Замена автоматических выключателей – причина пожаров
Часто при ремонте здания модернизация электропроводки ограничивается заменой автоматических выключателей в электрощитах. По мнению многих современные автоматические выключатели лучше защитят от перегрузок и токов короткого замыкания старую, отслужившую 20 – 30 и более лет электропроводку с алюминиевыми проводами. А проектирование электроснабжения и выполнение электромонтажных работ при этом не планируют.
Сейчас самые распространенные автоматические выключатели имеют характеристику срабатывания «С», а 10 лет назад выключатели с другими характеристиками были большой редкостью и поставлялись только по предварительному заказу.
Если предстоит подобная замена автоматических выключателей без замены электропроводки, то всегда необходимо измерить сопротивление цепи фаза – ноль всех линий и определить ток короткого замыкания в них. При проведении измерений для розеточных линий необходимо найти самую удаленную от электрощита розетку, а для осветительных линий самый удаленный светильник. После чего нанести на график время – токовые характеристики заменяемых автоматических выключателей и тех, которые предполагается устанавливать.
И здесь часто возникают неожиданные сюрпризы – старые, отслужившие 20 – 30 лет автоматические выключатели защищают имеющуюся электропроводку на порядок надежнее, чем некоторые (не правильно используемые) современные устройства. Проблема здесь заключается в том, что сопротивление цепи фаза – ноль в линиях старой электропроводки очень часто слишком велико, и соответственно токи короткого замыкания малы, и зачастую в групповых сетях не превышают величины 100 – 150 А. Особенно это касается зданий, где кабели и провода в групповых линиях достигают длины 50 и более метров.
До широкого внедрения автоматических выключателей с комбинированными расцепителями, имеющими тепловой и электромагнитный расцепители, использовали преимущественно автоматические выключатели с расцепителями, имеющими обратно зависящую от тока временную характеристику. В жилых зданиях в основном использовались автоматические выключатели АЕ 1031, в общественных зданиях А 3160 и другие.
Сравнение время – токовых характеристик разных типов автоматических выключателей с номинальным током 16 А показано на Рис. 1 и 2.
На Рис. 1 показаны автоматический выключатель с характеристикой срабатывания «С» по стандарту IEC-EN60898 (кривые 1 и 2) и автоматический выключатель АЕ 1031 М-2 (кривые 3 и 4, построены по данным каталога электротехнических изделий Тираспольского электроаппаратного завода за 2004 год). Время отключения автоматических выключателей находится в зоне, ограниченной кривыми 1 и 2 для первого выключателя и между кривыми 3 и 4 для второго.
На Рис. 2 показаны автоматический выключатель с характеристикой срабатывания «B» по стандарту IEC-EN60898 (кривые 1 и 2) и тот же, что и на первом рисунке автоматический выключатель АЕ 1031 М-2 (кривые 3 и 4).
Старые электропроводки редко имеют хорошее согласование своих параметров с характеристиками современных аппаратов защиты, особенно имеющих кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току срабатывания теплового расцепителя 7-10 и более. Из рисунка 1 видно, что при токах короткого замыкания 100 – 150 А автоматический выключатель с обратно зависящей от тока временной характеристикой АЕ 1031 М-2 16 А отключит цепь примерно в 10 раз быстрее, чем автоматический выключатель С16. Сравнение производим по кривым 1 и 3, отображающих наибольшее время срабатывания аппаратов защиты в пределах технологического разброса их параметров.
По таблице 1, в которой представлены результаты расчетов нагрева алюминиевых жил кабелей сечением 2,5 и 4 мм2 в зависимости от тока короткого замыкания и его длительности определяем допустимость использования автоматического выключателя. Методика расчетов описана в работе Нагрев кабелей при коротком замыкании (часть 1), для алюминиевых жил кабелей коэффициенты в формулах: β=228; К=148; X=0,4; Y=0,08.
При токе короткого замыкания 150 А (Рис. 1) автоматический выключатель С16 отключится примерно через 6 секунд, при этом алюминиевые жилы кабелей сечением 2,5 мм2 способны нагреться до температуры 250 градусов, а жилы сечением 4 мм2 до 125 градусов. То есть кабель с жилами 2,5 мм2 близок к воспламенению, а с жилами 4 мм2 не дойдет до критической температуры, но вероятность выгорания соединений жил в коробках велика.
Автоматический выключатель с расцепителем, имеющим обратно зависящую от тока временную характеристику отключится примерно за 0,8 секунды. При этом жилы кабеля 2,5 мм2 нагреются менее, чем до 90 градусов, а жилы 4 мм2 - менее чем до 65 градусов.
В первую очередь определять температуру жил необходимо при токах короткого замыкания, близких к порогу срабатывания электромагнитных расцепителей. Если ток короткого замыкания в конце линии существенно меньше этой величины, то при приближении точки замыкания к электрощиту он все равно его достигнет.
Автоматические выключатели с характеристикой срабатывания «B» защитят старую электропроводку значительно лучше (Рис. 2), чем выключатели с характеристикой «С». Хотя при токах короткого замыкания 60 – 75 Ампер уступают автоматическим выключателям АЕ 1031. Но при токах короткого замыкания более 80 А выключатели В16 значительно превосходят выключатели АЕ 1031 по надежности защиты.
Таблица 1
№ |
Тнач, град |
Сеч. жил, мм.кв |
Ток к.з., A |
Температура алюминиевых жил кабеля с изоляцией из ПВХ пластиката град., при коротком замыкании длительностью, сек: |
||||||||||||
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
10 |
12 |
15 |
|||||
1 |
50 |
2,5 |
50 |
52 |
54 |
57 |
60 |
63 |
65 |
67 |
69 |
71 |
75 |
78 |
83 |
|
2 |
50 |
2,5 |
75 |
55 |
59 |
67 |
73 |
79 |
85 |
91 |
96 |
100 |
109 |
118 |
129 |
|
3 |
50 |
2,5 |
100 |
59 |
66 |
80 |
93 |
104 |
116 |
126 |
136 |
146 |
164 |
182 |
206 |
|
4 |
50 |
2,5 |
125 |
64 |
76 |
98 |
120 |
140 |
159 |
178 |
196 |
214 |
248 |
282 |
330 |
|
5 |
50 |
2,5 |
150 |
70 |
88 |
122 |
155 |
188 |
220 |
251 |
282 |
314 |
376 |
437 |
529 |
|
6 |
50 |
2,5 |
180 |
79 |
106 |
160 |
214 |
268 |
324 |
381 |
439 |
498 |
621 |
- |
- |
|
7 |
50 |
4 |
50 |
51 |
52 |
53 |
54 |
55 |
56 |
57 |
58 |
59 |
61 |
63 |
65 |
|
8 |
50 |
4 |
75 |
52 |
54 |
57 |
60 |
62 |
65 |
67 |
69 |
71 |
75 |
79 |
84 |
|
9 |
50 |
4 |
100 |
53 |
57 |
62 |
67 |
72 |
77 |
81 |
85 |
89 |
97 |
104 |
114 |
|
10 |
50 |
4 |
125 |
55 |
60 |
69 |
78 |
86 |
93 |
100 |
107 |
114 |
127 |
139 |
156 |
|
11 |
50 |
4 |
150 |
58 |
65 |
78 |
91 |
103 |
114 |
125 |
136 |
146 |
167 |
186 |
214 |
|
12 |
50 |
4 |
180 |
61 |
72 |
92 |
111 |
129 |
147 |
164 |
182 |
199 |
232 |
266 |
314 |
Конечно, подобрать защиту для старой электропроводки, что бы она удовлетворяла требованиям ПУЭ 7-го издания при коротком замыкании (отключение линии за 0,2 секунды при напряжении 380 В и за 0,4 секунды при напряжении 220 В в сетях с глухозаземленной нейтралью) крайне трудно, иногда практически невозможно. Но подбором автоматических выключателей с разными время – токовыми характеристиками всегда следует стремиться к лучшему результату. При токах короткого замыкания, превышающих порог срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя с комбинированным расцепителем, защита кабелей осуществляется значительно надежнее, чем ее выполняют автоматические выключатели с обратно зависящей от тока временной характеристикой. И конечно, везде, где допустимо уменьшить номинал автоматического выключателя, необходимо воспользоваться этой возможностью.
Если посмотреть рисунок с время – токовыми характеристиками предохранителя и автоматического выключателя С16 в работе Защита кабелей от токов короткого замыкания, то точно такая же проблема может возникнуть при замене предохранителей на автоматические выключатели.
Но всегда необходимо стремиться не латать старую сеть, а выполнить проектирование новой электропроводки и осуществить замену старых проводов на современные кабели.
7 апреля 2013 г.