Неисправности электропроводки - перегрузка, короткое замыкание, старая изоляция. Задачи по электродинамике повышенной сложности

В случае если в электрической сети возникла перегрузка, это может в конечном счете привести к крайне негативным последствиям, например к сильному нагреванию кабеля или провода выше допустимой температуры. Как говорилось выше, для провода, снабженного резиновой или пластмассовой изоляцией, максимальная температура должна составлять 65 °С при достаточно длительной нагрузке. При этом допустимые нагрузки находятся в прямой зависимости от сечения проводника, его общей конструкции, условий, при которых происходит его охлаждение, а также технологии прокладывания.

Что происходит при перегрузке?

Из-за перегрузок очень быстро начинает стареть изоляция проводника. Она начинает трескаться и осыпаться. Особенно это относится к резине. Изоляционный слой, изготовленный из пластмассы, размягчается и начинает постепенно плавиться. Бумажная оплетка постепенно обугливается. Из-за того что происходит ослабление изоляционного слоя, может возникнуть короткое замыкание, происходящее между жилами проводника, проводящими электрический ток.

Что еще может привести к возникновению короткого замыкания?

Короткие замыкания могут быть вызваны самыми разными неполадками, например разного рода неисправностями выключателей и штепсельных розеток. Кроме того, оно возникает из-за не слишком прочного соединения в ответвительных коробках, механических повреждений изоляции и самого провода, неисправности различных бытовых приборов, которые не снабжены специальной системой защиты, например заземлением или занулением. Причин, из-за которых в электросети дома может возникнуть короткое замыкание, очень много.

Как защитить систему проводки от замыкания?

Для того чтобы электропроводка была хорошо защищена в случае возникновения нештатных ситуаций, существуют специальные аппараты защиты, которые автоматически отключают электрическую цепь в случае возникновения повреждений или замыканий, - так называемые пробочные предохранители, предохранители резьбовые автоматические и автоматические выключатели.

На какой срок с лужбы рассчитаны конструктивные элементы электропроводки?

Все составные части электропроводки (установочные изделия, провода, кабели, аппараты защиты, выключатели, розетки и т. д.) рассчитаны на достаточно значительный срок службы. Тем не менее с течением времени они начинают приходить в негодность. По этой причине элементы электропроводки необходимо время от времени осматривать и проверять. Лучше всего это делать 1 раз в 2 года в помещениях с нормальными условиями, а в остальных типах помещений такую проверку устраивают 1 раз в год. В случае обнаружения дефектов следует их незамедлительно устранить.

Из-за чего могут возникать неисправности элементов проводки?

Разного рода повреждения и неисправности электропроводки могут образовываться не только из-за неосторожного обращения, но и при физическом износе элементов системы.

Допустим, если у выключателя отломалась пружинящая контактная пластина, образовалась трещина в крышке, то его необходимо заменить в кратчайшие сроки.

Из-за чего может прийти в негодность штепсельная розетка?

В штепсельных розетках с течением времени происходит ослабевание пружин, которые плотно сжимают контактные гнезда. Из-за этого соединение получается не слишком прочным, начинает нагреваться, сами же контакты постепенно покрываются нагаром и начинают оплавляться. Для того чтобы работа штепсельного соединения была нормальной, нужно заменить пружины, установив новые таким образом, чтобы создавался прочный контакт вилок и штепсельных розеток. В случае если запасных пружин нет в наличии, то проще всего заменить всю конструкцию розетки, установив на ее место новую. Точно так же надо поступить и в том случае, если на основании или крышке наблюдаются трещины или сколы.

В некоторых случаях при вынимании вилки из штепсельной розетки выпадает из стены вся конструкция вместе с проводами. Оставлять ее в таком виде категорически запрещено.

Ни в коем случае нельзя вставлять розетку обратно в коробку, не произведя обесточивание сети, так как это может привести к травматизму. Когда будете устанавливать розетку в коробку, внимательно следите за тем, чтобы провода электропроводки не попали под распорные лапки.

Кроме того, винты крепления этих лапок нужно закручивать по очереди и равномерно.

Когда нужно вынуть вилку из розетки, ее следует придерживать рукой, чтобы по неосторожности она не выпала из своего гнезда. Это позволит в значительной степени увеличить срок службы такой розетки.

Как правильно производить осмотр квартирных щитков?

В первую очередь нужно осмотреть контакты в местах, где присоединяются провода. Если соединение окажется ненадежным, это может привести к тому, что провода на этом участке начнут сильно нагреваться, что, в свою очередь, приведет к разрушению изоляции и последующему искрению.

Если вы обнаружили подобный дефект, необходимо очистить этот участок от копоти и затянуть как можно туже.

Автоматические выключатели и плавкие вставки предохранителей в обязательном порядке должны соответствовать тем нагрузкам, которые приходятся на электропроводку вашей квартиры или дома. При этом на контактах предохранителей не должно наблюдаться пыли, грязи или окиси.

Что делать с неисправным аппаратом защиты?

Аппарат защиты не подлежит ремонту. Поэтому если у него поврежден корпус или он вообще перестал функционировать, его в обязательном порядке необходимо заменить. Если в квартирном щитке имеется шкаф, то на нем должен быть нормально работающий замок. Кроме того, должно быть предусмотрено тщательное уплотнение дверей. В подобных шкафах не рекомендуется хранить различные предметы.

При этом счетчики электричества не должны иметь повреждений. Шкафы, аппараты и счетчики должны своевременно очищаться от загрязнения и запыления, так как проникновение пыли под корпус подобных устройств может привести к тому, что они начнут неверно функционировать.

Что проверять при осмотре внутренней электропроводки?

Во время осмотра внутренней электропроводки нужно установить, насколько сильно натянуты и закреплены провода и кабели.

В случае если натяжение окажется слабым, то их нужно натянуть. Если же кабель или провод находится в незакрепленном положении, то его следует тщательно закрепить. Если в процессе осмотра вы обнаружите поврежденный участок проводки, то его необходимо заменить.

Точно так же поступают и с неисправными роликами, изоляторами, изоляционными трубками, фарфоровыми воронками и втулками.

Работы в этом случае нужно производить, руководствуясь нормами и правилами для проводки данного типа и способа прокладки.

Обычно меняют поврежденный участок проводки от ближайшей коробки ответвления до места повреждения. При этом новый участок провода нужно соединить в тех же точках проводки, где был подключен старый.

Как контролировать состояние наружной электропроводки?

При проведении осмотра наружной электропроводки и ввода ответвлений от воздушной линии следует обращать внимание на наличие ожогов, сколов или трещин на изоляторах. Также следует проверять уровень натяжения проводов, состояние опор. Кроме того, необходимо осматривать и воздушные линии на предмет того, не мешают ли ветви деревьев пролеганию проводов.

Как замерять степень изоляции проводов?

Примерно 1 раз в 3 года необходимо производить проверку изоляции сети мегомметром, напряжение которого должно составлять 500 или 1000 В.

Сопротивление нужно вымерять между каждыми двумя проводами при отключенной сети. В этом случае лампы необходимо вывинтить, а все выключатели установить во включенное положение. При этом минимальное сопротивление изоляции должно составлять 5 мОм.

Когда вы будете проверять уровень сопротивления изоляции, то обязательно обращайте внимание на то, исправны ли заземляющие провода. В случае если сопротивление изоляции будет составлять менее 5 мОм, необходимо выяснить причину данного дефекта, а затем устранить его.

Как узнать, что электропроводке требуется капитальный ремонт?

В ходе выполнения проверки электропроводки смотрят на ее общее состояние, на состояние проводов и кабелей, крепежных изделий. Исходя из этого, принимают решение о капитальном ремонте. О том, что этот ремонт необходим, вам скажут несколько факторов:

Сопротивление изоляции проводки составляет менее 5 мОм, при этом утечка тока находится На уровне 20 мА;

Механическая прочность изоляционного слоя находится на достаточно низком уровне - растрескавшаяся, высохшая, хрупкая, начавшая осыпаться;

Перегревание проводов и кабелей, а также их соединений при нагрузках, находящихся в пределах номинальных.

Когда вы будете производить осмотр электропроводки и электроустановок, тем более при проведении их ремонта, вам нужно в обязательном порядке следовать правилам техники безопасности.

Физика на 100 Электродинамика Гойхман ГС

Задача 1. (Олимпиада «Физтех-2008»). В цепи, показанной на рисунке, ёмкости конденсаторов равны C и 2C. Конденсатор ёмкостью C заряжен до напряжения U 0 , конденсатор ёмкостью 2C не заряжен. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа?

Решение. До замыкания ключа энергия схемы была сосредоточена в конденсаторе С и равна , а заряд на нём равен . После замыкания ключа этот заряд перераспределится между конденсаторами так, что напряжение на них выровняется, то есть . Отсюда . Перетекание заряда (ток) привело не только к перераспределению первоначальной энергии W 1 конденсаторами, но и к выделению тепла в резистореW 1 = W 2 + Q , где - энергия двух конденсаторов. Отсюда .

Ответ:

Задача 2. В цепи, показанной на рисунке, ёмкость каждого конденсатора равна C. Левый конденсатор заряжен до напряжения U 0 , а правый до напряжения 3U 0 . Верхние обкладки конденсаторов имеют противоположные заряды. Найдите U 0 , если известно, что в резисторе после замыкания ключа выделилось количество теплоты Q.

Решение. До замыкания ключа энергия, запасённая в схеме, равна , а после замыкания - , где U 1 - напряжение на конденсаторах, которое найдем, используя закон сохранения заряда. С учётом зарядов противоположного знака до замыкания ключа . Отсюда, . По закону сохранения энергии . Отсюда

или

откуда

.

Ответ:

Задача 3. Источник тока с ЭДС , резистор с большим сопротивлением R и конденсатор ёмкостью C подключены последовательно друг с другом через ключ K (см. рисунок). Вначале ключ разомкнут и конденсатор не заряжен. Найдите количество теплоты, которое выделится в цепи после замыкания ключа в процессе зарядки конденсатора.

Решение. После замыкания ключа на конденсаторе накопится заряд , а энергия будет . При этом источник тока совершит работу . Так как , то по закону сохранения энергии . Отсюда или . И, наконец, .

Ответ:

Задача 4. , подключается через резистор с большим сопротивлением R к батарее с ЭДС (см. рисунок). Определите количество теплоты, которое выделится в цепи при зарядке конденсатора до напряжения .

Решение. , а энергия - . После замыкания ключа полярность заряда конденсатора осталась прежней, но заряд увеличился при энергии . По закону сохранения энергии

.

Отсюда

.

И, наконец,

Ответ:

Задача 5. Конденсатор ёмкостью C, заряженный до напряжения , разряжается через резистор с большим сопротивлением R и батарею с ЭДС (см. рисунок). Найдите количество теплоты, выделившейся при разрядке конденсатора.

Решение. До замыкания ключа на конденсаторе был накоплен заряд , а энергия - . После замыкания ключа полярность заряда конденсатора осталась прежней, но заряд уменьшился при энергии . Источник тока при этом совершил работу . По закону сохранения энергии

.

Отсюда

.

И, наконец,

Ответ:

Задача 6 (Олимпиада «Физтех-2015»). В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, все элементы идеальные, их параметры указаны. До замыкания ключа ток в цепи отсутствовал. Ключ на некоторое время замыкают, а затем размыкают. За время, пока ключ был замкнут, через резистор 2R протек заряд q 0 . После размыкания ключа через тот же резистор протек заряд 2q 0 .

Найдите ток через источник сразу после замыкания ключа.

Найдите количество теплоты, которое выделилось в цепи после размыкания ключа.

Найдите количество теплоты, которое выделилось в цепи при замкнутом ключе.

Решение. При решении задач, подобных этой надо понимать, что между пластинами (обкладками) конденсатора ток течь не может (там хороший диэлектрик). Напротив, если на подводящих проводах создать разность потенциалов, то электроны, как носители электрического заряда в металлических проводниках, придут в движение. При этом на пластинах накапливаются заряды противоположного знака. Происходит это не мгновенно, а с течением времени, зависящего от ёмкости конденсатора и сопротивления резисторов в подводящих цепях. В схеме на рисунке изначально, судя по условию задачи, конденсатор не заряжен. Потенциалы его пластин одинаковы и равны нулю. Поэтому сразу после замыкания ключа тока через резистор 2 R нет, так как напряжение на нём, как и на конденсаторе, равно нулю. Ясно, что ток через источник после замыкания ключа равен . Так как после размыкания ключа через резистор 2 R протекает заряд 2q 0 , то именно этот заряд и был накоплен на конденсаторе, пока ключ был замкнут. Следовательно, на конденсаторе накопленная энергия равна , которая после размыкания ключа выделится в виде теплоты. С другой стороны, пока ключ был замкнут через резистор 2 R протёк заряд q 0 . Таким образом, при замкнутом ключе из источника вытек заряд 2q 0 +q 0 =3q 0 , и по закону сохранения энергии работа сторонних сил источника тока равна накопленной на конденсаторе энергии теплу, выделившемуся на обоих резисторах, то есть . Отсюда .

Ответ : , ,

Задача 7 (Олимпиада «Физтех-2015»). В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, все элементы идеальные, их параметры указаны. До замыкания ключа ток в цепи отсутствовал. Ключ на некоторое время замыкают, а затем размыкают. Сразу после замыкания ключа ток через резистор 2R равен I 0 . Сразу после размыкания ключа ток через этот же резистор равен 2 I 0 .

1) Найдите количество теплоты, которое выделится в цепи после размыкания ключа.

2) Найдите ток, текущий через источник непосредственно перед размыканием ключа.

3) Найдите заряд, протекший через резистор 2R при замкнутом ключе.

Решение. При решении задач подобного типа надо знать, что «идеальность» катушки означает, что сопротивление её проводов пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением резисторов на схеме. Решающим является также тот факт, что при замыкании-размыкании ключа сила тока через катушку некоторое время (пусть и небольшое) будет изменяться, несмотря на питание источником постоянного тока. Это связано с явлением самоиндукции. В данном случае при замыкании ключа ток в катушке нарастает постепенно, а при размыкании ключа ток уменьшается также постепенно. Итак, если сразу после размыкания ключа ток через катушку равен 2 I 0 , то непосредственно перед этим ток в катушке был также 2 I 0 . Значит, в катушке к этому моменту времени была накоплена энергия магнитного поля .Эта энергия и выделится в виде тепла в цепи после размыкания ключа. C разу после замыкания ключа ток через катушку отсутствует. Это означает, что из источника вытекает ток I 0 . Следовательно, ЭДС индукции источника тока . Для контура, состоящего из источника, резисторов R и 2 R , закон Ома для момента «перед размыканием» запишется в виде . С учётом найденного значения ЭДС имеем . Отсюда , далее . И, наконец, . Теперь рассмотрим контур, содержащий катушку L и резистор 2 R . Закон Ома для этого контура запишется в виде . Здесь необходимо пояснение. Справа стоит нуль, так как в контуре отсутствует источник ЭДС. Слева первое слагаемое - это падение напряжения на резисторе. Второе слагаемое - падение напряжения на катушке. Почему в таком виде? Да потому что сопротивление катушки равно нулю (см. первый абзац) и ЭДС самоиндукции (ток меняется!) компенсирует падение напряжения (знак «минус» в скобках). Преобразуем это выражение . За всё время пока ключ был замкнут изменение тока в катушке , а равно заряду q , протекшему за это время через резистор 2 R . Поэтому .

Ответ:

С

Задача 8 (Олимпиада «Физтех-2014»). В схеме, показанной на рисунке, все элементы можно считать идеальными, параметры элементов указаны на рисунке. До замыкания ключа конденсатор был заряжен до напряжения . Ключ замыкают.

Найдите максимальный ток в цепи.

Найдите ток в момент, когда заряд на конденсаторе равен нулю

Решение. При замыкании ключа в контуре начинается колебательный процесс. Так как ЭДС индукции в катушке пропорциональна скорости изменения силы тока, то при максимальном токе напряжение на катушке равно нулю. Значит для ответа на первый вопрос учтём, что на конденсаторе в этот момент будет напряжение . Если до замыкания ключа на левой пластине был заряд , то после замыкания через некоторое время на левой пластине заряд будет . Поэтому работа сторонних сил за это время равна . Энергия до замыкания ключа была сконцентрирована в конденсаторе , а после - в конденсаторе и в катушке . По закону сохранения энергии . Отсюда . После упрощения получим и, наконец, .

Для ответа на второй вопрос будем иметь в виду, что энергии в конденсаторе нет, а в катушке равна . Опять же по закону сохранения энергии имеем . В данном случае . Тогда . Отсюда . И, наконец, .

Ответ: ;

Задача 9 (ЕГЭ-2012) Источник постоянного напряжения с ЭДС 100 В подключён через резистор к конденсатору, расстояние между пластинами которого можно изменять (см. рисунок). Пластины раздвинули, совершив при этом работу 90 мкДж против сил притяжения пластин. На какую величину изменилась ёмкость конденсатора, если за время движения пластин на резисторе выделилось количество теплоты 40 мкДж? Потерями на излучение пренебречь.

Решение. Вначале энергия конденсатора равна , а после того, как пластины раздвинули, стала равна . Понятно, что ёмкость уменьшается . При этом была совершена работа A внешними силами против сил притяжения пластин и работа сторонних сил в источнике тока , так как в процессе изменения ёмкости в источнике протёк заряд . По закону сохранения энергии или . С учётом того, что , а , получим или .

Откуда . И, наконец,

Ответ:

Задача 10 (Олимпиада «Физтех-2002»).

Плоский конденсатор, квадратные пластины которого имеют площадь S и расположены на расстоянии d , полностью заполнен твердым диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε (см. рис.). Конденсатор подсоединен к батарее, ЭДС которой равна Диэлектрическую пластину выдвигают из конденсатора. На какое расстояние х выдвинута пластина, если при этом внешними силами совершена работа А ? Внутренним сопротивлением батареи пренебречь.

В этой статье хотелось бы поговорить о некоторых неисправностях в электропроводке , которые могут обязательно возникнуть во время её эксплуатации. Зная о данных неисправностях более детально, вы сможете их самостоятельно устранить или хотя бы их определить.

П ерегрузка в электрической сети

Если в вашей электрической сети () возникла перегрузка (повышенное напряжение или сила тока), то это может привести к очень нежелательным последствиям, например, к сильному нагреванию кабеля или провода. Для провода, снабженного резиновой или пластмассовой изоляцией, максимальная температура должна составлять 65 °С при длительной нагрузке. При этом допустимые нагрузки напрямую зависят от сечения проводника, его общей конструкции, условий, при которых происходит его охлаждение, а также технологии его прокладывания.

Что происходит при перегрузке? Из-за частых перегрузок начинает стареть изоляция проводника. Она трескается и осыпается. Особенно это касается резины. Изоляционный слой, изготовленный из пластмассы, размягчается и начинает постепенно плавиться. Бумажная оплетка постепенно обугливается. Из-за нарушения изоляции может возникнуть короткое замыкание, происходящее между жилами проводника, проводящими электрический ток.

Для того чтобы электропроводка была хорошо защищена в случае возникновения нештатных ситуаций, существуют специальные аппараты защиты, которые автоматически отключают электрическую цепь в случае возникновения перегрузок или замыканий, — так называемые пробочные предохранители, предохранители резьбовые автоматические и .

Срок службы конструктивных элементов электропроводки

Все составные части электропроводки (установочные изделия, провода, кабели, аппараты защиты, выключатели, розетки и т. д.) рассчитаны на достаточно значительный срок службы. Тем не менее с течением времени они начинают приходить в негодность. По этой причине элементы электропроводки необходимо время от времени осматривать и проверять. Лучше всего это делать 1 раз в 2 года в помещениях с нормальными условиями, а в остальных типах помещений такую проверку устраивают 1 раз в год. В случае обнаружения дефектов следует их незамедлительно устранить.

Квартирный электрощит

Обязательно постоянно осматривайте контакты в местах, где присоединяются провода. Если соединение окажется ненадежным, это может привести к тому, что провода в этом месте начнут сильно нагреваться, что, в свою очередь, приведет к разрушению изоляции и последующему искрению. Если вы обнаружили подобный дефект, необходимо очистить этот участок от копоти и затянуть как можно туже. Автоматические выключатели и плавкие вставки предохранителей в обязательном порядке должны соответствовать тем нагрузкам, которые приходятся на электропроводку вашей квартиры или дома. При этом на контактах предохранителей не должно наблюдаться пыли, грязи или окиси.

Неисправный аппарат защиты

Аппарат защиты (автомат, реле и т.д.) не подлежит ремонту. Поэтому если у него поврежден корпус или он вообще перестал функционировать, его в обязательном порядке необходимо заменить. не должны иметь повреждений. Шкафы, аппараты и счетчики должны своевременно очищаться от загрязнения и запыления, так как проникновение пыли под корпус подобных устройств может привести к тому, что они начнут неверно функционировать.

Осмотр внутренней электропроводки

Во время осмотра внутренней электропроводки нужно установить, насколько сильно натянуты и закреплены провода и кабели. В случае если натяжение окажется слабым, то их нужно натянуть. Если же кабель или провод находится в незакрепленном положении, то его следует тщательно закрепить. Если в процессе осмотра вы обнаружите поврежденный участок проводки, то его необходимо заменить. Точно так же поступают и с неисправными роликами, изоляторами, изоляционными трубками, фарфоровыми воронками и втулками. Работы в этом случае нужно производить, руководствуясь нормами и правилами для проводки данного типа и способа прокладки. Обычно меняют поврежденный участок проводки от ближайшей коробки ответвления до места повреждения. При этом новый участок провода нужно соединить в тех же точках проводки, где был подключен старый.

Состояние наружной электропроводки

При проведении осмотра наружной электропроводки и ввода ответвлений от воздушной линии следует обращать внимание на наличие ожогов, сколов или трещин на изоляторах. Также следует проверять уровень натяжения проводов, состояние опор. Кроме того, необходимо осматривать и воздушные линии на предмет того, не мешают ли, например, ветви деревьев пролеганию проводов.

Замер степени изоляции проводов

Примерно 1 раз в 3 года необходимо производить проверку изоляции сети мегомметром, напряжение которого должно составлять 500 или 1000 В. Сопротивление нужно вымерять между каждыми двумя проводами при отключенной сети. В этом случае лампы необходимо вывинтить, а все выключатели установить во включенное положение. При этом минимальное сопротивление изоляции должно составлять 5 мОм. Когда вы будете проверять уровень

Страница 28 из 42

Понижение сопротивления изоляции рельсовой линии является причиной большей части отказов рельсовой цепи. Наиболее массовым явлением остается повреждение изоляции на стрелках и в изолирующих стыках. Нарушение изоляции в изолирующем стыке происходит из-за нарушения торцовой изоляции при сгоне стыка в жаркую погоду и из-за разрушения боковой фибры, продавливания втулок и шайб.

Многолетний опыт эксплуатации изолирующих стыков показал, что они имеют ограниченный срок службы, особенно в условиях интенсивности движения. Если принять, что изолирующий стык в среднем выдерживает суммарную нагрузку от прохода поездов общим весом А млн. т, то средний срок службы изолирующего стыка Т, установленного на однопутном перегоне, приближенно может быть определен по формуле

Гдесредняя весовая норма на участке соответственно для пассажирских и грузовых поездов, т;- среднее число пар поездов в сутки cooтветственно пассажирских и грузовых.
Такой оценкой не учитываются скорость поездов, климатические особенности участка, качество содержания пути (подбивка стыковых шпал и др.), а также соблюдение технологии при сборке изолирующего стыка. Последний фактор оказывает особенно большое влияние на срок службы стыка. Наиболее характерные нарушения технологии установки изолирующего стыка заключаются в том, что при большом зазоре в стыке отверстия в накладках не совпадают полностью с отверстиями в рельсе, при этом болт нередко загоняется кувалдой и изоляция, естественно, нарушается.
Пониженное сопротивление изоляции рельсовых цепей вызывается также загрязненным балластом или гнилыми шпалами и проявляется более сильно в сырую погоду.
Кратковременное замыкание рельсовых цепей посторонними предметами обычно связано с производственной деятельностью электромонтеров пути и наблюдается чаще всего при выполнении ими таких производственных операций, как замена рельсов (замыкание снимаемым или устанавливаемым рельсом), разгонка изолирующего стыка (замыкается разгоняемый стык), замена стрелочного перевода, проезд дефектоскопной тележки с неисправной изоляцией, проезд по изолирующему стыку модерона с малой скоростью (замыкание происходит на электрифицированном участке или на внутреннем стыке стрелочной секции), работа путейских электроагрегатов с неисправной изоляцией проводов, замена шпал и перешивка пути (замыкание инструментом).
Кратковременные замыкания рельсовой цепи работниками пути не требуют для своего обнаружения специальных методов поиска или соответствующих приборов, трудность заключается только в том, чтобы лицо, производившее ту или иную работу, само подтвердило факт замыкания с тем, чтобы причина была окончательно выяснена.
При коротких замыканиях, носящих постоянный или периодический характер, отыскание точного места замыкания может представлять значительные трудности, особенно в разветвленных рельсовых цепях. Для того, чтобы определить место замыкания, пользуются вольтметром или амперметром на низких пределах измерения, при этом релейная нагрузка должна быть отключена. Выполнив ряд последовательных измерений (рис. 39), можно установить с высокой точностью то место в рельсовой цепи, где напряжение перестает уменьшаться. Оно и будет определять место короткого замыкания. Погрешность такого метода зависит от чувствительности измерительного прибора, состояния балласта вдоль всей длины рельсовой цепи и точности проводимых измерений.
Отыскание места короткого замыкания в рельсовой цепи значительно упрощается при пользовании индукционной катушкой. Большое распространение получили короткоискатели с индукционной катушкой типа ИРЦ-58, разработанные КБ ЦШ, а также многочисленные варианты этих приборов, изготовляемые непосредственно дистанциями. Одна из наиболее удачных рационализаторских конструкций короткоискатели - прибор, выполненный в виде трубки с головным телефоном, причем катушка, усилитель и источник питания размещены в самой трубке.
Наряду с приборами, в которые входит усилитель, можно применять и катушку без усилителя с чувствительным стрелочным индикатором (рис. 40). Отсутствие усилителя позволяет обходиться без источника питания, но зато чувствительность прибора значительно снижается.



Рис. 39. Поиск места короткого замыкания с помощью вольтметра



Рис. 40. Схема простейшего короткоискателя

Индукционная катушка (число витков 24 000), накладываемая на рельс, дает возможность проверить, протекает литок по рельсу, изолирующему стыку, гарнитуре стрелки и т. д. Так проверяется цепь переменного тока или импульсная цепь постоянного тока. Чтобы проверить цепь непрерывного постоянного тока, рекомендуется временно отключить аккумулятор, при этом вследствие пульсации выпрямленного тока от БАК в катушке будет наводиться э.д.с.
Индикатор отыскания повреждения рельсовых цепей ИО-1 дает возможность проверять рельсовую цепь, используя головной телефон или выносной милливольтметр (Ц4380, Ц56/1). Схема индикатора практически та же, что и в приборе, первоначально разработанном КБ ЦШ. Большая чувствительность достигается благодаря увеличению напряжения питания (до 3,7-4,5 В) и применению высокоомного телефонного капсюля вместо встроенного стрелочного индикатора. Прибор ИО-1 выполнен в виде трубки с рукояткой и дополнительно снабжен контрольной лампой, с помощью которой определяется место полного обрыва рельсовой цепи.
На Алма-Атинской дороге применяют индикатор короткого замыкания вместо индикатора ИРЦ-68, имеющего ряд существенных недостатков: малую чувствительность (при токе в рельсах 2 А показания индикатора составляют всего 0,2 мА; вся шкала 5 мА); зависимость чувствительности от температуры окружающей среды; отсутствие избирательности по отношению к частоте 25 Гц, что делает его непригодным для применения на участках железной дороги; оборудованных электротягой переменного тока.
В разработанном индикаторе чувствительность увеличена благодаря применению большего числа каскадов усиления (при токе в рельсах 2 А показания индикатора 3,6 мА), а применение кремниевых транзисторов с различной проводимостью и каскадов усиления с отрицательной обратной связью и непосредственным включением позволило применять индикатор в широком диапазоне температур. Высокая избирательность достигнута благодаря усовершенствованию приемной катушки и включению между каскадами усилителя двух Т-образных фильтров, настроенных на частоту подавления 50 Гц. Таким образом, при тяговом токе в рельсах 100 А показания индикатора составляют всего 0,6 мА. В схему индикатора введен резистор, изменением сопротивления которого можно менять положение рабочей точки на входной характеристике первого транзистора. Это позволяет увеличить чувствительность индикатора при более низкой температуре окружающей среды или уменьшить ее, компенсируя уровень помех, регистрируемых микроамперметром. Конструктивно такой индикатор выполнен в корпусе индикатора ИРЦ-68 с использованием тех же микроамперметра, источника питания и переключателя. Полностью переделывают печатную плату, добавляют резистор с переменным сопротивлением. Индикаторы изготавливают для участков железных дорог с автономной тягой и электротягой переменного тока.
Чтобы проверить изоляцию на коротких (стрелочных) рельсовых цепях, требуется проводить измерения на более высоких частотах, при этом изолирующие стыки, расположенные вблизи места измерения, не влияют на результаты.
Так, на Алма-Атинской дороге применяют индикатор, позволяющий обнаружить частичный или полный пробой изоляции между элементами изолирующих стыков. Действие его основано на измерении падения напряжения на испытуемом участке изолирующего стыка, через который пропускается ток высокой частоты (20 - 25 кГц).
Использование тока высокой частоты исключает влияние индикатора на работу рельсовых цепей, делает его пригодным для рельсовых цепей с различными токами питания. Прибор состоит из задающего генератора, собранного на интегральной микросхеме К155ЛАЗ; усилителя мощности; узла индикации, включающего в себя резонансный усилитель с большим затуханием на частоте 50 Гц и его гармонических составляющих; микроамперметра. Шкала микроамперметра разделена на секторы "В норме" - "Не в норме".
Перед пользованием индикатор калибруют с помощью резистора с переменным сопротивлением установкой стрелки микроамперметра на конечную отметку шкалы, при этом измеряют сопротивление калибровочного резистора, встроенного внутри индикатора. К испытательному участку изолирующего стыка индикатор подключают с помощью коротких проводов сечением не менее 0,75 мм2, заканчивающихся заостренными наконечниками. Все устройство вместе с батареей 3336Л размещено в корпусе индикатора ИРЦ-68. При этом сопротивление балласта измеряется по схеме, приведенной на рис. 41, и определяется как Rб = R/401, где R - показание прибора в омах.
Для измерения сопротивления изоляции рельсовой цепи широко применяется разработанный КБ ЦШ прибор ИСБ-1 (рис. 42), использующий частоту 5 кГц. Прибор дает возможность без выключения рельсовой цепи проверить ее изоляцию, если расстояние между изолирующими стыками не менее 200 м.

Широкое распространение рельсовых цепей на частоте 25 Гц вызвало необходимость модернизации существующих короткоискателей и создания новых конструкций и схем. Наиболее простой способ использования существующего короткоискателя в рельсовой цепи переменного тока любой частоты предложен на Северо-Кавказской дороге и заключается в преобразовании непрерывного сигнального тока рельсовой цепи в импульсный. Для этой цели в цепь первичной обмотки путевого трансформатора вместо предохранителя включается на время отыскания короткого замыкания стартер от люминесцентной лампы, конструктивно выполненный на базе стандартного бананового предохранителя.
Чувствительность короткоискателя при импульсном питании рельсовой цепи значительно возрастает и практически не зависит ни от частоты сигнального тока, ни от напряжения помех тягового тока.
При отыскании повреждений рельсовой цепи и в процессе профилактики наибольшие затраты времени приходятся на определение нарушенной изоляции на стрелке и в стыке. В своей практике электромеханики применяют много разнообразных методов этой проверки. Целесообразно рассмотреть эти методы с точки зрения их эффективности. Наиболее широко распространены методы проверки, цель которых установить является ли проверяемый изолирующий стык причиной ложной занятости рельсовой цепи. При этом следует иметь в виду, что ложная занятость при пробое одного изолирующего стыка может наступить только в том случае, когда этот стык является внутренним стыком разветвленной рельсовой цепи или же разграничивает две любые рельсовые цепи электрифицированного участка. Максимальное сопротивление изолирующего стыка, при котором наступает ложная занятость, может колебаться от десятых долей ома до нескольких омов в зависимости от типа рельсовой цепи, ее регулировки, состояния балласта, места расположения стыка и т. д.






Рис. 41. Схема измерительного прибора ИСБ-1
Рис. 42. Схема измерения сопротивления изоляции в рельсовой цепи на частоте 20 кГц

Рис. 44. Схема определения исправности изолирующего стыка

Рис. 43. Схема проверки исправности изолирующего стыка с дроссель-трансформатором

Наиболее простой способ определения неисправного стыка - измерение падения напряжения на нем вольтметром. Полное отсутствие отклонения стрелки вольтметра на шкале 0,3 В почти всегда свидетельствует о пробое стыка, однако небольшое отклонение стрелки вовсе не означает, что стык исправен, так как при определенных условиях переходное сопротивление в стыке даже менее 1 Ом может создавать значительное падение напряжения. Поэтому такой способ проверки часто вводит электромеханика в заблуждение и не может быть рекомендован для применения.
При электротяге постоянного тока проверка изолирующего стыка, по обе стороны которого подключены обмотки дроссель-трансформаторов, может проводиться сравнением напряжения переменного тока на двух полуобмотках любого из дроссель-трансформаторов (рис. 43). Если сопротивление стыка понизится до 1 Ом или еще ниже, то напряжение U1 будет меньше, чем U2, по крайней мере, на 10-20 %: при полном пробое стыка - соответственно на 50 % и более. Напряжение на полуобмотке дроссель-трансформатора, примыкающей к неисправному стыку, уменьшается от того, что параллельно ей подключается полуобмотка второго дроссель-трансформатора, а также в связи с протеканием по ней части тока в противофазе от соседней рельсовой цепи.
В тех случаях, когда пробой одного изолирующего стыка не приводит к ложной занятости рельсовой цепи (стыки, разделяющие рельсовые цепи на неэлектрифицированном участке), неисправный стык можно определять по схеме, приведенной на рис. 44. Для этого вольтметр подключают между цепями рельсов и кратковременно соединяют рельсы по диагонали. Если в момент наложения перемычки показание вольтметра уменьшается, то это свидетельствует о неисправности стыка 1. Для проверки стыка 2 перемычку накладывают по другой диагонали.
Обычно таким способом можно выявить стык с сопротивлением не выше 3-5 Ом. При достаточно высоком сопротивлении балласта так можно выявить и стык со значительно большим сопротивлением, но для этого надо отключить нагрузку релейного конца.
Хорошие результаты дает способ проверки исправности стыка, используя упоминавшуюся выше индукционную катушку.
В тех случаях, когда стык проверяется при отыскании самоустранившегося повреждения (перемежающийся отказ) или в порядке профилактики, описанные выше методы не дают положительного эффекта, так как в этих случаях переходное сопротивление стыка измеряется не десятыми долями ома, а единицами, десятками омов и выше. Поэтому задача заключается в том, чтобы не только проверить годность стыка, но и измерить его фактическое сопротивление. Наиболее простой метод измерения сопротивления изолирующего стыка - это измерение на постоянном токе по методу вольтметра-амперметра (рис. 45, а). Обычно пользуются источником питания с напряжением, превышающим напряжение рельсовой цепи более чем в 10 раз.

Рис. 45. Схемы измерения сопротивления изолирующего стыка (рельсовая цепь показала ее эквивалентной схемой)
Таким образом, переменное сопротивление Rо можно отградуировать непосредственно в единицах сопротивления изолирующего стыка. Описанная измерительная схема КБ ЦШ достаточно проста и не требует источников питания, однако ее применение возможно только для измерения сопротивления стыков на участках с электротягой или внутренних стыков стрелочных секций.



Рис. 46. Схема проверки сопротивления изоляции "рельс-накладка"

Универсальная измерительная схема (рис. 45, в) пригодна для измерения сопротивления любых изолирующих стыков. В схеме применяется генератор звуковой частоты с мощным выходом, который способен сохранять постоянство напряжения на выходе при нагрузке не менее 10 Ом; приемник, включающий в себя катушку индуктивности, полосовой фильтр, усилитель и измерительный прибор. Шкала прибора может быть отградуирована непосредственно в омах, исходя из соотношений:

где U - показание прибора; К - коэффициент пропорциональности; U = U - напряжение генератора (U = const).
Опыт эксплуатации рельсовых цепей показывает, что наиболее характерным отказом изолирующего стыка с металлическими накладками является нарушение боковой изоляции или изоляции в болтах накладок (шайбы, втулки). Поэтому в последнее время состояние изолирующих стыков контролируется главным образом осуществлением измерения "рельс-накладка". Описанные выше способы измерения сопротивления всего изолирующего стыка целесообразно применять при аналогичных измерениях изоляции в стяжной полосе или в других местах, где предусмотрена только односторонняя изоляция.
Для измерения переходного сопротивления рельс-накладка могут быть использованы те приборы и измерительные схемы из описанных выше, у которых предусмотрен автономный источник питания. Сюда относятся омметр с внешней батареей, прибор ИСВ-1, измерительные схемы, приведенные на рис. 44. Для этой же цели иногда применяют мегаомметры М110-1М. Чтобы оценить состояние изоляции "рельс-накладка", можно использовать тот же метод, что применяется при проверке изоляции всего стыка целиком, т. е. с фиксацией изменения напряжения между рельсовыми нитями в момент соединения накладки с противоположным рельсом (рис. 46).



Рис. 47. Схема проверки сопротивления изоляции "рельс-накладка" при проходе поезда

На Юго-Западной дороге предложен способ выявления сообщения "рельс-накладка" в динамическом режиме при проходе колесной пары по изолирующему стыку. Для этой цели изготовлен прибор (рис. 47), действие которого основано на применении реле датчика Р (типа РП7). Ток срабатывания устанавливается исходя из заданного нормативного значения сопротивления "рельс -накладка". В случае понижения сопротивления между рельсом и накладкой в момент прохода поезда реле срабатывает по обмотке 1-2 и блокируется по обмотке 3-4, включая контрольную лампу (2,5 В, 0,15 А). В связи с большими затратами времени на ожидание поезда профилактическая проверка стыков на одностороннее сообщение с помощью такого прибора, очевидно, нецелесообразна. Однако при отыскании зафиксированного перемежающегося отказа динамический метод контроля может применяться для выявления точного места перемежающегося сообщения. В схеме на рис. 48 R1 - 2,7 кОм, R2 - 2 кОм, R3 - 100 Ом, С- 100 мкФ.
Изоляцию всех накладок по отношению к рельсам можно проверить, проводя измерения в соответствии с табл. 18. Аналогично проверяется изоляция стрелочной гарнитуры, при этом перемычки накладывают поочередно "гарнитура-левый рельс" и "гарнитура-правый рельс", а вольтметр постоянно включен между рельсовыми нитями. Сопротивление "рельс-накладка" также можно измерить вольтметром без специального источника питания. Для этого на каждом стыке выполняют пять измерений (рис. 48, а), а соответствующие сопротивления рассчитывают по формулам:

Таблица 18

Измеряемое сопротивление	Точки подключения вольтметра	Подключение перемычки	Измеряемое сопротивление	Точки подключения вольтметра	Подключение перемычки

Чтобы иметь возможность определить сопротивление, измеряемое десятками, сотнями и тысячами омов, внутреннее сопротивление вольтметра удобно принимать равным 100 Ом (резистор сопротивлением 100 Ом включается параллельно вольтметру). При этом с достаточной точностью можно пользоваться любым вольтметром, в частности Ц4380 на любой шкале, кроме шкалы 0,3 В. Такой способ может применяться для измерения переходного сопротивления "рельс-накладка" во всех изолирующих стыках на электрифицированном участке или же во внутренних стыках стрелочных секций неэлектрифицированных участков.
Для того чтобы пользоваться этим способом на стыках, разделяющих рельсовые цепи неэлектрифицированного участка, следует противоположный стык дополнительно зашунтировать резистором сопротивлением около 10 Ом (рис. 48, б). Точно таким же методом, трижды измерив, можно определить сопротивление изоляции гарнитуры стрелки, выполнив расчет по формулам:



где R , R - сопротивление изоляции гарнитуры соответственно по отношению к правому и левому рельсам; г - внутреннее сопротивление вольтметра с параллельным сопротивлением; V - напряжение между нитями рельсов; U - падение напряжения соответственно между гарнитурой и левым рельсом и гарнитурой и правым рельсом.

Рис. 48. Схемы измерения сопротивления изоляции "рельс-накладка" на электрифицированном (с) и неэлектрифицированном (б) участках

Рис. 49. Распределение значений сопротивления односторонней изоляции



В результате проведенных таким образом измерений на Прибалтийской дороге были получены распределения значений сопротивления односторонней изоляции стрелочной гарнитуры (рис. 49, кривая 1) и односторонней изоляции "рельс- накладка" (кривая 2) изолирующего стыка. Как видно из приведенных кривых, сопротивление изоляции стрелочной гарнитуры в сухую погоду в основном составляет 0,1-2 кОм, а односторонней изоляции накладки изолирующего стыка может достигать 100 кОм, хотя у 15 % накладок эта величина не превышает 1 кОм, а у 7 % всех измеренных накладок - 0,2 кОм. Измерения проводились при температуре окружающей среды плюс 20 ° С.
Значительно устойчивее работают уложенные в пути клееболтовые стыки. При соблюдении технологии их изготовления и установки клееболтовые стыки в течение пяти и более лет обеспечивают нормативные значения сопротивления изоляции. При электрической проверке клееболтовых стыков следует иметь в виду, что у них накладки не изолированы от болтов и поэтому имеют постоянное сообщение между собой. При измерении сопротивления рельс-накладка в клееболтовом стыке достаточно выполнить два измерения вместо четырех: любая из двух накладок с каждым из рельсов.
Надежность работы обычного изолирующего стыка может быть доведена до уровня клееболтового заменой стандартной фибровой или капроновой изоляции на изоляцию из стеклотекстолита.
Опыт Прибалтийской дороги показал, что изолирующие шайбы и торцевые прокладки из стеклотекстолита не подвержены деформации и практически не требуют замены. Стеклотекстолит легко поддается обработке штамповкой и в отличие от фибровой изоляции выдерживает большие нагрузки, не высыхает с повышением температуры и не подвержен воздействию влаги. Поскольку изолирующие прокладки из стеклотекстолита не изменяются в объеме с изменением атмосферных условий, исключаются случаи понижения сопротивления изоляционной прокладки, что предохраняет стыки от короткого замыкания из-за сгона рельсов и скапливания металлических опилок или стружки между торцами рельсов.
Предел прочности стеклотекстолита - 52 кг/мм2, в то время как для капрона он составляет 35 кг/мм2, а для фибры - 10,5 кг/мм2.
Причиной заниженного сопротивления изоляции в рельсовых цепях может оказаться группа шпал или даже отдельная шпала. Применяемые методы электрической проверки деревянных шпал сводятся к изменению сопротивления половины шпалы, используя омметр, миллиамперметр с источником питания, мегаомметр. Один конец измерительного прибора подключают к рельсу, а другой - к шпале с помощью остро заточенного металлического щупа, который забивают в шпалу на глубину 3-4 см.
На ряде дистанций для измерения сопротивления деревянных шпал используют прибор ИСБ-1, схема которого подвергается изменению в соответствии с рис. 50. Благодаря введению резистора Rд = 2 кОм расширяется предел измерений прибора. Резистором RK = 1 кОм осуществляется калибровка прибора (по шкале 1000 Ом). Утолщенными линиями показан дополнительный монтаж, а крестиками - упраздняемый. Резистор R10- 10 Ом, R11 - 1 Ом.
На сети дорог все большее распространение находят железобетонные шпалы (рис. 51). Исправное состояние шпалы обеспечивается при отсутствии касания между ее арматурой, электрически соединенной с закладными болтами 1 и 4, и рельсами, электрически соединенными с клеммными болтами 2 и 3.



Рис. 50. Схема модернизации прибора ИСБ-1 для измерения сопротивления деревянных шпал

Рис. 51. Электрическая схема железобетонной шпалы



Эксплуатация рельсовых цепей на участках с железобетонными шпалами показала, что их изоляция в основном снижается из-за большой утечки сигнального тока через неисправную арматуру крепления шпалы. Основными причинами потери изоляции в арматуре крепления шпалы являются касание стопорной шайбы закладного болта с зажимом клеммного болта, стирание резиновой прокладки, выкрашивание изолирующей втулки закладного болта, забивка пространства между болтами балластной пылью, грязью, мазутом.
На Южно-Уральской дороге железобетонные шпалы с пониженным сопротивлением изоляции определяют, используя измеритель сопротивления балласта ИСБ-1, переносной вольтметр или индикатор тока в рельсовых цепях. Прибором ИСБ-1 с конца рельсовой цепи и далее через 80- 100 м измеряется сопротивление изоляции отдельных участков. По полученным результатам выбирают участок с меньшим сопротивлением балласта, на котором проверяют изоляцию каждой шпалы: вольтметром измеряют напряжение между рельсами, а затем - между каждым закладным болтом и противоположным ему рельсом. Если при этом напряжения на участках "рельс- рельс" и "рельс-закладной болт " будут равны, то это значит, что между рельсом и шпалой изоляция нарушена.
Рис. 52. Схема прибора для выявления места утечки тока рельсовой цепи



Односторонний пробой изоляции может быть найден индикатором тока рельсовой цепи. В этом случае после определения прибором ИСБ-1 худшего по изоляции участка поочередно на каждую шпалу устанавливают индикатор и попеременно замыкают болты: первый со вторым и третий с четвертым (нумерация по схеме рис, 52). При одностороннем пробое левой изоляции индикатор отметит протекание по шпале тока, когда искусственно замкнуты клеммный и закладной болты правого крепления железобетонной шпалы.

Шпалы с двусторонним пробоем изоляции, когда оба рельса имеют контакт с арматурой шпалы, определяют одним типовым индикатором тока рельсовой цепи. В этом случае индикатор ставят на рельс через каждые 10-20 м. Резкое изменение его показания указывает, что на этом отрезке рельсовой цепи находится дефектная шпала. Затем индикатор ставят на рельс в каждом шпальном ящике и по резкому изменению показания его стрелки уточняют место короткого замыкания.
С целью механизации процесса выявления железобетонных шпал с пониженной изоляцией ХИИТом совместно с дорожной лабораторией Юго-Западной дороги разработана и изготовлена специальная измерительная тележка, с помощью которой можно выявлять места сосредоточенной утечки сигнального тока в рельсовой цепи, фиксировать деревянные и железобетонные шпалы с пониженной изоляцией, измерять сопротивление заземлителей, присоединенных к рельсу.
Действие прибора основано на измерении разности токов в рельсе до и после места утечки. Прибор содержит генератор (рис. 52) на 22 кГц и селективный приемник П, настроенный на ту же частоту. Под действием генератора в рельсах протекает ток, который измеряется с помощью измерительных катушек приемника. При наличии между ними сосредоточенной утечки (неисправная шпала, заземлитель) значения наводимых в катушках э.д.с. будут соответственно отличаться, баланс приемника нарушится, и стрелка индикатора, проградуированного в омах, покажет сопротивление в цепи сосредоточенной утечки, оказавшейся между двумя катушками. При отсутствии тока утечки стрелка индикатора не отклоняется.

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей…

Что такое короткое замыкание и из-за чего происходят короткие замыкания

Короткие замыкания в электропроводке чаще всего происходят из-за нарушения изоляции токопроводящих частей в результате механического повреждения, старения, воздействия влаги и агрессивных сред, а также неправильных действий людей. При возникновении короткого замыкания возрастает сила тока, а количество выделяющейся теплоты, как известно, пропорционально квадрату тока. Так, если при коротком замыкании ток увеличится в 20 раз, то выделяющееся при этом количество тепла возрастет примерно в 400 раз.

Тепловое воздействие на изоляцию проводов резко снижает ее механические и диэлектрические свойства. Например, если проводимость электрокартона (как изоляционного материала) при 20°С принять за единицу, то при температурах 30, 40 и 50°С она увеличится в 4, 13 и 37 раз соответственно. Тепловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного вида и сечений проводников. Например, для кабелей с бумажной изоляцией срок их службы может быть определен по известному «восьмиградусному правилу»: превышение температуры на каждые 8°С сокращает срок службы изоляции в 2 раза. Тепловому разрушению подвержены и полимерные изоляционные материалы.

Воздействие влаги и агрессивных сред на изоляцию проводов существенно ухудшает ее состояние из-за появления поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла жидкость испаряется, а на изоляции остаются следы соли. При прекращении испарения ток утечки исчезает. При неоднократном воздействии влаги процесс повторяется, но из-за повышения концентрации соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки не прекращается даже после окончания испарения. Кроме того, появляются мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, теряет прочность, что может привести к возникновению местного дугового поверхностного разряда, способного воспламенить изоляцию.

Пожарная опасность коротких замыканий электропроводов характеризуется следующими возможными проявлениями электрического тока: воспламенением изоляции проводов и окружающих горючих предметов и веществ; способностью изоляции проводов распространять горение при поджигании ее от посторонних источников зажигания; образованием при коротком замыкании расплавленных частиц металла, поджигающих окружающие горючие материалы (скорость разлета расплавленных частиц металла может достигать 11 м/с, а их температура - 2050-2700°С).

При перегрузке электропроводок также возникает аварийный режим. Из-за неправильного выбора, включения или повреждения потребителей суммарный ток, проходящий в проводах, превышает номинальное значение, т. е. происходит повышение плотности тока (перегрузка). Например, при прохождении тока в 40 А через последовательно соединенные три куска провода одинаковой длины, но различного сечения - 10; 4 и 1 мм2 плотность его будет различна: 4, 10 и 40 А/мм2. В последнем куске самая высокая плотность тока, и соответственно, самые высокие потери мощности. Провод сечением 10 мм2 слегка нагреется, температура провода сечением 4 мм2 достигнет допустимой, а изоляция провода сечением 1 мм2 просто сгорит.

Чем ток короткого замыкания отличается от тока перегрузки

Основное отличие короткого замыкания от перегрузки заключается в том, что при коротком замыкании нарушение изоляции является причиной аварийного режима, а при перегрузке - его следствием. При определенных обстоятельствах перегрузка проводов и кабелей в связи с большей длительностью аварийного режима более пожароопасна, чем короткое замыкание.

Материал жилы проводов оказывает существенное влияние на зажигающую способность при перегрузках. Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АПВ и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, показывает, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых.

При коротком замыкании наблюдается та же закономерность. Прожигающая способность дуговых разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более высокая, чем с жилами из алюминия. Например, стальная труба с толщиной стенки 2,8 мм прожигается (или воспламеняется горючий материал на ее поверхности) при сечении жилы из алюминия 16 мм2, а с медной жилой - при сечении 6 мм2.

Кратность тока определяется отношением тока короткого замыкания или перегрузки к длительно допустимому току для данного сечения проводника.

Наибольшей пожарной опасностью обладают провода и кабели с полиэтиленовой оболочкой, а также полиэтиленовые трубы при прокладке в них проводов и кабелей. Электропроводки в полиэтиленовых трубах в пожарном отношении представляют большую опасность, чем электропроводки в винипластовых трубах, поэтому область применения полиэтиленовых труб значительно уже. Особенно опасна перегрузка в частных жилых домах, где, как правило, от одной сети питаются все потребители, а аппараты защиты нередко отсутствуют или рассчитаны только на ток короткого замыкания. В многоэтажных жилых домах также ничто не препятствует жильцам пользоваться более мощными лампами или включать бытовые электроприборы общей мощностью большей, чем та, на которую рассчитана сеть.

На электроустановочных устройствах (розетках, выключателях, патронах и т. д.) указаны предельные значения токов, напряжений, мощности, а на зажимах, разъемах и других изделиях, кроме того, наибольшие сечения присоединяемых проводников. Для безопасного пользования этими устройствами необходимо уметь расшифровывать эти надписи.

Например, на выключателе нанесено «6,3 А; 250 В», на патроне - «4 А; 250 В; 300 Вт», а на удлинителе-разветвителе - «250 В; 6,3 А», «220 В. 1300 Вт», «127 В, 700 Вт». «6,3 А» предупреждает о том, что ток, проходящий через выключатель, не должен превышать 6,3 А, иначе выключатель перегреется. Для любого меньшего тока выключатель годится, так как чем меньше ток, тем меньше нагревается контакт. Надпись «250 В» указывает, что выключатель может применяться в сетях напряжением не выше 250 В.

Если умножить 4 А на 250 В, то получится 1000, а не 300 Вт. Как связать вычисленное значение с надписью? Надо исходить из мощности. При напряжении в сети 220 В допустимый ток: 1,3 А (300:220); при напряжении 127 В - 2,3 А (300-127). Току 4 А соответствует напряжение 75 В (300:4). Надпись «250 В; 6,3 А» указывает, что устройство предназначено для сетей напряжением не более 250 В и для тока не более 6,3 А. Умножая 6,3 А на 220 В, получаем 1386 Вт (округленно 1300 Вт). Умножая 6,3 А на 127 В, получаем 799 Вт (округленно 700 Вт). Возникает вопрос: не опасно ли так округлять? Не опасно, так как после округления получились меньшие значения мощности. Если мощность меньше, то меньше нагреваются контакты.

При протекании через контактное соединение электрического тока из-за переходного сопротивления на контактном соединении падает напряжение, мощность и выделяется энергия, которая вызывает нагрев контактов. Чрезмерное увеличение тока в цепи или возрастание сопротивления ведет к дальнейшему повышению температуры контакта и подводящих проводов, что может вызвать пожар.

В электроустановках применяются неразъемные контактные соединения (пайка, сварка) и разъемные (на винтах, втычные, пружинящие и т. п.), а также контакты коммутационных устройств - магнитных пускателей, реле, выключателей и других аппаратов, специально предназначенных для замыкания и размыкания электрических цепей, т. е. для их коммутации. В сетях внутридомового электроснабжения от ввода до приемника электроэнергии электрический ток нагрузки протекает через большое количество контактных соединений.

Контактные соединения никогда, ни при каких обстоятельствах не должны нарушаться. Однако исследования проведенные некоторое время назад над оборудованием внутридомовых сетей, показали, что из всех обследованных контактов только 50 % удовлетворяют требованиям ГОСТа. При протекании тока нагрузки в некачественном контактном соединении за единицу времени выделяется значительное количество тепла, пропорциональное квадрату тока (плотности тока) и сопротивлению точек действительного соприкосновения контакта.

Если разогретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, то возможно их воспламенение или обугливание и загорание изоляции проводов.

Величина переходного сопротивления контактов зависит от плотности тока, силы сжатия контактов (величины площади сопротивления), от материала, из которого они изготовлены, степени окисления контактных поверхностей и т. д.

Для уменьшения плотности тока в контакте (а значит, и температуры) необходимо увеличить площадь действительного соприкосновения контактов. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания будут незначительно смяты. Из-за этого увеличатся размеры соприкасающихся элементарных площадок и появятся дополнительные площадки касания, а плотность тока, переходное сопротивление и нагрев контакта снизятся. Экспериментальные исследования показали, что между сопротивлением контакта и величиной крутящего момента (силой сжатия) существует обратно пропорциональная зависимость. С уменьшением крутящего момента в 2 раза сопротивление контактного соединения провода АПВ сечением 4 мм2 или двух проводов сечением 2,5 мм2 увеличивается в 4-5 раз.

Для отвода тепла от контактов и рассеивания его в окружающую среду изготавливают контакты определенной массы и поверхности охлаждения. Особое внимание уделяют местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах проводов применяют наконечники различной формы и специальные зажимы. Надежность контакта обеспечивается обычными шайбами, пружинящими и с бортиками. Через 3-3,5 года сопротивление контакта увеличивается примерно в 2 раза. Значительно увеличивается сопротивление контактов и при коротком замыкании в результате краткого периодического воздействия тока на контакт. Испытания показали, что наибольшую стабильность при воздействии неблагоприятных факторов имеют контактные соединения с упругими пружинящими шайбами.

К сожалению, «экономия на шайбах» - явление довольно распространенное. Шайба должна быть из цветного металла, например, из латуни. Стальную шайбу защищают антикоррозийным покрытием.