Сценарий поведения кабеля ВВГнг(А)-LS 3×2,5 мм² при токе 2kA

Этот сценарий описывает гипотетическую ситуацию короткого замыкания (КЗ) с током 2000 А (без отключения защиты), для кабеля ВВГнг(А)-LS 3×2,5 мм² (медные жилы сечением 2,5 мм², изоляция и оболочка из ПВХ пониженной пожарной опасности с низким дымо- и газовыделением). Нормальный длительный ток для такого кабеля — около 25–30 А (по ПУЭ), так что 2000 А — это экстремальная перегрузка. Процесс очень быстрый (доли секунды), основан на адиабатическом нагреве (без значительного теплоотвода в штукатурку из-за короткого времени). Расчёты по формулам термической стойкости: время до разрушения изоляции ≈0,013 с (до 160 °C), до плавления меди ≈0,032 с (до 1085 °C), полное плавление ≈0,33 с. В реальности автомат или УЗО должен отключить цепь за 0,1–0,4 с, но предполагаем отказ защиты.

Начальная фаза (0–0,01 секунды)

• Жила (медная): Мгновенный нагрев по Джоулю-Ленцу (Q = I² R t). Сопротивление на метр ≈0,007 Ом (ρ ≈0,0175 Ом·мм²/м), мощность нагрева ≈28 кВт/м. Температура жилы растёт до 100–150 °C. Медь не деформируется, но сопротивление увеличивается на 40–60 % (α ≈0,004 1/°C), слегка снижая ток.
• Изоляция (ПВХ-LS): Начинает размягчаться при 80–100 °C, но ещё не разрушается. Минимальное выделение газов.
• Оболочка (ПВХ-нг): Нагревается от жилы, но без видимых изменений.
• В штукатурке: Штукатурка (гипс или цемент) не успевает нагреться существенно (теплоотвод минимален за такое время). Нет трещин или парообразования.
• Соединения в электроустановках (розетки, выключатели, коробки): Контакты (латунь/медь) нагреваются быстрее из-за повышенного переходного сопротивления (0,01–0,1 Ом). Температура до 150–200 °C, возможны искры в слабых местах (скрутки, окислы). Пластиковые корпуса начинают размягчаться.

Фаза разрушения изоляции (0,01–0,03 секунды)

• Жила: Температура достигает 160–350 °C. Медь размягчается, сопротивление выросло на 60–140 %. Ток вызывает электродинамические силы (отталкивание жил), но для 2,5 мм² при 2000 А они не критичны (ударный ток ≈2,8 кА для разрушения).
• Изоляция: Достигает предела стойкости (160 °C по ГОСТ), плавится и разлагается при 150–200 °C. Выделяет HCl и минимальный дым (LS-модификация снижает дым на 50–70 %). Изоляция трескается или стекает, оголяя жилу, что приводит к межфазному КЗ или дуге (температура дуги до 5000 °C).
• Оболочка: Плавится при 200–300 °C, чернеет, тлеет (не горит благодаря нг-А). Кабель деформируется.
• В штукатурке: Лёгкий нагрев поверхности штроба, возможны микротрещины в гипсе от быстрого расширения. Пар от дегидратации гипса минимален, нет «взрыва». Тепло не распространяется далеко (адиабатический режим).
• Соединения: Оплавление контактов при 200–400 °C. В розетках/выключателях — дуга в клеммах, пластик трескается. В коробках — скрутки расплавляются, искры и разброс металла. Риск немедленного пожара в подрозетнике.

Фаза плавления жилы и разрушения (0,03–0,33 секунды)

• Жила: Температура превышает 800–1000 °C, медь плавится при 1085 °C. Жила деформируется, образует капли или разрывы. Ток прерывается, но дуга поддерживает процесс, вызывая «электрический взрыв» (разброс расплава меди, давление до 10–20 атм). Кабель полностью разрушается.
• Изоляция и оболочка: Полностью сгорают или тлеют при 300–400 °C, выделяя токсичные газы (но меньше, чем у обычного ПВХ). Остатки — углеродистый нагар.
• В штукатурке: Трещины и осыпание штукатурки от взрыва дуги. Если гипс, пар вызывает локальный разлёт фрагментов. Риск возгорания обоев или дерева рядом, но из-за скорости огонь может не распространиться без топлива.
• Соединения: Полное оплавление (латунь плавится при 900 °C, медь — капли). Пластик горит, дуга вызывает пожар в установочном изделии, распространяясь на стену. Соединения — основной источник пожара.

Последствия и риски

• Общий исход: Разрушение кабеля за <0,4 с, дуговой взрыв, минимальный дым (LS), но токсичные газы. В штукатурке — локальные повреждения стены, возможный пожар. Соединения — эпицентр разрушения с риском распространения огня.