Пожарная безопасность электроустановок / Kostarev - Ocenka PB elektroustanovok 2002

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы

Н.П. Костарев, В.Н. Черкасов

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Учебное пособие

Москва 2002

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы

Н.П. Костарев, В.Н. Черкасов

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Учебное пособие

Под редакцией кандидата технических наук Н.П. Костарева

Допущено Министерством внутренних дел Российской Федерации в качестве учебного пособия для курсантов и слушателей образовательных

учреждений МВД России по специальности 330400–«Пожарная безопасность»

Москва 2002

УДК 614.841.415 (075.8) ББК 31.2+38.96 К–72

Костарев Н. П., Черкасов В. Н.

Методы оценки пожарной опасности электроустановок: Учеб. пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2002.–107 с.

ISBN 5 9229–

Р е ц е н з е н т ы : ГУГПС МВД России, ВНИИПО МВД России, УГПС ГУВД г. Москвы

Рассмотрены причины возникновения источников зажигания в электрических сетях и электротехнических устройствах. Описаны модели и параметры развития первичных источников зажигания. Представлены результаты испытаний электроизоляционных и конструкционных материалов на пожарную опасность.

Впервые приведена количественная и нормативная оценка пожарной опасности электротехнических устройств, алгоритм определения потенциальных источников зажигания, а также программа испытаний электротехнических устройств на пожарную опасность.

Предназначено для слушателей и курсантов образовательных учреждений МЧС России пожарно-технического профиля, а также практических работников, занимающихся вопросами пожарной безопасности электроустановок.

ISBN 5 9229	Академия Государственной противопожарной
	службы МЧС России, 2002

Предисловие

Увеличение количества эксплуатируемых электроустановок приводит к росту числа пожаров и загораний от них. Поэтому проблема противопожарной защиты электроустановок остается актуальной. Решение проблемы невозможно без анализа и методов оценки пожарной опасности электроустановок.

Опыт изучения курса "Электротехника и пожарная безопасность электроустановок" курсантами и слушателями Академии Государственной противопожарной службы МЧС России показывает, что необходима дополнительная информация по разделам "Пожарная безопасность электроустановок" и "Пожарно-техническое обследование электроустановок".

Учебное пособие дополняет учебник по пожарной профилактике электроустановок и помогает ориентироваться в таких нормативных документах, как Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и Правила эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП).

Считаю необходимым выразить признательность коллегам, которые внесли вклад в подготовку учебного пособия, а именно: А.А. Набатникову, Ю.М. Медянику за предложения и конструктивную критику. Авторы благодарны П.Ю. Князеву за помощь в оформлении учебного пособия.

Предисловие, гл. 2-8 написаны канд. техн. наук Н.П. Костаревым; гл.1 написана совместно Н.П. Костаревым и проф. В.Н. Черкасовым.

3

Глава 1

ПРИЧИНЫ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

1.1. Классификация электроустановок

Пожарная опасность электроустановок зависит от качества их изготовления, конструкции, применяемых конструкционных материалов, а также монтажа и условий эксплуатации. В соответствии с ГОСТ 18311–80 все электроустановки классифицируют по видам. С учетом разнообразия электроустановок, отличающихся друг от друга как конструктивными решениями, так и эксплуатационными характеристиками, они объединены в классы по наиболее существенным признакам конструктивного исполнения, электрическим характеристикам и функциональному назначению. Ниже приводятся основные классы, которые достаточно полно охватывают практически все многообразие применяемых электроустановок:

электропроводки и кабели; электродвигатели (электрогенераторы и трансформаторы); осветительные установки;

распределительные устройства, электрические аппараты пуска и управления, аппараты защиты;

электронагревательные приборы и установки; радиоэлектронная аппаратура, ЭВМ.

1.2. Причины загораний электроустановок

1.2.1. Электропроводки и кабели

Загорание электроустановок происходит, как правило, в результате возникновения коротких замыканий (КЗ), т.е. электрических цепей, которые не предусмотрены конструкцией.

В соответствии с ГОСТ 26522–85 "Термины и определения" короткие замыкания в электроустановках подразделяются на металлические, дуговые и замыкания на землю. Короткое замыкание возможно между жилами кабеля, жилами и землей, из–за пробоя изоляции коммутационным или грозовым перенапряжением, либо вследствие старения, воздействия влаги, агрессивной среды, внешнего (внутреннего) теплового или механического воздействия.

Перегрев и воспламенение изоляции от токовой перегрузки возможны в результате подключения потребителей завышенной мощности, ухудшения теплоотвода или отказа вентиляции.

4

Перегрев переходных соединений возможен в результате ослабления контактных соединений токопроводящих жил или окисления соединенных проводников.

1.2.2. Электрические двигатели

Межвитковые замыкания и короткие замыкания обмоток на корпус двигателя возможны в результате повреждения изоляции, старения обмоток, воздействия влаги, агрессивной среды, вибрации, а также пробоя изоляции от внешнего или внутреннего перегрева.

Перегрев от токовой перегрузки обмоток возможен в результате: завышения механической нагрузки на валу, работы трехфазного дви-

гателя в однофазном или двухфазном режиме; работы электродвигателя при повышенном или пониженном напря-

жении; торможения ротора из-за механического износа подшипников, загряз-

нения или отсутствия смазки; повреждения вентиляции или охлаждения двигателя;

завышения частоты пусков или реверсов.

1.2.3. Осветительные установки

Перегрев в осветительных установках возможен из-за появления больших переходных сопротивлений в результате:

ослабления контактного соединения источников света в цоколе лампы, патроне, ламподержателе;

ослабления контактного соединения проводов; окисления контактируемых поверхностей в местах подсоединения пи-

тающих проводов, источника света в цоколе, патроне, ламподержателе. Перегрев из-за завышения мощности источника света и ухудшения

теплоотвода возможен в результате:

использования источников света завышенной мощности, приводящей к перегреву патрона и рассеивающей арматуры;

ухудшения естественного охлаждения (теплоотвода) конструкционных элементов из-за загрязнения;

образования цепей утечки тока из-за старения электроизоляционных и конструкционных материалов, загрязнения поверхностей и агрессивных воздействий.

Перегрев в элементах пускорегулирующей аппаратуры люминесцентных ламп и дуговых ртутных ламп (ДРЛ) возможен в результате:

“залипания” стартера, или электрического пробоя конденсатора, приводящего к токовой перегрузке дросселя;

повышенного рассеяния мощности в дросселе из-за расслоения магнитного сердечника;

межвиткового замыкания в дросселе или трансформаторе;

5

обрыва (перегорания) нити накала люминесцентной лампы, приводящего к токовой перегрузке дросселя или трансформатора.

1.2.4. Распределительные устройства, электрические аппараты пуска, управления и защиты

Перегрев конструктивных элементов из-за повышенного переходного сопротивления возможен в результате:

ослабления контактного давления в местах соединения токопроводящих проводников;

окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников. Перегрев обмоток электромагнита возможен в результате: межвиткового пробоя изоляции повышенным напряжением; пробоя изоляции от старения, воздействия повышенной влажности

или агрессивной среды, вибраций и тряски; периодического недотягивания якоря сердечника при механических

повреждениях конструктивных элементов устройства; завышенной частоты пусков.

Перегрев из-за повышенного искрения контактов возможен в результате: механического износа; окисления контактных поверхностей.

Загорания от предохранителей возможны в результате:

нагрева в местах рабочих контактов от снижения контактного давле-

ния;

нагрева в местах рабочих контактов из-за окисления контактных поверхностей;

разлета частиц расплавленного металла при разрушении корпуса предохранителя или вызванного применением нестандартной плавкой вставки - “жучка”.

1.2.5. Электронагревательные приборы

Короткое замыкание электронагревательных элементов возможно в результате:

разрушения электроизоляционных материалов и конструктивных элементов от старения, воздействия влаги, агрессивной среды от внешнего механического воздействия;

случайного попадания токопроводящих предметов; ослабления контактного давления в местах подключения токопрово-

дящих проводников и токоведущих элементов; окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников и

токопроводящих элементов; деформации конструкционных элементов.

6

Загорания от электронагревательных приборов возможны в результате: соприкосновения горючих предметов и материалов с нагретыми эле-

ментами прибора; теплового облучения горючих материалов.

7

Глава 2

АВАРИЙНЫЕ ПОЖАРООПАСНЫЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

2.1. Развитие аварийных пожароопасных режимов

Причины загораний в электроустановках общие. Они зависят от теплового проявления тока и горючести электроизоляционных материалов. Нагрев изоляционных материалов токами короткого замыкания, или рабочими токами в местах больших переходных сопротивлений, при перегрузке или токах утечки приводит:

квыделению легковоспламеняющихся продуктов при сравнительно низких температурах (табл. 2.1);

квоспламенению горючей изоляции при достижении температуры воспламенения (см. табл. 2.1);

ктепловому пробою и коротким замыканиям (КЗ) в электрических

цепях.

			Т а блиц а 2 . 1
	Показатели пожарной опасности электроизоляционных материалов
	Материал	Температура, оС,
		начала разложения	воспламенения
	Резина	50	220
	Полиэтилен	70	306
	Поливинилхлорид	65	560
	Полистирол	65	274

Для снижения пожарной опасности электроустановок необходимо, чтобы температура их частей в нормальном режиме эксплуатации не превышала значений, допускаемых нормами, а при аномальных и аварийных режимах работы обеспечивалось их надежное отключение аппаратами защиты.

Однако широко используемые в настоящее время аппараты защиты (автоматические воздушные выключатели, предохранители и тепловые реле магнитных пускателей) не во всех случаях выполняют возложенные на них функции.

Характерным примером возникновения пожарной опасности при снижении сопротивления изоляции Rиз является случай развития короткого замыкания от теплового проявления тока утечки Iут в сети с занулением. Преднамеренное надежное электрическое соединение металлических элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением, с нейтралью питающего трансформатора в таких сетях создает условия для протекания тока утечки при снижении сопротивления изоляции. Протека-

8

ние же тока утечки вызывает его увеличение, так как температурный коэффициент сопротивления изоляции твердых диэлектриков отрицателен и с повышением температуры его сопротивление уменьшается. Изоляция выдержит фазное напряжение сети Uф, если при некоторой температуре установится тепловое равновесие, т.е. отдача тепла в окружающую среду сравнивается с выделением тепла током утечки. В противном случае сила тока утечки будет возрастать до теплового пробоя изоляции с возникновением электрической дуги. При двух предельных значениях Rиз = 0 и Rиз = ∞ тепловая мощность в месте утечки равна нулю, так как в первом случае Iут = 0, а во втором – напряжение в месте утечки равно нулю. Следовательно, некоторому определенному значению сопротивления Rиз соответствует наибольшее возможное значение тепловой мощности в месте утечки Рут = I2утRиз . Однако особенность самого пробоя такова, что он наступает при относительно малых значениях Рут, поскольку размеры зоны с большим сопротивлением Rиз и высокой температурой имеют локальный характер. Это способствует накоплению тепла.

Qут = Iут2 Rиз τ = Uф Iут τ = Pут τ ,

где τ - продолжительность тепловыделения в зоне утечки. Установлено, что токи утечки Iут, равные 200–300 мА, пожароопасны. При этом протекание токов утечки по проводам сети практически не нарушает их теплового режима, так как

Qпр = (Iдоп + Iут )2 (RФ + Rн )τ , а Iдоп >> Iут ,

где I доп - допустимая длительная токовая нагрузка на проводники; Rф и

Rн – соответственно активные сопротивления фазного и нулевого провода. Продолжительность тепловыделения в зоне утечки определяется током уставки Iуст и временем срабатывания τуст аппарата защиты, а при отсутствии защиты от тока утечки и достаточной тепловой мощности Рут - длительностью аварийного режима τа.р и временем τвоспл , необходимым для подготовки изоляции к воспламенению. При этом, если τа.р > τвоспл, то воспламенение практически неизбежно, а если τа.р <τвоспл, то воспламенение носит вероятностный характер. Воспламенению изоляции способствует также тепловой эффект электрической дуги, которая возникает в месте

теплового пробоя.

В момент возникновения электрической дуги, если не происходит разрыва цепи аппаратами защиты или пережигания токоведущих жил, в цепи устанавливается ток короткого замыкания IКЗ, вызывающий общий интенсивный нагрев проводов сети. Выделяющееся при этом тепло в токоведущих жилах

9