CC BY
74
Литература
1. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002-2004. - 289с.
2. Пат. 88848 РФ. Трехфазное переносное устройство защитного отключения / Т.В. Ерёмина. Опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32.
3. Пат. 99656 РФ. Регулируемое устройство защитного отключения / Т.В. Ерёмина. Опубл. 20.11.2010, Бюл. № 2.
УДК 621.311 Б.С. Компанеец
ОЦЕНКА ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ ЗДАНИЙ
Проведено сравнение эффективности применения предохранителей и автоматических выключателей для защиты электроустановок.
Ключевые слова: электробезопасность, эффективность защиты, предохранители.
B.S.Kompaneets
ESTIMATION OF THE SAFETY LOCK FIRE-PREVENTION EFFICIENCY IN THE ELECTROINSTALLATIONS OF BUILDINGS
Comparison of application efficiency of the safety locks and automatic switches for the electroinstallation protection is conducted.
Keywords: electric security, protection efficiency, safety locks.
Согласно статистике, ежегодно публикуемой МЧС России, доля пожаров по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования составляет 20-25% от общего числа пожаров, зарегистрированных на территории страны [1]. Этот показатель достиг недопустимо высокого уровня, в связи с чем требуется разработка и широкое внедрение новых методов обеспечения пожарной безопасности электроустановок зданий.
В 70% случаев причиной возникновения электропожаров являются короткие замыкания (КЗ) и развивающиеся токи утечки через изоляцию. При этом наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются электропроводки, на их долю приходится до 45 % пожаров по электрическим причинам.
Высокую пожарную опасность во внутренних электропроводках представляют дуговые КЗ. При КЗ электрическая дуга может воспламенить изоляцию или другие горючие материалы, что вместе с действием искр и расплавленных частиц металла приводит к развитию пожара. Современные методики выбора электрической защиты не учитывают воздействие электрической дуги КЗ на электропроводки. В седьмом издании ПУЭ [2] регламентирована проверка чувствительности защиты по времени срабатывания, вместо принятой ранее кратности по отношению к токам КЗ. Однако задаваемое время (не более 0,4 с, а в ряде случае допускаемое до 5 с) не гарантирует исключение пожарной опасности КЗ из-за существенно более высокой скорости протекания пожароопасных процессов. Тем самым допускается возможность электропожара еще на этапе проектирования защиты [3]. При разработке мероприятий по снижению пожарной опасности КЗ необходимо учитывать время срабатывания аппаратов защиты и особенности процессов в месте КЗ.
В Алтайском государственном техническом университетом имени И.И. Ползунова (АлтГТУ) разработана методика предупреждения пожаров от электроустановок зданий [3], основанная на следующем. Пожарная опасность дуговых КЗ обусловлена явлением пережога проводников. Температура в месте действия дуги достигает нескольких тысяч градусов, что аналогично воздействию на проводник электросварки. Пережог проводника сопровождается растягиванием электрической дуги, оплавлением и испарением металла проводников, разбрызгиванием раскаленных частиц. Провода могут пережигаться быстрее, чем сработает
защита, что эквивалентно ее отсутствию и неконтролируемому протеканию пожароопасных процессов, связанных с развитием электрической дуги, искрообразованием, воспламенением изоляции и других горючих материалов [3]. Степень пожарной опасности дуговых КЗ можно характеризовать возможностью пережога проводов электрической сети до срабатывания защиты.
С учетом предложенного подхода в АлтГТУ разработаны новые показатели пожарной опасности [3]. Одним из таких показателей является коэффициент незащищенности участка электрической сети для ко вида КЗ. Этот показатель определяется отношением диапазона токов КЗ, для которого время пережога меньше времени срабатывания защиты, к диапазону токов КЗ на участке сети и представляет собой долю незащищенной части участка сети:
- пРг (г)
кн (г) = 5-прг(г) = — , (1)
где 5-Прг(г) - доля незащищенной части участка сети для ко вида КЗ;
-5 - длина в-го участка сети ^=1, 2..., S);
-Прг(г) - длина зоны пережога для ко вида КЗ на этом участке.
Нулевое его значение соответствует отсутствию опасности пережога на участке сети (и, как следствие, значительно меньшей опасности пожара, чем при наличии зоны пережога, так как процесс развития КЗ ограничивается электрической защитой), а единичное - полной незащищенности участка сети от пережога. Очевидно, чем меньше величина такого показателя, при прочих равных условиях, тем меньшую пожарную опасность представляет данный вид КЗ на этом участке, и, соответственно, тем лучше он защищен.
На рисунке приведен пример совмещения характеристик пережога провода и срабатывания предохранителя на одном из участков, где IКт - 1^он - диапазон токов КЗ, 1^т -1^ - диапазон токов, приводящих к пережогу провода, 1^ - IКт - диапазон токов, при которых аппараты защиты срабатывают раньше пережога провода.
0 1К 1К
кон гр
1К 1К
т
Диапазон токов пережога
Совмещенные характеристики пережога провода и срабатывания предохранителя
На основе этого показателя построен показатель, характеризующий пожарную опасность пережога в сети в целом (и, соответственно - эффективность системы электрической защиты) для ко вида КЗ [3]. Он определяется как отношение суммы длин зон пережога к сумме длин всех участков сети и называется коэффициентом незащищенности сети для ко вида КЗ:
5
Кнз () — А!прг (г') =_________
(2)
5
Е15
где А/прг(,) - доля незащищенной части электрической сети для ко вида КЗ;
/прг(,) - длина незащищенной части в-го участка сети.
С учетом рассмотренных показателей формируется показатель РКТ (П) пожарной опасности ко вида КЗ на в-м участке электрической сети:
где РКГ - вероятность возникновения ко вида КЗ на в-м участке сети в течение времени Т.
Используя коэффициент незащищенности электрической сети, можно определить показатель пожарной опасности ко вида КЗ для всей электрической сети рассматриваемого объекта по формуле (3).
где РК - вероятность возникновения ко вида КЗ в электрической сети в течение времени Т.
В качестве основного аппарата электрической защиты в зданиях в большинстве случаев используются автоматические выключатели. Это объясняется их быстродействием и возможностью многоразового использования по сравнению с предохранителями. Быстродействие автоматических выключателей обеспечивается электромагнитным расцепителем. При малых токах КЗ, на которые реагирует только тепловой расце-питель, предохранители могут иметь существенные преимущества.
Рассмотрим в качестве примера работу автоматических выключателей серий ВА и АЕ и предохранителей НПН2 и СН, производимых в Словении.
Автоматические выключатели серии ВА имеют кратности отсечки от 3 до 10 в зависимости от типа защитной характеристики. Зона работы теплового расцепителя у них небольшая и за счет возможности настройки на величину тока КЗ отключение происходит быстро.
Выключатели серии АЕ с номинальным током до 100 А имеют кратность отсечки 12, зона работы теплового расцепителя у них значительно шире. В области токов однофазного КЗ электромагнитный срабатывает только при близких КЗ.
Предохранители серии НПН2-60 имеют патрон, рассчитанный на ток до 60А, и применяются в основном в качестве защиты линии, а в некоторых случаях и оборудования. Плавкие вставки предохранителей выпускаются на токи от 6,3 до 63 А.
Предохранители серии СН - это новые словенские предохранители, предназначенные для линий и защиты оборудования. Они выпускаются на токи от 4 до 100 А.
Рассмотрим процесс функционирования электрической защиты конкретного объекта электроснабжения для вариантов использования автоматических выключателей и предохранителей с номинальным током 25 А. Внутренняя электрическая сеть 380/220 В объекта имеет 8 участков, заданных топологическими координатами: иерархической нумерацией от начала сети (1), охватывающей все участки, с учетом радиального принципа построения схемы электроснабжения (1.1, 1.2 ...).
В таблице 1 приведены значения времени срабатывания аппаратов защиты разных типов при однофазном КЗ в конце защищаемого участка.
РКГ ( п ) — ркг • кн « ,
(3)
(4)
Таблица 1
Время срабатывания аппаратов защиты при однофазном КЗ в конце защищаемого участка
Топологическая координата Время срабатывания различных типов аппаратов защиты, с
АЕ ВА НПН2 СН
1.1.1.1 1,91 0,02 0,23 0,12
1.1.1.2 2,34 0,02 0,32 0,23
1.1.1.3 2,95 0,02 0,43 0,34
1.1.1.4 3,52 2,87 0,69 0,53
1.2.1.1 2,48 0,02 0,34 0,25
1.2.1.2 3,04 0,03 0,47 0,37
1.2.1.3 3,68 2,87 0,73 0,57
1.2.1.4 4,59 3,41 1,42 0,86
Как следует из анализа данных таблицы 1, при работе в зоне защиты теплового расцепителя автоматические выключатели серии АЕ и ВА уступают предохранителям. Предохранители серии СН имеют время отключения существенно меньшее, чем НПН2. В зоне работы электромагнитного расцепителя время срабатывания автоматических выключателей существенно меньше по сравнению с предохранителями.
В таблице 2 представлены результаты расчета показателей пожарной опасности КЗ для различных вариантов защиты.
Таблица 2
Интегральные показатели пожарной опасности КЗ для различных вариантов защиты
Показатель пожарной опасности Значения показателей пожарной опасности для различных вариантов защиты
АЕ ВА НПН2 СН
Однофазное КЗ 0,030 0,006 0,030 0,020
Двухфазное КЗ 0,040 0,005 0,040 0,010
Трехфазное КЗ 0,015 0,003 0,015 0,004
Однофазное КЗ на корпус 0,200 0,040 0,200 0,133
Все виды КЗ 0,266 0,053 0,266 0,162
Результаты расчетов показывают, что предохранители могут иметь большую эффективность предупреждения пожаров, чем автоматические выключатели серии АЕ, но уступают выключателям серии ВА.
В общем случае работа автоматических выключателей в зоне защиты тепловых расцепителей не исключает пережог электропроводки при дуговом КЗ. Если хотя бы часть линии защищается электромагнитным расцепителем (случай однофазного КЗ), то выключатели, как правило, предпочтительнее предохранителей, в том числе серии СН.
При двухфазных и трехфазных КЗ выключатели обычно работают в зоне защиты электромагнитного расцепителя. При этом из-за большой величины токов КЗ эффективны и предохранители.
Все резервирующие выключатели чаще всего работают в зоне защиты теплового расцепителя, что не обеспечивает требуемое время отключения. Поэтому целесообразно предусматривать в качестве резервирующей (головной) защиты предохранители.
Целесообразность использования предохранителей в качестве основной защиты участков сети может быть оценена по результатам расчетов пожарной опасности КЗ в каждом конкретном случае.
Литература
1. Обстановка с пожарами в Российской Федерации за 2009 год // Пожарная безопасность. - 2010. - № 2.
2. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 176 с.
3. Сошников С.А. Снижение пожарной опасности коротких замыканий в электроустановках объектов аг-
ропромышленного комплекса: дис. ... канд. техн. наук : 05.20.02. - Барнаул, 2008. - 132 с.
4. Сошников С.А. Критерий оценки пожарной опасности коротких замыканий в электроустановках до 1000 В //
Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сб. мат-лов III Всерос. науч.-практ. конф. (с меж-дунар. участием). - Челябинск: Изд-во «Челябинская межрайонная типография», 2006.
