Физик рассказал, как избежать возгорания бытовой техники
Современное жилое пространство содержит большое количество различных электротехнических устройств, функциональность которых стала неотъемлемым элементом бытового комфорта. Однако эта привычная технологическая среда содержит скрытые риски, вероятность реализации которых возрастает при сочетании естественного старения материалов и нарушения условий эксплуатации. Возгорание бытовых приборов — не результат мистического стечения обстоятельств, а следствие вполне определенных физических процессов. Разберем эти механизмы с позиций электротехники и материаловедения вместе с Татьяной Бахваловой, кандидатом физико-математических наук, преподавателем кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА.
Основу проблемы составляет неуправляемая трансформация электрической энергии в тепловую. В штатном режиме любой прибор рассеивает часть мощности в виде тепла — это неизбежно по закону Джоуля-Ленца. Проблема начинается, когда тепловыделение превышает рассеивающую способность системы. Это происходит в следствии деградации диэлектрических материалов. Поливинилхлорид, полиэтилен и другие полимеры, которые используются в качестве изоляции для проводников, со временем подвергаются термоокислительной деструкции. Особенно ускоряет этот процесс циклический нагрев-остывание. В микротрещинах постепенно накапливается проводящая пыле-влажная смесь, снижающая поверхностное сопротивление. В какой-то момент происходит пробой или коронный разряд, инициирующий каскадное разрушение изоляции.
Также большую роль играет нарушение теплового баланса. Каждый электронный компонент имеет максимальную рабочую температуру, заложенную при проектировании. Пыль обладает низкой теплопроводностью и существенно увеличивает тепловое сопротивление, что в итоге приводит к тому, что компонент работает при температуре на 20–30°C выше расчетной, а такой режим работы значительно сокращает срок его службы и повышает вероятность теплового пробоя.
Распространенные заблуждения относительно безопасности электротехники
Существует устойчивое представление, что работоспособность устройства тождественна его безопасности. На практике множество дефектов носят прогрессирующий характер и длительное время не влияют на основные функции.
Например, подгорание контактов реле или механических выключателей. При каждом размыкании возникает электрическая дуга, постепенно эродирующая контактные поверхности. Сопротивление в точке контакта растет, увеличивается локальный нагрев — образуется положительная обратная связь. Внешне прибор продолжает работать, но температура в коммутационном узле может достигать 200–300°C, достаточных для воспламенения соседних материалов.
Отдельно стоит вопрос перегрузки сетей. Многие не учитывают, что бытовая розетка рассчитана на ток 16 А (при напряжении 230 В это около 3,7 кВт). Подключение через дешевый тройник обогревателя (2 кВт), электрочайника (2,2 кВт) и стиральной машины (2 кВт) создает токовую нагрузку около 27 А. Автоматический выключатель может сработать не мгновенно, а провода в стене с сечением 1,5 мм² будут нагреваться по формуле Q = I²R, где сопротивление растет с температурой. Алюминиевая проводка особенно опасна: из-за ползучести металла контакты в распредкоробках со временем ослабевают, создавая зоны повышенного сопротивления.
Для профилактики следует проводить тепловой мониторинг. Простейшая инфракрасная термометрия позволяет выявить аномалии. Температура корпуса прибора не должна превышать 40–45°C в нормальном режиме. Нагрев розетки или вилки — прямое указание на проблемы с контактными соединениями. Также важен учет коэффициента мощности блока питания при выборе суммарной нагрузки на линию (она должна рассчитываться с запасом 20–25% относительно номинала автоматического выключателя) и понимание механизмов старения. Электродвигатели в стиральных машинах и холодильниках теряют до 30% КПД за 7–10 лет эксплуатации. Эта «недостающая» мощность также превращается в тепло, перегружая изоляцию обмоток. Не стоит забывать, что повышенная влажность (более 70%) также является фактором риска.
С точки зрения физики, возгорание электротехники — это всегда переход системы в неравновесное состояние, когда скорость тепловыделения превышает скорость теплоотвода. Эксплуатационный ресурс любого устройства конечен, и его сокращение происходит нелинейно. Регулярная проверка тепловых режимов, контроль состояния контактных групп и понимание реальных, а не паспортных, нагрузок — это не избыточная осторожность, а инженерная необходимость. Современная бытовая техника проектируется с расчетом на штатные условия; любое отклонение от них требует пропорционального ужесточения мер контроля.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно