Пристрої захисного відключення як одне з найбільш
ефективних засобів запобігання пожеж
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
Нині 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
офіційними статистичними даними близько 20% пожеж в країні відбувається за
електротехнічним причин. При цьому в нормативних документах є
єдина вказівка на те, що електропостачання, електрообладнання та
електричне освітлення будівель повинні відповідати вимогами СНиП
23-05-95 та ВСН 59-88. Зазначені нормативні документи визначають правила
застосування в мережах і електроустановках будівель пристроїв захисного відключення (УЗО)
- Найбільш ефективного електрозащітного та 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 в МГСН 03-01-96 "Житлові будинки".
Під
багатьох регіонах Росії існує явний недолік нормативних документів з
правилами застосування ПЗВ. Широке впровадження УЗО здійснюється в основному
згідно з одиничним чинним територіальним будівельним нормам. Тому
відсутність у федеральних нормативних документах вимоги обов'язкового
застосування ПЗВ (наприклад, в житлових будинках і громадських будівлях), безумовно,
побічно визначає існуючий стан з пожежами, що відбулися за
електротехнічним причин, у Російській Федерації.
Як
зазначалося вище, УЗО, поряд з пристроями захисту від надструмів, здійснює
ефективний захист людини від ураження електричним струмом, а крім того,
забезпечує захист людей від пожеж, що виникають внаслідок ушкоджень
ізоляції струмовідних частин, несправності електропроводки і
електроустаткування.
За
даними ФДМ ВНІЇПО МНС РФ в період 1998-2002 рр.. в нашій країні тільки по
причини порушення правил улаштування та експлуатації електрообладнання щорічно
мало місце близько 50 тис. пожеж, при цьому кількість загиблих становило приблизно
3 тис. чол. на рік (табл. 1).
Таблиця
1. Статистика пожеж за електротехнічним причин у РФ за 1999-2002 рр..
Рік
Кількість пожеж
Прямий матеріальний збиток, тис.
руб.
Число загиблих, чол.
1998
63286
476308
3023
1999
61377
546774
3105
2000
58817
606906
3198
2001
53954
843048
3234
2002
53628
1023366
3302
Причинами
загоряння електропроводки можуть бути: нагрівання провідників (локальний або на
протяжних ділянок) 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 ланцюга (у распаєчних
коробках, розподільних щитах, електричних апаратах) і, нарешті, горіння
електричної дуги на якому-небудь ділянці ланцюга, викликане струмом короткого
замикання (КЗ).
Пошкодження
ізоляції можуть відбуватися з наступних причин:
1)
електричним:
перенапруги;
надструмів;
2)
механічним:
удар,
натиск, здавлювання;
вигин;
пошкодження
стороннім тілом;
3)
під впливом навколишнього середовища:
вологість;
тепло;
сонячний
світло;
випромінювання
(ультрафіолет);
старіння;
хімічна
вплив.
В
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 утворюється проводить місток, по якому
протікає струм витоку (трекінг).
За
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.
В
залежно від перерізу провідника, матеріалу ізоляції та наявності джерела
запалювання (електричний розряд при порушенні ізоляції, протікання струму витоку
біля поверхні ізоляції) струм витоку величиною 90 мА, що відповідає потужності
20 Вт, з високою вірогідністю викликає займання ізоляції [1].
При
значеннях струму витоку 150 мА, що відповідає потужності 33 Вт, виникає
реальна небезпека займання ізоляції за рахунок нагрівання теплом, які виділяються в
місці пошкодження.
В
Внаслідок того, що під напругою опір "вугільного містка"
нижче, ніж у "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
приводять до загоряння електричної дуги.
При
нагріванні електричної ізоляції від джерела запалювання, у 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 кабельній
лінії при локальному пошкодженні ізоляції повинна враховувати потужність
тепловиділення [2].
Граничні
значення потужності, при яких починається процес термічного розкладу
конструкційних матеріалів, визначають характеристики уставки струму.
На
рис. 1 на прикладі простої ланцюга (рис. 2) показана 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 можливо
виділення потужності, достатньої для займання 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;
Rіз
- Опір ізоляції (локальне);
Rз
- Опір заземлювача;
Uн
- Напруга мережі.
За
даними професора А. А. Сошникова (АлтГТУ), при дослідженнях запалюючого
дії струмів витоку, проведених в випробувальної пожежної лабораторії
управління пожежної охорони УВС Алтайського краю, мінімальний запалюючі струм
витоку склав:
для
проводи АППВС - 54 мА (11,8 Вт) при часі дії 39,3 с;
для
провода АПВ - 114 мА (25 Вт) при часі дії від 14,7 до 48,5 с;
для
проводи 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.
УЗО,
поряд з пристроями захисту від надструмів, відносяться до додаткових видів
захисту людини від ураження при непрямому дотику, забезпечуваною шляхом
автоматичного відключення живлення.
При
малих токах замикання, зниження рівня ізоляції, а також при обриві нульового
захисного провідника УЗО є єдиним засобом захисту людини від
електропораженія.
В
основі дії захисного відключення як електрозащітного кошти лежить
принцип обмеження (за рахунок швидкого відключення) тривалості протікання
струму через тіло людини при ненавмисному дотику до елементів
електроустановки, що знаходяться під напругою.
Іншим
не менш важливою властивістю УЗО є його здатність здійснювати захист від
загорянь і пожеж, що виникають на об'єктах внаслідок можливих пошкоджень
ізоляції, несправності електропроводки та електрообладнання.
На
рис. 3 наведено графік залежності потужності, що виділяється в місці пошкодження
ізоляції, від часу відключення УЗО з уставками з диференціальної току 10,
30 і 300 мА.
Рис.3.
Залежність потужності, що виділяється в місці пошкодження ізоляції, від часу
відключення УЗО з уставками по діфферен-них струму 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 ДСТ Р 51327.1-99 встановлюють два часових параметра
УЗО - час відключення і граничне час неотключенія (для ПЗВ типу
"S ").
Час
відключення УЗО є проміжок часу між моментом раптової появи
відключає диференціального струму і моментом гасіння дуги на всіх полюсах
ПЗВ.
Граничне
час неотключенія (неспрацьовування) для ПЗВ типу "S" є
максимальний проміжок часу з моменту виникнення у головного ланцюга УЗО
відключає диференціального струму до моменту рушання розмикаючими контактів.
Граничне
час неотключенія 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
Тип ПЗВ
In, А
Idn, А
Стандартні значення часу
відключення і неотключенія, с, при диференціальному струмі
Idn
2Idn
5Idn
500 А
Загальний
Будь-яке значення
0,3
0,15
0,04
0,04
Максимальний час відключення
S
25
> 0,03
0,5
0,20
0,15
0,15
0,13
0,06
0,05
0,04
Мінімальний час неотключенія
_________
Примітка.
In - номінальний струм навантаження; Idn - номінальний відключає диференціальний
струм.
З
табл. 2 випливає, що гранично допустимий час відключення УЗО - 0,3 з (0,5 з
для ПЗВ типу "S"), що відповідає вимогам ДБН 243-97.
В
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 показано на рис. 4.
Застосування
УЗО доцільно і виправдано в соціальному і економічному планах. Отже,
основними завданнями є широке впровадження УЗО 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 в даний час відсутні вимоги
про обов'язкове застосування ПЗВ в електромережах житлових і громадських будівель, що
ускладнює ситуацію з пожежами за 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 недопустимий нагрів і подальше займання.
Список літератури
1.
Монаков В. К. Пристрої захисного відключення як ефективний засіб
запобігання загорянь та 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.: ВНІЇПО МВС РФ, 1992.
- С. 64-65.
