CC BY
17
Пожарная опасность
электроустановок
УДК 621.311
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
И. С. Королев
Военная академия им. Петра Великого
Б. М. Степанов
Мосгосэнергонадзор
Рассмотрена природа неисправностей типа "искрение" в электросетях и электроустановках— частая причина возгораний. Предлагается новый способ предупреждения пожара, базирующийся на использовании в качестве контролируемого параметра величины переходного сопротивления, и прибор, в основу которого положен этот принцип.
Одной из важнейших задач предприятий, эксплуатирующих взрывоопасные или пожароопасные объекты, является снижение угрозы возникновения взрывов или пожаров из-за неисправностей в электрической сети или электроустановках. Пожар или взрыв на таких предприятиях приводит к колоссальному материальному и моральному ущербу, гибели и увечью людей.
Согласно официальной статистике [1], из-за неисправностей в электрооборудовании в России каждый год происходит до 40 % всех пожаров. При этом до 80 % из них происходят из-за отсутствия способов обнаружения неисправностей, связанных с некачественным монтажом элементов электрических сетей и силового электрооборудования, приводящим к нарушению контакта или целостности цепи, вызывающих искрение в местах их появления.
В качестве примеров опасного проявления искрения можно привести всем известные случаи нагрева корпусов штепсельных разъемов до обжигающей температуры, спекание контактов электрической розетки или коммутационного аппарата, угрожающее сверкание снопов искр в местах соединения электрических проводов, специфическое шипение или потрескивание в соединениях работающих электроприемников, невидимый местный нагрев проводов за обшивкой стен и потолков, вызывающий их возгорание и другие подобные случаи.
Особую опасность искрение представляет для пожаро- и взрывоопасных объектов.
Характерным признаком неисправностей типа "искрение" являются относительно малые токи, непосредственно приводящие к возгоранию в электрических сетях или электроустановках. Природа искрения объясняется образованием переходного сопротивления в местах соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателей, разъединителей и др.), а также в местах соединения проводов, шин, фидеров и подключения в электросеть различных элементов (соединительных коробок, штекерных соединений, электрических ламп, плавких вставок и т.д.).
Так как протекающие через переходное сопротивление токи не превышают штатные токи нагрузки, то существующие способы защиты (от коротких замыканий и токов перегрузки) к подобным неисправностям нечувствительны. Нечувствительны к подобным неисправностям и известные методы защитного отключения, так как природа возникновения искрения не связана с изменением сопротивления изоляции проводов.
Часто встречающееся утверждение о том, что пожар возник по причине короткого замыкания или из-за перегрузки в сети, как правило, не соответствует действительности, так как применяемые автоматы защиты от короткого замыкания и токов перегрузки при соблюдении элементарных требований их эксплуатации достаточно надежны в работе. Скорее всего возгорание произошло именно из-за искрения в электропроводке при токе нагрузки, не
превышающем допустимое значение. В этом случае указанные способы защиты просто бессильны.
Известный метод [2] выявления неисправности в цепи электропроводки, основанный на использовании принципа измерения теплового выделения в месте ее проявления, также недостаточно эффективен. Во-первых, он реагирует на уже состоявшийся процесс нагревания места неисправности, а не предупреждает об этом заранее. Во-вторых, что особенно важно, он носит местный характер и не обеспечивает непрерывный контроль любой точки электрической сети или электроустановки.
В силу сказанного существующие технические решения не способны предотвратить неизбежные в рассмотренных случаях возгорания. Они не позволяют обнаружить изменение переходного сопротивления до опасного значения и сформировать сигнал пожаро- или взрывопасности или команду на автоматическое отключение электрической сети (электроустановки). Последнее со временем приводит к повышенному выделению тепловой энергии в области переходного сопротивления, что и является первопричиной возникновения пожара. Нередко причиной пожара является образование переходного сопротивления в местах обрыва электрических жил проводов.
В настоящее время появился новый способ предупреждения пожара [3], который задолго до начала активного тепловыделения в месте неисправности
Помещение (сооружение, здание или другой объект)
РИС. 1. Контроль параметра2перехпереходного сопротивления
позволяет выявить предпосылку к пожару, тем самым предупредив о возможности его проявления.
Способ базируется на использовании в качестве контролируемого параметра величины переходного сопротивления и реализуется путем измерения тока высокочастотного спектра, являющегося функцией этого сопротивления. При этом он обеспечивает непрерывный контроль всего участка сети или электроустановки, расположенного за подключенным прибором, по результатам которого позволяет сформировать предупреждающий сигнал или команду на отключение электрической сети (электроустановки).
Результат достигается тем, что в область контролируемых операций, определяющих пожароопасную ситуацию, вводится операция контроля параметра 1перех переходного сопротивления 1 (рис. 1), образующегося или изменяющего свое значение при неисправности в электрической сети 2 или электроустановке 3. При этом суммарная ве-
Помещение (сооружение, здание или другой объект)
РИС. 2. Структурная схема устройства для измерения суммарной величины электрических токов второй и более высоких гармоник
пожаровзрывобезопасность 1'2003
личина электрических токов второй и (или) более высоких гармоник, протекающих по электрической цепи 4, определяется данным параметром 2перех и измеряется устройством 5, структурная схема которого представлена на рис. 2.
Устройство содержит: блок 6 измерения суммарного тока в электрической сети 2; блок 7 формирования высокочастотного спектра сигнала (второй и (или) более высоких гармоник); блок 8 усиления сигнала выделенного высокочастотного спектра; блок 9 выпрямления усиленного сигнала; блок 10 накопления выпрямленного сигнала; блок 11 задержки; блок 12 сравнения величины накопленного сигнала с заданным (заданными) значением (значениями) с нуль-органом 13; блок 14 формирования предупреждающего сигнала (сигналов) и (или) команды на отключение электрической сети (электроустановки); исполнительный орган 15 отключения электрической сети (электроустановке); блок 16 питания (остальные обозначения см. рис. 1).
Устройство с помощью блока 6 измерения тока, выполненного в виде, например, трансформатора тока, подключено к одному из проводов электрической сети (электроустановки) в заранее выбранном месте, например, у вводного щита в склад, цех, транспортное средство и т.д.
Необходимо отметить важную особенность устройства — оно не реагирует на искрение, возникающее при штатной работе электрооборудования (сварочное оборудование, электродвигатели и др.)
Промышленный образец устройства, реализующий описанный выше способ предупреждения пожара, разработан научно-технической компанией ООО "ЭвриКор"; устройство подготовлено к серийному производству.
Данный промышленный образец предназначен:
- для предупреждения пожара при эксплуатации различных объектов путем осуществления контроля состояния электрических проводов и качества контакта в соединительных коробках, розетках, вилках, а также качества контакта с цоколями предохранителей, ламп и другими элементами электропроводки;
- для контроля качества электромонтажа на различных объектах в процессе выполнения работ и при проведении приемо-сдаточных испытаний;
- для контроля качества коммутационной аппаратуры при ее производстве и проведении входного контроля.
Область использования — электрические сети и электроустановки постоянного и переменного тока.
Технические характеристики устройства Режим контроля — непрерывный с выявлением неисправности в момент ее появления.
Режим формирования информации о пожарной опасности — автоматический:
четырехуровневый с выдачей сигналов на внешние исполнительные органы: первый уровень — норма;
второй уровень — появилась неисправность, тепловыделения отводятся окружающей средой и не накапливаются. Устранить неисправность при очередном техническом обслуживании;
третий уровень — в месте неисправности выделяется тепло, отвод которого не обеспечивается окружающей средой. Устранить немедленно;
четвертый уровень — неисправность привела к интенсивному тепловыделению, вероятность возгорания высока. Отключить контролируемый участок электросети и (или) электроустановки (отключаю контролируемый участок электросети и (или) электроустановки)!
восьмиуровневый с индикацией на приборе (описанны четыре уровня имеют по одной промежуточной градации пожарной опасности).
Влияние прибора на сеть — практически отсутствует. В приборе обеспечена его гальваническая развязка с электросетью (электроустановкой). Подключение прибора не изменяет схему сети и режимы ее работы, а также практически не влияет на ее структурную схему надежности.
Влияние внешних исполнительных органов на прибор — практически отсутствует. В приборе обеспечена его гальваническая развязка от исполнительных органов.
Питание прибора — комбинированное от сети переменного или постоянного тока и внутреннего источника напряжением 6 вольт. Собственное потребление: -в режиме непрерывного контроля менее 1 шЛ; - в режиме формирования сигналов опасности до 10 шЛ.
В данном устройстве используются серийно выпускаемые комплектующие узлы и элементы. Это не требует перестройки предприятий промышленности и частных фирм на выпуск новой номенклатуры продукции. Внешний вид прибора представлен на рис. 3.
РИС. 3. Внешний вид устройства для предупреждения пожара
Экономический и моральный выигрыш от использования данного устройства определяется числом сохраненных жизней, а также количеством и стоимостью объектов, спасенных от взрывов и пожаров.
Таким образом, внедрение рассматриваемого способа предупреждения взрыва и пожара при не-
исправности в электрической сети или электроустановке обеспечит эффективную защиту людей, производственных объектов от поражающего действия взрывов и пожаров, а также даст существенную экономию материальных и финансовых средств каждого гражданина, предприятия, фирмы и государства в целом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Охрана труда и социальное страхование. 2001. № 7. С. 41 - 42.
2. Патент России 2120865 С1, кл. В60К28/14, А62С 3/07.
3. Патент России 2159468 С1, кл. 008, В 17/06, 25/10.
Поступила в редакцию 15.11.02.
