Пожарная безопасность электроустановок / Cherkasov - PB elektroustanovok 2002

рассчитаны на большую силу тока. Токовые катушки изготавливают из обмоточных проводов или голых проводов (шин) сравнительно большой площади сечения.

Катушки напряжения рассчитаны на работу при сравнительно высоком напряжении и небольшой силе тока. Их изготавливают, наматывая обмоточные провода на каркас (каркасные катушки) или на шаблон (бескаркасные катушки). Аналогичная технология изготовления у трансформаторов, дросселей, катушек индуктивности, обмоток двигателя и т.д.

После сушки проверяют, нет ли обрыва в обмотке катушки и соответствует ли ее электрическое сопротивление заданным требованиям. Обмотки катушек проверяют также на отсутствие замыкания между витками. После этого катушки покрывают лаком и (или) эмалями и сушат на воздухе или в печах.

Пожарную опасность в моточных изделиях представляют горючие конструкционные материалы каркасов моточных изделий, пропиточные материалы, изоляционные материалы, применяемые для бандажа обмоток. Источником зажигания в моточных изделиях является обмоточный провод. При возникновении межвитковых замыканий температура обмоточного провода может достигать значений, достаточных для воспламенения горючих конструкционных материалов. Межвитковые замыкания возникают в результате имеющихся дефектов у обмоточного провода. Основными дефектами, при которых возникают межвитковые замыкания, являются: некалиброванное сечение обмоточного провода, некачественное покрытие обмоточного провода лаком, разрушение изоляционного покрытия обмоточного провода при механическом воздействии, перегрузка по току и (или) напряжению обмоточного провода при эксплуатации. В результате возникновения межвиткового замыкания ток в обмоточном проводе протекает, минуя короткозамкнутый виток. Из курса электротехники известно, что сопротивление проводника зависит от его длины, сечения и удельного сопротивления провода. При межвитковом замыкании длина проводника уменьшается, при этом уменьшается и сопротивление обмоточного провода. В результате уменьшения сопротивления обмоточного провода увеличивается ток, протекающий по нему. При увеличении тока происходит дополнительный разогрев обмоточного провода, особенно в месте замыкания витков, так как появляются переходные сопротивления в местах замыкания. Далее процесс развивается аналогично рассмотренному, при этом число короткозамкнутых витков увеличивается, а длина обмоточного провода уменьшается. В результате аварийного электрического режима нагрев обмоточного провода может достигать температуры воспламенения конструкционных материалов. При развивающемся тепловом режиме происходит деформация каркасов моточных изделий, в результате чего возникают

38

вторичные замыкания по цепи питания. Пожароопасный отказ моточных комплектующих элементов является событием случайным, так как при межвитковых замыканиях в обмоточном проводе могут развиваться электрические режимы, приводящие к обрыву электрической цепи.

Пожарную опасность моточных изделий определяют в соответствии с ГОСТ 20.57.406 (409-2). Уровень электрической перегрузки устанавливается исходя из условий работы конкретного моточного комплектующего элемента.

Если режим аварийной электрической перегрузки (уровень перегрузки и время ее приложения) заранее неизвестен, то для его установления электрическую перегрузку, прикладываемую к моточному комплектующему элементу, постепенно повышают от предельно допустимого значения, установленного в техническом задании на моточный комплектующий элемент, до значения, при котором выполняется одно из следующих условий:

реализуется наибольшая перегрузка моточного комплектующего элемента, задаваемая из условий возможного пожароопасного аварийного режима работы изделия в аппаратуре;

уровень перегрузки стабилизируется (например, дальнейшее увеличение мощности будет практически невозможно);

наступает отказ изделия, при котором устраняются условия перегрузки изделия (например, обрыв электрической цепи).

Пожароопасный отказ моточного комплектующего элемента – событие вероятное.

39

Глава 2

ВЫБОР И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫХ ЗОН И ПОМЕЩЕНИЙ

СНОРМАЛЬНОЙ СРЕДОЙ

2.1.НОРМАТИВНАЯ И АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КЛАССОВ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫХ ЗОН И ИХ РАЗМЕРОВ

Взрывоопасность горючих смесей

Многие предприятия химической, газовой, нефтяной и других отраслей промышленности связаны с использованием в технологических процессах различных горючих веществ: жидких (бензин, дизельное топливо, масло, спирт), газообразных (аммиак, водород, ацетилен, пропан, метан), твердых (уголь, сера, фосфор). Часто технологический процесс производства протекает при высоких температурах и давлении. Все это создает повышенную опасность возникновения пожаров и взрывов.

Горючие газы и пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, смешиваясь с воздухом, кислородом или другими окислителями, при определенной температуре и концентрации могут образовывать горючие смеси. Критериями сравнительной оценки степени их пожаро- и взрывоопасности являются температура вспышки, воспламенения, самовоспламенения, концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) и др.

Горючий газ (ГГ) - газ, способный образовывать с воздухом воспламеняющиеся и взрывоопасные смеси.

Легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ) - горючая жидкость, спо-

собная воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.), имеющая температуру вспышки 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле.

Горючая жидкость (ГЖ) – жидкость, способная возгораться от источника зажигания, самостоятельно гореть после его удаления и имеющая температуру вспышки более 61 °С в закрытом или 66 °С в открытом тигле.

Температура вспышки - самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для устойчивого горения.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

41

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещест-

ва, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пла-

мени (воспламенения) - минимальное и максимальное содержание горючего в смеси (пара, газа или тумана), при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Как видно из табл. 2.1, многие ЛВЖ могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом уже при температуре в производственном помещении 10-35 °С, т.е. без дополнительного подогрева, так как эта температура превышает температуру вспышки. Некоторые ЛВЖ образуют взрывоопасные смеси при температуре ниже 0 оС, например сероуглерод, ацетон, бензин. Естественно, более опасными являются жидкости, образующие взрывоопасные смеси паров с воздухом при обычных условиях без дополнительного подогрева.

					Таблица 2.1
	Горючее	Температура, °С		Концентрационный предел
				воспламенения, % (об.)
	вещество
		вспышки	самовоспламенения	нижний	верхний
			Горючие газы
	Аммиак	-	650	15,0	28
	Метан	-	537	5,28	14,1
	Водород	-	510	4,12	75
	Пропан	-	500	2,31	9,5
	Ацетилен	-	335	2,5	81
	Сероводород	-	246	4,3	46
		Легковоспламеняющиеся жидкости
	Бензин А-76	- 35	375	0,79	5,16
	Ацетон	- 18	465	2,2	13,0
	Спирт метиловый	13	404	3,6	19
	Сероуглерод	- 43	95	1,0	50
	Скипидар	-34	300	0,8	-

Горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °С относятся к пожароопасным. В обычных производственных условиях горючие жидкости не достигают этой температуры, и поэтому их пары не могут образовывать взрывоопасные смеси. Однако, если ГЖ в условиях производства будет нагрета до температуры вспышки и выше, пары могут образовывать взрывоопасные смеси.

Горючие газы относятся к взрывоопасным при любых температурах окружающей среды. Смесь горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом становится опасной только при определенной концентрации, т.е. в диапазоне

42

нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения. В этом случае при наличии источника зажигания может произойти взрыв.

Взрывоопасные смеси с воздухом могут образовывать пыль и волокна некоторых горючих веществ.

Горючая пыль - дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером менее 850 мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии, которая в смеси с воздухом в определенной пропорции образует пылевоздушную взрывоопасную смесь при нормальных атмосферных условиях.

Характерным показателем пожароопасной характеристики пыли или волокон является также температура тления.

Температура тления - температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления.

В табл. 2.2 приводятся параметры, характеризующие пожаро- и взрывоопасность пыли некоторых горючих веществ.

						Таблица 2.2
		Взвешенная пыль		Осевшая пыль; температура, °С,
		Нижний кон-	Температура
	Горючее вещество	центрацион-	воспламене-	тления	воспламене-	самовоспла-
		ный предел	ния, °С
					ния	менения
		воспламене-
		ния, г/м3
	Мука пробковая	15	460	325	-	-
	Пыли мучные	20-30	410	-	-	205
	Крахмал картофельный	40,3	430	Не тлеет,	-	-
				обуглива-
				ется
	Белок подсолнечный	26,3	-	193	212	458
	пищевой
	Сахар свекловичный	8,9	360	Не тлеет,	-	350
				плавится
	Мука древесная	11,2	430	-	-	255

Взрывоопасные смеси воспламеняются в случае, если в электроустановках находится источник зажигания в виде нагретого тела или пламени (электрическая дуга КЗ, искра, возникающая при замыкании или размыкании контактов, чрезмерно высокая температура на поверхности электрооборудования, превышающая температуру самовоспламенения взрывоопасных смесей, и т.п.).

Нормативная оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

Основополагающей задачей по обеспечению оптимальных вариантов

43

пожарной безопасности при применении электроустановок, молниезащиты зданий и сооружений, а также средств и мер защиты взрыво- и пожароопасных производств от разрядов статического электричества является объективная оценка взрывоопасной и пожароопасной зоны и ее размеров.

От класса взрывоопасной или пожароопасной зоны зависят требования к электроустановкам [1], необходимость выполнения молниезащиты и ее категория [2, 3], а также средства и меры защиты производств от искр статического электричества [4].

В настоящее время нормативная и аналитическая оценка класса взрывоопасной и пожароопасной зоны производится по гл. 7.3 и 7.4 ПУЭ-86 [1] с использованием указаний СН 463-74 (см. п. 7.3.39 [1]) по величине относительного объема взрывоопасной смеси (менее или равное 5%, более 5%), а также времени испарения ЛВЖ (менее или равное 1ч, более 1ч) в количестве, достаточном для образования взрывоопасной смеси в 5%-ном объеме помещения.

С принятием НПБ 105-95 [5] и отменой СН 463-74 для оценки класса взрыво- и пожароопасной зоны и ее размеров в соответствии с гл.7.3 и 7.4 ПУЭ принят исходный критерий - расчетное избыточное давление взрыва смеси Р, менее или равное 5 кПа или более 5 кПа.

Взрывоопасная зона – зона, в которой имеется или может образоваться взрывоопасная газовая смесь в объеме, требующем специальных мер защиты при конструировании, изготовлении и эксплуатации электроустановок [49].

Пожароопасная зона – зона внутри и вне помещений, в пределах которой постоянно или периодически имеются (обращаются) горючие материалы, вещества при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях (гл. 7.4 [1]).

Определение границ класса взрывоопасной или пожароопасной зоны производится технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

Классы взрывоопасных и пожароопасных зон характерных производств обычно содержатся в нормах технологического проектирования или

вотраслевых перечнях производств по взрывопожароопасности.

Впроекте редакции гл. 7.3 ПУЭ седьмого издания [3] парогазовые взрывоопасные смеси образуют взрывоопасные зоны классов 0, 1 и 2 (см. также [49]), пылевоздушные взрывоопасные смеси – взрывоопасные зоны классов 20, 21 и 22 (см. также прил. 4 п/п 22). Указанные классы взрывоопасных зон соответствуют (примерно) принятым в гл. 7.3 [1] клас-

сам: 0 – В – I; 1 – В – I; В – Iг; 2 – В – Iа; В – Iг и В – Iд (с учетом прил. Г [49]); 20 и 21 – В – II; 22 – В – IIа. Обозначения классов пожароопасных зон П-I, П-II, П-IIа и П-III не изменились (гл. 7.4 [1]).

44

Взрывоопасная зона класса 0 – зона, в которой газовая взрывоопасная среда присутствует постоянно или в течение длительного периода времени (она может быть только в пределах корпусов технологического оборудования).

Взрывоопасная зона класса 1 – зона, в которой газовая взрывоопасная среда может образоваться при нормальной работе (здесь и далее нормальная работа – это ситуация, когда установка работает согласно расчетным параметрам).

Взрывоопасная зона класса 2 – зона, в которой газовая взрывоопасная среда не может образоваться при нормальной работе (а если и образуется, то она присутствует лишь кратковременно в результате аварий и неисправностей, за исключением катастроф). По прил. Г [49], к зонам, характеризующимся как взрывоопасная зона класса 2, но отличающаяся одной из следующих особенностей:

1)горючие газы имеют высокий нижний концентрационный предел распространения пламени (15 % и более) и обладают резким запахом и предельно допустимыми концентрациями по ГОСТ 12.1.005-76 (например, производства с обращением аммиака, кроме установок с аммиаком при высоком давлении и без обслуживающего персонала);

2)горючие газы, ЛВЖ имеются в таких количествах, что их воспламенение в нормальном и аварийном режимах не может развить расчетное избыточное давление взрыва, превышающее 5 кПа.

Зоны не относятся к взрывоопасным в следующих случаях: работа с горючими газами и ЛВЖ производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами; при расчетном избыточном давлении взрыва, не превышающем 0,5 кПа.

Взрывоопасная зона класса 20 – пространство, в котором взрывоопасная пылевоздушная смесь присутствует постоянно (она может быть только

впределах корпусов технологического оборудования).

Взрывоопасная зона класса 21 - зона в помещении, в которой пылевоздушная взрывоопасная смесь может образоваться при нормальной работе.

Взрывоопасная зона класса 22 - зона в помещении, в которой опасные состояния, указанные в зоне 21, маловероятны при нормальной работе и возможны в результате аварий и неисправностей.

Пожароопасная зона П-I - зона в помещении, в которой имеются горючие жидкости.

Пожароопасная зона П-II - зона в помещении, в которой имеются горючие пыли или волокна, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва, равное или менее 5 кПа.

Пожароопасная зона класса П-IIа - зона в помещении, в которой

45

имеются твердые или волокнистые не переходящие во взвешенное состояние горючие вещества, материалы.

Пожароопасная зона класса П-III - зона вне помещения, в которой имеются горючие жидкости, пыли, волокна, твердые, в том числе волокнистые, горючие материалы.

При определении размеров взрывоопасных и пожароопасных зон в помещениях необходимо учитывать:

1)взрывоопасные зоны классов 0 и 20 не должны, как правило, быть за пределами корпусов технологического оборудования;

2)при расчетном избыточном давлении взрыва газовой взрывоопасной смеси, превышающем 5 кПа, взрывоопасная зона занимает весь объем помещения;

3)взрывоопасная зона классов 21 и 22 занимает весь объем помеще-

ния;

4)при расчетном избыточном давлении взрыва газовой взрывоопасной смеси, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона занимает часть объема помещения и представляет собой цилиндр с радиусом и высотой, рассчитываемыми технологами согласно ГОСТ 12.1.004-91 [6]. При отсутствии исходных данных зону принимают в виде цилиндра с радиусом, равным 5 м. Высоту отсчитывают от пола помещения - для тяжелых газов и паров, от потолка помещения - для легких газов;

5)при расчетном избыточном давлении взрыва пылевоздушной взрывоопасной смеси, паров перегретых горючих жидкостей, равном или менее 5 кПа, взрывоопасная зона соответственно будет 21, 22 или 2;

6)пространство за пределами ограниченных взрывоопасных зон считается невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность.

В табл. 2.3 приведена классификация рассматриваемых взрыво- и пожароопасных зон, их размеры и индексы обозначений (над чертой - по редакции проекта гл. 7.3 седьмого издания, а под чертой - по гл. 7.3 шестого издания ПУЭ [1]).

		Расчетное	Категория по-
	Вещества и материалы	избыточное
			мещения по
		давление
			НПБ 105-95
		взрыва, кПа

Класс взрыво- или пожароопасной зоны

Таблица 2.3

Размеры взрывоили пожароопасной зоны

	Взрывоопасные установки в помещениях
Горючие газы, ЛВЖ с		Более 5	А	1, 2	Весь объем
tвсп ≤ 28 °С				В-I, В-Iа	помещения

46

	ЛВЖ с	Более 5	Б
	tвсп > 28 °C
	Горючие газы, ЛВЖ	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5
	Горючие пыли, волокна	Более 5	Б
	Горючие пыли, волокна	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5
	Горючие газы с	Более 5	А
	НКП > 15 % и резким за-
	пахом (аммиак)
	То же	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5
	Вещества и материалы,
	способные образовывать
	взрывоопасные смеси при	Более 5	А
	взаимодействии с водой,
	кислородом воздуха или
	друг с другом
	То же	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5
	Перегретые ГЖ	Более 5	Б
	Перегретые ГЖ	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5
	Газообразный водород	Равно или	В1 ÷ В3
		менее 5

1,	2	Весь объем
В-1, В-Iа		помещения
1,	2	Часть объема
В-Iб		помещения
21,	22
		Весь объем
В-II, В-IIа		помещения
21,	22	Часть объема
В-II, В-IIа		помещения

2Весь объем

В– Iа помещения

2Часть объема

В– Iб помещения

2Весь объем

В-Iа помещения

2Часть объема

В– Iб помещения

2Весь объем

В–Iа помещения

2Часть объема

В– Iб помещения

2Верхняя часть помещения

В – Iб (гл. 7.3 ПУЭ)

	Наружные взрывоопасные установки
Горючие газы, ЛВЖ		-		-		1,	2		Согласно гл.7.3
						В-I, В-Iг			ПУЭ
						21,	22		Согласно гл.7.3
Горючие пыли, волокна		-		-		В-II, В-IIа			ПУЭ седьмого
									изд.

Аналитическая оценка классов взрыво- и пожароопасных зон и их размеров

Выше указывалось, что в основу аналитической оценки класса взрывоопасной и пожароопасной зоны и ее размеров положен количественный показатель Р, т.е. расчетноеизбыточноедавлениевзрывавзрывоопаснойсмеси.

Расчет избыточного давления взрыва Р. Порядок расчета заклю-

чается в следующем.

Массу вещества m, кг, участвующего в образовании реактивных зон

47

взрывоопасных концентраций, определяют по формуле
m = m* Z,	(2.1)

где m - масса вещества, которая может быть аккумулирована в объеме помещения, кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению НПБ 105-95 [5].

Согласно табл. 2 [5], допускается принимать следующие значения Z: 0,5 - для горючих газов и пылей; 0,3 – для ЛВЖ и ГЖ, нагретых до температуры вспышки и выше или ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля; 1 – для водорода.

Избыточное давление взрыва Р для веществ подгруппы А (индиви-

дуальные горючие вещества, состоящие из атомов углерода С, водорода Н, кислорода О, азота N и галогенов: хлора Cl, брома Вr, йода I, фтора F) рассчитывают по формуле

P = (Pmax – P0)((m 100) / (Vсв ρг.п Сст Kн)),

(2.2)

где Рmах - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа. Определяется экспериментально или по справочным данным (например, см. прил. 5[3]), при отсутствии данных допускается принимать Рmах равным 900 кПа; Р0 - начальное давление, кПа, допускается принимать равным 101 кПа; m - масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, и определяемая по формулам (2.1), (6) и (11) [5], кг; Vсв - свобод-

ный объем помещения, м3 , допускается принимать 0,8 Vгеом; ρг.п - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг м-3 ; Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об); Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать равным 3.

Стехиометрическую концентрацию горючего вещества определяют по

формуле
Cст = 100 / (1+4,84β),	(2.3)

где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения, определяемый по формуле

β = nС + (nН – nО) / 4 – n / 2,	(2.4)
nС, nН, nО иn - числоатомовС, Н, Оигалогеноввмолекулегорючего.
Плотностьпараилигазаопределяютпоформуле
ρг.п = 12,15 M / (tв + 273),	(2.5)

48