Страница 1 из 2

Какие неисправности электрической проводки могут стать причиной возгорания здания?

Перевод: И.В. Луговская

Источник: http://www.interfire.org/features/electric_wiring_faults.asp

Общее понятие

Значительная часть возгораний зданий связана с неисправностями электропроводок или проводящих устройств. Удивительно, но режимы, в которых электрические неисправности могут стать причинами возгораний, не были изучены. Этот документ рассматривает известную, ранее опубликованную информацию по этой теме, а также указывает на основные моменты дальнейших исследований. Основной упор делается исключительно на однофазные, 120/240В системы распределения . Необходимо также отметить, что систематические исследования этой темы чрезмерно недостаточны, а большая часть существующих исследований, доступна только на японском языке.

Предпосылки

Последние статистические данные Национальной ассоциации противопожарной защиты , за 1993 – 1997 гг., гласят, что 41200 бытовых пожаров в зданиях за год, относятся к так называемым «электрически распространяемым».

Эти электрические возгорания насчитывают 336 смертей, 1446 травм гражданских лиц, и 643 млн. $ прямого ущерба имуществу в год.

41200 пожаров зданий составляют 9,7% от общего числа бытовых пожаров, электрические возгорания занимают 5 место среди 12 основных причин пожаров.

643 млн. $ прямого ущерба имуществу составляет 14,4% от общего числа повреждений вследствие пожаров, разместив электрические возгорание на второе место по причинению ущерба от пожаров (после поджога или подозрительных причин).

Опубликованные ранее FEMA статистические данные за 1985 – 1994 гг. были очень похожи: электрические возгорания занимали пятое место среди причин пожаров, четвертое место, среди причин пожаров со смертельным исходом, и второе место среди причин пожара по ущербу имуществу. Причины электрические возгораний , перечислены в таблице 1.

Таблица 1. Причины пожаров жилых помещений в США из-за электрических возгораний

Большие потери, нанесенные возгоранием электрических приборов, не означают, что электрические системы являются ненадежными. В США около 270 миллионов человек занимают около 100 млн. единиц жилья, в среднем 5.4 комнат на дом . Это означает, что в США проживает 2,7 человека в одной единице жилья, или же имеется 2 комнаты на одного человека. Если есть по 4 розетки в комнате, то количество розеток составляет 4*2*270*106 = 2,16 миллиарда. Следует вычесть определенный процент неиспользуемых розеток. Можно предположить, что половина розеток имеют подключенные устройства. Из оставшейся половины розеток, будем считать, что половина из них имеет последовательное соединение к другой розетке, а другой выход используется. Таким образом, реальное количество розеток, с протекающим в них током, оценивается как ¾ = 2,16 млрд., или 1620000000. Статистические данные NFPA показывают, что 4700 пожаров приходится на "выключатели и розетки", но CPSC далее опровергает статистику для выключателей, указывая, что они составляют 30% на рисунке выше. Не принимая во внимание пожары, произошедшие из-за неисправностей переключателей, 3290 пожаров за год обусловлены неисправностями розеток. Частота повреждений оценивается как 3290 / 1,62 "109, или 2"10-6 / в год. Очень низкий процент повреждений показывает, что электрический розетки обладают высокой надежностью. Проблема заключается не в высокой вероятности повреждений, кол-ва устройств, за год.

Вместо этого, вопрос состоит в том, что электрическая сеть включает в себя необычайно большое количество устройств, которые распределены повсеместно. Каждое устройство является источником энергии, и каждый из них потенциально может дать сбой и привести к пожару.

Виды возгораний

Учитывая то, что такие причины пожаров, как электрические возгорания занимают второе место по количеству нанесенного ущерба (в долларах США) среди остальных причин пожаров, можно сделать вывод, что был выполнен большой объем исследований, по изучению неправильной работы механизмов, приводящих к возникновению воспламенений. Это доказывает по сути, что, в лучшем случае, исследования были фрагментарными. К рассмотрению повреждений можно подойти по-разному:

• определение срабатывания или бездействия, которые привели к повреждению
• классификации повреждений неисправного устройства или его части
• изучение основ физики повреждений.

Такие методы, играют важную роль в реконструкции несчастных случаев.

Изучение неисправностей механизмов показывает, что существует всего несколько основных способов, при которых электрическая изоляция или горючие вещества, расположенные близко к электрическим компонентам проводки, могут воспламениться, хотя существуют различные аспекты для каждого из них:

• дуга
• чрезмерный омический нагрев, без искрения
• внешний нагрев

Некоторые типы возгораний включают сочетание механизмов, поэтому они не должны рассматриваться как взаимоисключающие причины пожара.

Образование дуги

Графически изображено, как дуга может возникнуть или последовательно (рис. 1), или же параллельно (рис. 2)

Рисунок 1. Последовательная дуга Рисунок 2. Параллельная дуга

Некоторые авторы считают короткозамкнутую дугу – третьей формой дуги, её появление возможно, когда схема содержит короткозамкнутую нейтраль. Топологический механизм такой дуги идентичен параллельной, так как нагрузка не последовательна дуге. Различие между двумя основными формами дуг имеет важное значение. В случае последовательной дуги – при возникновение дуги, уменьшается ток в цепи. Таким образом, устройства защиты перегрузки по току не сработают.

Причин возникновения дуги может быть много, но основными из них являются:

• обугливание изоляции (дуга тонарма)
• внешняя ионизация воздуха
• короткое замыкание.

Обугливание изоляции

В цепи переменного тока, напряжением 120В легко образуется устойчивое горение дуги, если в цепи будут находиться обугленные токопроводящие элементы. Это явление иногда называют ещё ‘ arcing - across - char ’. Этот механизм известен в области электротехники уже в течение очень долгого времени . То, как обугленные токопроводящие элементы появляются в изоляционном материале, не является тривиальным вопросом. Существуют не мало способов получения таких элементов. Самый простой способ, используемый в некоторых стандартных методиках испытаний , заключается в создании дуги непосредственно на поверхности изоляции, например, путем размещения двух электродов на изоляционном материале и применения высокого напряжения между ними. Другой механизм предполагает комбинированное воздействие влаги и загрязняющих веществ на поверхность. Этот процесс иногда называют «мокрый трекинг» (wet tracking ) и он являлся особой проблемой для воздушной проводки с полиамидной изоляцией . Совокупное воздействие влаги и загрязняющих веществ вызывают на поверхности изолятора токи утечки, которые со временем могут привести к образованию обугленных треков .

Изоляционные материалы различаются по своей восприимчивости к дуге трекинга. Большая часть проводки напряжением 120/240В изолированы поливинилхлоридом (ПВХ), но, к сожалению, ПВХ является одним из менее удовлетворительных полимеров по отношению к дуге трекинга . Ното и Кавамура сообщили об обширных мокрых трекинг - экспериментов с ПВХ изоляцией. Использование стандарта Международной электротехнической комиссии (IEC ) 60112 , они зафиксировали ряд типовых образцов, которые привели к воспламенению кабеля.

Когда ПВХ подвергается воздействию температуры 200 - 300С°, образец является полупроводником. Не удивительно, что это может привести к утечке тока и искрению. Однако Нагата и Юкои обнаружили, что, если абсолютно новый ПВХ нагревается до достаточно низкой температуры 160C°, то приложение напряжения величиной 100В через 1 мм толщины изолятора достаточно, чтобы вызвать воспламенение изоляции. Кроме того, если изоляция была ранее предварительно нагрета до 200 - 300C°, тогда возгорание происходит при умеренных температурах. В течение исследования испытательное напряжение варьировалось – от комнатной температуры до 40C° – этого было достаточно для появления возгорания (рис. 3).

Рисунок 3. Влияние температуры предварительного нагрева и температуры испытания на воспламенение ПВХ изоляции проводов при воздействии переменного тока напряжением до 100В через 1 мм толщины изоляции

Хагимото вместе с соавт. провели лабораторные исследования параллельной дуги при неисправностях электрических шнуров. Они определили, что этот процесс обычно происходит в нерегулярно повторяющихся режимах работы. Исследователи выявили следующую последовательность шагов:

• начальный ток возникает из-за обугливания слоя изоляции кабеля
• электрический ток увеличивается, что приводит к возникновению местной дуги
• искрение вызывает плавление металла и высвобождение расплавленных частиц, т.к. расплавленные частицы были высвобождены, ток начинает падать
• продолжительный ток через обугленные частицы материала, в конечном итоге, приводит опять к возникновению значительного электрического тока.

Этот процесс повторяется до бесконечности. Кроме того, авторы измерили ток в процессе, и обнаружили пики до 250А, но такие пики были редки, а сигнал амперметра обычно показывал пики не более 50А. Следовательно, длительное время может потребоваться для включения выключателя. (Обратите внимание, конечно, что фактические текущие значения будут зависеть от сопротивления конкретной схеме испытания).

Внешняя ионизация воздуха

Внутренняя электрическая прочность воздуха высокая (около 3 МВ м-1, для всех, кроме очень маленьких зон), но пробой может произойти при гораздо более низких значениях, если воздушное пространство ионизировать тем или иным способом. Если происходит серьезная неисправность с появлением дуги в распределительном устройстве, выбрасывается большое количество ионизированных газов. Они могут перемещаться на определенном расстоянии, и если они соприкасаются с участками новой цепи, они могут легко привести к поломке и образованию новых дуг в других местах . Месина зарегистрировала в лабораторных условиях, что снижение пробивной силы воздуха происходит из-за наличия пламени . Опыты показали, что электрическая прочность воздуха падает до приблизительно 0,11 МВ м-1 в огне. Однако, исследование Месины, охватывали условия только при напряжении 1600В и выше.

Считается, что дугообразование, при появлении возгораний, является наиболее распространенной причиной пожара, которые могут возникнуть в месте действия огне . Оно может включать в себя либо обугливание изоляции, либо внешнюю ионизацию воздуха, или оба условия сразу. Но в случае схем, напряжением 120В, существуют лишь несколько ограниченных эмпирических исследований, по которым нет общих рекомендаций.

В число наиболее актуальных проблем в области обеспечения пожарной безопасности входит защита от огня жилых домов и зданий общественного назначения. При расследовании причин возникновения загораний, как правило, одной из основных версий называется неисправность электропроводки и других электроизделий.

Общероссийская статистика утверждает, что 25-30% пожаров происходит из-за неисправностей и нарушений правил эксплуатации электропроводки и электроприборов. Так, в период с 2009-2013 годы по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования вцелом на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры произошло 3011 пожаров, что составляет 25% от общего числа пожаров, происшедших в этот период (всего -12272). На пожарах, возникших по указанным причинам, погиб 81 человек - 15% от общего количества погибших в этот период (532), и пострадало 224 человека – 19% от общего числа пострадавших (1196). Из 3011 пожаров по причине нарушения правил монтажа, эксплуатации электрооборудования,электрических сетей, бытовых приборов и аппаратов защиты за 5 лет произошло1783 пожара – 60% случаев.

Почему же происходят эти пожары?

Для каждой электрической нагрузки, определяемой количеством и качеством подключенных к электросети приборов, соответственно подбирается определенного сечения электропровод. Если сечение электропровода не соответствует величине нагрузки, то провод будет нагреваться и, чем больше это несоответствие, тем больше нагревается электропроводка. Большая часть нашего жилого фонда - это дома 20-30 летней давности, а то и старше. Электропроводка этих домов была рассчитана на определенное, ограниченное потребление электроэнергии – до 1500 Вт. Количество потребителей электроэнергии во время проектирования и постройки этих домов было ограничено - телевизор, холодильник, радиоприемник, несколько лампочек освещения. Сейчас же у нас телевизоров - чуть ли не в каждой комнате, кроме того, кондиционеры, СВЧ-печи, стиральные машины, музыкальные центры и другие блага научно-технического прогресса, которых сейчас в изобилии. Нагрузка на электросети в настоящее время увеличилась в разы, а электропроводка осталась старой, а порой и ветхой. Подключая очередную покупку к электросети, мы вряд ли задумываемся: «А выдержит ли она очередное увеличение нагрузки, не приведет ли включение очередного электроприбора к перегреву и возгоранию электропроводки?».

Кроме того, при нагрузке более допустимой, срабатывает автомат отключения или перегорает плавкая вставка в пробочном предохранителе. Тогда в место калиброванной плавкой вставки пробочного предохранителя «умельцы» используют всевозможные «жучки», а то и просто такое недопустимое в электротехнике устройство как гвоздь или что-нибудь подобное. Иногда меняют автомат отключения на более мощный, ток срабатывания которого не соответствует состоянию проводки. В этом случае электропроводка работает в перегруженном режиме – она греется, ее изоляция оплавляется, и два проводника касаются друг друга, то есть происходит короткое замыкание. Это сопровождается резким возрастанием силы тока, при этом провода мгновенно нагреваются до высокой температуры, происходит интенсивное искрение и, если рядом окажутся горючие материалы и конструкции (шторы, деревянная мебель и т.д.), они моментально воспламеняются.

Возможны также и другие причины возгорания изоляции электропроводки:

1. Перегрев электропроводки, который может быть:

Локальный, возникающий в определенном месте электрической цепи из-за большого переходного сопротивления, то есть плохого электрического контакта. Например, в месте соединения электропроводов «вскрутку» или при окислении контактных поверхностей;

На протяженном участке электрической цепи, вследствие перегрузки этого участка. Например, при использовании одной розетки для подключения нескольких достаточно мощных потребителей электроэнергии.

2. Искрение в местах соединения электрических цепей, на клеммах электроприборов, из-за неплотного электрического контакта. В частности, из-за неплотного контакта вилок в гнездах штепсельной розетки происходит значительный нагрев и оплавление розетки.

3. Утечка тока:

С неизолированных участков цепи через загрязнения и токопроводящую пыль в коммутационных коробках, распределительных щитах и т.д.;

С изолированных участков через поврежденную изоляцию.
Сегодня, на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры на учете состоит 8878 многоквартирных жилых домов с низкой пожарной устойчивостью. В период с 2009 по 2013 год на данных объектах произошло 1044 пожаров – 8,5 % от общего числа пожаров в этот период (12272) с гибелью 98 человек. Пожары в таких домах сопровождаются быстрым распространением огня и уничтожением строения полностью.

К сожалению, приходится констатировать, что на сегодняшний день уровень пожарной профилактики эксплуатируемых электроустановок зданий весьма невысок. Основными методами профилактики являются визуальные осмотры сетей, аппаратов защиты, включая проверку их калибровки, других элементов электросхемы. Поэтому снижение пожарной опасности электрических сетей является одной из основных задач в профилактике пожаров.

Возникновение аварийных режимов в электроустановках не является спонтанным событием, а «зарождается» и усиливается постепенно изо дня в день. Однако, даже на самом начальном этапе такие режимы уже возможно диагностировать, т.к. в местах их «зарождения» сразу начинает возникать аномальный нагрев. Сначала это единицы градусов, далее – десятки и, достигая нагрева свыше 100-200 градусов по Цельсию начинается необратимый процесс который неминуемо приведет к возгоранию изоляции проводов с последующим возникновением и развитием пожаров.

Важным является и то обстоятельство, что современные аппараты защиты и устройства защитного отключения электрических цепей не способны вовремя «распознать» большинство аварийных режимов (таких как неплотный контакт, повреждение изоляции, неполного короткого замыкания и т.п.), а порой не обесточивают участок электрической цепи даже когда горение уже началось.

Поэтому, на наш взгляд, одним из наиболее перспективных методов пожарной профилактики электроустановок является тепловой метод неразрушающего контроля (тепловизионная диагностика), который позволяет обнаружить по превышению температуры дефекты контактных соединений, участки перегрузки кабелей, произвести оценку теплового состояния электрооборудования в процессе его эксплуатации без снятия напряжения. Таким образом, появляется возможность выявлять многие дефекты на ранней стадии их развития и тем самым предотвращать вероятные пожароопасные ситуации.

Как видно на фото №3, на первый взгляд (изображение слева), контактная группа выглядит вполне обычно и не вызывает каких-либо опасений. Однако, при тепловизионной диагностике видно, что одна из жил (в красной изоляции) в месте контакта имеет аномальный нагрев, который отсутствует на двух других жилах в группе. Такой нагрев свидетельствует о наличии неплотного контактного соединения, который при дальнейшей эксплуатации будет нагреваться до более высоких температур и в конечном счете приведет к пожару. При своевременной же диагностике такой неисправности достаточным будет простая подтяжка соединений и нагрев жилы будет ликвидирован.

Актуальность и эффективность внедрения в практику тепловизионных обследований подтверждают результаты деятельности испытательной лаборатории муниципального учреждения «Раменская служба спасения и антикризисного реагирования" (МУ РамСпас). В период с ноября 2008 г. по февраль 2010 г. проведено выборочное тепловизионное обследование электрооборудования на 198 объектах, из которых 137 — детские учреждения, 17 - учреждения культуры и 44 - прочие, в т.ч. жилые объекты. На 52 объектах обследования проводились повторно.

На 134 (т.е. на 68 % от количества обследованных!) объектах было выявлено в общей сложности 455 дефектов, из которых 101 - аварийный, пожароопасный, требующий немедленного устранения. На 64 объектах дефектов не обнаружено. Основными причинами аварийности явились некачественные болтовые контактные соединения и неравномерное распределение нагрузки по фазам. В некоторых электрощитах перегрев достигал значений более 300°С!

Как видно из всего вышеизложенного, обследования электрических сетей объектов с применением тепловизора имеют высокую эффективность по выявлению и адресному устранению пожароопасных элементов в электрооборудовании. Неоспоримыми преимуществами тепловизионного обследования являются: объективность и точность получаемых данных, не требуется отключение электрооборудования. Кроме этого, метод отличается простотой документирования дефектов и возможностью определения дефектов на ранней стадии развития, что позволяет использовать тепловизионные обследования для оценки состояния электрооборудования в части его пожарной безопасности на практике.

25-04-2013, 18:24 |

В частной мастерской по реставрации старых автомобилей, владельцем которой является очень хороший человек, искренне ему сочувствую, произошло весьма неприятное событие: пожар. Владелец строил эту мастерскую сам. Пожар возник после четырех лет эксплуатации мастерской по назначению: слесарные, сварочные, сборочные и другие работы. Все работы производились только на первом этаже здания. Потребители электроэнергии: два электрокотла на 3 и 5 кВт, сварочный аппарат, болгарка, сверлильный станок, наждак, компрессор, скважинный насос, освещение. На втором этаже располагались вспомогательные и административное помещения, а также вводной электрощит. Потребители - обычные бытовые приборы: музыкальный центр, телевизор, чайник и освещение.

На фото здание мастерской до пожара.

Из рассказа хозяина мастерской: - «Обычно были включены все потребители одновременно…»

В тот день производились обычные для мастерской работы электроинструментом: болгаркой и перфоратором. В какой-то момент пропало напряжение. Осмотр автоматических выключателей в этажном щите первого этажа показал, что они включены, из чего персоналом был сделан вывод, что отключили электричество. Прошло полчаса, когда работники мастерской почувствовали запах гари. Владелец мастерской поднялся на второй этаж и только тогда понял, что случился пожар. Попытка потушить огонь огнетушителями результата не дала: огнетушители оказались неисправными, с истекшим сроком годности. В одном повезло: пожарные приехали вовремя, и здание не выгорело дотла. Так здание стало выглядеть после пожара.

Электроснабжение здания осуществлялось по одной фазе, ответвлением от воздушной линии электропередачи кабелем СИП 2х16, который входил в здание через отверстие в стене, и был подключен к вводному автоматическому выключателю в электрощите. Вот оно, первое нарушение .

На фото - то, что раньше было электрощитом

и установленными в нем аппаратами защиты. Нажмите на картинку, чтобы увеличить.

На фото видно явное несоответствие номинальных токов автоматических выключателей допустимым токам для защищаемых кабелей. Это основная ошибка всех электриков - любителей, которая может привести к столь печальным последствиям. Применены автоматические выключатели неизвестных производителей. Дифференциальная защита отсутствует. Кроме того мы видим, что вводной автоматический выключатель трехполюсный, имеет характеристику D, а не С, из чего, казалось бы уже можно сделать вывод о квалификации электрика, собиравшего электрощит. Но подождем, посмотрим, что было дальше. Вводной автоматический выключатель на фото изображен в выключенном положении. Нет, он не сработал. Не мог он сработать: номинальный ток 80 А. Его в процессе ликвидации пожара выключил владелец мастерской.
Внутренняя электропроводка в здании была выполнена следующим образом. От вводного электрощита были сделаны две отходящие линии кабелем КГ 2х6 к этажным щиткам и защищены автоматическими выключателями на 40 и 50 А, это много. Они ничего не могли защитить, работали, как рубильники. От этажных щитков отходящие линии кабелями 3х1,5 и 3х2,5 на освещение и розетки соответственно, распайка в коробках была выполнена простой скруткой. Обратите внимание: использовался провод ! Проводка была выполнена скрытой, в металлорукаве, и была проложена в пустотах сгораемых строительных конструкций, что противоречит сразу нескольким пунктам .

Если внимательно рассмотреть фото электрощита, видно еще одно нарушение правил: многопроволочные жилы гибких кабелей, присоединенных к аппаратам защиты и шине, не опрессованы наконечниками.
Что же все-таки стало причиной пожара? При тщательном осмотре того, что осталось от электропроводки, вот что было обнаружено.

На фото мы видим, что кабеля в сгоревшем металлорукаве нет. Сгорел полностью. Он горел именно тогда, когда персонал мастерской предположил, что отключили электричество. Сидели люди и отдыхали, ждали, когда включат свет, не подозревая, что над головой - пожар.
Дальнейший «разбор полетов» показал следующее. Напряжение на вводе было всегда ниже 220 вольт.

Из рассказа хозяина мастерской: - «Иногда падения до 160 В, а норма 190 - 200. Очень редко, летом бывало подбиралось к 215 В. Я установил стабилизаторы. По одному стабу на автоматику каждого котла. На освещение по стабу на этаж. На розетки на первом этаже 3 кВт ный, одна линия, вторая линия без стаба. И еще один стаб на 8 кВт запитан отдельным кабелем от ввода - медь 10 кв.мм. на отдельную розетку на первом этаже. Когда после монтажа проводки её протестили несколько дней. Электрик ходил, что - то мерял. Сказал,что все в норме. Потом, когда начали эксплуатировать помещение, выяснилось, что в сети напряжение очень низкое. Наждак крутится медленно, компрессор запускается с трудом, болгарка работает на низких оборотах и т. д. Решил установить стабилизаторы. После установки стабилизаторов перестали справляться автоматы. Их постоянно выбивало. Пошел консультироваться к электрикам. При чем к разным. Начались версии разные. "Все плохо, надо переделывать!", "На вводе тонкие провода", "Надо ставить УЗО", "Сделай обтяжку концов проводов наконечниками", и тому подобное. В конце концов "Ставь стаб! Решает все проблемы!" Но ни один не сказал, что при включении стабилизатора в сети увеличивается сила тока. И то, что увеличится нагрузка на сеть, тоже никто не сказал. Про автоматы тем более. Более того, до сих пор приходится доказывать многим, что при падении напряжения, сила тока увеличивается. Электрикам! На пальцах, с формулами. И все равно, многие не понимают. В конце концов, не услышав какого то вразумительного ответа, поменял автоматы на более мощные…»

Вообще - то согласно закону Ома при снижении напряжения сила тока уменьшается. Владелец мастерской не электрик, простим ему его заблуждение. Его ошибкой была установка стабилизаторов. Чтоб сохранить мощность стабилизатор увеличивает напряжение на выходе за счет увеличения тока в первичной цепи. Стабилизатор из ниоткуда взять и добавить напряжение не может. Во сколько раз упало напряжение, во столько же раз увеличится ток. Стали отключаться автоматы. Поменяли автоматы. А кабель остался тот же. Ток увеличился, кабель загорелся, автоматы не сработали.
Вот и вся причина пожара. Электрик, если и виноват то в том, что выполнил электропроводку с немыслимым количеством нарушений. Виноват, скорее, поставщик некачественных услуг - электроснабжающая организация. Ну и владелец мастерской, конечно.

P. S.
Хозяин мастерской руки не опустил, восстанавливает, ее. Снимаю шляпу перед его целеустремленностью и оптимизмом. Теперь он заказал проект электроснабжения, сделал трехфазный ввод. Правда, в соответствии с тех. условиями, присоединение вот такое.

Какие-то странные тех. условия. Но это уже совсем другая тема.

Монтаж внутренней проводки в этот раз будут выполнять квалифицированные электрики. Мастерская пока окончательно не отремонтирована, но реконструирован второй этаж, и внешне здание выглядит даже лучше, чем до пожара. Но какой ценой!

Место события и имя хозяина мастерской по его просьбе не называю. Пожелаем ему удачи!

Стремительная электрификация жилых зданий обязывает более внимательно анализировать электроустановку (электропроводку, электроприборы, защитную и коммутационную аппаратуру) с точки зрения опасности возникновения пожара. В данной статье рассмотрим условия, при которых короткое замыкание действительно может стать причиной пожара.

Нормативные требования

В соответствии с ПУЭ, электрическую сеть напряжением до 1 кВ в жилых, общественных, административных и бытовых зданиях требуется защищать от токов короткого замыкания и токов перегрузки.

ПУЭ-7
3.1.10
Сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, должны быть защищены от перегрузки.
Кроме того, должны быть защищены от перегрузки сети внутри помещений:
осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно¬бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников (утюгов, чайников, плиток, комнатных холодильников, пылесосов, стиральных и швейных машин и т. п.), а также в пожароопасных зонах.

3.1.11
В сетях, защищаемых от перегрузок (см. 3.1.10), проводники следует выбирать по расчетному току, при этом должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам, приведенным в таблицах гл. 1.3, аппараты защиты имели кратность не более:
80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку), – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой и аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;
100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) – для проводников всех марок.

Рис. 1. Характерная схема электроснабжения жилого здания

Схема электроснабжения

Рассмотрим характерную схему (рис. 1), где источником электроснабжения служит, как правило, отдельно стоящая подстанция с распределительным щитом 10(6)/0,4/0,23 кВ. На вводе в здание ВРУ-0,4/0,23 кВ. Следующая ступень – это этажный групповой распределительный щиток, и последняя ступень – это квартирный . Вышеперечисленные распределительные устройства подключены между собой проводниками, минимально допустимые сечения которых указаны в требованиях ПУЭ. Номинальные токи аппаратов, которые защищают провода и кабели от токов коротких замыканий и от перегрузки, выбираются в соответствии с требованиями ПУЭ.

Условия возгорания электропроводки

Возникает вопрос, может ли при коротком замыкании произойти возгорание электропроводки, если выполнены вышеперечисленные и другие требования ПУЭ? Рассматривая данный вопрос, необходимо обратить внимание на то, что возгорание электропроводки происходит при достижении проводником определенной температуры, зависящей от типа изоляции кабеля. В настоящее время широко применяется , у которого эта температура равна: Q = 350 O С.
Изменение температуры проводника при протекании тока короткого замыкания описывается формулами, которые приведены в . С учетом некоторых особенностей, а именно кратковременности протекания тока короткого замыкания, о чем будет рассказано далее, в рассматриваемых случаях для проводников с медными жилами можно использовать нижеследующую формулу:

где Q кон. и Q нач. – соответственно конечная и начальная температуры токоведущей жилы проводника, О С;
к – показатель степени:

(1а)

где t – время протекания тока короткого замыкания, с;
S – сечение проводника, мм 2 ;
– интеграл Джоуля или тепловой импульс, кА 2 /с.

В общем случае ток короткого замыкания содержит периодическую и апериодическую составляющие, т.е.:

Однако, как показывает анализ, влияние апериодической составляющей в данном случае невелико ввиду её быстрого затухания (постоянная времени затухания Т 0,003 с). В результате интегрирования на интервале времени действия защитной аппаратуры (0 — 0,02 с) получим:

где I д – действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания.
Тогда формула (1а) примет вид:

(4)

Из вышеперечисленных формул видим, что предельные значения токов короткого замыкания, при которых возгорание проводника не произойдет, зависят от его сечения и времени отключения короткого замыкания.

Рис. 2 (а). Времятоковые характеристики автоматических выключателей типа LSN

Рис. 2 (б). Времятоковые характеристики автоматических выключателей типа С 60а Merlin Gerin

Граничные значения токов короткого замыкания и минимально допустимые значения токов КЗ

Проводя анализ защитных времятоковых характеристик автоматических выключателей (рис. 2), мы наблюдаем две области: работа отсечки, предназначенной для отключения токов короткого замыкания, и работа тепловых расцепителей, предназначенных для защиты от перегрузки. Время действия отсечки измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды, а время действия защиты от перегрузки измеряется от нескольких секунд до нескольких минут. Понятно, что короткие замыкания должны отключаться отсечкой автоматического выключателя как можно быстрее. Если короткое замыкание будет отключаться медленнее действующей тепловой защиты, то неминуемо произойдет повреждение соседних проводников горящей дугой, на которых вследствие этого также произойдут короткие замыкания. При этом возникновение пожара неминуемо.
Исходя из требований чувствительности, можно определить минимальные значения токов КЗ, при которых будет надежно срабатывать отсечка автоматических выключателей:

I кзмин. = I ном · 2 · 5,

где I ном – номинальный ток автомата;
2 – коэффициент надежности;
5 – кратность тока срабатывания отсечки.

Для определения максимально допустимых значений токов КЗ, при которых в электропроводке возгорание ещё не произойдет, используем формулы (1) и (2).
Примем начальную температуру проводника Q нач. = 30 O С. В качестве конечной требуется принять такую, при которой изоляция электропроводки ещё не теряет своих свойств и позволяет осуществлять дальнейшую эксплуатацию. Для кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией эта температура находится в диапазоне 160 — 250 О С . Примем среднее значение Q кон. = 200 О С:

Важную роль играет время срабатывания электромагнитных расцепителей автомата при КЗ. ГОСТ Р 50345­99 , а также аналогичные зарубежные документы, к сожалению, содержат лишь требование о том, что время действия автоматических выключателей в начальной зоне отсечки (время мгновенного расцепления) должно быть менее 0,1 с. Однако из каталожных времятоковых характеристик автоматов следует, что на самом деле время срабатывания выключателей намного меньше. Так, для автоматов типа LSN и С 60а это время не превышает 20 мс, а при больших кратностях тока короткого замыкания ещё меньше (рис. 2а и 2б). При времени отключения 20 мс предельно допустимое значение тока КЗ для медного проводника сечением 1,5 мм 2 составит:

Задаваясь регламентированными ПУЭ минимально допустимыми значениями сечений медных проводников на разных ступенях системы электроснабжения (табл. 7.1.1), можно аналогичным образом определить максимальные и минимальные значения тока на других ступенях системы электроснабжения. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Табл. 1. Граничные значения тока КЗ на различных ступенях системы электроснабжения

Следует ещё раз подчеркнуть, что максимально допустимые значения тока КЗ в значительной мере зависят от быстродействия автоматического выключателя при КЗ.

Если необходимо определить минимально допустимое сечение кабеля или провода при заданном токе короткого замыкания и времени его отключения, то можно использовать формулу:

Влияние перегрузки проводников

В большинстве случаев, перегрузка электрической сети в жилом секторе может возникнуть при использовании дополнительных обогревательных электроприборов в холодное время года, в период аварий в системе водяного отопления и т.п. Несмотря на то, что внутренние электросети жилых, общественных, административных и бытовых зданий должны быть защищены от перегрузки, в соответствии с требованиями ПУЭ, однако же защитные аппараты допускают некоторую перегрузку проводников. Это связано с тем, что надежное срабатывание предохранителей происходит при токах, превышающих 1,6I ном, а автоматов – 1,45I ном.
Если, например, автомат выбран на основании требований ПУЭ, т.е. его номинальный ток равен длительно допустимому току проводника, то последний может длительно работать с нагрузкой 145% I доп., при этом его температура может достигать:

Q р = Q о + (Q д – Q р) · (I пред / I р) 2 = 30 + (65 – 25) 1,45 2 = 147 O С.

Эта величина больше длительно допустимой температуры для кабелей с пластмассовой изоляцией, указанной не только в ПУЭ и равной 65 O С, но и больше указанной в ГОСТ Р 53769-2010 и равной 70 O С.
При возникновении короткого замыкания в процессе длительной перегрузки температура проводника превысит предельно допустимое значение 350 O С и составит для S = 1,5 мм 2 при I кз = 1550 А (1):

Q кон. = 147 · е к + 228 (е к – 1) = 394 O С, где к = 0,506.

На основании вышеизложенных расчетов и анализа напрашивается вывод о том, что для исключения возможного превышения допустимых температур электропроводки при перегрузках и КЗ номинальные токи защитной аппаратуры следует выбирать несколько ниже, чем требует ПУЭ, как, например, для автоматических выключателей: I ном.авт. 80% I доп.
Обратим особое внимание на то, что действующие требования ПУЭ не обязывают выполнять проверки проводников до 1 кВ на термическую стойкость к токам КЗ. Однако в отношении жилых, общественных, административных и бытовых помещений с этим трудно согласиться с учетом возможных тяжелых последствий.

Реальные значения токов короткого замыкания в схеме электроснабжения зданий

Токи КЗ в системе электроснабжения напряжением до 1 кВ рассчитываются согласно методике, изложенной в ГОСТ 28249­93 . Расчет оказывается более сложным, чем для сетей напряжением 6–35 кВ, что объясняется рядом обстоятельств:

• необходимостью учета не только реактивных, но и активных сопротивлений элементов схемы;
• необходимостью учета сопротивлений контактных соединений;
• необходимостью учета увеличения активных сопротивлений проводника при росте температуры;
• необходимостью учета сопротивления дуги;
• отсутствием точных данных по сопротивлениям нулевой последовательности некоторых элементов системы электроснабжения (кабели с непроводящей оболочкой, силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн, Y/Zн).

Однако это отдельная тема для разговора.
Как показывают , при установке на подстанциях трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более, токи КЗ у потребителя могут превышать указанные в табл. 1 максимально допустимые значения. С целью ограничения токов КЗ в электросети жилого помещения можно применять питающие трансформаторы со схемами соединения обмоток Y/Yн. Такие трансформаторы обладают повышенными сопротивлениями нулевой последовательности, снижающими токи однофазного КЗ . В ряде случаев следует идти на увеличение сечения проводников внутренней электропроводки по сравнению с требуемым по условиям допустимой нагрузки и минимально допустимыми значениями, указанными в ПУЭ.

Из всего вышеизложенного следует, что даже при выполнении действующих нормативных требований, в результате КЗ на отдельных участках электропроводки жилых зданий могут создаться условия для возгорания. Однако в этом случае само КЗ было бы неправильно квалифицировать как причину пожара. Истинными причинами пожара являются либо неправильные технические решения, либо недостаточная надежность и быстродействие примененной защитной аппаратуры, либо превышение нормативного срока эксплуатации электрооборудования и т.п.

ВЫВОДЫ

1. В результате коротких замыканий, при значительных величинах тока КЗ и недостаточном быстродействии защитной аппаратуры, существует реальная опасность возгорания или серьезного ухудшения состояния изоляции внутренней электропроводки зданий.
2. Учитывая особую опасность возгорания, целесообразно ввести нормативное требование о выполнении проверки термической стойкости электропроводки в жилых зданиях.
3. Для исключения перегрузок внутренней электропроводки номинальные токи защитных аппаратов необходимо выбирать ниже длительно допустимых токов защищаемых проводников.
4. При выборе защитных аппаратов особое внимание следует уделять надежным автоматическим выключателям с гарантированным быстродействием в зоне мгновенного расцепления 0,02 с и менее.

Литература, используемая в статье

1. Правила Устройства Электроустановок, 6-­е и 7-­е изд.
2. Технический циркуляр №Ц­02­98(э) Департамента стратегии развития и научно­технической политики РАО «ЕЭС России».
3. ГОСТ Р 50345­99. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения.
4. ГОСТ 28249­93. Токи короткого замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
5. Федоровская А.И., Фишман В.С. Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ.

Для организации любого производства необходимы следующие основные составляющие: помещение, производственная линия и бригада квалифицированных рабочих. Еще, разумеется, необходимо закупить сырье и обеспечить каналы сбыта продукции. Но цех не заработает, если...

В деревне Ленковщина Молодечненского района произошел пожар. Жилой дом выгорел изнутри полностью, перекрытие и кровля уничтожены по всей площади. Погиб человек - инвалид 1994 года рождения. Причиной трагедии стала неисправная проводка. Как выяснилось, мать, уходя на работу, оставила для сына включенным телевизор.

Именно в комнате, где работал телевизор, и начался пожар...

За девять месяцев нынешнего года из-за нарушения правил устройства и эксплуатации электросетей и электрооборудования произошло 903 пожара. В огне погибли 29 человек.

Проблема нарушения правил устройства и эксплуатации электропроводки становится особенно актуальной с наступлением холодов, когда увеличивается нагрузка на электросети, - отмечает главный специалист управления надзора и профилактики МЧС Юрий Лапицкий.

Хозяева новые, проводка старая

В 1980-х приборы бытовой электротехники в среднестатистической квартире можно было пересчитать по пальцам одной руки. Но вот в старую квартиру или дом въезжает молодая семья. Современный человек уже не представляет свой быт без стиральной машины, микроволновки, компьютера. Электрооборудование создает повышенную нагрузку на электрические сети, спроектированные более 30 лет назад и рассчитанные лишь на холодильник и телевизор...

Даже в новых, недавно построенных квартирах проводка рассчитана на среднее количество электроприборов, а не на три телевизора, два холодильника и несколько ноутбуков, одновременно включенных в сеть, говорят спасатели. И тут уж безопасность должна стать заботой самих жильцов.

Въезжая в только что построенный дом или квартиру, целесообразно пригласить специалиста, который проконсультировал бы, какие аппараты защиты необходимо установить в электрощитовой, - рассказывает Юрий Лапицкий. - То же самое важно сделать, приобретя квартиру или дом, построенные десятилетия назад. Оценку необходимого уровня защиты электросети может произвести только специалист - например, электрик из ЖЭСа, другой специализированной организации. Как правило, предохраняющие устройства устанавливаются на каждые два-три эксплуатируемых электроприбора. В случае опасного скачка напряжения предохранители отключат подачу электричества на соответствующий участок.

Как правило, в современном доме кухня самый сложный по нагрузке участок - помимо холодильника, вытяжки, подсветки, СВЧ-печи, электрочайника и т. д. там хозяйки любят еще устанавливать телевизор, кухонный комбайн. И именно на таких участках нужен дополнительный аппарат защиты, который отключит подачу электричества в случае короткого замыкания.

Разумеется, необходимо вложить определенные средства. Но это вложения в собственную безопасность. Аппараты защиты недороги и продаются практически в каждом хозяйственном магазине, в гипермаркетах и строительных супермаркетах. В сельские населенные пункты они доставляются автомагазинами райпо.

Три миллиона за “жучок”

Группа риска - малоимущие категории граждан: одинокие и одиноко проживающие пенсионеры, инвалиды, многодетные семьи, - рассказывает собеседник. - Положительной тенденции снижения пожаров во многом способствовала реализация соответствующих госпрограмм, предусматривающих в том числе приведение в пожаробезопасное состояние электропроводки. Проводка уже заменена в рамках этих программ в нынешнем году в 10 тысячах домовладений.

За нарушение норм и правил пожарной безопасности предусмотрена административная ответственность - штраф до 30 базовых величин.

Любой взрослый человек способен оценить, когда пора менять проводку: если проводка не выдерживает нагрузки, постоянно срабатывает предохранитель, как говорят, “выбивает пробки”. Если проводка ветхая, осыпается оплетка, на изоляции трещины. И уж конечно, пора принимать меры, если проступают оголенные провода.

Менять проводку сотрудники МЧС обязывают хозяев дома или квартиры, когда в предохранителе находят “жучок” - некалиброванную плавкую вставку. “Народные умельцы” наматывают проволоку на неисправный предохранитель и вставляют его в счетчик. Свет есть и все электроприборы работают, но если будет короткое замыкание, аппарат защиты уже не отключит подачу электроэнергии на опасный участок электропроводки, и в лучшем случае выйдет из строя холодильник или телевизор, а в худшем - дом одномоментно вспыхнет по периметру.

Разумеется, наиболее проблемная категория подобных “умельцев” - лица, ведущие асоциальный образ жизни. Но подобными хитростями грешат и вполне благополучные граждане. Кому-то лень или некогда сходить в магазин за новыми предохранителями, у кого-то на сеть предельная нагрузка и постоянно “выбивает пробки”... Люди надеются на авось, а расплатиться за беспечность могут потерей имущества, своей жизнью и жизнью близких. Не слишком ли высока цена беспечности?