Пристрої захисного відключення як одне з найбільш ефективних засобів запобігання пожежам

В.К. Монаков, Московський енергетичний інститут

В.В. Смирнов, ТОВ "Сучасні протипожежні технології"

Проблема забезпечення пожежної безпеки шкіл останнім часом стає об'єктом особливої ​​уваги з боку Міністерства освіти РФ. Ця тема має особливо важливе соціальне значення, оскільки визначає ставлення суспільства до дітей.

В даний час в Москві діють територіальні будівельні норми для житлових будинків (МГСН 3-01-96), шкіл-інтернатів (ТСН 31-305-96), дошкільних установ (ТСН 31-307-96), освітніх установ (ТСН 31 - 306-96). Дані нормативні документи містять комплекс технічних вимог, обов'язкових для виконання будівельними організаціями. Однак у цих документах є деякі недоліки. Наприклад, протипожежні вимоги до будівель в основному стосуються виявлення пожежі та організації евакуації людей.

Згідно з офіційними статистичними даними близько 20% пожеж в країні відбувається з електротехнічним причин. При цьому в нормативних документах є єдина вказівка ​​на те, що електропостачання, електрообладнання та електричне освітлення будинків повинні відповідати вимогами СНиП 23-05-95 та ВСН 59-88. Зазначені нормативні документи визначають правила застосування в мережах і електроустановках будинків пристроїв захисного відключення (УЗО) - найбільш ефективного електрозахисний і протипожежного кошти. Уряд Москви, розуміючи важливість цієї проблеми, у 1994 р. випустило Постанова № 868-РП від 25.05.94 р. "Про впровадження в будівництво та експлуатацію житлових будинків та громадських будівель пристроїв захисного відключення (УЗО)". Вимоги, викладені в цих документах, згодом були включені до МГСН 03-01-96 "Житлові будинки".

У багатьох регіонах Росії існує явний недолік нормативних документів за правилами застосування ПЗВ. Широке впровадження ПЗВ здійснюється в основному відповідно до одиничним чинним територіальним будівельним нормам. Тому відсутність у федеральних нормативних документах вимоги обов'язкового застосування ПЗВ (наприклад, в житлових будинках та громадських будівлях), безумовно, побічно визначає існуючий стан з пожежами, що сталися з електротехнічним причин, в Російській Федерації.

Як вказувалося вище, УЗО, поряд з пристроями захисту від надструму, здійснює ефективний захист людини від ураження електричним струмом, а крім того, забезпечує захист людей від пожеж, що виникають внаслідок ушкоджень ізоляції струмоведучих частин, несправності електропроводки та електрообладнання.

За даними ФДМ ВНДІПО МНС РФ в період 1998-2002 рр.. в нашій країні тільки через порушення правил улаштування та експлуатації електрообладнання щорічно мало місце близько 50 тис. пожеж, при цьому число загиблих становило приблизно 3 тис. чол. на рік (табл. 1).

Таблиця 1. Статистика пожеж за електротехнічним причин в РФ за 1999-2002 рр..

Причинами загоряння електропроводки можуть бути: нагрівання провідників (локальний або на видовженому ділянці) через перевантаження; іскріння в місці поганого електричного контакту (у з'єднаннях, на клемах електроприладів і апаратів); витік струму по забруднень, пилу і т.п. з неізольованих ділянок кола (у распаєчних коробках, розподільних щитах, електричних апаратах) і, нарешті, горіння електричної дуги на якій-небудь ділянці ланцюга, викликане струмом короткого замикання (КЗ).

Пошкодження ізоляції може відбуватися з таких причин:

1) електричним:

перенапруги;

надструму;

2) механічним:

удар, натиск, здавлювання;

вигин;

пошкодження стороннім тілом;

3) під впливом навколишнього середовища:

вологість;

тепло;

сонячне світло;

випромінювання (ультрафіолет);

старіння;

хімічний вплив.

У першому випадку при правильному виборі параметрів автоматичного вимикача при КЗ здійснюється відключення електричної мережі, тим самим усувається найбільш небезпечний режим за умовами займання.

Розвиток пошкодження або старіння ізоляції в другому і третьому випадках може мати різний характер і залежить від ступеня забруднення, вологості ізоляції, інтенсивності впливу зовнішніх факторів, характеру її пошкодження.

Розвиток КЗ з струму витоку відбувається наступним чином. У місці мікропошкодження ізоляції між що знаходяться під напругою провідниками починає протікати вкрай малий точковий струм. Під впливом вологості, забруднення, проникнення пилу з часом утвориться провідний місток, по якому протікає струм витоку (трекінг).

У міру погіршення стану ізоляції, починаючи зі значення струму приблизно 1 мА, поступово відбувається обвуглювання провідного каналу, виникає так званий "вугільний місток", і в діапазоні від 5 до 50 мА струм тече вже безперервно і постійно зростає.

У залежності від перерізу провідника, матеріалу ізоляції і наявності джерела запалювання (електричний розряд при порушенні ізоляції, протікання струму витоку в поверхні ізоляції) струм витоку величиною 90 мА, що відповідає потужності 20 Вт, з високою ймовірністю викликає загоряння ізоляції [1].

При значеннях струму витоку 150 мА, що відповідає потужності 33 Вт, виникає реальна небезпека займання ізоляції за рахунок нагріву теплом, які виділяються в місці пошкодження.

У силу того, що під напругою опір "вугільного містка" нижче, ніж в "холодному" стані, процес носить лавинний характер, струм витоку швидко зростає, і при значеннях 300-500 мА в каналі між зернами обвуглене матеріалу виникає тліючий розряд, мікродуга, в кінцевому рахунку призводять до загоряння електричної дуги.

При нагріванні електричної ізоляції від джерела запалювання, в тому числі і від струмів витоку, ізоляція розкладається з утворенням горючих продуктів розпаду. Займання ізоляції відбудеться при нагріванні її поверхні до такої температури, при якій швидкість виділення з поверхні летких речовин стане достатньою для виникнення у присутності джерела запалювання і окислювача в повітрі реакції горіння в газовій фазі над поверхнею ізоляції.

Кількісна оцінка енергетичних параметрів пожежної небезпеки струмів витоку в кабельної лінії при локальному пошкодженні ізоляції повинна враховувати потужність тепловиділення [2].

Граничні значення потужності, при яких починається процес термічного розкладання конструкційних матеріалів, визначають характеристики уставки струму.

На рис. 1 на прикладі простої ланцюга (рис. 2) показано залежність потужності, що виділяється в місці дефекту ізоляції, від опору ізоляції (локального струму витоку).

З графіка випливає, що вже при опорі ізоляції нижче 1000 Ом можливе виділення потужності, достатньої для запалення ізоляції.

Рис.1. Залежність потужності спалаху від опору ізоляції: Р - потужність; R - опір ізоляції

Рис.2. Розрахункова схема визначення потужності, що виділяється на опорі ізоляції: L - лінія; PEN - суміщений нульовий захисний і нульовий робочий провідники

Розрахунок потужності, що виділяється на опорі ізоляції, виконаний за наступними формулами:

де Рут - потужність, що виділяється на опорі ізоляції;

Iут - струм витоку;

R - сумарний опір в ланцюзі витоку;

U - напруга;

Rиз - опір ізоляції (локальне);

Rз - опір заземлювача;

Uн - напруга мережі.

За даними професора А. А. Сошникова (АлтГТУ), при дослідженнях зажигающего дії струмів витоку, проведених у випробувальної пожежної лабораторії управління пожежної охорони УВС Алтайського краю, мінімальний запалюючий струм витоку склав:

для проводу АППВС - 54 мА (11,8 Вт) при часі дії 39,3 с;

для проводу АПВ - 114 мА (25 Вт) при часі дії від 14,7 до 48,5 с;

для проводу АПР - 68 мА (15 Вт) при часі дії від 101,3 до 161,1 с.

Відповідно енергія, що виділилася в місці пошкодження ізоляції, в кожному з наведених випадків склала 463,7 Дж, 367-1212,5 Дж і 1519,5-2416 Дж.

ПЗВ, поряд з пристроями захисту від надструму, відносяться до додаткових видів захисту людини від ураження при непрямому дотику, забезпечувана шляхом автоматичного відключення живлення.

При малих струмах замикання, зниження рівня ізоляції, а також при обриві нульового захисного провідника УЗО є єдиним засобом захисту людини від електропоразки.

В основі дії захисного відключення як електрозахисний кошти лежить принцип обмеження (за рахунок швидкого відключення) тривалості протікання струму через тіло людини при ненавмисному дотику до елементів електроустановки, які знаходяться під напругою.

Іншим не менш важливим властивістю УЗО є його здатність здійснювати захист від загорянь і пожеж, що виникають на об'єктах внаслідок можливих пошкоджень ізоляції, несправностей електропроводки та електрообладнання.

На рис. 3 наведено графік залежності потужності, що виділяється в місці пошкодження ізоляції, від часу відключення ПЗВ з уставками за диференційному струму 10, 30 і 300 мА.

Рис.3. Залежність потужності, що виділяється в місці пошкодження ізоляції, від часу відключення ПЗВ з уставками за диференціальну альним току 10, 30 і 300 мА

З рис. 3 випливає, що навіть ПЗВ з уставкою 300 мА досить швидко відключить дефектну ланцюг, в якій виділяється потужність 30-60 Вт

Стандарти ГОСТ Р 51326.1-99 і ГОСТ Р 51327.1-99 встановлюють два тимчасових параметра УЗО - час відключення і граничний час невідключення (для ПЗВ типу "S").

Час відключення ПЗВ є проміжок часу між моментом раптової появи вимикаючого диференціального струму і моментом гасіння дуги на всіх полюсах УЗО.

Граничний час невідключення (неспрацьовування) для ПЗВ типу "S" є максимальний проміжок часу з моменту виникнення в головного ланцюга ПЗВ відключає диференціального струму до моменту рушання спорогенезів контактів.

Граничний час невідключення є витримкою часу, що дозволяє досягти селективності дії ПЗВ при роботі в багаторівневих системах захисту.

Тимчасові характеристики ПЗВ наведено в табл. 2.

Таблиця 2. Тимчасові характеристики ПЗВ

_________

Примітка. In - номінальний струм навантаження; Idn - номінальний відключає диференціальний струм.

З таблиці. 2 слід, що гранично допустимий час відключення ПЗВ - 0,3 с (0,5 с для ПЗВ типу "S"), що відповідає вимогам НПБ 243-97.

У дійсності, сучасні електромеханічні УЗО таких відомих виробників, як Siemens, ABB, GE, ЗАТ "АСТРО-УЗО" та інші, мають швидкодію 20-30 мс. Це означає, що масове застосування ПЗВ на всіх без винятку об'єктах радикально змінить ситуацію з виникненням пожеж за електротехнічним причин в нашій країні. Загальний вигляд УЗО зображений на рис. 4.

Застосування ПЗВ доцільно і виправдано в соціальному і економічному планах. Отже, основними завданнями є широке впровадження ПЗВ на всі можливі види електроустановок самого різного призначення і постійний контроль за якістю, відповідністю стандартам і правильною експлуатацією цих виробів.

Висновки

1. У федеральних нормативних документах на даний час відсутні вимоги про обов'язкове застосування ПЗВ в електромережах житлових і громадських будівель, що ускладнює ситуацію з пожежами по електротехнічним причин в Російській Федерації;

2. КЗ, як правило, розвивається з дефектів ізоляції, а УЗО, завчасно реагуючи на струм витоку на землю, відключить електропроводку від джерела живлення, попереджаючи тим самим неприпустимий нагрів і подальше займання.

Список літератури

1. Монаков В. К. Пристрої захисного відключення як ефективний засіб запобігання спалахів і пожеж / / Пожежна безпека. 2003. № 5. С. 193-195.

2. Поедінцев І. Ф., Смирнов В. В., Дударєв Н. Г., Бойцов В. Ф. Дослідження впливу параметрів струмів витоку на процес запалювання конструкційних матеріалів електричних кабелів: Матеріали наук.-практ. конф. - М.: ВНДІПО МВС РФ, 1992. - С. 64-65.