Аварийные режимы работы электроустановок приводящие к пожарам – Тема № 12. Причины пожаров и загораний от электроустановок

Содержание

Тема № 12. Причины пожаров и загораний от электроустановок

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ, ПРИВОДЯЩИЕ К ПОЖАРАМ.

Аварийный режим работы электроустановки – режим работы, сопровождающийся отклонением рабочих параметров от предельно-допустимых значений, характеризующийся повреждением, выходу из строя электрооборудования, возможным перерывом электроснабжения или представляющий угрозу жизни людей.

Наиболее частыми причинами возникновения аварийного режима работы электродвигателя являются повреждения его обмоток, вызванные перегревом, пробоем изоляции или механические повреждения двигателя.

Перегрев обмоток электродвигателя возникает в случаях пропадания одной из питающих фаз, понижения питающего напряжения, слишком большой нагрузки на вал, либо его полная остановка, недостаточного охлаждения обмоток, высокой частоты включения двигателя или его запуск под слишком большой нагрузкой.

Пробой изоляции чаще всего случается при работе электродвигателя в условиях повышенной влажности, в результате увлажнения изоляции обмоток электродвигателя.

Частой причиной механического повреждения электродвигателя является износ подшипников, вызывающий осевой сдвиг ротора относительно статора.

Эксплуатация электродвигателей в аварийном режиме приводит к дорогостоящему ремонту или преждевременному выходу его из строя.

Анализ пожаров, возникающих при эксплуатации электроустановок, показывает, что наиболее частыми причинами их являются:

— короткие замыкания в электропроводках и электрическом оборудовании;

— воспламенение горючих материалов, находящихся в непосредственной близости от электроприемников, включенных на продолжительное время и оставленных без

присмотра;

— токовые перегрузки электропроводок и электрооборудования;

— большие переходные сопротивления в местах контактных соединений;

— появление напряжения на строительных конструкциях и технологическом оборудовании;

— разрыв колб электроламп и попадание раскаленных частиц нити накаливания на легкогорючие материалы и др.

Короткие замыкания

Короткие замыкания возникают в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановок.

Опасные повреждения кабелей и проводок могут возникать вследствие чрезмерного растяжения, перегибов, в местах подсоединения их к электродвигателям или аппаратам управления, при земляных работах и т. п. При нарушении изоляции на жилах кабеля возникают утечки тока, которые затем перерастают в токи короткого замыкания. В зависимости от характера повреждения внутри кабеля может нарастать аварийный процесс короткого замыкания с сопутствующим мощным выбросом в окружающую среду искр и пламени.

Так как многие виды электрооборудования не являются влаго- и пыленепроницаемыми, то производственная пыль (особенно токопроводящая), химически активные вещества и влага проникают внутрь их оболочки и оседают на поверхности электроизоляционных частей и материалов. Некоторые нагревающиеся части электрооборудования при остановке охлаждаются, поэтому на них часто выпадает конденсат воды. Все это может привести к повреждению и переувлажнению изоляции и вызвать чрезмерные токи утечки, дуговые короткие замыкания, перекрытия или замыкания как изолированных обмоток, так и других токоведущих частей.

Причиной короткого замыкания может быть схлестывание проводов воздушных линий электропередач под действием ветра и от наброса на них металлических предметов. К возникновению короткого замыкания могут привести ошибочные действия обслуживающего персонала при различных оперативных переключениях, ревизиях и ремонтах электрооборудования.

Профилактика короткого замыкания

Наиболее действенным предупреждением короткого замыкания являются правильный выбор, монтаж и эксплуатация электрических сетей, машин и аппаратов. Конструкция, вид исполнения, способ установки и класс изоляции применяемых машин, аппаратов, приборов, кабелей, проводов и прочего электрооборудования должны соответствовать номинальным параметрам сети или электроустановки (току, нагрузке, напряжению), условиям окружающей среды и требованиям ПУЭ (Правила устройства электроустановок). Особенно строго следует соблюдать регулярное проведение осмотров, ремонтов, планово-предупредительных и профилактических испытаний электрооборудования во взрывоопасных установках как при приемке его, так и при эксплуатации. Кроме того, должна быть предусмотрена электрическая защита сетей и электрооборудования. Основное назначение электрической защиты заключается в том, что питание поврежденной в любом месте проводки должно быть прекращено раньше, чем произойдет опасное развитие аварии. Наиболее эффективными аппаратами защиты являются быстродействующие реле и выключатели, установочные автоматы и плавкие предохранители.

Перегрузки

Одним из видов преобразования электрической энергии является переход ее в тепловую. Электрический ток в проводниках электрических сетей, машин и аппаратов выделяет теплоту, рассеивающуюся в окружающем пространстве. Проводники при этом могут нагреваться до опасных температур. Так, для голых медных, алюминиевых и стальных проводов воздушных линий максимально допустимая температура не должна превышать 70°С.

Объясняется это тем, что с повышением температуры усиливаются окислительные процессы и на проводах (особенно в контактных соединениях) образуются окиси, имеющие высокое сопротивление; увеличивается сопротивление контакта, и следовательно, выделяемая в нем теплота. С увеличением температуры соединения увеличивается окисление, а это может привести к полному разрушению контакта провода.

Опыты показали, что продолжительность срока службы изоляции в электродвигателях при нагреве до 100°С будет 10 – 15 лет, а при 150°С сокращается до l,5 – 2 мес.

Старение изоляции характеризуется уменьшением ее эластичности и механической прочности. Сильно состарившаяся изоляция под влиянием вибрации при работе трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. п. начинает растрескиваться и ломаться. Следствием этого могут быть электрический пробой изоляции и повреждение электроустановки, а при наличии сгораемой изоляции и пожаро- и взрывоопасной среды – пожар или даже взрыв.

Причиной возникновения перегрузки может быть неправильный расчет проводников при проектировании. Если сечение проводников занижено, то при включении всех предусмотренных электроприёмников возникает перегрузка. Перегрузка может возникнуть из-за дополнительного включения электроприёмников, на которые проводники сети не рассчитаны.

Профилактика перегрузок

Чтобы избежать перегрузки или ее последствий, при проектировании необходимо правильно выбирать сечения проводников сетей по допустимому току, а также

электродвигатели и аппараты управления.

В процессе эксплуатации электрических сетей нельзя включать дополнительно электроприёмники, если сеть на это не рассчитана.

При эксплуатации машин и аппаратов не следует допускать нагрев их до температуры, превышающей предельно допустимую.

Для защиты электроустановок от токов перегрузки наиболее эффективными являются автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей и плавкие предохранители.

Переходные сопротивления Переходными называются сопротивления в местах перехода тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения. В таком контактном соединении за единицу времени выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное квадрату тока и сопротивлению участков действительного соприкосновения.

Количество выделяемой теплоты может быть столь значительным, что места переходных сопротивлений сильно нагреваются. Следовательно, если нагретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, возможно их воспламенение, а соприкосновение этих мест со взрывоопасными концентрациями горючих пылей, газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей явится причиной взрыва.

Профилактика пожаров от контактных сопротивлений

Для отвода тепла от точек соприкосновения и рассеивания его в окружающую среду необходимы контакты с достаточной массой и поверхностью охлаждения. Особое внимание следует уделять местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах для удобства и надежности контакта применяют наконечники различной формы и специальные зажимы, что особенно важно для алюминиевых проводов. Для надежности контакта предусматривают также пружинящие шайбы и бортики, препятствующие растеканию алюминия. В местах, подвергающихся вибрации, при любых проводниках необходимо применять пружинящие шайбы или контргайки. Все контактные соединения должны быть доступны для осмотра — их систематически контролируют в процессе эксплуатации.

Сварка проводов (электрическая и газопламенная) обеспечивает надежный электрический контакт (что особенно важно для алюминиевых проводов), однако это сложная операция, требующая большого опыта. Соединение проводов пайкой и сваркой не допускается в помещениях со взрывоопасной средой.

Наиболее распространено в настоящее время соединение проводов механической опрессовкой специальными клещами и гидропрессом. Этот способ дает хороший электрический контакт, не требует источника тепла и дефицитных припоев и допускается в помещениях с взрывоопасной средой.

Жилы проводов и кабелей в местах соединений и ответвлений должны иметь такую же изоляцию, как и в целых местах этих проводов и кабелей. Для уменьшения влияния окисления на контактное сопротивление размыкающиеся контакты конструируют таким образом, чтобы размыкание и замыкание их сопровождались скольжением (трением) одного контакта по другому. При этом тонкая пленка окислов разрушается, удаляется с площадки действительного касания контактов, и происходит самоочищение контактов.

Контакты из меди, латуни и бронзы защищают от окисления лужением тонким слоем олова или сплава олова и свинца. Лужение медных контактов особенно эффективно в наружных установках, в сырых или содержащих активные газы и пары помещениях и при температуре воздуха выше 60°С. В процессе эксплуатации необходимо систематически следить за тем, чтобы контакты аппаратов, машин и т. п. плотно и с достаточной силой прилегали друг к другу. Существенную роль играет защитная смазка, предохраняющая контактную поверхность от быстрого окисления.

Вывод по вопросу: Эксплуатация электродвигателей в аварийном режиме приводит к дорогостоящему ремонту или преждевременному выходу его из строя.

ОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.

Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых материалов, как жидких, так и твердых, в результате сложного процесса контактной электролизации.

«Электролизация возникает при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материалов, если последний изолирован. При разделении двух диэлектрических материалов происходит разделение электрических зарядов, причем материал, имеющий большую диэлектрическую проницаемость, заряжается положительно, а меньшую — отрицательно. Чем больше различаются диэлектрические свойства материалов, тем интенсивнее происходит разделение и накопление зарядов. На соприкасающихся материалах с одинаковыми диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью) зарядов не образуется».

Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием электрических свойств материалов в материалах электрических свойств, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие электрических свойств, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов.

Например, электростатические заряды образуются на кузове двигающегося в сухую погоду автомобиля, если резина колес обладает хорошими изолирующими свойствами. В результате между кузовом и землей возникает электрическое напряжение, которое может достигнуть 10 кВ (киловольт) и привести к возникновению искры при выходе человека из автомобиля — разряд через человека на землю.Заряды могут возникнуть при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов, при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина), при обработке диэлектрических материалов (эбонита, оргстекла), при сматывании тканей, бумаги, пленки (например, полиэтиленовой). При пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.

Кроме трения, причиной образования статических зарядов является электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли тела во внешнем электрическом поле приобретают электрический заряд. Особенно велика индукционная электролизация электропроводящих объектов. Например, на металлических предметах (автомобиль и т.п.), изолированных от земли, в сухую погоду под действием электрического поля высоковольтных линий электропередач или грозовых облаков могут образовываться значительные электрические заряды.

На экранах мониторов и телевизоров положительные заряды накапливаются под действием электронного пучка, создаваемого электроннолучевой трубкой.

Опасные и вредные факторы статического электричества

При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов небольшие и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению, падению человека с высоты.

Кроме того, при образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создается электрическое поле повышенной напряженности, которое вредно для человека. При длительном пребывании человека в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и других системах.

«У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Характерны своеобразные «фобии», обусловленные страхом ожидаемого разряда. Склонность к «фобиям» обычно сочетается с повышенной эмоциональной возбудимостью».

Установлено также благотворное влияние на самочувствие снятия избыточного электростатического заряда с тела человека (заземление, хождение босиком).

Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов.

Так, удаление из помещения пыли из диэлектрического материала с помощью вытяжной вентиляции может привести к накоплению в газоходах электростатических зарядов и отложений пыли. Появление искрового разряда в этом случае может привести к воспламенению или взрыву пыли. Известны случаи очень серьезных аварий на предприятиях в результате взрывов в системах вентиляции.

При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит жидкость.

Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаровзрывоопасных смесей, пылей и паров легковоспламеняющихся жидкостей.

В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.

Защита от статического электричества

Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены в ГОСТ 12.1.045-84. «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». Допустимые уровни напряженности полей зависят от времени пребывания на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей равен 60 кВ/м в 1 ч.

Применение средств защиты работающих обязательно в тех случаях, когда фактические уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах превышают 60 кВ/м.

При выборе средств защиты от статического электричества должны учитываться особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемого материала, микроклимат помещений и др., что определяет дифференцированный подход при разработке защитных мероприятий.

Защита от статического электричества осуществляется двумя путями:

• уменьшением интенсивности образования электрических зарядов;

• устранением образовавшихся зарядов статического электричества.

Уменьшение интенсивности образования электрических зарядов достигается за счет снижения скорости и силы трения, различия в диэлектрических свойствах материалов и повышения их электропроводимости. Уменьшение силы трения достигается смазкой, снижением шероховатости и площади контакта взаимодействующих поверхностей. Скорости трения ограничивают за счет снижения скоростей обработки и транспортировки материалов.

Так как заряды статического электричества образуются при плескании, распылении и разбрызгивании диэлектрических жидкостей, желательно эти процессы устранять или, по крайней мере, их ограничивать. Например, «наполнение диэлектрическими жидкостями резервуаров свободно падающей струёй не допускается. Сливной шланг необходимо опустить под уровень жидкости или, в крайнем случае, струю направить вдоль стенки, чтобы не было брызг».

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем меньше электропроводность материала, то желательно применять по возможности материалы с большей электропроводностью или повышать их электропроводность путем введения электропроводных (антистатических) присадок. Так, для покрытия полов нужно использовать антистатический линолеум, желательно периодически проводить антистатическую обработку ковров, ковровых материалов, синтетических тканей и материалов с использованием препаратов бытовой химии.

Соприкасающиеся предметы и вещества предпочтительнее изготовлять из одного и того же материала, так как в этом случае не будет происходить контактной электролизации. Например, полиэтиленовый порошок желательно хранить в полиэтиленовых бочках, а пересыпать и транспортировать по полиэтиленовым шлангам и трубопроводам. Если сделать это не представляется возможным, то применяют материалы, близкие по своим диэлектрическим свойствам. Например, электризация в паре фторопласт-полиэтилен меньше, нежели в паре фторопласт-эбонит.

Таким образом, для защиты от статического электричества необходимо применять слабоэлектризующиеся или неэлектризующиеся материалы, устранять или ограничивать трение, распыление, разбрызгивание, плескание диэлектрических жидкостей.

«Устранение зарядов статического электричества достигается прежде всего заземлением корпусов оборудования. Заземление для отвода статического электричества можно объединять с защитным заземлением электрооборудования. Если заземление используется только для снятия статического электричества, то его электрическое сопротивление может быть существенно больше, чем для защитного сопротивления электрооборудования (до 100 Ом). Достаточно даже тонкого провода, чтобы электрические заряды постоянно стекали в землю».

Для снятия статического электричества с кузова автомобиля применяют электропроводную полоску — «антистатик», прикрепленную к днищу автомобиля. Если при выходе из автомобиля вы заметили, что кузов «искрит», разрядите кузов, прикоснувшись к нему металлическим предметом, например, ключом зажигания. Для человека это не опасно. Обязательно сделайте это, если собираетесь заправить машину бензином.

Самолеты снабжены металлическими тросиками, закрепленными на шасси и днищах фюзеляжа, что позволяет при посадке снимать с корпуса статические заряды, образовавшиеся в полете.

Для снятия электрических зарядов заземляются защитные экраны мониторов компьютеров. Бензозаправщики снабжаются заземлителями в виде цепей, постоянно контактирующих с землей при движении автомобиля. При сливе бензина в цистерны на бензозаправочной станции автомобиль-заправщик и система слива бензина обязательно заземляются дополнительно.

Влажный воздух имеет достаточную электропроводность, чтобы образующиеся электрические заряды стекали через него. Поэтому во влажной воздушной среде электростатических зарядов практически не образуется, и увлажнение воздуха является одним из наиболее простых и распространенных методов борьбы со статическим электричеством.

Еще один распространенный метод устранения электростатических зарядов — ионизация воздуха. Образующиеся при работе ионизатора ионы нейтрализуют заряды статического электричества. Таким образом, бытовые ионизаторы воздуха не только улучшают аэроионный состав воздушной среды в помещении, но и устраняют электростатические заряды, образующиеся в сухой воздушной среде на коврах, ковровых синтетических покрытиях, одежде. На производстве используют специальные мощные ионизаторы воздуха различных конструкций, но наиболее распространены электрические ионизаторы.

В качестве индивидуальных средств защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатические халаты, заземляющие браслеты для защиты рук и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.

Вывод по вопросу: При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека.

МОЛНИЕЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.

Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Ток в разряде молнии достигает 10—300 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт.

Молния –электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением, между разноименно заряженными частями облака или соседними облаками.

Молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

В зависимости от заряда, который молния доставляет к земле, различают отрицательные и положительные молнии.

На всей территории России примерно 90% молний отрицательные и 10% — положительные)

Типы молний: Нисходящая (поражения наземных объектов), Восходящая (поражения высотных сооружений) Межоблачная (поражение летательных аппаратов)

Формирование молнии: Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий.

На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают

значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.

Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов —стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 20000-30000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров.

Опасность воздействия молнии

1. Прямой удар. Термическое воздействие (перегрев, проплавление металлических поверхностей; воспламенение пожаровзрывоопасных смесей).

Механическое (ударная волна, распространяющейся от канала молнии; электродинамические силы, действующие

на проводники, местные разрушения твердого негорючего материала, расщепление деревянных сооружений и деревьев).

Электрическое (поражением людей или животных электрическим током; появление перенапряжений на пораженных молнией элементах объекта)

2. Вторичное воздействие связано с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов.

Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, возникшего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя. При отсутствии надлежащего заземлителя перенапряжение может достигать сотен киловольт и создавать опасность поражения людей и перекрытий между разными частями объекта.

Еще одним видом опасного воздействия молнии является занос высокого потенциала. Он представляет собой перенапряжение, возникающее на коммуникации при прямых и близких ударах молнии и распространяющееся в виде набегающей на объект волны.

Средства и способы молниезащиты

Молниезащита представляет собой комплекс мероприятий, направленных на предотвращение прямого удара молнии в объект или на устранение опасных последствий, связанных с прямым ударом молнии; к этому комплексу относятся также средства защиты, предохраняющие объект от вторичных воздействий молнии и заноса высокого потенциала.

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод — устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю.

Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, обеспечивающие растекание тока молнии, минуя объект, и установленные на самом объекте.

При этом растекание тока происходит по контролируемым путям так, что обеспечивается низкая вероятность поражения людей (животных), взрыва или пожара.

Молниеотвод состоит из следующих элементов:

молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. Однако на практике они могут образовывать единую конструкцию, например металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприемник, опору и токоотвод одновременно.

По типу молниеприемника молниеотводы разделяются на стержневые (вертикальные), тросовые (горизонтальные протяженные) и сетки, состоящие из продольных и поперечных горизонтальных электродов, соединенных в местах пересечений. Стержневые и тросовые молниеотводы могут быть как отдельно стоящие, так и установленные на объекте; молниеприемные сетки укладываются на неметаллическую кровлю защищаемых зданий и сооружений. Однако укладка сеток рациональна лишь на зданиях с горизонтальными крышами, где равновероятно поражение молнией любого их участка.

Во всех возможных случаях близрасположенные высокие сооружения необходимо использовать как отдельно стоящие молниеотводы, а конструктивные элементы зданий и сооружений, например металлическую кровлю, фермы, металличес

mchsnik.ru

Основные причины возникновения пожаров в электроустановках — Охрана труда и промышленная безопасность — Энергетика — Каталог статей

Короткие замыкания

Короткие замыкания возникают в результате нарушения изоляции токоведущих частей электроустановок.
Опасные повреждения кабелей и проводок могут возникать вследствие чрезмерного растяжения, перегибов, в местах подсоединения их к электродвигателям или аппаратам управления, при земляных работах и т. п. При нарушении изоляции на жилах кабеля возникают утечки тока, которые затем перерастают в токи короткого замыкания. В зависимости от характера повреждения внутри кабеля может нарастать аварийный процесс короткого замыкания с сопутствующим мощным выбросом в окружающую среду искр и пламени.
Так как многие виды электрооборудования не являются влаго- и пыленепроницаемыми, то производственная пыль (особенно токопроводящая сажа , копоть, графит), химически активные вещества и влага проникают внутрь их оболочки и оседают на поверхности электроизоляционных частей и материалов. Некоторые нагревающиеся части электрооборудования при остановке охлаждаются, поэтому на них часто выпадает конденсат воды. Все это может привести к повреждению и переувлажнению изоляции и вызвать чрезмерные токи утечки, дуговые короткие замыкания, перекрытия или замыкания как изолированных обмоток, так и других токоведущих частей.

Изоляция электроустановок может повреждаться при воздействии на нее высокой температуры или пламени во время пожара, из-за перенапряжения в результате первичного или вторичного воздействия молнии, перехода напряжения с установок выше 1000 В на установки до 1000 В и т. д.
Причиной короткого замыкания может быть схлестывание проводов воздушных линий электропередач под действием ветра и от наброса на них металлических предметов. К возникновению короткого замыкания могут привести ошибочные действия обслуживающего персонала при различных оперативных переключениях, ревизиях и ремонтах электрооборудования.

Профилактика короткого замыкания

Перегрузки

Перегрузкой называется такой аварийный режим, при котором в проводниках электрических сетей, машин и аппаратов возникают токи, длительно превышающие величины, допускаемые нормами.
Одним из видов преобразования электрической энергии является переход ее в тепловую. Электрический ток в проводниках электрических сетей, машин и аппаратов выделяет теплоту, рассеивающуюся в окружающем пространстве. Проводники при этом могут нагреваться до опасных температур. Так, для голых медных, алюминиевых и стальных проводов воздушных линий максимально допустимая температура не должна превышать 70°С. Объясняется это тем, что с повышением температуры усиливаются окислительные процессы и на проводах (особенно в контактных соединениях) образуются окиси, имеющие высокое сопротивление; увеличивается сопротивление контакта, и следовательно, выделяемая в нем теплота. С увеличением температуры соединения увеличивается окисление, а это может привести к полному разрушению контакта провода.

Весьма опасным является перегрев изолированных проводников, особенно с горючей изоляцией, приводящий к ускорению её износа (старению). Старение изоляции оценивается в относительных единицах. За единицу принимается старение, соответствующее работе при температуре, допускаемой нормами для данного рода изоляции. Для расчетов обычно пользуются установленным экспериментально «восьмиградусным правилом». По этому правилу длительное повышение температуры проводника сверх допустимого на каждые 8°С, приводит к ускорению износа его изоляции вдвое.
Опыты показали, что продолжительность срока службы изоляции в электродвигателях при нагреве до 100°С будет 10 – 15 лет, а при 150°С сокращается до l,5 – 2 мес.
Старение изоляции характеризуется уменьшением ее эластичности и механической прочности. Сильно состарившаяся изоляция под влиянием вибрации при работе трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. п. начинает растрескиваться и ломаться. Следствием этого могут быть электрический пробой изоляции и повреждение электроустановки, а при наличии сгораемой изоляции и пожаро- и взрывоопасной среды – пожар или даже взрыв.
Причиной возникновения перегрузки может быть неправильный расчет проводников при проектировании. Если сечение проводников занижено, то при включении всех предусмотренных электроприёмников возникает перегрузка. Перегрузка может возникнуть из-за дополнительного включения электроприёмников, на которые проводники сети не рассчитаны.

Профилактика перегрузок

Чтобы избежать перегрузки или ее последствий, при проектировании необходимо правильно выбирать сечения проводников сетей по допустимому току, а также электродвигатели и аппараты управления.

В процессе эксплуатации электрических сетей нельзя включать дополнительно электроприёмники, если сеть на это не рассчитана.
При эксплуатации машин и аппаратов не следует допускать нагрев их до температуры, превышающей предельно допустимую.
Для защиты электроустановок от токов перегрузки наиболее эффективными являются автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей и плавкие предохранители.

Переходные сопротивления

Переходными называются сопротивления в местах перехода тока с одной контактной поверхности на другую через площадки действительного их соприкосновения. В таком контактном соединении за единицу времени выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное квадрату тока и сопротивлению участков действительного соприкосновения.
Количество выделяемой теплоты может быть столь значительным, что места переходных сопротивлений сильно нагреваются. Следовательно, если нагретые контакты будут соприкасаться с горючими материалами, возможно их воспламенение, а соприкосновение этих мест со взрывоопасными концентрациями горючих пылей, газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей явится причиной взрыва.

Профилактика пожаров от контактных сопротивлений

Чтобы увеличить площади действительного соприкосновения контактов, необходимо увеличить силы их сжатия путем применения упругих контактов или специальных стальных пружин. Если контактные плоскости прижать друг к другу с некоторой силой, мелкие бугорки в местах касания плоскостей будут несколько сминаться, при этом увеличатся размеры соприкасающихся основных площадок и появятся новые дополнительные площадки касания. Переходное сопротивление контакта снизится, уменьшится и нагрев контактного устройства.
Для отвода тепла от точек соприкосновения и рассеивания его в окружающую среду необходимы контакты с достаточной массой и поверхностью охлаждения. Особое внимание следует уделять местам соединения проводов и подключения их к контактам вводных устройств электроприемников. На съемных концах для удобства и надежности контакта применяют наконечники различной формы и специальные зажимы, что особенно важно для алюминиевых проводов. Для надежности контакта предусматривают также пружинящие шайбы и бортики, препятствующие растеканию алюминия. В местах, подвергающихся вибрации, при любых проводниках необходимо применять пружинящие шайбы или контргайки. Все контактные соединения должны быть доступны для осмотра — их систематически контролируют в процессе эксплуатации.

Существует несколько способов соединения проводов; основные из них — пайка, сварка, механическое соединение под давлением (опрессование). При пайке необходим источник тепла с температурой, достаточной для нагревания соединяющихся проводов и плавления дополнительного металла (олова или оловянно-свинцовых припоев). Во время пайки изолированных проводов следует применять предохранительные меры, чтобы не повредить изоляцию.
Сварка проводов (электрическая и газопламенная) обеспечивает надежный электрический контакт (что особенно важно для алюминиевых проводов), однако это сложная операция, требующая большого опыта. Соединение проводов пайкой и сваркой не допускается в помещениях со взрывоопасной средой.
Наиболее распространено в настоящее время соединение проводов механической опрессовкой специальными клещами и гидропрессом. Этот способ дает хороший электрический контакт, не требует источника тепла и дефицитных припоев и допускается в помещениях с взрывоопасной средой.
Жилы проводов и кабелей в местах соединений и ответвлений должны иметь такую же изоляцию, как и в целых местах этих проводов и кабелей. Для уменьшения влияния окисления на контактное сопротивление размыкающиеся контакты конструируют таким образом, чтобы размыкание и замыкание их сопровождались скольжением (трением) одного контакта по другому. При этом тонкая пленка окислов разрушается, удаляется с площадки действительного касания контактов, и происходит самоочищение контактов.

www.xn--80affsqimkl5h.xn--p1ai

1.2 Разновидности аварийных режимов, приводящих к пожару. Разработка комплекса мер, направленных на исключение причин возникновения пожаров в зданиях общественного назначения

Режимы работы и замыкания в электроустановках

Библиографическое описание:

Коваленко Д. В. Режимы работы и замыкания в электроустановках // Молодой ученый. 2016. №18. С. 85-87. URL https://moluch.ru/archive/122/33627/ (дата обращения: 26.07.2019).

Система электроснабжения (СЭС) может находиться в различных режимах работы: нормальном, ненормальном и аварийном. Рассмотрим эти режимы.

Основные определения

Нормальный режим работы — это такой режим работы электроустановки, при котором обеспечивается снабжение электроэнергией любых потребителей надлежащего качества. При этом показатели качества электроэнергии находятся в пределах, установленных ГОСТ 32144–2013 [3].

Аварийный режим работы — это режим работы электроустановки, который сопровождается отклонением рабочих параметров от предельно-допустимых значений. Этот режим работы характеризуется повреждением элементов СЭС, выходом из строя электрооборудования, возможным перерывом электроснабжения.

Ненормальный режим работы — это режим работы электроустановки, при котором значение какого-либо одного из параметров, характеризующего режим работы СЭС выходит за пределы диапазона допустимых рабочих значений. Они связаны с отклонениями значений величин тока, напряжения и частоты. Ненормальные режимы работы могут быть опасны для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

К аварийным режимам работы электроустановок относятся короткие замыкания: трехфазные (К⁽³⁾), двухфазные (К⁽²⁾), двухфазные на землю (К^(1.1)), однофазные (К⁽¹⁾). Все эти виды замыканий справедливы для сетей с заземленным режимом работы нейтрали [1, 2, 4, 5].

Короткое замыкание(КЗ) — это электрическое соединение двух точекэлектрической цепис разными значениямипотенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу или состояние, при котором сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания. Кроме того, короткое замыкание может возникать при нарушении изоляции токоведущих элементов [1, 2, 4, 5].

Виды коротких замыканий, основные соотношения токов инапряжений

При трехфазном коротком замыкании токи и напряжения во всех трех фазах равны по величине не только в месте короткого замыкания, но и любой другой точке сети: ; .

При двухфазном коротком замыкании на здоровой фазе ток отсутствует, а в поврежденных фазах проходят токи, одинаковые по величине и противоположные по направлению: , . Напряжение между поврежденными фазами равно нулю, а фазные напряжения равны: , .

При двухфазном коротком замыкании на землю соотношения токов и напряжений имеют следующий вид: , .

Для сетей с заземленной нейтралью этот вид короткого замыкания является более опасным по сравнению с двухфазным коротким замыканием из-за значительного уменьшения линейных напряжений в месте короткого замыкания.

При однофазном коротком замыкании соотношения токов и напряжений принимают следующий вид: ; . (Этот вид короткого замыкания справедлив только для сетей с заземленной нейтралью, также как и двухфазное короткое замыкание на землю.)

В электрических машинах возможны межвитковые короткие замыкания (замыкание витков обмотокротораилистатора, либо витков обмоток трансформаторов), а также замыкание обмотки на металлический корпус машины.

Короткое замыкание в любом из элементов СЭС может нарушить её функционирование — у некоторых потребителей может упасть питающее напряжение, что приводит к повреждению оборудования; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает несимметрия напряжений, нарушающая её нормальное электроснабжение. В системообразующих сетях короткое замыкание способно вызвать тяжёлые системные аварии [1–5].

Основные причины возникновения коротких замыканий

Старение и, вследствие этого, пробой изоляции.
Набросы на провода линий электропередачи (ЛЭП).
Обрывы проводов ЛЭП с падением на землю.
Механические повреждения изоляции кабельных ЛЭП при земляных работах.
Удары молнии в ЛЭП.

Чаще всего КЗ происходит через переходное сопротивление (через сопротивление электрической. дуги, возникающей в месте повреждения изоляции). Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления.

Таблица 1

Вероятность возникновения повреждений вэлектрических сетях

Вид КЗ/повреждения	Вероятность возникновения
Трехфазное — К⁽³⁾	1–7 %
Двухфазное — К⁽²⁾	2–13 %
Двухфазное на землю — К^(1.1)	5–20 %
Однофазное — К⁽¹⁾	60–92 %
Однофазное замыкание на землю — З⁽¹⁾	60–92 %

Другие ненормальные режимы работы

В сетях, не имеющих непосредственного заземления нейтрали (изолированная, компенсированная или резистивно заземленная нейтраль) могут возникать только трехфазные и двухфазные короткие замыкания.

В упомянутых выше сетях (без заземления нейтрали) при электрическом контакте любой из трех фаз с землей возникают однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые относятся к ненормальным режимам работы (не являются короткими), так как в режиме работы сети при однофазном замыкании на землю сеть (в классическом случае) не отключается устройствами релейной защиты и продолжает работать. В этом случае напряжения на здоровых фазах возрастают до линейных значений. Допустимые значения емкостных токов при однофазном замыкании на землю для сетей с различными классами напряжений приведены в таблице 2.

Таблица 2

Допустимые значения емкостного тока при однофазном замыкании на землю

Класс напряжения, кВ	Допустимое значение емкостного ток, А
3–6	30
10	20
15–20	15
35	10
Генераторные цепи	5
ЛЭП на ж/б опорах	10

Именно этот режим работы в настоящее время вызывает живой интерес, так как на данный момент еще никому не удалось создать универсальную селективную защиту от однофазных замыканий на землю, поэтому актуальность и перспективность создания такой защиты не вызывает сомнений.

Кроме всего вышеперечисленного следует выделить режим перегрузки как одну из разновидностей ненормальных режимов работы. К ним относятся: перегрузка оборудования при превышении номинального значения тока, перегрузка оборудования при превышении номинального значения напряжения. При превышении номинального значения тока возникает повышенный износ изоляции, что приводит к её повреждению. При превышении напряжения выше номинального значения уменьшается срок службы электрооборудования и увеличивается вероятность возникновения аварий.

В заключение приведем таблицу с режимами работ нейтралей СЭС и видами замыканий, которые могут возникнуть в каждом конкретном случае.

Таблица 3

Виды замыканий всистемах электроснабжения

Вид замыкания или повреждения
Трехфазное — К⁽³⁾	+	+
Двухфазное — К⁽²⁾	+	+
Двухфазное на землю — К^(1.1)		+
Однофазное — К⁽¹⁾		+
Однофазное замыкание на землю — З⁽¹⁾	+

Литература:

Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / В. А. Андреев. М.: Высшая школа, 2006. — 642 с.
Беркович М. А. и др. Основы техники релейной защиты / М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. Л. Семенов. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 376 с.
ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — М.: Стандартинформ, 2014. — 16 с.
Правила Устройства Электроустановок. 7-е издание.
Рожкова Л. Д. и др. Электрооборудование электрических станций и подстанций / Л. Д. Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. — 4-е изд., стер. — М.: Академия, 2007. — 448 с.

Основные термины (генерируются автоматически): короткое замыкание, однофазное замыкание, ненормальный режим работы, сеть, земля, двухфазное короткое замыкание, замыкание, заземленная нейтраль, режим работы электроустановки, вид замыканий.

moluch.ru

Основные причины пожаров от электроустановок

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Электрические установки состоят из источников электроэнергии, электросетей, потребителей, а также из аппаратов защиты и управления.

Источниками электроэнергии в большинстве являются генераторы постоянного и переменного тока, электрохимические элементы. Электрические сети, служащие для передачи эл.энергии к потребителям представляют собой провода и кабели, прокладываемые в воздухе, в земле

или под водой. Сети могут содержать аппараты для преобразования эл.энергии (трансформаторы, выпрямители).

К потребителям эл.энергии относятся:

— эл.двигатели постоянного и переменного тока,

— эл. термические установки (эл.печи, сварочные агрегаты, бытовые нагревательные приборы),

— эл.химические установки (эл.химические ванны),

— осветительные установки.

К аппаратам защиты и управления относятся магнитные пускатели, пусковые и регулировочные реостаты, выключатели, рубильники, предохранители, тепловые реле и автоматы.

Пожарная опасность электроустановок обуславливается наличием горючей среды в виде изоляционных материалов проводов, кабелей, обмоток эл.машин, различных установочных деталей и корпусов аппаратов, выполненных из горючих материалов, а также наличием горючих материалов вблизи эл.установок.

Кроме того, эл.установки могут находиться и эксплуатироваться во взрывоопасной среде, создаваемой ГГ и парами ЛВЖ, а так же некоторыми взрывоопасными пылями.

Другим фактором, характеризующим пожарную опасность эл.установок является наличие источника зажигания.

К ним относятся:

— искры и дуги, возникающие при нормальном режиме работы электрических машин;

— искрение, возникающее при авариях и неисправностях;

— дуга, возникающая при электросварке и К. З.;

— тепло, аккумулированное в различных частях электроустановок;

— искрение, вызванное зарядами статического электричества и вторичным проявлением молнии.

Как видно из выше изложенного электроустановки представляют собой большую пожарную опасность. Поэтому работники органов ГПН должны знать причины пожаров от электрического тока для разработки противопожарных мероприятий.

Большое значение имеет знание действующих нормативных документов, предусматривающих вопросы пожарной безопасности.

Строгое выполнение правил пожарной безопасности почти всегда исключает возможность возникновения пожаров.

Основными причинами технологических нарушений в работе электрооборудования приводящих к возникновению пожаров являются:

· физический износ оборудования;

· низкое качество технического обслуживания и ремонта оборудования;

· несоблюдение периодичности и объема выполнения профилактических мероприятий;

· недостаточный уровень использования средств оценки технического состояния и диагностики;

· ошибки и недостаточный уровень подготовки оперативного персонала;

· природно-климатические воздействия;

· недостатки эксплуатации;

· недостатки проектных решений, монтажных и строительных работ;

· недостатки конструкции и изготовления и др.

Короткие замыкания.

«Коротким замыканием называется всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малое сопротивление между фазами, а в системах с заземлённой нейтралью- также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или нулевой провод).»

При возникновении К.З. в электрической сети её общее сопротивление резко уменьшается, что приводит к увеличению токов в её ветвях по сравнению с токами нормального режима. В свою очередь это вызывает снижение напряжения в сети, которое особенно велико вблизи места КЗ.

Явление КЗ объясняется тем, что при эксплуатации эл. установок эл. изоляция может быть нарушена, эл. сопротивление её резко падает и при непосредственном соприкосновении проводников, находящихся под напряжением или через малое сопротивление постоянного проводника ток будет проходить с проводника на проводник, минуя потребителя и цепь замыкается “накоротко”, так как сопротивление проводников может быть ничтожно мало по сравнению с сопротивлением сети потребителя. Закон Ома

I= R↓

Таким образом ток КЗ может достигать больших величин – 10000А и более, сопровождается термическими проявлениями, величина выделения тепла при прохождении тока по проводнику определяется законом Джоуля-Ленца

Q=I²Rt(Дж)

I-сила тока[А];

R —сопративление [Ом];

t —время прохождения тока по проводнику [сек];

Q —количество выделившейся теплоты[Дж]

В результате этих воздействий эл.оборудование может быть разрушено, а большой перегрев токоведущих частей сопровождаемый выделением искр или дуг могут воспламенить изоляцию эл.оборудования и окружающую среду.

Причинами КЗ являются нарушение изоляции токоведущих частей электроустановок при:

-естественном старении изоляции,

-перенапряжениях в результате воздействия молнии, попадания напряжения с высоковольтных установок на низковольтные

-повреждение в процессе эксплуатации эл.установок:

1) механическое

2) в результате воздействия окружающей агрессивной среды

3) воздействия влаги

4) повышенной температуры

К коротким замыканиям могут приводить ошибочные действия обслуживающего персонала, не выполняющие правила тех-ки безопасности и тех.эксплуатации, а также вследствие перекрытия голых токоведущих частей животными и птицами.

ПРИМЕР1:

Примером пожара от осветительных приборов может быть пожар, происшедший в вычислительном отделе Пентагона в г. Арлингтоне (штат Виргиния). Причина пожара — неисправность пускорегулируещей аппаратуры люминесцентного светильника и возгорание подвесного потолка, выполненного из листовой фибры. Ущерб составил около 6,7 млн. долл.

ПРИМЕР 2:

Окраска силовой выключателя. Работник тщательно окрасил все поверхности, в том числе и ту часть аппарата, которая находилась год защитным кожухом. В результате продувное отверстие пневматического привода вспомогательного выключателя оказалось частично забито краской. При пробном пуске выключатель сработал. При этом давление воздуха соответствовало верхнему допустимому значению. Когда позднее потребовались переключения, этот выключатель отказал, так как на этот раз давление было на нижней границе допустимых значении. Это повлекло за собой аварию трансформатора мощностью 1000 кВ-А и генератора такой же мощности с последующим пожаром. Несоблюдение противопожарного режима при проведении профилактических работ иногда становится причиной крупных пожаров.

ПРИМЕР 3:

Пожар г. Иваново, в одноэтажном, бревенчатом доме причина — КЗ в электрическом шнуре утюга оставленного включенным в сеть без присмотра.

Меры предотвращения:

1. Не допускать нарушения техники безопасности и техники эксплуатации

2. Следить за исправностью электрооборудования и

изоляционных материалов

2.2. Перегрузка.

Перегрузкой называется такое явление, когда по проводам и кабелям электрических сетей, обмоткам машин и аппаратов идёт рабочий ток I_р больше длительно допустимого I_д . I_Р> I_Д

Сущность перегрузки связана с переходом энергии эл.тока в тепловую.

Это явление сформулировано известны законом Джоуля-Ленца.

↑Q=I²Rt ↑I→Q↑

При этом часть тепловой энергии рассеивается в окружающую среду, а отдельные части эл. оборудования нагреваются до температуры выше допустимой.

Так например, для изолированных проводников с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией максимально допустимая температура нагрева равна 65⁰С. Перегрев проводника может вызвать старение, растрескивание изоляции, её обугливание и загорание.

Причины перегрузки:

1. Неправильный расчёт и подбор сечения проводников допустимой токовой нагрузке (I_{Д )}

I_РАБ> I_ДОПS_ТР> S_ДОП площадь сечения

2. Дополнительное включение потребителей в сеть, на которую она не рассчитана

I_РАБ= ; Iраб_.=I₁+I₂+….+I_П

3. Перегрузка вызванная в результате увеличения механической нагрузки на валу двигателя.

4. Перегрузка эл. двигателя вызванная в результате падения напряжения.

I_Н=

5. Перегрузка трёхфазных эл. двигателей возникающая при работе на двух фазах.

6. Перегрузка в электродвигателях вследствие недостаточного количества смазки в подшипниках.

7. Перегрузка эл. двигателей, работающих в среде с токопроводящей пылью вследствие затягивания её во внутрь статера двигателя.

Пример 1:

Пожар в магазине вследствие подключения к электроудлинителю двух холодильников, расположенные в центре зала, и электронных весов на прилавке. Вилка электроудлинителя была подключена к эл. розетке. Установлено, что на момент возникновения пожара все холодильное оборудование находилось в рабочем режиме, т.е. было подключено к эл. сети.

Меры предотвращения:

1.Правильный подбор и расчет сечения проводников

2. Включение в сеть того количества потребителей на которое она рассчитана

3.Соблюдение техники безопасности и техники эксплуатации

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

5.2. Аварийные пожароопасные режимы работы электродвигателей

Аварийным режимом работы электродвигателя будем называть любой режим работы, увеличивающий температуру нагрева электродвигателя выше допустимой. Необнаруженный аварийный режим работы электродвигателя может привести к его загоранию. Аварийные режимы работы электродвигателей возникают из-за снижения или увеличения питающего напряжения при номинальной нагрузке на валу, увеличении нагрузки на валу выше номинальной, обрыве одной фазы, снижении межвиткового сопротивления изоляции статорных обмоток; ухудшении вентиляции, увеличении числа включений выше допустимого.

В подавляющем большинстве случаев аварийные отказы электродвигателей происходят из-за повреждения обмоток – 85-95 %. Основные отказы обмоток обусловлены межвитковыми замыканиями – 93 % [43].

Рис.5.2. Зависимость перегрева обмотки статора двигателя от напряжения электросети при номинальной нагрузке:

1– 4АХ80В2У3;2– 4АХ80А4У3;3– 4А100У3

На рис. 5.2 приведены зависимости температуры обмотки статора электродвигателя от напряжения питающей сети при номинальной нагрузке на валу. Из рисунка видно, что снижение питающего напряжения и увеличение его приводят к возрастанию температуры электродвигателя. Поясним физическую сущность этих явлений. Для обеспечения вращающего момента двигателя, преодолевающего номинальную механическую нагрузку на валу, требуется номинальная электрическая мощность, потребляемая обмотками статора из сети трехфазного тока. При снижении напряжения питания статорных обмоток электрическая мощность уменьшится, вращающий момент также уменьшится, ротор сбавит число оборотов, в результате чего в обмотке ротора возрастает наводимая ЭДС индукции и увеличивается соответственно ток, который, в свою очередь, увеличит свой магнитный поток. А так как магнитный поток ротора направлен навстречу магнитному потоку статора, результирующий магнитный поток должен уменьшиться, и ЭДС самоиндукции в обмотках статора также уменьшится. Следовательно, ток в статорных обмотках увеличится на величину, необходимую для компенсации потерянной электрической мощности из-за снижения питающего напряжения статорных обмоток. За счет большего тока статора результирующий магнитный поток возрастает до прежней величины. Момент, вращающий электродвигатель, станет равным моменту нагрузки на валу; двигатель будет работать с меньшим числом оборотов.

Снижение напряжения, питающего обмотки статора, на 20 – 25 % приводит к пожароопасному увеличению тока в обмотках статора. При увеличении напряжения, питающего статорные обмотки, ток в них также увеличится, а следовательно, увеличится и температура нагрева электродвигателя.

Обрыв провода одной из трех фаз обмотки статора (при работающем под нагрузкой электродвигателе) приводит к токовой перегрузке двух оставшихся фаз. Если при этом не сработает тепловая защита, пожароопасное превышение температуры наступит за несколько минут. На рис. 5.3 приведены зависимости температуры электродвигателя для случая обрыва одной фазы и при перегрузке.

Рис. 5.3. Превышение температуры

асинхронного двигателя 4АХ80А4У3:

1– при обрыве фазы;2– при перегрузке (I_п= 2I_ном)

Еще более пожароопасный режим наступает, когда электродвигатель включается в работу при обрыве одной фазы. Нарастание температуры при этом происходит в течение 10 — 20 с после включения электродвигателя под напряжение (см. рис. 5.3). Характерным признаком работы электродвигателя на двух фазах является гудение.

Пробой изоляции обмотки ротора на корпус приводит к медленному увеличению частоты вращения при пуске асинхронного двигателя. Ротор сильно нагревается даже при небольшой нагрузке. К таким же явлениям приводит нарушение изоляции между контактными кольцами и валом ротора у асинхронного двигателя с фазным ротором.

Пробой изоляции между фазами приводит к короткому замыканию в обмотке. При КЗ обмотки статора наблюдаются сильные вибрации двигателя переменного тока, сильное гудение, несимметрия токов в фазах, быстрый нагрев отдельных участков обмотки и как результат – загорание изоляции обмотки.

Витковое короткое замыкание обмотки статора или ротора приводит к чрезмерному нагреву электродвигателя даже при номинальной нагрузке.

Отрыв стержня короткозамкнутой обмотки ротора приводит к повышенным вибрациям, уменьшению частоты вращения под нагрузкой, пульсациям тока статора последовательно во всех фазах.

Нарушение контактов пазных или сварных соединений в асинхронных двигателях эквивалентно по своему проявлению обрыву витков, стержней короткозамкнутых обмоток или фазы обмотки в зависимости от места нахождения данного соединения. Нарушение контакта в цепи щеток приводит к повышенному искрению между контактными кольцами и щетками. А в электродвигателях коллекторных переменного тока и машинах постоянного тока такое искрение имеет место между щетками и коллектором.

Недопустимое снижение сопротивления изоляции может быть в результате сильного загрязнения изоляции, увлажнения и частичного разрушения, вызванных старением изоляции, и как следствие – ее пробой и короткое замыкание.

Нарушение межлистовой изоляции сердечников магнитопроводов приводит к недопустимому повышению температуры отдельных участков магнитопровода и всего магнитопровода в целом, повышенному нагреву обмоток, выгоранию части магнитопровода (пожар в стали).

Засорение охлаждающих (вентиляционных) каналов приводит к недопустимому нагреву электродвигателя или отдельных его частей.

Выработка коллектора и контактных колец приводит к ухудшению коммутации, быстрому износу щеток и повышенному нагреву контактных колец и коллектора и сильному искрению (вплоть до «кругового огня»).

Электродвигатели чаще всего повреждаются из-за недопустимо длительной работы без ремонта (износ), плохого хранения и обслуживания, нарушения режима работы, на который они рассчитаны.

Одним из относительно слабых мест электрической машины является подшипниковый узел, особенно в скоростных машинах, 2-5 % электродвигателей отказывают из-за повреждения подшипников [43]. Более 80 % подшипников качения выходят из строя вследствие разрушений усталостного характера, а в подшипниках скольжения может быть выплавлена баббита. Все это приводит к нарушению соосности валов электродвигателя и механизма, к появлению эксцентриситета ротора. Нередко отказ подшипниковых узлов приводит к пожароопасному температурному перегреву этих узлов и всего корпуса электродвигателя. Кроме того, возникающие в подшипниках большие трения увеличивают тормозной момент (нагрузку) на валу, отчего возрастает ток в обмотках статора и температура нагрева возрастает до пожароопасной.

Условия нагрева различных частей электродвигателей разные: нагрев подшипников определяется в основном потерями энергии в них и мало зависит от нагрева обмоток; нагрев обмотки статора определяется не только потерями энергии в самой обмотке, но и потерями в обмотке ротора и в стали магнитопроводов. Для приближенной оценки нагрева электродвигателя можно воспользоваться упрощенной моделью нагрева однородного тела, потери энергии в котором равны потерям в данном электродвигателе.

Предположим, потери мощности в электродвигателе, включая все потери, равны Р. Тогда за элементарный промежуток времени потери энергии составят Рdt. При теплоемкости электродвигателя с энергия, идущая на нагрев тела от повышения температуры на dT, составит сdТ. Другая часть этой энергии отдается в окружающую среду, например, окружающему воздушному пространству путем прямой теплопередачи, излучения и конвекции.

Отдача тепла зависит от разности температур нагретого тела и окружающего пространства, превышения температуры Т и площади охлаждаемой поверхности S. Отдача теплоты прямой теплопередачей пропорциональна Т. Количество теплоты, отдаваемой излучением, для абсолютно черного тела пропорционально разности температур нагретого тела и окружающей среды в четвертой степени. В узком диапазоне температур можно считать отдачу теплоты приблизительно Т. Отдача теплоты конвекцией изменяется по сложному закону с изменением Т. В узком диапазоне температур можно также считать отдачу теплоты пропорциональной Т. При этих упрощениях можно определить отдачу теплоты телом за элементарный промежуток времени kSTdt, где k – коэффициент теплоотдачи, равный количеству энергии в джоулях, отдаваемой с охлаждающейся поверхности площадью 1 м² за 1 с при превышении температуры на один градус.

Уравнение нагрева однородного тела выглядит так:

Pdt = cdT + kSTdt. (5.7)

Разделив обе части уравнения на kSdt, получим

Т + (c/kS) (dT/dt) = P/kS. (5.8)

По окончании процесса изменения температуры dT/dt = 0 и Т_уст= Р/(kS), т.е. правая часть последнего выражения при Р=const определяет установившееся превышение температуры Т_уст.

Величину с/(kS), измеряемую в Дж^оСс, назовем постоянной времени нагрева _н. С учетом этих замечаний получим

Т+[_н(dT/dt)] = T_уст. (5.9)

Решение этого уравнения будет иметь следующий вид:

Т = Т₁ + T₂ (1), (5.10)

где Т₁ – начальное превышение температуры тела; Т₂ – конечное установившееся превышение температуры при данных потерях Р.

Если Т₁ = 0, т.е. температура электродвигателя в начале работы не отличалась от температуры окружающей среды, электродвигатель к началу работы полностью охладился, и выражение для Т имеет вид

Т = Т₂ (1). (5.11)

Превышение температуры при работе возрастает по экспоненциальному закону; постоянная времени _н может быть определена графическим построением. Установившееся превышение температуры достигается при t  , практически температура устанавливается по истечении времени t  (3  4)_н.

Постоянные времени нагрева имеют значение от нескольких минут, для электродвигателей малой мощности, до нескольких часов, для мощных электродвигателей.

Как видно из краткой характеристики отказов двигателей, их можно разделить на две категории (по причине появления отказа) – электрические и механические. Все они могут обусловливать аварийные пожароопасные режимы их работы. Поэтому в процессе эксплуатации электродвигателей важное значение имеет выполнение и соблюдение сроков планово-предупредительных осмотров и ремонтов [10].

Взрывозащищенные электродвигатели имеют худшие условия охлаждения. Поэтому контроль и профилактика условий и режимов эксплуатации взрывозащищенных электродвигателей должны быть безупречными в соответствии с установленными для конкретных условий регламентами и требованиями гл. 3.4 [10].

studfiles.net

Причины пожаров от электроустановок и их предупреждение

При эксплуатации машин, установок и электросетей их пожарная опасность заключается в проявлении теплового и искрового действия электрического тока в условиях, благоприятных для воспламенения горючих материалов. Горючими материалами электроустановок являются твердые и жидкие (трансформаторное масло) изоляционные материалы. Наиболее частыми причинами пожаров в электроустановках являются: перегрузка проводов, короткое замыкание, большие переходные сопротивления в электрических сетях, электрическая дуга или искрение. Перегрузка проводов возникает при прохождении по ним большего по величине тока, чем допускают условия нагрузки. Основной величиной перегрузки в электрической сети является параллельное подключение к ней чрезмерного количества потребителей тока. Перегрузка вызывает загорание изоляции проводов и в большинстве случаев приводит к нарушению их эластичности и разрушению изоляции, что ведет к короткому замыканию. Перегрузка проводов может возникать и в результате чрезмерной механической нагрузки электродвигателей. Последствием этого является воспламенение изоляции обмотки электродвигателей и питающих их проводов. При коротком замыкании в электрической цепи точки различных фаз соединяются между собой через очень малое сопротивление, которое по каким-либо причинам не соответствует нормальным условиям работы. К основным причинам короткого замыкания относят: повреждение изоляции проводов, попадание на неизолированные провода токопроводящих предметов, воздействие на провода химически активных веществ, пыли и сырости, неправильный монтаж электросети и т. п. Короткое замыкание может возникать непосредственно в электрических машинах и установках.

При коротком замыкании электрическая цепь резко уменьшает свое сопротивление, а сила тока согласно закону Ома значительно увеличивается по сравнению с нормальной величиной и при приближении сопротивления R к нулю сила тока возрастает до бесконечности. Провода не в состоянии мгновенно отдать в окружающую среду большое количество тепла, температура их быстро возрастает и вызывает воспламенение изоляции. Предупреждение перегрузок и короткого замыкания в электрических проводах достигается применением плавких предохранителей и специальных автоматов, включенных последовательно в цепь. Кроме этого, сети, машины и аппараты должны монтироваться в соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок», и при их эксплуатации должны соблюдаться сроки профилактических ремонтов и обслуживания общего состояния и уровня изоляции сети и электрораспределительных устройств.

Защита электрической сети от перегрузки и короткого замыкания при помощи плавких предохранителей эффективна только в случае их правильного выбора. Более надежны установочные автоматы, в которых при перегрузках срабатывает тепловая защита вследствие деформации биметаллической пластинки от нагревания во время прохождения через нее тока, превышающего номинальный. Причиной местных нагревов проводов и пожаров может быть переходное сопротивление, возникающее в местах соединения кабелей или проводов между собой или в местах присоединения их к электрическим машинам и аппаратам. Переходные сопротивления образуются от плохих контактов в местах соединения, а также при окислении мест соединения или неплотного прилегания к зажимам и контактам электроприборов. В этих случаях сопротивление будет увеличиваться, а по закону Ленца — Джоуля пропорционально увеличивается и выделение тепла. Перегрев проводов от переходных сопротивлений устраняется при увеличении площади соприкасания контактов в результате их тщательной обработки, применения упругих контактов, подключения проводников к аппаратам при помощи наконечников или различных оконцевателей. Сращивать провода нужно при помощи сварки, БИНТОВЫХ зажимов, наконечников и опрессования, не допуская при этом непропаянных (холодных) скруток проводов. Снижение окисления контактов достигается применением скользящих контактов или заменой их на серебряные. Пожарную опасность также вызывают электрическая дуга и искрение. Электрическая дуга представляет собой поток электрических зарядов, проходящих через ионизированный поток воздуха; при этом температура может достигать 3000° С и более. От искр и электрической дуги загораются изоляция, осевшая пыль, волокна, и могут взорваться пары, пыль и газы.

Предупредить возникновение искр и электрической дуги можно правильным монтажом и эксплуатацией электроустановок. Чтобы снизить пожарную опасность от таких искрящих аппаратов, как выключатели, рубильники, магнитные пускатели и пр., необходимо применять различные дугогасительные устройства в виде дополнительных пружинящих ножей, дугогасительных решеток и камер, дугопреграж- дающих перегородок, маслонаполненных емкостей и т. п. Важнейшим условием обеспечения пожарной безопасности от электрических установок является правильный выбор электрооборудования в зависимости от помещения, в котором оно должно эксплуатироваться. Это требование особенно важно при выборе электрооборудования для взрывоопасных, пожароопасных, особо сырых, с химически активной средой и других помещений.

	ПРОДОЛЖЕНИЕ >>>