Skutki zwarcia w instalacji elektrycznej

Zastanów się, jakie skutki powoduje zwarcie? Na co musisz zwrócić uwagę?

Zwarcie

w elektrotechnice i elektronice oznacza nagłe zmniejszenie rezystancji obwodu elektrycznego do bardzo małej wartości, powstające najczęściej wskutek połączenia się żył przewodów obwodu lub uszkodzenia izolacji elektrycznej.

 

Prąd zwarciowy jest wielokrotnie większy od prądu roboczego i może osiągnąć wartości przekraczające 10 000 A (10 kA). Może spowodować zniszczenie przewodów i urządzeń elektrycznych. Często zwarcie w instalacji elektrycznej jest przyczyną powstania pożaru. 

 

Poglądowo różne rodzaje bezpieczników nadprądowych

Do ochrony przed skutkami zwarć służą zabezpieczenia w postaci bezpieczników topikowych lub wyłączników wyposażonych w wyłącznik zwarciowy, np. wyłączniki nadprądowe potocznie nazywane e-skami.

 

Przyczyny zwarć

Najczęstszymi przyczynami zwarć są:

  • mechaniczne uszkodzenie izolacji obwodu elektrycznego,
  • degradacja izolacji wskutek przeciążenia, czyli przegrzania, co powoduje utratę właściwości izolacyjnych
  • czynnik ludzki, czyli błędne połączenia w obwodzie elektrycznym.

 

Zwarcie w instalacji elektrycznej powoduje bardzo poważne zagrożenia wywołane działaniem dużych sił elektrodynamicznych oraz wysokich temperatur powstałych podczas zwarcia.

 

Omówię te dwa groźne zjawiska.

 

Siły elektrodynamiczne

Jak pamiętamy ze szkoły (np. lekcje fizyki), siły elektrodynamiczne działają na dwa przewodniki, przez które przepływa prąd elektryczny. Przewodniki przyciągają się pod warunkiem, że płynące w nich prądy płyną w tym samym kierunku lub odpychają się, jeśli prądy w nich płyną w przeciwnych kierunkach.

 

Reguła śruby prawoskrętnej

 

Siła oddziaływania jest wprost proporcjonalna do długości L przewodników i do kwadratu płynącego prądu I oraz odwrotnie proporcjonalna do odległości d między przewodnikami.

 

Przykład:

W rozdzielni mamy przewody zasilające, np. Lgy o długości 1 m. Żyły są oddalone względem siebie o 5 cm. W chwili zwarcia prąd zwarciowy osiąga wartość 50 kA czyli 50 000 A. Oznacza to, że na przewody działa siła elektrodynamiczna o wartości 10 kN.

 

10 kN to wartość około 1 019,72 kg, czyli ponad 1 tonę.

 

Pokazuje to, z jakimi siłami elektrodynamicznymi muszą sobie poradzić zaciski aparatów elektrycznych, np. wyłączników nadprądowych do których podłączone zostały przewody.

Zacisk musi zapewnić, że podczas zwarcia przewód nie zostanie z niego wyrwany. W tym celu producenci podają z jaką siłą w Nm należy dokręcać zaciski aby wytrzymały tak duże obciążenia. Zbyt słabe lub zbyt mocne dokręcenie zacisku może spowodować wyrwanie lub wyłamanie przewodu.

 


Zamieszczony przykład uszkodzonego rozłącznika, nie oznacza wadliwego urządzenia. Powyższe zdjęcie obrazuje jedynie, że rozłącznik został zniszczony. Bez szczegółowej analizy instalacji, oraz sposobu podłączenia nie można określić przyczyny awarii. Urządzenie mogło zostać, źle zamontowane. Zacisk mógł ulec uszkodzeniu na skutek nieprzestrzegania obowiązku dokręcania z odpowiednią siłą za pomocą wkrętaka dynamometrycznego podaną przez producenta rozłącznika.

 

W celu prawidłowego określenia siły dokręcenia należy użyć wkrętaka dynamometrycznego.

 

Dynamometryczny wkrętak dla elektryka

Przykładowe wkrętaki dynamometryczne sprawdź >>

Wracając do omawianego przykładu, całe urządzenie, np. wyłącznik nadprądowy, musi wytrzymać prąd zwarciowy, jak również mechanicznie musi wytrzymać znaczne siły elektrodynamiczne.

 

Prąd zwarciowy

Pod tym kontem rozdzielnie elektryczne, jak również aparaty w nich montowane, zostały znormalizowane na urządzenia montowane w domach, w przemyśle. Zostały określone prądy zwarcia jakie musi wytrzymać urządzenie, najpopularniejsze to: 6 kA, 10 kA, 15 kA. Dla przypomnienia 1 kA = 1 000 A

 

Wyłącznik nadprądowy Siemens 1P B 16A

 

 

Urządzenia do zastosowań domowych i podobnych muszą spełniać Polską Normę nr: PN-EN 60898-1.

Nazwa  Cena brutto Nr katalogowy
Wyłącznik nadprądowy 1P B 16 A 6 kA 11,60 zł 5SL6116-6
10 kA 18,06 zł 5SL4116-6

Cena cennikowa Siemens według średniego kursu NBP Euro 4,1724 zł z dnia 2018-04-20

 

 

Urządzenia do zastosowań przemysłowych muszą spełniać Polską Normę nr: PN-EN 60947-2.Siemens wyłącznik nadprądowy 1P B 16A

Nazwa  Cena brutto Nr katalogowy
Wyłącznik nadprądowy 1P B 16 A 6 kA 35,15 zł 5SY6116-6
10 kA 48,04 zł 5SY4116-6
15 kA 42,19 zł 5SY7116-6

Cena cennikowa Siemens według średniego kursu NBP Euro 4,1724 zł z dnia 2018-04-20

 

Skutki zwarć

Eaton zwarcie

 

 

Skutki działania sił elektrodynamicznych podczas zwarcia mogą być następujące:

  • zniszczenie lub deformacja aparatów, urządzeń i szyn,
  • rozerwanie zestyków,
  • powstanie łuku elektrycznego.

 

 

Przypominam, że omawiam skutki, jakie powoduje zwarcie w obwodzie elektrycznym.

Przepływ prądu zwarciowego powoduje grzanie się elementów, co znacząco wpływa na niszczenie izolacji przewodów, izolatorów oraz wewnętrznych elementów urządzeń.
W czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik (np. przewód) wydziela się na nim ciepło. Wartość ciepła jest wprost proporcjonalna do kwadratu prądu i wprost proporcjonalna do czasu płynięcia prądu (Całka Joule’a). Jeżeli podczas krótkotrwałego zwarcia trwającego zaledwie 10 ms, a więc ułamek sekundy, płynie duży prąd np. o wartości 50 kA czyli 50 000 A, spowoduje to wydzielenie się dużej ilości ciepła 25 kJ.

 

Skutki termiczne w wyniku wydzielania się ciepła podczas zwarcia mogą powodować:

  • zagrożenie życia i zdrowa w wyniku poparzenia łukiem elektrycznym,
  • pożar w wyniku działania łuku elektrycznego lub wysokiej temperatury elementów instalacji elektrycznej.

 

Pożary są jednym z najczęściej występujących zagrożeń spowodowanych wadliwym działaniem instalacji elektrycznej. Wyrządzają ogromne straty w gospodarce, do których zaliczyć należy straty materialne oraz te związane z utratą danych i przestojami. W czasie pożarów, na skutek spalania lub termicznego rozkładu niektórych materiałów, powstają toksyczne dymy.

Wiemy, że prąd zwarciowy uszkadza urządzenia elektryczne. Najczęstszym uszkodzeniem jest sklejanie się zestyków aparatury, przez którą płynie prąd zwarciowy, np. zestyków stycznika, elementów bimetalowych, zacisków, itp. oraz degradacja izolacji z powodu przekroczenia dopuszczalnej temperatury.

 

Spalona na skutek zwarcia aparatura zabezpieczająca

 

Pamiętaj!

Prąd zwarciowy może bez problemu osiągnąć wartość 4 kA czyli 4 000 A dla porównania spawacz podczas wykonywania spawu używa najczęściej prądu 100 do 140 A.

Spawacz spawa prądem około 140 A

 

Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 230/400 V jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem przenoszenia energii elektrycznej. Z tego powodu większość porażeń i oparzeń ludzi prądem elektrycznym, nazywanych wypadkami elektrycznymi, występuje przy styczności człowieka z urządzeniami elektroenergetycznymi prądu przemiennego.

 

Prąd elektryczny podczas zwarcia powoduje takie urazy, jak:

  • oparzenia ciała wskutek pożarów wywołanych zwarciem elektrycznym lub spowodowane dotknięciem do nagrzanych elementów,
  • groźne dla życia oparzenia ciała łukiem elektrycznym, a także metalizacja skóry spowodowana osadzaniem się roztopionych cząstek metalu,
  • uszkodzenia wzroku wskutek dużej jaskrawości łuku elektrycznego.

 

Przepływ prądu elektrycznego przez ciało ludzkie, tzw. prąd rażeniowy, może wywołać także wiele zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych w organizmie człowieka poprzez oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych. Spowodować może nawet śmierć.

 

Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu przez organizm człowieka, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się:

  • przerażeniem,
  • bladością,
  • drżeniem ciała lub kończyn,
  • nadmiernym wydzielaniem potu,
  • stanem apatii lub euforii.

Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu.

Skutki przepływu prądu przez ciało człowieka mogą się ujawnić także po pewnym czasie – od kilku minut do kilku miesięcy.

 

A Ty co sądzisz w tym temacie? Zamieść swój komentarz.

Udostępniaj LEGALNIE! Czyli jak? Zobacz >>

 

 

Print Friendly, PDF & Email
Podziel się tym co tutaj przeczytałeś...

5 komentarze dla “Jakie skutki powoduje zwarcie?”

  1. Ciekawy artykuł, dobrze jest sobie przypomnieć z czym ma się odczynienia oraz jakie mogą być skutki braku zachowania ostrożności i przemyślanego działania.

  2. kto pisał ten artykuł??????????
    prąd zwarcia 50kA. dla jakiego to napięcia??? nadpradówka B16 16kA. ciekawe. z prawa ohma I=U/R po przekształceniu R=U/I dla napięcia U=230V R=4,6 mili ohma. to instalacja musi być wykonana z nadprzewodników

    1. Odpowiadając na pytania:

      – odnośnie obliczania prądów zwarciowych odsyłam do zgłębienia tematu, który jest bardzo obszerną dziedziną wiedzy. Tak na szybko podam linki do opracowań, które może trochę przybliżą temat:

      http://www.dbc.wroc.pl/Content/30757/generacja_przesyl_2015.pdf

      http://doi.prz.edu.pl/pl/pdf/elektrotechnika/67

      http://www.jeanmueller.pl/pliki/wyklad4_Obliczenia%20wielkosci%20zwarciowych%20z%20wykorzystaniem%20nowych%20norm.pdf

      Można również poczytać książkę Henryka Markiewicza Instalacje Elektryczne wydanie ósme, gdzie w rozdziale drugim tłumaczy jak obliczać prądy zwarciowe.

      Artykuł pisałem ja.

      1. Kolega Xxx słusznie zwrócił uwagę na te 50kA. W obiektach mieszkaniowych spotykamy się z aparaturą do ~6kA, duże obiekty jak szpitale, centra handlowe może wyjść z obliczeń potrzeba zastosowania tych 10 czy nawet 15 kA.
        Ale 50kA? Przykład, który Pan podlinkował dotyczy zasilania silnika o mocy 5MW. Blog jest prowadzony dla drobnych inwestorów, więc po co mieszać im w głowach przykładami z zawodowej energetyki.

        1. Panie Krzysztofie, jeśli dobrze zrozumiałem komentarz użytkownika Xxx, pod wątpliwość podał wystąpienie ogólnie takich prądów zwarciowych. Stąd podałem przykłady do kilku publikacji gdzie takie zagadnienia są omawiane.

           

          Osobiście znam wielu instalatorów, którzy wykonują zarówno instalacje na domkach jednorodzinnych, jak również jako podwykonawcy w zakładach przemysłowych gdzie często transformator SN stoi na terenie zakładu w odległości kilku metrów od rozdzielnicy zasilającej biura znajdujące się przy obiekcie.

           

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *