Большое переходное сопротивление

Большое переходное сопротивление (далее – БПС) - один из самых распространенных пожароопасных режимов в электросетях. Иногда следы местного нагрева, возникающего при БПС, видны невооруженным глазом, и определить их наличие несложно. 

Наиболее часто большие переходные сопротивления возникают в следующих случаях: 

- в местах соединения проводов между собой, когда вместо пайки, сварки, опрессовки или зажимов под болты применяются скрутки проводов с алюминиевыми и медными жилами; 

- в местах контактов, выполненных с помощью резьбовых соединений в электрооборудовании, которое в процессе работы подвержено вибрации, и особенно в случаях отсутствия приспособлений против самоотвинчивания; 

- в местах соединения проводов, выполненных с помощью пайки, но с применением при подготовке поверхностей кислот, которые практически всегда остаются в месте пайки и впоследствии вызывают усиленное окисление мест соединения или близ расположенных участков проводов.

В большинстве случаев выявление и фиксация после пожара следов БПС представляет нелегкую задачу. 

При поисках следов БПС, зачастую неясно, какие определенные признаки могут быть рассмотрены в качестве квалификационных признаков БПС, насколько подробно они могут сохраняться и видоизменяться в ходе пожара. Это приводит к тому, что на практике следы данного пожароопасного режима, как правило, не выявляются, его причастность к возникновению пожара не доказывается. А ведь по мнению специалистов, БПС - одна из наиболее распространенных «электротехнических» причин пожаров, гораздо более частая, нежели другие.

БПС называют аварийный пожароопасный режим, возникающий при переходе электрического тока с одного проводника на другой. Выделение тепла в контактных переходах электрических цепей является одной из причин возникновения аварийных режимов в электрооборудовании и технологических установках. Перегиб провода при сохранении контакта жила-жила, дефекты токопроводящих шин, жил проводов и кабелей, окисление и старение электрических контактных соединений, недобросовестная сборка контактных узлов способствуют возникновению длительных устойчивых тепловых режимов, приводящих к разрушению изоляции и защитных оболочек, возгораниям и другим негативным последствиям.

Пожарная опасность электрического соединения в режиме «негативного контакта» способна выявиться при номинальных значениях электрического тока или даже при значениях тока меньше расчетного. В режиме «плохого контакта» переходное сопротивление и падение на нем напряжения в десятки и, зачастую, сотни раз превышают нормативные значения (падение напряжения составляет единицы вольт вместо долей милливольта, а рассеиваемая электрическая мощность - сотни ватт). Наиболее вероятными источниками воспламенения при этом являются перегретые проводники, электрическая дуга, раскаленные или горящие частицы. В режиме БПС создаются участки повышенных температур и концентраций продуктов пиролиза полимерных материалов. Происходит плавление деталей изоляции проводов и контакт-деталей.

В большинстве случаев вследствие БПС возможно появление так называемого неполного короткого замыкания. Этому способствует потеря диэлектрических свойств изоляции, которая карбонизируется в результате длительного локального нагрева в месте «плохого контакта». В противоположность прямому КЗ неполные замыкания, как правило, ведут к пожарам даже при правильно выбранной защите вследствие того, что сопротивление места повреждения, ограничивая ток, поддерживает его на уровне, недостаточном для срабатывания аппаратов защиты.

БПС возникает в случае малой площади контакта между проводниками, в результате чего в месте сопряжения происходит значительное выделение тепла (на единицу площади). Такое тепловыделение приводит к деформации контактных поверхностей и к еще большему уменьшению площади соприкосновения контактов. В результате проведенных исследований было установлено, что в какой-то момент данный процесс может привести к возникновению микроскопических дуговых разрядов между контактировавшими поверхностями. Данные электрические разряды значительно повышают температуру контактного узла и, следовательно, его пожарную опасность.

БПС, с точки зрения пожарной опасности, может быть двух видов: искрение (искровой режим) и локальный нагрев (безыскровый режим). Эти виды БПС могут встречаться как раздельно, так и одновременно в одной точке цепи в зависимости от внешних условий (температуры, влажности, агрессивности среды), силы тока и других факторов (вибрации и т.д.).

Многочисленные микроразряды оставляют на контактных поверхностях следы электроэрозии в виде кратеров, микрооплавлений, хребтов (далее подобные следы называются дефектами, характерными для БПС). 

Если искрения в месте контакта не происходит, но площадь контакта недостаточна для нормального прохождения тока, в месте соприкасания контактирующих проводников также происходит локальное повышение температуры, способное привести к проплавлению контактирующего участка. 

Величина переходного сопротивления контактов зависит от: 

  • материала, из которого они изготовлены, геометрической формы и размеров, степени обработки поверхностей контактов, силы нажатия контактов и степени окисления. Особенно интенсивное окисление происходит во влажной среде и с химически активными веществами, а также при нагреве контактов выше 70 — 75 0С.
  • степени окисления соединяемых контактных поверхностей проводников. Металл контактов взаимодействует с окружающей средой, кислородом воздуха, агрессивными газами и влагой, вступая с ними в химические реакции и вызывая химическую коррозию металла. 
  • его конструкции, материала контактирующих частей и силы прижатия их друг к другу. Контактные поверхности всегда имеют микроскопические возвышения и впадины; поэтому соприкосновение происходит только в отдельных точках - небольших площадках.

Пленка окиси, образующаяся на поверхности металла (например, алюминия, меди) от воздействия воздуха, влаги и окружающей среды, создается чрезвычайно быстро и обладает очень большим электрическим сопротивлением. Загрязненные или покрытые окислами контактные поверхности имеют более высокое переходное сопротивление, так как в этом случае в ряде случаев нет непосредственного соприкосновения металлов. Окисление идет тем быстрее, чем выше температура контактных поверхностей и чем легче доступ воздуха к ним. 

В результате реакции окисления проводящая конструкция постепенно разрушается. Если при этом она находится под нагрузкой, то уменьшение ее сечения приводит к перегрузке и дополнительному нагреву (закон Джоуля-Ленца), что в итоге может привести к ее оплавлению.

Большое влияние на значительные переходные сопротивления контактов оказывает их окисление. Контакты, помещенные в масло, подвержены значительно меньшему окислению, чем контакты, работающие на воздухе.




СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Федеральный закон «О пожарной безопасности» № 69-ФЗ от 21.12.1994 г.
  2. Федеральный закон "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" от 22.07.2008 N 123-ФЗ.
  3. Приказ Минтруда России от 11.12.2020 N 881н "Об утверждении Правил по охране труда в подразделениях пожарной охраны".
  4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ).-М.:Энергоатомоиздат, 1986
  5. Пожарная безопасность электроустановок. Под общей редакцией кандидата технических наук, профессора В. Н. Черкасова. Москва 2012г.
  6. Таев И. С. Электрические контакты и дугогасительные устройства аппаратов низкого напряжения. - М.: Энергия, 1973. - 424 с.