Действия при возгорании электропроводки. Причина возгорания электропроводки Как происходит пожар из за проводки
Стремительная электрификация жилых зданий обязывает более внимательно анализировать электроустановку (электропроводку, электроприборы, защитную и коммутационную аппаратуру) с точки зрения опасности возникновения пожара. В данной статье рассмотрим условия, при которых короткое замыкание действительно может стать причиной пожара.
Нормативные требования
В соответствии с ПУЭ, электрическую сеть напряжением до 1 кВ в жилых, общественных, административных и бытовых зданиях требуется защищать от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
ПУЭ-7
3.1.10
Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки.
Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений:
осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно¬бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.), а также в пожароопасных зонах.
3.1.11
В сетях, защищаемых от перегрузок (см. 3.1.10), проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:
80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;
100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) – для проводников всех марок.
Рис. 1. Характерная схема электроснабжения жилого здания
Схема электроснабжения
Рассмотрим характерную схему (рис. 1), где источником электроснабжения служит, как правило, отдельно стоящая подстанция с распределительным щитом 10(6)/0,4/0,23 кВ. На вводе в здание ВРУ-0,4/0,23 кВ. Следующая ступень – это этажный групповой распределительный щиток, и последняя ступень – это квартирный . Вышеперечисленные распределительные устройства подключены между собой проводниками, минимально допустимые сечения которых указаны в требованиях ПУЭ. Номинальные токи аппаратов, которые защищают провода и кабели от токов коротких замыканий и от перегрузки, выбираются в соответствии с требованиями ПУЭ.
Условия возгорания электропроводки
Возникает вопрос, может ли при коротком замыкании произойти возгорание электропроводки, если выполнены вышеперечисленные и другие требования ПУЭ? Рассматривая данный вопрос, необходимо обратить внимание на то, что возгорание электропроводки происходит при достижении проводником определенной температуры, зависящей от типа изоляции кабеля. В настоящее время широко применяется , у которого эта температура равна: Q
= 350 O С.
Изменение температуры проводника при протекании тока короткого замыкания описывается формулами, которые приведены в . С учетом некоторых особенностей, а именно кратковременности протекания тока короткого замыкания, о чем будет рассказано далее, в рассматриваемых случаях для проводников с медными жилами можно использовать нижеследующую формулу:
где Q
кон. и Q
нач. – соответственно конечная и начальная температуры токоведущей жилы проводника, О С;
к – показатель степени:
(1а) |
где t – время протекания тока короткого замыкания, с;
S – сечение проводника, мм 2 ;
– интеграл Джоуля или тепловой импульс, кА 2 /с.
В общем случае ток короткого замыкания содержит периодическую и апериодическую составляющие, т.е.:
Однако, как показывает анализ, влияние апериодической составляющей в данном случае невелико ввиду её быстрого затухания (постоянная времени затухания Т 0,003 с). В результате интегрирования на интервале времени действия защитной аппаратуры (0 — 0,02 с) получим:
где I д – действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания.
Тогда формула (1а) примет вид:
(4) |
Из вышеперечисленных формул видим, что предельные значения токов короткого замыкания, при которых возгорание проводника не произойдет, зависят от его сечения и времени отключения короткого замыкания.
Рис. 2 (а). Времятоковые характеристики автоматических выключателей типа LSN
Рис. 2 (б). Времятоковые характеристики автоматических выключателей типа С 60а Merlin Gerin
Граничные значения токов короткого замыкания и минимально допустимые значения токов КЗ
Проводя анализ защитных времятоковых характеристик автоматических выключателей (рис. 2), мы наблюдаем две области: работа отсечки, предназначенной для отключения токов короткого замыкания, и работа тепловых расцепителей, предназначенных для защиты от перегрузки. Время действия отсечки измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды, а время действия защиты от перегрузки измеряется от нескольких секунд до нескольких минут. Понятно, что короткие замыкания должны отключаться отсечкой автоматического выключателя как можно быстрее. Если короткое замыкание будет отключаться медленнее действующей тепловой защиты, то неминуемо произойдет повреждение соседних проводников горящей дугой, на которых вследствие этого также произойдут короткие замыкания. При этом возникновение пожара неминуемо.
Исходя из требований чувствительности, можно определить минимальные значения токов КЗ, при которых будет надежно срабатывать отсечка автоматических выключателей:
I кзмин. = I ном · 2 · 5,
где I ном – номинальный ток автомата;
2 – коэффициент надежности;
5 – кратность тока срабатывания отсечки.
Для определения максимально допустимых значений токов КЗ, при которых в электропроводке возгорание ещё не произойдет, используем формулы (1) и (2).
Примем начальную температуру проводника Q
нач. = 30 O С. В качестве конечной требуется принять такую, при которой изоляция электропроводки ещё не теряет своих свойств и позволяет осуществлять дальнейшую эксплуатацию. Для кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией эта температура находится в диапазоне 160 — 250 О С . Примем среднее значение Q
кон. = 200 О С:
Важную роль играет время срабатывания электромагнитных расцепителей автомата при КЗ. ГОСТ Р 5034599 , а также аналогичные зарубежные документы, к сожалению, содержат лишь требование о том, что время действия автоматических выключателей в начальной зоне отсечки (время мгновенного расцепления) должно быть менее 0,1 с. Однако из каталожных времятоковых характеристик автоматов следует, что на самом деле время срабатывания выключателей намного меньше. Так, для автоматов типа LSN и С 60а это время не превышает 20 мс, а при больших кратностях тока короткого замыкания ещё меньше (рис. 2а и 2б). При времени отключения 20 мс предельно допустимое значение тока КЗ для медного проводника сечением 1,5 мм 2 составит:
Задаваясь регламентированными ПУЭ минимально допустимыми значениями сечений медных проводников на разных ступенях системы электроснабжения (табл. 7.1.1), можно аналогичным образом определить максимальные и минимальные значения тока на других ступенях системы электроснабжения. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Табл. 1. Граничные значения тока КЗ на различных ступенях системы электроснабжения
Следует ещё раз подчеркнуть, что максимально допустимые значения тока КЗ в значительной мере зависят от быстродействия автоматического выключателя при КЗ.
Если необходимо определить минимально допустимое сечение кабеля или провода при заданном токе короткого замыкания и времени его отключения, то можно использовать формулу:
Влияние перегрузки проводников
В большинстве случаев, перегрузка электрической сети в жилом секторе может возникнуть при использовании дополнительных обогревательных электроприборов в холодное время года, в период аварий в системе водяного отопления и т.п. Несмотря на то, что внутренние электросети жилых, общественных, административных и бытовых зданий должны быть защищены от перегрузки, в соответствии с требованиями ПУЭ, однако же защитные аппараты допускают некоторую перегрузку проводников. Это связано с тем, что надежное срабатывание предохранителей происходит при токах, превышающих 1,6I ном, а автоматов – 1,45I ном.
Если, например, автомат выбран на основании требований ПУЭ, т.е. его номинальный ток равен длительно допустимому току проводника, то последний может длительно работать с нагрузкой 145% I доп., при этом его температура может достигать:
Q р = Q о + (Q д – Q р) · (I пред / I р) 2 = 30 + (65 – 25) 1,45 2 = 147 O С.
Эта величина больше длительно допустимой температуры для кабелей с пластмассовой изоляцией, указанной не только в ПУЭ и равной 65 O С, но и больше указанной в ГОСТ Р 53769-2010 и равной 70 O С.
При возникновении короткого замыкания в процессе длительной перегрузки температура проводника превысит предельно допустимое значение 350 O С и составит для S = 1,5 мм 2 при I кз = 1550 А (1):
Q кон. = 147 · е к + 228 (е к – 1) = 394 O С, где к = 0,506.
На основании вышеизложенных расчетов и анализа напрашивается вывод о том, что для исключения возможного превышения допустимых температур электропроводки при перегрузках и КЗ номинальные токи защитной аппаратуры следует выбирать несколько ниже, чем требует ПУЭ, как, например, для автоматических выключателей: I ном.авт. 80% I доп.
Обратим особое внимание на то, что действующие требования ПУЭ не обязывают выполнять проверки проводников до 1 кВ на термическую стойкость к токам КЗ. Однако в отношении жилых, общественных, административных и бытовых помещений с этим трудно согласиться с учетом возможных тяжелых последствий.
Реальные значения токов короткого замыкания в схеме электроснабжения зданий
Токи КЗ в системе электроснабжения напряжением до 1 кВ рассчитываются согласно методике, изложенной в ГОСТ 2824993 . Расчет оказывается более сложным, чем для сетей напряжением 6–35 кВ, что объясняется рядом обстоятельств:
- необходимостью учета не только реактивных, но и активных сопротивлений элементов схемы;
- необходимостью учета сопротивлений контактных соединений;
- необходимостью учета увеличения активных сопротивлений проводника при росте температуры;
- необходимостью учета сопротивления дуги;
- отсутствием точных данных по сопротивлениям нулевой последовательности некоторых элементов системы электроснабжения (кабели с непроводящей оболочкой, силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн, Y/Zн).
Однако это отдельная тема для разговора.
Как показывают , при установке на подстанциях трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более, токи КЗ у потребителя могут превышать указанные в табл. 1 максимально допустимые значения. С целью ограничения токов КЗ в электросети жилого помещения можно применять питающие трансформаторы со схемами соединения обмоток Y/Yн. Такие трансформаторы обладают повышенными сопротивлениями нулевой последовательности, снижающими токи однофазного КЗ . В ряде случаев следует идти на увеличение сечения проводников внутренней электропроводки по сравнению с требуемым по условиям допустимой нагрузки и минимально допустимыми значениями, указанными в ПУЭ.
Из всего вышеизложенного следует, что даже при выполнении действующих нормативных требований, в результате КЗ на отдельных участках электропроводки жилых зданий могут создаться условия для возгорания. Однако в этом случае само КЗ было бы неправильно квалифицировать как причину пожара. Истинными причинами пожара являются либо неправильные технические решения, либо недостаточная надежность и быстродействие примененной защитной аппаратуры, либо превышение нормативного срока эксплуатации электрооборудования и т.п.
ВЫВОДЫ
1. В результате коротких замыканий, при значительных величинах тока КЗ и недостаточном быстродействии защитной аппаратуры, существует реальная опасность возгорания или серьезного ухудшения состояния изоляции внутренней электропроводки зданий.
2. Учитывая особую опасность возгорания, целесообразно ввести нормативное требование о выполнении проверки термической стойкости электропроводки в жилых зданиях.
3. Для исключения перегрузок внутренней электропроводки номинальные токи защитных аппаратов необходимо выбирать ниже длительно допустимых токов защищаемых проводников.
4. При выборе защитных аппаратов особое внимание следует уделять надежным автоматическим выключателям с гарантированным быстродействием в зоне мгновенного расцепления 0,02 с и менее.
Литература, используемая в статье
1. Правила Устройства Электроустановок, 6-е и 7-е изд.
2. Технический циркуляр №Ц0298(э) Департамента стратегии развития и научнотехнической политики РАО «ЕЭС России».
3. ГОСТ Р 5034599. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения.
4. ГОСТ 2824993. Токи короткого замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
5. Федоровская А.И., Фишман В.С. Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ.
Для организации любого производства необходимы следующие основные составляющие: помещение, производственная линия и бригада квалифицированных рабочих. Еще, разумеется, необходимо закупить сырье и обеспечить каналы сбыта продукции. Но цех не заработает, если...
Кабель с многожильными проводами От того какую мы выбираем марку кабеля, для проведения электромонтажных работ, зависит безопасность энергосистемы и электрооборудования. Одной из причин пожаров, как не печально об этом говорить, является...
Приобретая новую квартиру, перед началом отделочных работ, возникает необходимость капитального ремонта электропроводки. Это связано с тем, что электромонтаж электропроводки в новостройках выполняется по типовым проектами, которые не учитывают всех требований, ...
Электромонтаж и прокладка кабеля в жилых и нежилых помещениях Прокладка кабеля — это одна и важнейших частей электромонтажных работ и от того как грамотно проведён электромонтаж кабеля, будет зависить дальнейшая работа...
Развернуть содержание
Электротехнические причины пожаров являются одними из наиболее распространенных причин пожаров – почти каждый пятый .
Всегда ли электротехнические причины пожаров являются достаточно обоснованными?
Как показал многолетний опыт и практика исследования пожаров для выдвижения и окончательного принятия версии данной причины возникновения пожара дознавателю и следователю, порой достаточно обнаружить в месте очага пожара оплавленный электрический проводник. Зная, что короткое замыкание, обладает достаточным тепловым импульсом и способно воспламенить изоляцию токоведущих частей и горючие материалы, находящиеся вблизи с электроустановками, некоторые специалисты, считают, что правильно установили причину пожара. В дальнейшем остальные элементы и аппараты защиты электрической сети объекта пожара их не интересуют. Такой вывод о достоверности причины пожара не правилен.
Для объективного раскрытия преступлений и обоснованного определения причины пожара необходимо полное и качественное исследование всей электрической сети объекта пожара, фиксация обнаруженных в очаге фрагментов электротехнических устройств и правильное изъятие необходимых для проведения инструментальных исследований вещественных доказательств.
При расследовании пожаров с в качестве вещественных доказательств должны изыматься элементы электросети (аппараты защиты, коммутационные аппараты, отрезки кабелей и проводов с медными и алюминиевыми жилами), имеющие характерные следы воздействия дуги короткого замыкания или температурного разрушения.
Последовательность действий лиц, занимающихся дознанием пожаров, неоднократно указывалось в специальной литературе.
Считаем полезным систематизировать и вновь повторить их.
Версия возможности возникновения пожара от электроустановок должна выдвигаться и отрабатываться во всех случаях, когда на объекте пожара имелось электрооборудование. Осмотр электроустановок представляет немалую сложность, поэтому целесообразно осуществлять его с привлечением специалистов энергетиков. Причем следует иметь в виду, что этот осмотр не может ограничиваться только помещениями, в которых происходило горение, т.к. для отработки версий возможности возникновения пожара от электрооборудования необходимо знание состояния всей электрической сети, начиная от источника питания (трансформаторной подстанции) до наиболее удаленных потребителей электроэнергии, находившихся на объектах пожара.
Версии о причинах возникновения пожаров, связанных с эксплуатацией электроустановок – это наиболее широкая группа причин. Это обусловлено прежде всего энерговооруженностью на производственных предприятиях, в сельском хозяйстве и в быту, возможностью выхода из строя электротехнической продукции, а также низким качеством технического обслуживания электрохозяйства. Необходимо отметить, что причастность электрооборудования к возникновению пожаров довольно часто «устанавливается» без достаточных оснований. Это требует более глубокого и грамотного исследования всех тех явлений, предшествовавших пожару и имевших место в его процессе, которые имеют существенное значение при установлении истинной причины возникновения пожара при отработке выдвинутых версий о возможной причине пожара.
Следует иметь в виду, что практически все источники зажигания, связанные с эксплуатацией электрических установок, обладают большим запасом тепловой энергии и способны зажечь большинство горючих веществ и материалов.
К причинам пожаров электротехнического характера относятся:
- электрическая дуга;
- короткое замыкание;
- перегрузка электрических цепей;
- больше переходное сопротивление;
- искрение;
- перенапряжение электрической сети;
- переход электрического тока на металлические заземленные конструкции зданий и сооружений;
- переход электрического тока на слаботочные электрические линии (радио, телефонные и пр.);
- тепловое воздействие электронагревательных приборов;
- тепловое воздействие электрических ламп накаливания, их аварийный режим и проплавление колб;
- аварийный режим работы люминесцентных светильников.
Для повышения качества осмотра электрооборудования на пожаре целесообразно более подробно рассмотреть каждую из перечисленных выше причин, имея ввиду, что появление или наличие некоторых из них предусмотрено нормальным режимом работы электроустановок. Например, электрические дуги возникают при проведении электросварочных работ; искрение происходит в коллекторных электродвигателях, магнитных пускателях и контакторах; наличие нагретых или накаленных частей имеется в нагревательных приборах и пр.
Необходимо знать, что перенапряжение электрической сети, большое переходное сопротивление и перегрузка цепи может привести к короткому замыканию, возникновению электрической дуги, и наоборот, короткое замыкание может привести к перегрузке электрической сети, к искрению, образованию электрической дуги, к переходу электрического тока на металлические заземленные конструкции и т.д. То есть, одни аварийные режимы, переходят в другие более опасные в отношении возможности возникновения пожаров.
Рассмотрим вышеперечисленные источники зажигания подробнее.
Электрическая дуга имеет очень высокую температуру (1500-4000 °С) и может воспламенить практически любой горючий материал, соприкасаясь с ним непосредственно, а также посредством лучистой теплоты. Электрическая дуга образуется в результате устойчивого электрического разряда между двумя металлическими элементами электрической установки, имеющими разные потенциалы. В электрической дуге происходит интенсивная ионизация газового промежутка, плавление и горение металла. Кроме того, происходит интенсивное разбрызгивание расплавленных частиц металла, имеющих большой запас тепловой энергии, которые попадая на горючие материалы, могут зажечь их.
Устойчивая электрическая дуга наиболее часто может возникать при коротком замыкании в газовых трубах или бронированных кабелях и значительно реже в электропроводах. При этом, по мере расплавления и сгорания токоведущей жилы электрического проводника, брони, трубы, или другой защитной оболочки, дуга может перемещаться вдоль их поверхностей в сторону источника питания, оставляя точечные или распределенные по длине проплавления. При электрической дуге по цепям протекают токи короткого запасания, Поэтому при образовании электрической дуги в аварийном режиме в электрической цепи возникают вторичные (побочные) явления, характерные для короткого замыкания. При этом нередко источники зажигания появляются не только в месте образования дуги, но и в других местах электрической цепи, но направлению к источнику питания. В случаях, не предусмотренных нормальным режимом эксплуатации электроустановок, возникновение электрической дуги чаще всего происходит при коротком замыкании.
Одним из широко известных примеров использования электрической дуги в производстве является электрическая сварка, при которой по проводникам протекают значительные токи и выделяется большое количество тепловой энергии.
Процесс электрической дуговой сварки, как правило, сопровождается возникновением:
- нагретых до высокой температуры или даже раскаленных свариваемых, деталей, конструкций или их отдельных участков;
- разлетом на значительные расстояния сравнительно больших по размерам частиц расплавленного металла;
- нагревом контактных элементов и электрических проводников в местах неплотных соединений;
- искрения в местах некачественного соединения или подсоединения электрических проводов к сварочному аппарату, свариваемым деталям и конструкциям.
Короткое замыкание
Среди причин пожаров электротехнического характера короткое замыкание является самым распространенным, хотя нередко оно может быть и следствием какой-либо другой аварийной ситуации в электрической цепи.
Короткое замыкание возникает при соединении электрических проводов с нарушенной изоляцией, соприкосновении проводов с металлическими заземленными конструкциями зданий и сооружении, попадании на оголенные провода посторонних металлических предметов, пробое обугленной или нарушенной изоляции проводов и других электроустановочных изделий. В результате короткого замыкания, из-за резкого возрастания тока в электрической цепи, значительно возрастает температура токопроводящих жил, что приводит к воспламенению изоляции электрических проводов и кабелей и чаще всего сопровождается расплавлением металла проводников.
Перегрузка электрических цепей
Перегрузкой называется такое явление, при котором в электрической сети, обмотках электрических машин, приборах и аппаратах возникают токовые нагрузки, превышающие длительно допустимые.
Наиболее частыми причинами, вызывающими перегрузку электрических цепей являются:
- неполное или неметаллическое короткое замыкание через некоторое переходное сопротивление;
- перенапряжение в электрической сети;
- работа трехфазного двигателя на двух фазах вследствие обрыва третьей или срабатывания одного из предохранителей;
- заклинивание, перегрузка механизма, приводимого электродвигателем (например, двигателя транспортерной линии);
- неправильный выбор электродвигателя для заданного рабочего механизма (заниженная мощность по отношению к требуемой);
- заедание вала электродвигателя вследствие недостаточности смазки, или разрушении подшипников и перекосе вала;
- включение в электрическую сеть не предусмотренных расчетом мощных потребителей электроэнергии.
Большое переходное сопротивление
Большое переходное сопротивление – это сопротивление участка электрической цепи в месте соединения отдельных элементов (места соединения проводов, подсоединения их к электроприемникам, контактным элементам и т.п.) в которых, при неправильном их исполнении, сопротивление выше по сравнению с сопротивлением электрической цепи до этих участков и после их
Наиболее часто большие переходные сопротивления возникают в следующих случаях:
- в местах соединения проводов между собой, когда вместо пайки, сварки, опрессовки или зажимов под болты применяются скрутки проводов с алюминиевыми и медными жилами;
- в местах подключения проводов к рубильникам, электродвигателям и другим аппаратам без специальных зажимов и наконечников;
- в рубильниках, магнитных пускателях, выключателях, штепсельных разъемах (розетках, вилках) на контактных элементах при снижении прилагаемых для включения усилий, недовключения, подгорания и т.п.;
- в местах контактов. выполненных с помощью резьбовых соединений в электрооборудовании, которое в процессе работы подвержено вибрации, и особенно в случаях отсутствия приспособлений против самоотвинчивания;
- в местах соединения проводов, выполненных с помощью пайки, но с применением при подготовке поверхностей кислот, которые практически всегда остаются в месте пайки и впоследствии вызывают усиленное окисление мест соединения или близ расположенных участков проводов.
Образование источников зажигания при возникновении больших переходных сопротивлений, как правило, возможно, в мостах появления переходных сопротивлений, описанных выше. Непосредственным источником зажигания в этом случае могут быть:
- элементы электроустановок, нагретые до высокой температуры теплом, выделенным электрическим током в месте большого переходного сопротивления;
- электрические искры или частицы расплавленного и накаленного металла, возникающие в месте «плохого» электрического контакта.
Большое переходное сопротивление может быть причиной возникновения короткого замыкания.
Искрение в электроустановках – это весьма распространенное явление и происходит как при нормальной работе отдельных потребителей электрической энергии, так и в аварийном режиме. Искрение образуется при контактной и дуговой электросварке, включении и выключении рубильников, магнитных пускателей, контакторов, выключателей, на кольцах и коллекторах электродвигателей при неплотном прилегании к ним щеток, и в местах некачественного соединения проводов к потребителям электрической энергии, при соприкосновении отдельных участков проводов между собой или с заземленными конструкциями и т.д. При искрении происходит образование источников зажигания, обладающих энергией и температурой достаточных для воспламенения многих горючих веществ и материалов.
Искрение в не пожароопасных и не взрывоопасных средах, а также при отсутствии в непосредственной близости горючих материалов и конструкций большой опасности не представляет.
Перенапряжение в электрической цепи
В связи с тем, что источники питания электроэнергией имеют ограниченные мощности, подключение к ним или отключение от них электропотребителей приводит к изменению напряжения в электрической сети. Чтобы компенсировать снижение напряжения, при одновременном включении большого количества потребителей, напряжение источника питания завышают. Поэтому при отключении большинства потребителей напряжение в электрической сети становится выше номинального (127, 220, 380 В). Величина перенапряжения может быть различной и особенно больших различий чаще всего достигает в сельской местности. Причиной перенапряжений в электрической сети может быть также выход из строя регулятора числа оборотов на местных электростанциях, когда, образно говоря, двигатель генератора идет в «разнос». Перенапряжение может возникать: при коротких замыканиях; при попадании «высокого» напряжения на низковольтные сети; при грозовых разрядах; электромагнитной индукции и др.
Пожарная опасность перенапряжения, в зависимости от конкретных условий, может проявляться в следующем:
- повышении вероятности возникновения короткого замыкания;
- увеличении токовой нагрузки на отдельных участках электрической цепи и возможности возникновения перегрузки;
- повышении тепловыделения в электронагревательных устройствах;
- повышении вероятности возникновения аварийных режимов в лампах накаливания;
- повышении вероятности выхода из строя отдельных элементов бытовых электропотребителей (телевизоров, радиоприемников, блоков питания и др.), а так же промышленного электрооборудования.
Переход электрического тока на заземленные металлические конструкции
Переход электрического тока на металлические заземленные конструкции зданий и сооружений, имеющие электрическое соединение с землей (крыши, водосточные трубы, трубы системы отопления и водоснабжения, металлические балки, сетки под слоем штукатурки и т.п.), происходит в результате соприкосновения их с одним из фазных проводов, находящихся под напряжением. В случае контакта между ними возникают значительные токи уточки, которые могут привести к срабатыванию электрической защиты, если она выбрана правильно. В этом случае опасность перехода электрического тока на металлические конструкции, ограничивается местом касания провода к конструкции, где возможны значительное искрообразование и кратковременное возникновение электрической дуги, которые могут поджечь вблизи расположенные горючие материалы.
Если происходит переход электрического тока на металлические конструкции, не имеющие хорошего заземления и достаточно плотного соединения отдельных частей между собой, то на пути движения тока возникают большие переходные сопротивления, возможен периодический пробой воздушного зазора или постоянное искрение. Загорание при этом возможно как от нагрева металлических частей, так и искрения. Нагрев и искрение могут быть настолько сильны, что Отдельные участки металлических конструкций могут оплавиться. При таком явлении ток утечки может быть недостаточным для срабатывания даже правильно выбранной защиты.
Характерно, что нагрев металлических конструкций и искрение может происходить не только в том месте, где обнаружено касание электрического провода к частям здания, а совершенно на других участках, на которых нет электрических коммутаций иногда удаленных на несколько сот метров от места касания. Пожары от растекания электрического тока по металлическим конструкциям зданий характерны возможным наличием нескольких очагов. В этом случае пожар может возникнуть даже в разных зданиях.
Переход электрического тока на металлические конструкции возможен:
- при обрыве провода воздушной линии электропередач;
- при механическом повреждении изоляции электропроводов, проложенных по металлическим конструкциям и коммуникациям зданий;
- при использовании металлических конструкций и коммуникаций в качестве обратного провода при проведении электросварочных работ;
- при использовании металлических конструкций и коммуникаций здания в качестве заземления;
- при разрушении изоляторов или повреждении изоляции проводов в металлических трубостойках на вводе в здания и др.
Переход электрического тока возможен не только на металлические конструкции здания, но и в другие электрические сети. Если этот переход произойдет в слаботочные линии, то может привести к их воспламенению и пожару. Такой переход возможен в местах совместной прокладки линии разного напряжения, при соприкосновении или пересечении, если в них будет повреждена изоляция.
Тепловое воздействие и аварийный режим работы ламп накаливания
Основными причинами возникновения пожаров от электрических ламп накаливания являются:
- непосредственное соприкосновение горючих материалов с нагретой колбой лампы;
- воздействие теплового излучения лампы на горючие материалы;
- вылет раскаленных капель спирали, образовавшихся под воздействием дуги между электродами или одним из электродов и обгоревшей нитью накаливания;
- попадание нагретых частиц спирали на горючие материалы в результате взрыва колбы лампы накаливания.
Возникновение пожаров от ламп накаливания может быть обусловлено:
- нарушением правил эксплуатации ламп накаливания, например, использованием их в пожароопасных помещениях без защитных стеклянных колпаков;
- несоблюдение минимально допустимых расстояний от ламп накаливания до легковоспламеняющихся и горючих материалов, использование бумажных абажуров и др.;
- некачественным энергоснабжением (резкими колебаниями напряжения в электрической сети, что может повлечь к возникновению дуги или взрыву колбы).
Степень нагрева колб электрических ламп накаливания зависит от расстояния от нити накала до колбы и от мощности лампы. При этом лампы меньшей мощности с малым размером колб могут иметь более высокую температуру на поверхности колб, чем более мощные лампы больших размеров. У изготавливаемых промышленностью ламп накаливания мощностью от 40 до 100 Вт в условиях нормальной эксплуатации температура на поверхности колб находится в пределах 125-240 °С. Но при условии аккумуляции тепла (например, соприкосновения с какими-либо материалами) она может повышаться на несколько сот градусов и привести к воспламенению горючих материалов. Так, например, лампа накаливания мощностью 100 Вт, обернутая хлопчатобумажной тканью уже через 5 мин. может иметь температуру на поверхности колбы 350 °С и привести к загоранию ткани.
Проведенные исследования показали, что хлопок, вата и изделия, изготовленные на их основе, находящиеся на расстоянии до 30 мм от колбы лампы накаливания, способны воспламениться в течение одного часа.
Аварийный режим в лампах накаливания и как следственно разрыв колб, возникновение дуги, оплавление электродов и проплавление каплями расплавленного металла колб ламп возможен при значительном повышении напряжения в электрической сети, а также вследствие низкого качества ламп накаливания (конструктивных и технологических факторов, например плохого контакта в месте подсоединения вольфрамовой нити накала к никелевому электроду).
При разрушении колбы лампы накаливания возможно выпадение раскаленных частиц спирали и попадание их на горючие материалы. При образовании внутри колбы лампы накаливания электрической дуги попадание раскаленных частиц металла на горючие материалы возможно не только при разрушении колбы лампы, но и при проплавлении ее расплавленными частицами металла. Исследования показали, что при оплавлении никелевых электродов капли металла в 50% случаев проплавляют колбу лампы накаливания, оставляя отверстия диаметром от 1 до 3 мм. Раскаленные капли никеля при выходе из колбы лампы накаливания в атмосферу взрываются, образуя поток, состоящий примерно из 4000 частиц. Температура частиц никеля размером от 0,5 до 3 мм находится в диапазоне 1500-2200 °C, что представляет их высокую пожароопасность.
Аварийный режим работы люминесцентных светильников
Пожарная безопасность люминесцентных светильников означает практическую невозможность загорания, как самого светильника, так и окружающей его среды, что должно обеспечиваться конструкцией светильника, выбором комплектующих изделий и материалов с температурными характеристиками соответствующими тепловому режиму работы светильника. При этом характеристиками пожаробезопасности является соответствие температуры на основных элементах светового прибора допустимым значениям, как в рабочем, так и в аварийном режиме его работы.
Рассмотрим возможные причины появления больших температур на люминесцентных лампах со стандартными электромагнитными пуско-регулирующими аппаратами (ПРА). С точки зрения физического процесса получения света люминесцентные лампы более значительную часть электроэнергии превращают в видимое световое излучение, нежели лампы накаливания. Однако при определенных условиях, связанных с неисправностями ПРА люминесцентных ламп, возможен их сильный нагрев (в отдельных случаях до 190-200 °С), в результате чего происходит размягчение и вытекание заливочной массы, приводящее к возгоранию полимерных рассеивателей люминесцентного светильника.
Определенную пожарную опасность представляют стартеры, т.к. внутри некоторых из них находятся легкосгораемые материалы (бумажный конденсатор, картонные прокладки и др.).
Примером пожара от аварийной работы ПРА люминесцентного светильника является пожар, произошедший 26.03.2012 году в детском саду № 262 ОАО г. Омска. В результате аварийной работы ПРА, произошло загорание рассеивателя светового прибора, обрушение его на пол и последующее загорание напольного покрытия.
Тепловое воздействие электронагревательных приборов
Пожары от электронагревательных приборов могут возникать из-за конструктивных недостатков отдельных узлов, а так же нарушения правил эксплуатации этих приборов.
При этом непосредственными источниками зажигания могут быть:
- короткое замыкание в этих приборах, питающих шнурах и линиях;
- перегрузка;
- большое переходное сопротивление;
- искрение;
- электрическая дуга;
- нарушение теплового режима (вытекание жидкости, изменение условий теплообмена и т.п.)
- работы электронагревательного прибора;
- расположение или попадание горючих веществ в зону сильного теплового воздействия.
К электронагревательным приборам относят:
- нагреватели с трубчатыми нагревательными элементами;
- композиционные электрообогреватели;
- бытовые гибкие нагреватели для непосредственного обогрева человека;
- электроприборы с толстопленочными нагревательными элементами;
- бетонные и керамические электрообогреваемые полы и панели;
- электрокамины, конвекторы, тепловентиляторы, радиаторы;
- электропечи в банях (саунах);
- электротостеры, ростеры, грили, шашлычницы;
- электроплиты, электрочайники, кипятильники;
- утюги;
- микроволновые печи;
- электронагревательный инструмент.
Общеизвестны примеры разрушения ТЭНов электрических кипятильников включенных без воды. Во включенном состоянии, но без погружения в воду, электрический кипятильник в течение нескольких минут может раскалиться докрасна и температура оболочки ТЭНа при этом достигает 700-800 °С и выше. Расплавленные капли разрушившейся оболочки ТЭНа могут привести к загоранию горючих материалов.
Примером пожара по этой причине может служить пожар, произошедший 11 сентября 2013 года в лаборантской комнате кабинета физики СОШ № 96 САО г. Омска. В результате разрушения оболочки ТЭНа бытового электрокипятильника произошел разлет расплавленных капель металла, вызвавший , в дальнейшем перешедшее в загорание окружающих учебных пособий.
Читайте дополнительный познавательный материал
Причины загораний в электротехнических устройствах
Электротехнические устройства можно объединить в группы по наиболее существенным признакам: конструктивному исполнению, электрическим характеристикам, функциональному назначению. Шесть основных групп электроустановок охватывают практически все многообразие применяемых на практике электротехнических устройств.
Это провода и кабели, электродвигатели, генераторы и трансформаторы, осветительная аппаратура, распределительные устройства, электрические аппараты пуска, переключения, управления, защиты, электронагревательные приборы, аппараты, установки, электронная аппаратура, ЭВМ.
Причины загораний проводов и кабелей
1. Перегрев от короткого замыкания между жилами провода и жилами кабеля, их жилами и землей в результате:
- пробоя изоляции повышенным напряжением, в том числе от грозовых перенапряжений;
-пробоя изоляции в месте образования микротрещин как заводского дефекта;
- пробоя изоляции в месте механического повреждения при эксплуатации;
- пробоя изоляции от старения;пробоя изоляции в месте локального внешнего или внутреннего перегрева;пробоя изоляции в месте локального повышения влажности или агрессивности среды;
- случайного соединения токопроводящих жил кабелей и проводов между собой или соединения токопроводящих жил на землю;
- умышленного соединения токопроводящих жил кабеля и проводников между собой или соединения их на землю.
2. Перегрев от токовой перегрузки в результате:
- подключения потребителя завышенной мощности;
- появления значительных токов утечки между токоведущими проводами, токоведущими проводами и землей (корпусом), в том числе на распределительных устройствах за счет снижения величины электроизоляции;
- увеличения окружающей температуры на участке или в одном месте, ухудшения теплоотвода, вентиляции.
3. Перегрев мест переходных соединений в результате:
- ослабления контактного давления в месте существующего соединения двух или более токопроводящих жил, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;
- окисления в месте существующего соединения двух и более проводников, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления.
Анализ этих причин показывает, что, например, короткое замыкание в электропроводниках не является первопричиной загораний, тем более пожаров. Оно является следствием не менее восьми первичных физических явлений, приводящих к мгновенному снижению сопротивления изоляции между токопроводящими жилами разных потенциалов. Именно эти явления следует считать первичными причинами пожара, исследование которых представляет научный и практический интерес.
Ниже приводится классификация причин загораний в других электротехнических устройствах.
Причины загораний электродвигателей, генераторов и трансформаторов
1. Перегрев от коротких замыканий в обмотках в результате межвиткового пробоя электроизоляции:
- в одной обмотке повышенным напряжением;
- от старения;
- от воздействия локального внешнего или внутреннего перегрева;
- от механического повреждения;
2. Перегрев от коротких замыканий на корпус в результате пробоя электроизоляции обмоток:
- повышенным напряжением;
- от старения электроизоляции;
- пробоя электроизоляции обмоток на корпус от механического повреждения электроизоляции;
- от воздействия влаги или агрессивной среды;
- от внешнего или внутреннего перегрева.
3. Перегрев от токовой перегрузки обмоток возможен в результате:
- завышения механической нагрузки на валу;
- работы трехфазного двигателя на двух фазах;
- торможения ротора в подшипниках от механического износа и отсутствия смазки;
- повышенного напряжения питания;
- длительной непрерывной работы под максимальной нагрузкой;
- нарушения вентиляции (охлаждения);
- завышенной частоты включения под нагрузку и выключения;
- завышенной частоты реверсирования электродвигателей;
- нарушения режима пуска (отсутствие пусковых гасящих сопротивлений).
4. Перегрев от искрения в контактных кольцах и коллекторе в результате:
- износа контактных колец, коллектора и щеток, приводящего к ослаблению контактного давления;
- загрязнения, окисления контактных колец, коллектора;
- механического повреждения контактных колец, коллектора и щеток;
- нарушения мест установки токосъемных элементов на коллекторе;
- перегрузки на валу (для электродвигателей);
- токовой перегрузки в цепи генератора;
- замыкания пластин коллектора из-за образования токопроводящих мостиков на угольной и медной пыли.
Причины загораний в распределительных устройствах,электрических аппаратах пуска, переключения, управления, защиты
1. Перегрев обмотки электромагнита от межвиткового замыкания в результате пробоя изоляции:
- повышенным напряжением;
- в месте образования микротрещин как заводского дефекта;
- в месте механического повреждения при эксплуатации;
- от старения;
- в месте локального внешнего перегрева от искрящих контактов;
- при воздействии повышенной влажности или агрессивности среды.
2. Перегрев от токовой перегрузки в обмотке электромагнита в результате:
- повышенного напряжения питания обмотки электромагнита;
- длительного разомкнутого состояния магнитной системы при включении под напряжением обмотки;
- периодического недотягивания подвижной части сердечника до замыкания магнитной системы при механических повреждениях конструктивных элементов устройств;
- повышенной частоты (количества) включений – выключений.
3. Перегрев конструктивных элементов в результате:
- ослабления контактного давления в местах подключения токопроводящих проводников, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;
- окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников и элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;
- искрения рабочих контактов при износе контактных поверхностей, приводящего к увеличению контактного переходного сопротивления;
- искрения рабочих контактов при окислении контактных поверхностей и увеличения переходного контактного сопротивления;
- искрения рабочих контактов при перекосах контактных поверхностей, приводящих к увеличению контактного сопротивления в местах контактирования;
- сильного искрения нормальных рабочих контактов при удалении искрогасительных или дугогасительных устройств;
- искрения при электрическом пробое проводов на корпус, снижении электроизоляционных качеств конструктивных элементов от локального воздействия влаги, загрязнений, старения.
4. Загорания от предохранителей в результате:
- нагрева в местах рабочих контактов от снижения контактного давления и возрастания переходного сопротивления;
- нагрева в местах рабочих контактов от окисления контактных поверхностей и возрастания переходного сопротивления; разлетания частиц расплавленного металла плавкой вставки при разрушении корпуса предохранителя, вызванного применением нестандартных плавких вставок («жучков»);
- разлетания частиц расплавленного металла нестандартных открытых плавких вставок.
Причины загораний в электронагревательных приборах,аппаратах, установках
1. Перегрев приборов, аппаратов, установок от замыкания электронагревательных элементов в результате:
- разрушения электроизоляции конструктивных элементов от старения;
- разрушения электроизоляционных элементов от внешнего механического воздействия;
- наслаивания токопроводящего загрязнения между токоведущими конструктивными элементами;
- случайного попадания токопроводящих предметов и замыкания токоведущих электронагревательных элементов;
- ослабления контактного давления в местах подключения токопроводящих проводников, элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;
- окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;п
- робоя электроизоляции конструктивных элементов повышенным напряжением питания;
- выкипания нагреваемой воды (жидкости), приводящего к деформации конструктивных элементов, электрическому замыканию и разрушению конструкции нагревателя в целом.
2. Загорания от электронагревательных приборов, аппаратов, установок в результате:
- соприкосновения горючих материалов (предметов) с нагревательными поверхностями электронагревательных приборов, аппаратов, установок;
- теплового облучения горючих материалов (предметов) от электронагревательных приборов, аппаратов, установок.
Причины загораний комплектующих элементов
Перегрев от коротких замыканий в результате:
- электрического пробоя диэлектрика в конструкции комплектующего элемента, приводящего к перегрузке по току;
- снижения электроизоляционных свойств конструкционных материалов от старения;
- ухудшения теплоотвода при неправильной установке и (или) эксплуатации;
- повышенного рассеяния мощности из-за изменения электрического режима при отказе «прилегающих» комплектующих элементов;
- образования электрических цепей, не предусмотренных конструкцией.
Черкасов В.Н., Костарев Н.П.
Пожарная безопасность электроустановок
25-04-2013, 18:24 |
В частной мастерской по реставрации старых автомобилей, владельцем которой является очень хороший человек, искренне ему сочувствую, произошло весьма неприятное событие: пожар. Владелец строил эту мастерскую сам. Пожар возник после четырех лет эксплуатации мастерской по назначению: слесарные, сварочные, сборочные и другие работы. Все работы производились только на первом этаже здания. Потребители электроэнергии: два электрокотла на 3 и 5 кВт, сварочный аппарат, болгарка, сверлильный станок, наждак, компрессор, скважинный насос, освещение. На втором этаже располагались вспомогательные и административное помещения, а также вводной электрощит. Потребители - обычные бытовые приборы: музыкальный центр, телевизор, чайник и освещение.
На фото здание мастерской до пожара.
Из рассказа хозяина мастерской: - «Обычно были включены все потребители одновременно…»
В тот день производились обычные для мастерской работы электроинструментом: болгаркой и перфоратором. В какой-то момент пропало напряжение. Осмотр автоматических выключателей в этажном щите первого этажа показал, что они включены, из чего персоналом был сделан вывод, что отключили электричество. Прошло полчаса, когда работники мастерской почувствовали запах гари. Владелец мастерской поднялся на второй этаж и только тогда понял, что случился пожар. Попытка потушить огонь огнетушителями результата не дала: огнетушители оказались неисправными, с истекшим сроком годности. В одном повезло: пожарные приехали вовремя, и здание не выгорело дотла. Так здание стало выглядеть после пожара.
Электроснабжение здания осуществлялось по одной фазе, ответвлением от воздушной линии электропередачи кабелем СИП 2х16, который входил в здание через отверстие в стене, и был подключен к вводному автоматическому выключателю в электрощите. Вот оно, первое нарушение .
На фото - то, что раньше было электрощитом
и установленными в нем аппаратами защиты. Нажмите на картинку, чтобы увеличить.
На фото видно явное несоответствие номинальных токов автоматических выключателей допустимым токам для защищаемых кабелей. Это основная ошибка всех электриков - любителей, которая может привести к столь печальным последствиям. Применены автоматические выключатели неизвестных производителей. Дифференциальная защита отсутствует. Кроме того мы видим, что вводной автоматический выключатель трехполюсный, имеет характеристику D, а не С, из чего, казалось бы уже можно сделать вывод о квалификации электрика, собиравшего электрощит. Но подождем, посмотрим, что было дальше. Вводной автоматический выключатель на фото изображен в выключенном положении. Нет, он не сработал. Не мог он сработать: номинальный ток 80 А. Его в процессе ликвидации пожара выключил владелец мастерской.
Внутренняя электропроводка в здании была выполнена следующим образом. От вводного электрощита были сделаны две отходящие линии кабелем КГ 2х6 к этажным щиткам и защищены автоматическими выключателями на 40 и 50 А, это много. Они ничего не могли защитить, работали, как рубильники. От этажных щитков отходящие линии кабелями 3х1,5 и 3х2,5 на освещение и розетки соответственно, распайка в коробках была выполнена простой скруткой. Обратите внимание: использовался провод ! Проводка была выполнена скрытой, в металлорукаве, и была проложена в пустотах сгораемых строительных конструкций, что противоречит сразу нескольким пунктам .
Если внимательно рассмотреть фото электрощита, видно еще одно нарушение правил: многопроволочные жилы гибких кабелей, присоединенных к аппаратам защиты и шине, не опрессованы наконечниками.
Что же все-таки стало причиной пожара? При тщательном осмотре того, что осталось от электропроводки, вот что было обнаружено.
На фото мы видим, что кабеля в сгоревшем металлорукаве нет. Сгорел полностью. Он горел именно тогда, когда персонал мастерской предположил, что отключили электричество. Сидели люди и отдыхали, ждали, когда включат свет, не подозревая, что над головой - пожар.
Дальнейший «разбор полетов» показал следующее. Напряжение на вводе было всегда ниже 220 вольт.
Из рассказа хозяина мастерской: - «Иногда падения до 160 В, а норма 190 - 200. Очень редко, летом бывало подбиралось к 215 В. Я установил стабилизаторы. По одному стабу на автоматику каждого котла. На освещение по стабу на этаж. На розетки на первом этаже 3 кВт ный, одна линия, вторая линия без стаба. И еще один стаб на 8 кВт запитан отдельным кабелем от ввода - медь 10 кв.мм. на отдельную розетку на первом этаже. Когда после монтажа проводки её протестили несколько дней. Электрик ходил, что - то мерял. Сказал,что все в норме. Потом, когда начали эксплуатировать помещение, выяснилось, что в сети напряжение очень низкое. Наждак крутится медленно, компрессор запускается с трудом, болгарка работает на низких оборотах и т. д. Решил установить стабилизаторы. После установки стабилизаторов перестали справляться автоматы. Их постоянно выбивало. Пошел консультироваться к электрикам. При чем к разным. Начались версии разные. "Все плохо, надо переделывать!", "На вводе тонкие провода", "Надо ставить УЗО", "Сделай обтяжку концов проводов наконечниками", и тому подобное. В конце концов "Ставь стаб! Решает все проблемы!" Но ни один не сказал, что при включении стабилизатора в сети увеличивается сила тока. И то, что увеличится нагрузка на сеть, тоже никто не сказал. Про автоматы тем более. Более того, до сих пор приходится доказывать многим, что при падении напряжения, сила тока увеличивается. Электрикам! На пальцах, с формулами. И все равно, многие не понимают. В конце концов, не услышав какого то вразумительного ответа, поменял автоматы на более мощные…»
Вообще - то согласно закону Ома при снижении напряжения сила тока уменьшается. Владелец мастерской не электрик, простим ему его заблуждение. Его ошибкой была установка стабилизаторов. Чтоб сохранить мощность стабилизатор увеличивает напряжение на выходе за счет увеличения тока в первичной цепи. Стабилизатор из ниоткуда взять и добавить напряжение не может. Во сколько раз упало напряжение, во столько же раз увеличится ток. Стали отключаться автоматы. Поменяли автоматы. А кабель остался тот же. Ток увеличился, кабель загорелся, автоматы не сработали.
Вот и вся причина пожара. Электрик, если и виноват то в том, что выполнил электропроводку с немыслимым количеством нарушений. Виноват, скорее, поставщик некачественных услуг - электроснабжающая организация. Ну и владелец мастерской, конечно.
P. S.
Хозяин мастерской руки не опустил, восстанавливает, ее. Снимаю шляпу перед его целеустремленностью и оптимизмом. Теперь он заказал проект электроснабжения, сделал трехфазный ввод. Правда, в соответствии с тех. условиями, присоединение вот такое.
Какие-то странные тех. условия. Но это уже совсем другая тема.
Монтаж внутренней проводки в этот раз будут выполнять квалифицированные электрики. Мастерская пока окончательно не отремонтирована, но реконструирован второй этаж, и внешне здание выглядит даже лучше, чем до пожара. Но какой ценой!
Место события и имя хозяина мастерской по его просьбе не называю. Пожелаем ему удачи!