Показатели пожарной опасности электроизоляционных материалов

ЗАНЯТИЕ 2

Тема Аварийные режимы работы электроустановок, причины пожаров и загораний от электроустановок. Аварийные режимы работы электроустановок (короткое замыкание, перегрузка электрической сети, переходное сопротивление, токи утечки, искрение и электрические дуги), приводящие к пожарам. Тепловое действие тока. Способы защиты электрических цепей при аварийных режимах работы. Предохранители, их номинальные параметры. Автоматические устройства защиты электрических сетей

АВАРИЙНЫЕ ПОЖАРООПАСНЫЕ РЕЖИМЫ

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:

К выделению легковоспламеняющихся продуктов при сравнительно низких температурах;

К воспламенению горючей изоляции при достижении температуры воспламенения;

К тепловому пробою и коротким замыканиям (КЗ) в электрических цепях.

Таблица 1

Показатели пожарной опасности электроизоляционных материалов

Материал	Температура, оС,
Начала разложения	Воспламенения
Резина
Полиэтилен
Поливинилхлорид
Полистирол

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. Протекание 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.

Где t - 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

Где - 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 tуст аппарата защиты, а при отсутствии защиты от тока утечки и достаточной тепловой мощности РУт - длительностью аварийного режима tа. р и временем tвоспл, необходимым для подготовки изоляции к воспламенению. При этом, если tа. р > tвоспл, то воспламенение практически неизбежно, а если tа. р <tвоспл, 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

Ведет к перегреву изоляции сверх допустимой по нормам ПУЭ и при достижении температуры воспламенения изоляция воспламенится. Таким образом, снижение сопротивления изоляции внутри электроприемника приводит к росту пожарной опасности самих помещений. Одновременно в сети устанавливается пожароопасный режим.

Таким образом, автоматические воздушные выключатели, предохранители и тепловые реле магнитных пускателей “не чувствуют” процесса развития короткого замыкания в конце защищаемого участка сети. В соответствии с требованиями ПУЭ

Время отключения однофазных КЗ этими аппаратами составляет несколько десятков секунд и определяется временем разрушения плавких вставок или срабатывания тепловых расцепителей. Например, для предохранителей типа ПН - 2 с номинальным током вставок выше 100 А оно достигает
30–60 с, а расцепителей автоматических выключателей типа А3100 с номинальными токами от 60 до 150 А – 60 - 90 с. Такое длительное протекание токов короткого замыкания может приводить к значительному тепловому нагреву изоляции и опасности ее возгорания. При низком качестве монтажа наблюдаются случаи, когда сопротивление “фаза-нуль” настолько велико, что вообще не обеспечивается срабатывание аппаратов защиты до возгорания изоляции. (S=2xPxL/UxdUxY- для однофазных цепей и цепей постоянного тока; S=PxL/UxdUxY- для цепей переменного тока)

Отмеченные закономерности развития короткого замыкания при разрушении электрической изоляции являются объективными предпосылками развития электрической и пожарной опасности, так как применяемые аппараты защиты не реагируют на протекание токов утечки до развития короткого замыкания.

2) Короткие замыкания в электроустановках

Основной причиной возникновения пожара в кабельных изделиях являются аварийные режимы их работы, сопровождаемые превышением рабочих значений тока (сверхтока). Зачастую сверхток может быть следствием различных видов короткого замыкания.

Под КЗ понимается не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малое сопротивление токопроводящих частей, имеющих различную полярность, подключенных к различным фазам (многофазный переменный ток) или имеющих различные потенциалы замыкания на землю (заземленные предметы и нулевые провода). КЗ в кабельных изделиях чаще всего возникает из-за нарушения изоляции токопроводящих жил вследствие ее старения, механического повреждения, неправильной эксплуатации.

Независимо от причины, вызвавшей КЗ, неизбежны: резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи, уменьшение напряжения системы, перерывы в электроснабжении потребителей.

При коротком замыкании образуется новая электрическая цепь или несколько электрических цепей, не предусмотренных нормальным режимом эксплуатации. Короткое замыкание представим в виде схем замещения (нарисовать схемы замыкания и их схемы замещения)

Таблица 2. Распределение пожаров, происшедших от КЗ в электроустановках, по местам их возникновения

	Количество пожаров, %
Наименование электроустановок	Крыша, чердак, потолок	Жилая комната	Коридор	Кухня	Подвал	Пристройка к дому	Подсобное помещение	Бытовка	Техно- логическая установка	Произв- одствен- ное поме- щение	Про- чее	Всего пожаров, %
Электрический ввод Трубостой Электрические щиты Рубильники Автоматические выключатели Магнитные пускатели Электрические счетчики Электрическая проводка Трансформаторы и стабилизаторы бытовые Двигатели электрические Люминесцентные светильники Электроустановочные изделия Электрические нагреватели Телевизоры Радиоприемники сетевые и магнитофоны Лампы накаливания Холодильники бытовые Елочные гирлянды Аккумуляторы и зарядные устройства	9,46 1,53 0,03 0,09 0,03 13,11 0,03 0,07 0,13	0,17 0,1 12,01 1,46 0,1 0,06 0,9 0,7 2,72 0,63 1,0 0,6 0,43	0,06 0,56 0,03 0,03 0,27 2,66 0,11 0,06 0,03 0,62	0,1 3,29 0,2 0,17	0,08 0,9 0,03	0,06 3,45 0,06 0,4	0,07 0,43 0,06 0,03 0,1 0,06 7,67 0.11 0,11 0,39 0,06 1,36	0,06 0,06 0,06 0,06 1,56 0,03 0,03 0,1 1,0	0,56 0,03 0.03 0,1 3,05 0,6 0^2 0,27	0,4 0,06 0,03 0,06 4.02 0,17 0,3 0,2 0,23 0,06 0.6	0,03 0,5 0,13 0,03 13.95 0,2 0,28 0,07 0,13 1,23	9,46 1,69 2,95 0,46 0,24 0,26 0,49 65,65 1,46 1,43 0,93 2,18 1.69 2,72 0,63 5.67 0,6 0,43 0,6
Итого пожаров, %	24,6	20,9	4,6	3,8	1,0	4,1	10,6	3,1	4,2	6,4	16,8	100,0

При КЗ в местах соединения проводов сопротивление практически равно нулю, в результате чего ток, проходящий по проводникам и токоведущим частям аппаратов и машин, достигает больших значений. Токи КЗ на несколько порядков превышают номинальные токи проводов и токоведущих частей и достигают сотен и тысяч ампер. Такие токи могут не только перегреть, но и воспламенить изоляцию, расплавить токоведущие части и провода. Плавление металлических деталей машин и аппаратов сопровождается обильным разлетом искр, которые в свою очередь способны воспламенить близко расположенные горючие вещества и материалы, послужить причиной взрыва.
Примером может служить пожар, происшедший на одном из ковровых комбинатов. По неосторожности водителя автопогрузчика перевозимым негабаритным грузом был случайно задет электрощит на опоре, стоящей рядом с проезжей частью дороги. В результате КЗ в электрощите от электрических искр воспламенился хлопок, лежавший на земле в кипах недалеко от опоры. Огонь быстро распространился по хлопку до близлежащего здания цеха и через оконные проемы проник внутрь него.
Короткие замыкания в электроустановках возникают по разным причинам. Чаще всего они бывают из-за отказа электрической изоляции вследствие ее старения и отсутствия контроля за ее состоянием. Подтверждением этого служит тот факт, что чаще всего пожары от КЗ происходят в электропроводках жилых домов, причем это характерно для таких помещений, как жилые комнаты. чердаки, коридоры и подвалы.
Неправильная эксплуатация электроустановок неизбежно ведет к возникновению пожаров, поскольку либо не выполняются условия по предотвращению непредусмотренного аккумулирования выделяющегося тепла (например, эксплуатация телевизоров без соблюдения режима охлаждения ведет к его перегреву, особенно когда они встраиваются в мебельные «стенки»), либо не соблюдаются пожаробезопасные расстояния до горючих материалов (например, при эксплуатации нестандартных электронагревательных приборов для обогрева помещений), либо игнорируются четкие технические указания по режиму работы (табл. 3).

Таблица 3. Распределение пожаров, происшедших из-за несоблюдения пожаробезопасных расстояний от электроустановок до горючих материалов

В качестве примера можно привести пожар, происшедший в жилом доме г. Рязани. При осмотре очага пожара было установлено, что наибольшему воздействию огня подвергался участок пола, где стоял телевизор со стабилизатором напряжения. Расследованием установлено, что стабилизатор напряжения иногда длительное время находился под напряжением при выключенном телевизоре. В его паспорте указано, что включение в сеть без нагрузки не допускается. Несоблюдение этого требования привело к перегреву стабилизатора с последующим загоранием пола.
Пожары из-за неправильной эксплуатации электроустановок характерны для жилых и административных зданий, а также для передвижных домиков и вагончиков, причем среди электроустановок, нарушение режима работы которых приводит к пожарам, чаше всего фигурируют электрические светильники, электрические нагреватели и электрические утюги (табл. 4).

Таблица 4. Распределение пожаров, происшедших из-за оставления без присмотра электронагревательных приборов, по объектам и типам электронагревательных приборов

Особенно следует отметить, что пожары из-за неправильной эксплуатации электроприборов нередко сопровождаются гибелью людей, поскольку нарушение режима эксплуатации порой усугубляется потерей людьми контроля за их работой в результате сна или нетрезвого состояния. Например, оставление без присмотра включенного телевизора, особенно в ночные часы, может привести к его загоранию, поскольку допускаемое повышение напряжения в сети при определенных условиях может быть

Причины пожаров и защита электроустановок Для возникновение пожара необходимо наличие трех одновременно действующих факторов: горючей среды (горючих материалов и окислителя), источника зажигания и путей распространения пожара.