolierungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften; für nicht explosionsgefährlich verlegte Leiter Industriegelände Industrieunternehmen, 100 % sind zulässig;
• 100 % für den Bemessungsstrom des Leistungsschalterauslösers mit nicht einstellbarer rückstromabhängiger Kennlinie (unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen einer Abschaltung) – für Leiter aller Marken.

STROMVERSORGUNGSDIAGRAMM

Betrachten Sie ein typisches Stromversorgungsschema für ein Wohngebäude (Abb. 1). Die Stromquelle ist in der Regel ein separates Umspannwerk mit eigener Schaltanlage 10 (6) / 0,4 / 0,23 kV. Am Eingang des Gebäudes befindet sich ein Eingangsverteilungsgerät - VRU0,4 / 0,23 kV. Die nächste Stufe ist eine Etagengruppenzentrale (MSB), die letzte Stufe ist eine Wohnungszentrale (KRShch). Die genannten Schaltanlagen sind durch Leiter miteinander verbunden, deren minimal zulässige Querschnitte im PUE angegeben sind. Die Nennströme der Geräte, die Kabel und Leitungen sowohl vor Kurzschlussströmen als auch vor Überlast schützen, werden gemäß EMP ausgewählt.

DRAHTBRANDBEDINGUNGEN

Es stellt sich die Frage, ob bei Einhaltung der oben genannten und weiterer Anforderungen des PUE bei einem Kurzschluss (Kurzschluss) ein elektrischer Leitungsbrand auftreten kann? Es wird angenommen, dass die Zündung elektrischer Leitungen erfolgt, wenn der Leiter abhängig von der Art der Kabelisolierung eine bestimmte Temperatur erreicht. Also für Kabel mit PVC-Isolierung, derzeit weit verbreitet, beträgt diese Temperatur: Q = 350 O С.
Die Temperaturänderung des Leiters beim Fließen eines Kurzschlussstroms wird durch die Formeln in beschrieben. Unter Berücksichtigung einiger Merkmale, insbesondere der kurzen Dauer des Kurzschlussstromflusses (auf die weiter unten eingegangen wird), gelten in den betrachteten Fällen Leiter mit Kupferleiter Sie können die folgende Formel verwenden:

(1a)

Im Allgemeinen enthält der Kurzschlussstrom periodische und aperiodische Komponenten, d. h.:

Wie die Analyse zeigt, ist der Einfluss der aperiodischen Komponente in diesem Fall jedoch aufgrund ihres schnellen Abklingens (Abklingzeitkonstante T 0,003 s) gering. Als Ergebnis der Integration über das Zeitintervall der Schutzausrüstung (0 - 0,02 s) erhalten wir:

wo ich - effektiver Wert periodische Komponente des Kurzschlussstroms.
Dann nimmt Formel (1a) die Form an:

(4)

Aus den obigen Formeln ist ersichtlich, dass die Grenzwerte der Kurzschlussströme, bei denen es nicht zu einer Zündung des Leiters kommt, von seinem Querschnitt und der Kurzschlussausschaltzeit abhängen.

GRENZWERTE DER SC-STRÖME

Zulässige Mindestwerte für Kurzschlussströme

Bei der Analyse der Schutz-Zeit-Strom-Kennlinien von Leistungsschaltern (Abb. 2) sehen wir zwei Bereiche: den Abschaltbetriebsbereich zum Abschalten von Kurzschlussströmen und den Betriebsbereich von Thermoauslösern zum Schutz gegen Überlastung.
Die Ausschaltzeit wird in Hundertstel- und Tausendstelsekunden gemessen, die Auslösezeit des Überlastschutzes liegt zwischen mehreren Sekunden und mehreren Minuten. Natürlich sollten Kurzschlüsse so schnell wie möglich unterbrochen werden, d. h. Trennschalter. Wird der Kurzschluss durch einen trägen Thermoschutz abgeschaltet, so führt der brennende Lichtbogen unweigerlich zu einer Beschädigung benachbarter Leiter, wodurch es ebenfalls zu Kurzschlüssen kommt. In diesem Fall ist ein Brand unvermeidlich.
Anhand der Empfindlichkeitsanforderungen können die Mindestwerte der Kurzschlussströme ermittelt werden, bei denen die Abschaltung automatischer Schalter zuverlässig funktioniert:

Ich kzmin. = Ich nom 2 5,

wo ich nom - Nennstrom der Maschine;
2 – Zuverlässigkeitsfaktor;
5 - die Vielfachheit des Abschaltbetätigungsstroms.

Maximal zulässige Werte von Kurzschlussströmen

Um die maximal zulässigen Werte von Kurzschlussströmen zu bestimmen, bei denen die Verkabelung noch nicht gezündet wird, verwenden wir die Formeln (1) und (2).
Wir akzeptieren die Anfangstemperatur des Leiters Q beg. \u003d 30 O С. Als letztes sollte man eines nehmen, bei dem die Isolierung der elektrischen Leitungen ihre Eigenschaften noch nicht verliert und einen weiteren Betrieb ermöglicht. Für Kabel und Leitungen mit Kunststoffisoliert diese Temperatur liegt im Bereich von 160 - 250 °C. Nehmen wir den Durchschnittswert von Q con. \u003d 200 ° C:

Eine wichtige Rolle spielt die Reaktionszeit der elektromagnetischen Auslöser der Maschine im Kurzschlussfall. GOST R 5034599 sowie ähnliche ausländische Dokumente enthalten leider nur die Anforderung, dass die Wirkungszeit von Leistungsschaltern in der anfänglichen Abschaltzone („Momentanauslösezeit“) weniger als 0,1 s betragen sollte.
Aus den Katalog-Zeit-Strom-Kennlinien der Automaten geht jedoch hervor, dass die Betriebszeit der Schalter tatsächlich viel kürzer ist. Bei Automaten der Typen LSN und C 60a beträgt diese Zeit also nicht mehr als 20 ms, bei hohen Vielfachen des Kurzschlussstroms sogar noch weniger (Abb. 2a und 2b). Bei einer Ausschaltzeit von 20 ms beträgt der maximal zulässige Wert des Kurzschlussstroms für einen Kupferleiter mit einem Querschnitt von 1,5 mm 2:

Angesichts der regulierten PUE-Mindestwerte der Abschnitte Kupferleiter Auf verschiedenen Stufen des Stromversorgungssystems (Tabelle 7.1.1) können Sie auf ähnliche Weise die maximalen und minimalen Stromwerte auf anderen Stufen des Stromversorgungssystems bestimmen. Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt. 1.
Es sei noch einmal betont, dass die maximal zulässigen Werte des Kurzschlussstroms maßgeblich von der Drehzahl des Leistungsschalters im Kurzschlussfall abhängen.

Wenn ein anderes Problem gelöst werden muss – die Bestimmung des minimal zulässigen Querschnitts eines Kabels oder einer Leitung für einen bestimmten Kurzschlussstrom und seine Abschaltzeit, können Sie die Formel verwenden:

AUSWIRKUNG DER LEITERÜBERLASTUNG

Eine Überlastung des Stromnetzes im Alltag kann insbesondere beim Einsatz zusätzlicher elektrischer Heizgeräte in der kalten Jahreszeit, bei einem Unfall in der Warmwasserbereitungsanlage etc. auftreten.
Trotz der Tatsache, dass laut PUE die internen Stromnetze von Wohn- und Verwaltungsgebäude müssen vor Überlastung geschützt werden, Schutzvorrichtungen erlauben jedoch eine gewisse Überlastung der Leiter. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der zuverlässige Betrieb der Sicherungen bei Strömen über 1,6 I nom und bei Automaten - 1,45 I nom - erfolgt.
Wenn also beispielsweise die Maschine gemäß den Anforderungen des PUE ausgewählt wird, d. h. sein Nennstrom ist kontinuierlich zulässiger Strom Leiter, letzterer kann bei einer Belastung von 145 % lange arbeiten, füge ich hinzu. Gleichzeitig kann seine Temperatur erreichen:

Q p \u003d Q o + (Q d - Q p) (I prev / I p) 2 \u003d 30 + (65 - 25) 1,45 2 \u003d 147 O С.

Dieser Wert ist größer als die im PUE angegebene langfristig zulässige Temperatur für Kabel mit Kunststoffisolierung und beträgt 65 °C.
Tritt bei längerer Überlast ein Kurzschluss auf, überschreitet die Temperatur des Leiters den maximal zulässigen Wert von 350 O С und liegt bei S = 1,5 mm 2 bei I Kurzschluss = 1550 A (1):

Q con. \u003d 147 e k + 228 (e k - 1) \u003d 394 O С, wobei k \u003d 0,506.

Auf der Grundlage des Vorstehenden liegt die Schlussfolgerung nahe, eine mögliche Selbstbeteiligung auszuschließen zulässige Temperaturen elektrische Verkabelung bei Überlastung und Kurzschluss Nennströme Schutzeinrichtungen sollten etwas niedriger gewählt werden, als es die PUE fordert, wie z. B. für Leistungsschalter: I nom.aut. 80 % füge ich hinzu.
Beachten wir, dass die aktuellen PUEs keine Prüfung von Leitern bis 1 kV auf thermische Beständigkeit gegenüber Kurzschlussströmen erfordern. Im Hinblick auf Wohn- und Verwaltungsräume kann man dem jedoch angesichts der möglichen schwerwiegenden Folgen nur schwer zustimmen.

REALWERTE DER STROMSTÖME IN DER STROMVERSORGUNG VON GEBÄUDEN

Kurzschlussströme im Stromversorgungssystem mit Spannungen bis 1 kV werden nach der in GOST 2824993 festgelegten Methodik berechnet. Die Berechnung gestaltet sich komplizierter als bei Netzen mit einer Spannung von 6–35 kV, was durch mehrere Umstände erklärt wird:

• die Notwendigkeit, nicht nur reaktive, sondern auch zu berücksichtigen aktive Widerstände Schaltungselemente;
• die Notwendigkeit, den Widerstand von Kontaktverbindungen zu berücksichtigen;
• die Notwendigkeit, den Anstieg des aktiven Widerstands des Leiters mit zunehmender Temperatur zu berücksichtigen;
• die Notwendigkeit, den Widerstand des Lichtbogens zu berücksichtigen;
• das Fehlen genauer Daten zum Nullwiderstand einiger Elemente des Stromversorgungssystems (Kabel mit nicht leitendem Mantel, Leistungstransformatoren mit einem Y / Yn-, Y / Zn-Wicklungsanschlussschema).

Dies ist jedoch ein separates Diskussionsthema.
Wie Berechnungen zeigen, können bei der Installation von Transformatoren mit einer Leistung von 630 kVA oder mehr in Umspannwerken die Kurzschlussströme am Verbraucher die in der Tabelle angegebenen Werte überschreiten. 1 ist der maximal zulässige Wert. Um Kurzschlussströme im häuslichen Stromnetz zu begrenzen, können Versorgungstransformatoren mit Y/Yn-Wicklungsanschlussschemata verwendet werden. Solche Transformatoren verfügen über erhöhte Nullwiderstände, die einphasige Kurzschlussströme reduzieren. In manchen Fällen ist es notwendig, den Querschnitt der Leiter zu vergrößern interne Verkabelung im Vergleich zu den geforderten Bedingungen zulässige Belastung und die im PUE angegebenen minimal zulässigen Werte.
Aus alledem ergibt sich, dass selbst bei Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Anforderungen durch einen Kurzschluss in bestimmten Abschnitten der elektrischen Leitungen von Wohngebäuden Zündbedingungen geschaffen werden können. Allerdings wäre in diesem Fall der Kurzschluss selbst nicht als Brandursache zu qualifizieren. Die wahren Brandursachen sind entweder falsch technische Lösungen, oder unzureichende Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der eingesetzten Schutzausrüstung oder Überschreitung normativer Begriff Betrieb elektrischer Geräte usw.

Tab. 1. Grenzwerte Kurzschlussstrom in verschiedenen Phasen des Stromversorgungssystems

SCHLUSSFOLGERUNGEN

1. Als Ergebnis Kurzschlüsse Bei erheblichen Werten des Kurzschlussstroms und unzureichender Geschwindigkeit der Schutzausrüstung besteht eine echte Brandgefahr oder eine ernsthafte Verschlechterung des Zustands der Isolierung der internen elektrischen Verkabelung von Gebäuden.
2. Aufgrund der besonderen Brandgefahr empfiehlt sich die Einführung regulatorische Anforderung zur Überprüfung des Wärmewiderstands elektrischer Leitungen in Wohngebäuden.
3. Um eine Überlastung der internen Verkabelung zu vermeiden, müssen die Bemessungsströme der Schutzeinrichtungen unterhalb der dauerhaft zulässigen Ströme der geschützten Leiter gewählt werden.
4. Bei der Auswahl von Schutzgeräten Besondere Aufmerksamkeit sollten zuverlässige Leistungsschalter mit einer garantierten Geschwindigkeit im Momentanauslösebereich von 0,02 s oder weniger erhalten.

LITERATUR

1. Elektroinstallationsregeln, 6. und 7. Auflage.
2. Technisches Rundschreiben Nr. Ts0298(e) der Abteilung für Entwicklungsstrategie und Wissenschafts- und Technologiepolitik der RAO UES Russlands.
3. GOST R 5034599. Leistungsschalter zum Schutz vor Überströmen für häusliche und ähnliche Zwecke.
4. GOST 2824993. Kurzschlussströme in Elektroinstallationen. Berechnungsmethoden in Elektroinstallationen Wechselstrom Spannung bis 1 kV.
5. Fedorovskaya A.I., Fishman V.S. Leistungstransformatoren 10(6)/0,4 kV. Einsatzgebiete verschiedene Schemata Wicklungsanschlüsse // Nachrichten aus der Elektrotechnik. - 2006. - Nr. 5.

Die rasante Elektrifizierung von Wohngebäuden erfordert eine sorgfältigere Analyse der Elektroinstallation (Verkabelung, Elektrogeräte, Schutz- und Schalteinrichtungen) unter dem Gesichtspunkt der Brandgefahr. In diesem Artikel betrachten wir die Bedingungen, unter denen ein Kurzschluss tatsächlich einen Brand verursachen kann.

Regulatorischen Anforderungen

Gemäß PUE muss das Stromnetz mit einer Spannung bis 1 kV in Wohn-, öffentlichen, Verwaltungs- und Wohngebäuden vor Kurzschlussströmen und Überlastströmen geschützt werden.

PUE-7
3.1.10
Innennetze aus offen verlegten Leitern mit brennbarem Außenmantel oder Isolierung müssen vor Überlastung geschützt werden.
Darüber hinaus müssen in Innenräumen vor Netzüberlastung geschützt werden:
Beleuchtungsnetze in Wohn- und öffentlichen Gebäuden, in Gewerberäumen, Wirtschaftsräumen von Industrieunternehmen, einschließlich Netzen für Haushalts- und tragbare elektrische Empfänger (Bügeleisen, Wasserkocher, Herde, Zimmerkühlschränke, Staubsauger, Wasch- und Nähmaschinen usw.) und auch in brandgefährdeten Bereichen.

3.1.11
In überlastgeschützten Netzen (siehe 3.1.10) sind die Leiter entsprechend dem Bemessungsstrom auszuwählen, wobei die Bedingung zu beachten ist, dass im Verhältnis zu den in den Tabellen von Kap. 1.3, Schutzeinrichtungen hatten eine Vielfachheit von nicht mehr als:
80 % für den Bemessungsstrom des Schmelzeinsatzes oder den Einstellstrom des Leistungsschalters, der nur über die maximale unverzögerte Auslösung (Abschaltung) verfügt, - für Leiter mit PVC-, Gummi- und ähnlichen Isolierungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften; für Leiter, die in nicht explosionsgefährdeten Industrieräumen von Industrieunternehmen verlegt werden, sind 100 % zulässig;
100 % für den Nennstrom des Auslösers eines Leistungsschalters mit nicht einstellbarer Sperrstromcharakteristik (unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen einer Abschaltung) – für Leiter aller Marken.

Reis. 1. Typisches Stromversorgungsschema eines Wohngebäudes

Stromversorgungsschema

Betrachten Sie einen typischen Stromkreis (Abb. 1), bei dem in der Regel ein separates Umspannwerk mit einer Schaltanlage 10(6)/0,4/0,23 kV als Stromversorgungsquelle dient. Am Eingang des Gebäudes ASU-0,4 / 0,23 kV. Der nächste Schritt ist eine Etagen-Gruppenschalttafel und der letzte Schritt ist eine Wohnungsschalttafel. Obenstehendes Schaltanlagen miteinander durch Leiter verbunden, deren minimal zulässige Querschnitte in den Anforderungen der PUE festgelegt sind. Die Nennströme von Geräten, die Drähte und Kabel vor Kurzschlussströmen und vor Überlast schützen, werden gemäß den Anforderungen der PUE ausgewählt.

Elektrische Brandbedingungen

Es stellt sich die Frage, ob sich elektrische Leitungen im Kurzschlussfall entzünden können, wenn die oben genannten und weitere erfüllt sind. PUE-Anforderungen? In Anbetracht dieser Problematik muss beachtet werden, dass die Zündung elektrischer Leitungen auftritt, wenn der Leiter je nach Art der Kabelisolierung eine bestimmte Temperatur erreicht. Es wird derzeit häufig verwendet, bei dem diese Temperatur gleich ist: Q \u003d 350 ° C.
Die Temperaturänderung des Leiters beim Fließen eines Kurzschlussstroms wird durch die Formeln beschrieben, die in angegeben sind. Unter Berücksichtigung einiger Merkmale, nämlich der kurzen Dauer des Kurzschlussstroms, auf die weiter unten eingegangen wird, kann in den betrachteten Fällen für Leiter mit Kupferleitern die folgende Formel verwendet werden:

wo Q con. und Q betteln. - jeweils die End- und Anfangstemperaturen des stromführenden Kerns des Leiters, О С;
k - Exponent:

(1a)

wobei t die Kurzschlussstromflusszeit s ist;
S - Leiterquerschnitt, mm 2;
- Joule-Integral oder Wärmeimpuls, kA 2 / s.

Im Allgemeinen enthält der Kurzschlussstrom periodische und aperiodische Komponenten, d. h.:

Wie die Analyse zeigt, ist der Einfluss der aperiodischen Komponente in diesem Fall jedoch aufgrund ihres schnellen Abklingens (Abklingzeitkonstante T 0,003 s) gering. Als Ergebnis der Integration über das Zeitintervall der Schutzausrüstung (0 - 0,02 s) erhalten wir:

wobei I d der Effektivwert der periodischen Komponente des Kurzschlussstroms ist.
Dann nimmt Formel (1a) die Form an:

(4)

Aus den obigen Formeln sehen wir, dass die Grenzwerte der Kurzschlussströme, bei denen es nicht zur Zündung des Leiters kommt, von seinem Querschnitt und der Kurzschlussausschaltzeit abhängen.

Reis. 2(a). Zeit-Strom-Kennlinien von Leistungsschaltern Typ LSN

Reis. 2(b). Zeit-Strom-Kennlinien von Leistungsschaltern Typ C 60a Merlin Gerin

Grenzwerte von Kurzschlussströmen und minimal zulässige Werte von Kurzschlussströmen

Bei der Analyse der Schutz-Zeit-Strom-Kennlinien von Leistungsschaltern (Abb. 2) beobachten wir zwei Bereiche: den Abschaltbetrieb zum Unterbrechen von Kurzschlussströmen und den Betrieb von thermischen Auslösern zum Schutz vor Überlastung. Die Ausschaltzeit wird in Hundertstel- und sogar Tausendstelsekunden gemessen, und die Auslösezeit des Überlastschutzes liegt zwischen mehreren Sekunden und mehreren Minuten. Es ist klar, dass Kurzschlüsse so schnell wie möglich durch Abschalten des Leistungsschalters unterbrochen werden sollten. Wird der Kurzschluss langsamer abgeschaltet als der wirkende Thermoschutz, kommt es unweigerlich zu einer Beschädigung benachbarter Leiter durch einen brennenden Lichtbogen, auf denen es in der Folge auch zu Kurzschlüssen kommt. In diesem Fall ist die Entstehung eines Brandes unvermeidlich.
Anhand der Empfindlichkeitsanforderungen können die Mindestwerte der Kurzschlussströme ermittelt werden, bei denen die Abschaltung automatischer Schalter zuverlässig funktioniert:

Ich kzmin. = Ich nom 2 5,

wo ich nom - Nennstrom der Maschine;
2 – Zuverlässigkeitsfaktor;
5 - die Vielfachheit des Abschaltbetätigungsstroms.

Um die maximal zulässigen Werte von Kurzschlussströmen zu bestimmen, bei denen es in der Verkabelung noch nicht zu einer Zündung kommt, verwenden wir die Formeln (1) und (2).
Wir akzeptieren die Anfangstemperatur des Leiters Q beg. \u003d 30 O С. Als letztes ist es erforderlich, eines zu verwenden, bei dem die Isolierung der elektrischen Leitungen ihre Eigenschaften noch nicht verliert und einen weiteren Betrieb ermöglicht. Bei Kabeln und Leitungen mit Kunststoffisolierung liegt diese Temperatur im Bereich von 160 – 250 °C. Nehmen wir den Durchschnittswert von Q con. \u003d 200 ° C:

Eine wichtige Rolle spielt die Reaktionszeit der elektromagnetischen Auslöser der Maschine im Kurzschlussfall. GOST R 5034599 sowie ähnliche ausländische Dokumente enthalten leider nur die Anforderung, dass die Wirkungszeit von Leistungsschaltern in der anfänglichen Abschaltzone (unverzögerte Auslösezeit) weniger als 0,1 s betragen sollte. Aus den Katalog-Zeit-Strom-Kennlinien der Automaten geht jedoch hervor, dass die Betriebszeit der Schalter tatsächlich viel kürzer ist. Bei Automaten der Typen LSN und C 60a beträgt diese Zeit also nicht mehr als 20 ms, bei hohen Vielfachen des Kurzschlussstroms sogar noch weniger (Abb. 2a und 2b). Bei einer Ausschaltzeit von 20 ms beträgt der maximal zulässige Wert des Kurzschlussstroms für einen Kupferleiter mit einem Querschnitt von 1,5 mm 2:

Durch die Festlegung der minimal zulässigen Querschnitte von Kupferleitern auf verschiedenen Stufen des Stromversorgungssystems (Tabelle 7.1.1), die durch die PUE geregelt werden, ist es möglich, die maximalen und minimalen Stromwerte auf anderen Stufen der Stromversorgung zu bestimmen Versorgungssystem in ähnlicher Weise. Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt. 1.

Tab. 1. Grenzwerte des Kurzschlussstroms in verschiedenen Phasen des Stromversorgungssystems

Es sei noch einmal betont, dass die maximal zulässigen Werte des Kurzschlussstroms maßgeblich von der Drehzahl des Leistungsschalters im Kurzschlussfall abhängen.

Wenn es notwendig ist, den minimal zulässigen Querschnitt eines Kabels oder einer Leitung für einen bestimmten Kurzschlussstrom und seine Abschaltzeit zu bestimmen, können Sie die Formel verwenden:

Einfluss der Leiterüberlastung

In den meisten Fällen kann es bei der Nutzung zusätzlicher Elektroheizgeräte in der kalten Jahreszeit, bei Unfällen in der Warmwasserbereitungsanlage etc. zu einer Überlastung des Stromnetzes im Wohnbereich kommen. Trotz der Tatsache, dass die internen Stromnetze von Wohn-, öffentlichen, Verwaltungs- und Wohngebäude müssen gemäß den Anforderungen der PUE vor Überlastung geschützt werden, Schutzvorrichtungen erlauben jedoch eine gewisse Überlastung der Leiter. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der zuverlässige Betrieb der Sicherungen bei Strömen über 1,6 I nom und bei Automaten - 1,45 I nom - erfolgt.
Wenn beispielsweise die Maschine anhand der Anforderungen des PUE ausgewählt wird, d. h. sein Nennstrom ist gleich dem langfristig zulässigen Strom des Leiters, dann kann dieser lange Zeit mit einer Belastung von 145 % arbeiten, ich füge hinzu., während seine Temperatur erreichen kann:

Q p \u003d Q o + (Q d - Q p) (I prev / I p) 2 \u003d 30 + (65 - 25) 1,45 2 \u003d 147 O С.

Dieser Wert liegt über der langfristig zulässigen Temperatur für Kabel mit Kunststoffisolierung, die nicht nur im PUE angegeben ist und 65 °C beträgt, sondern auch über der in GOST R 53769-2010 angegebenen und 70 °C.
Im Falle eines Kurzschlusses während einer längeren Überlastung überschreitet die Temperatur des Leiters den maximal zulässigen Wert von 350 °C und beträgt für S = 1,5 mm 2 bei I Kurzschluss = 1550 A (1):

Q con. \u003d 147 e k + 228 (e k - 1) \u003d 394 O С, wobei k \u003d 0,506.

Basierend auf den obigen Berechnungen und Analysen kommt man zu dem Schluss, dass, um eine mögliche Überschreitung der zulässigen Leitungstemperaturen bei Überlast und Kurzschlüssen auszuschließen, die Bemessungsströme der Schutzeinrichtungen etwas niedriger gewählt werden sollten, als von der PUE gefordert, da zum Beispiel für Leistungsschalter: I nom.aut. 80 % füge ich hinzu.
Besonderes Augenmerk legen wir auf die Tatsache, dass die aktuellen Anforderungen der PUE nicht dazu verpflichten, Leiter bis 1 kV auf thermische Beständigkeit gegenüber Kurzschlussströmen zu prüfen. In Bezug auf Wohn-, öffentliche, Verwaltungs- und Haushaltsräume Angesichts der möglichen schwerwiegenden Folgen ist es schwierig, dem zuzustimmen.

Realwerte der Kurzschlussströme im Stromversorgungskreis von Gebäuden

Kurzschlussströme im Stromversorgungssystem mit Spannungen bis 1 kV werden nach der in GOST 2824993 festgelegten Methodik berechnet. Die Berechnung gestaltet sich komplizierter als bei Netzen mit einer Spannung von 6–35 kV, was durch mehrere Umstände erklärt wird:

• die Notwendigkeit, nicht nur reaktive, sondern auch aktive Widerstände von Schaltungselementen zu berücksichtigen;
• die Notwendigkeit, den Widerstand von Kontaktverbindungen zu berücksichtigen;
• die Notwendigkeit, den Anstieg des aktiven Widerstands des Leiters mit zunehmender Temperatur zu berücksichtigen;
• die Notwendigkeit, den Widerstand des Lichtbogens zu berücksichtigen;
• das Fehlen genauer Daten zum Nullwiderstand einiger Elemente des Stromversorgungssystems (Kabel mit nicht leitendem Mantel, Leistungstransformatoren mit einem Y / Yn-, Y / Zn-Wicklungsanschlussschema).

Dies ist jedoch ein separates Diskussionsthema.
Wie gezeigt, können bei der Installation von Transformatoren mit einer Leistung von 630 kVA oder mehr in Umspannwerken die Kurzschlussströme am Verbraucher die in der Tabelle angegebenen Werte überschreiten. 1 ist der maximal zulässige Wert. Um Kurzschlussströme im häuslichen Stromnetz zu begrenzen, können Versorgungstransformatoren mit Y/Yn-Wicklungsanschlussschemata verwendet werden. Solche Transformatoren verfügen über erhöhte Nullwiderstände, die einphasige Kurzschlussströme reduzieren. In einigen Fällen ist es erforderlich, den Querschnitt der Leiter der internen elektrischen Verkabelung im Vergleich zum erforderlichen Querschnitt unter den Bedingungen der zulässigen Belastung und der in der angegebenen zulässigen Mindestwerte zu erhöhen PUE.

Aus alledem ergibt sich, dass selbst bei Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Anforderungen durch einen Kurzschluss in bestimmten Abschnitten der elektrischen Leitungen von Wohngebäuden Zündbedingungen geschaffen werden können. Allerdings wäre in diesem Fall der Kurzschluss selbst nicht als Brandursache zu qualifizieren. Die wahren Brandursachen sind entweder falsche technische Lösungen, unzureichende Zuverlässigkeit und Schnelligkeit der eingesetzten Schutzausrüstung, Überschreitung der Standardlebensdauer elektrischer Geräte usw.

SCHLUSSFOLGERUNGEN

1. Infolge von Kurzschlüssen mit erheblichen Kurzschlussströmen und unzureichender Geschwindigkeit der Schutzausrüstung besteht die reale Gefahr eines Brandes oder einer ernsthaften Verschlechterung der Isolierung der internen elektrischen Leitungen von Gebäuden.
2. Angesichts der besonderen Brandgefahr empfiehlt es sich, eine gesetzliche Vorschrift zur Durchführung einer Wärmewiderstandsprüfung elektrischer Leitungen in Wohngebäuden einzuführen.
3. Um eine Überlastung der internen Verkabelung zu vermeiden, müssen die Bemessungsströme der Schutzeinrichtungen unterhalb der dauerhaft zulässigen Ströme der geschützten Leiter gewählt werden.
4. Bei der Auswahl der Schutzeinrichtungen sollte besonderes Augenmerk auf zuverlässige automatische Schalter mit garantierter Geschwindigkeit im Bereich der unverzögerten Auslösung von 0,02 s oder weniger gelegt werden.

Im Artikel verwendete Literatur

1. Elektroinstallationsregeln, 6. und 7. Auflage.
2. Technisches Rundschreiben Nr. Ts0298(e) der Abteilung für Entwicklungsstrategie und Wissenschafts- und Technologiepolitik der RAO UES Russlands.
3. GOST R 5034599. Leistungsschalter zum Überstromschutz für häusliche und ähnliche Zwecke.
4. GOST 2824993. Kurzschlussströme in Elektroinstallationen. Berechnungsmethoden in elektrischen Anlagen für Wechselstrom mit einer Spannung bis 1 kV.
5. Fedorovskaya A.I., Fishman V.S. Leistungstransformatoren 10(6)/0,4 kV.