Электрооборудование как источник пожара
В одном из своих аналитических обзоров государственный инспектор по пожарному надзору А. Шелудько отмечал: «Наша страна занимает первое место в мире по количеству пожаров и числу погибших в них. По тяжести пожаров — число погибших на 100 тысяч жителей и число погибших на 1000 пожаров — мы превосходим ФРГ в 22 раза, США — в 33 раза, Англию — в 38 раз». Профессор из BI1ИИ противопожарной обороны полковник Г. Смелков уточняет: «Каждый четвертый пожар возникает из-за неисправности в электроустановке». Поэтому следует подробнее остановиться на процессах горения электротехнических изделий.
Принципы горения вещества
Процессы горения обычно формируются под действием химических реакций окисления, то есть соединения вещества с кислородом воздуха.
Горение - это быстрое окисление, при котором выделяется энергия в виде тепла и света. Таким образом, для формирования классического процесса самостоятельного горения при снятом рабочем напряжении необходимы два условия: наличие горючего вещества и наличие окислителя (например, кислорода воздуха).
Но этого недостаточно. Необходимо наличие так называемого треугольника горения, две стороны которого образованы указанными двумя условиями, а третья сторона (третье условие формирования процесса горения) - нагрев вещества до температуры самовоспламенения (рисунок 3.14).
Рисунок 3.14. Треугольник самлстоятельного горения.
Дело в том, что любое вещество может гореть только в газообразном состоянии, когда его молекулы окружены молекулами кислорода воздуха. В твердых веществах только отдельные молекулы свободны (за счет испарения), основная часть молекул связана. Поэтому до того, как твердое вещество начнет гореть, оно должно перейти в газообразное состояние. Этот процесс называется пиролизом и представляет собой химическое разложение вещества под воздействием тепла. Процесс самостоятельного горения формируется только в том случае, когда пары вещества смешиваются с воздухом в достаточном количестве и при этом подогреваются до температуры самовоспламенения (таблица 3.1).
Таблица 3.1
Температура самовоспламенения электротехнических материалов.
Материал Температура самовоспламенения, 0С
Полиэтилен 390 - 422
Полистирол 371 - 496
Поливинилхлорид 454 - 495
Фторопласт 600
Бумага 230
Гетинакс 480
Текстолит 500
Каучук натуральный 375
Резина 350
Трансформаторное масло 270
Теплота, необходимая для нагрева до температуры самовоспламенения, сообщается веществу от источника зажигания (пламя от постороннего источника, электрический разряд, тепло от нагретых токоведущих частей, искры удара или трения, тепло механической работы или химической реакции и пр.).
Дуговые замыкания, происходящие в электрооборудовании под рабочим напряжением, не требуют присутствия окислителя.
Электрооборудование – пожароопасный фактор
Электрооборудование как инициатор воспламенения должно рассматриваться с двух точек зрения. Во-первых, горение может происходить внутри электротехнических изделий, замыкаться в них, не распространяясь в окружающее пространство. Во-вторых, горение может распространяться на окружающие предметы, оборудование и конструктивные элементы объекта. В первом случае материальный ущерб ограничивается стоимостью ремонта или замены вышедшего из строя изделия либо его вообще может не быть (например, в случае выгорания угольной пыли, скопившейся в корпусе электрической машины). Во втором случае электрооборудование играет роль источника воспламенения. Здесь материальный ущерб может быть большим, вплоть до гибели людей и разрушения объекта.
К основным факторам, приводящим к возгоранию электротехнических изделий (или окружающего оборудования) при отсутствии взрывоопасной среды, относятся появление открытого огня, то есть неуправляемой электрической дуги (обозначим этот фактор индексом А), или чрезмерный нагрев электрическим током отдельных деталей (обозначим его индексом Б). Дуга чаще всего является следствием различного рода замыканий вследствие повреждения электрической изоляции, а перегрев током
возникает при механических повреждениях или при неудовлетворительном состоянии контактов.
Дуга воспламеняет горючие изоляционные материалы; она может разрушить металлический корпус электротехнического изделия, и после этого создается возможность распространения огня на окружающие предметы. Перегрев током нагрузки обычно приводит к тепловому пробою электрической изоляции и последующему формированию электрической дуги с соответствующими последствиями.
Поскольку электрооборудование проходит комплекс испытаний на заводах-поставщиках, то есть оно в нормальных условиях эксплуатации гарантированно не может быть источником воспламенения, возможность возникновения указанных выше возбудителей пожара следует связывать с конкретными неисправностями, которые могут возникнуть в процессе монтажа и эксплуатации.
Основные виды неисправностей, вызывающих перегрев токоведущих частей или приводящих к дуговому замыканию:
1. Ухудшение качественного состояния электрической изоляции (способствует появлению фактора А) из-за поверхностного увлажнения, поверхностного загрязнения или объемного увлажнения.
2. Механическое ослабление контактных соединений (способствует появлению фактора Б) из-за дефектов монтажа, вибрации, коррозии, различной температурной деформации деталей соединения. Причиной ослабления контактных связей также могут быть динамические усилия, возникающие в соединении при коротких замыканиях, циклическое изменение размеров деталей вследствие периодического их нагрева и охлаждения при включении и отключении нагрузки, изменение (уменьшение) толщины изоляционной панели в процессе теплового старения и т.д.
3. Механические повреждения в электроприводе и аппаратуре защиты (способствуют появлению фактора Б): выход из строя подшипников, неисправности и перегрузки приводного механизма, работа асинхронных двигателей на двух фазах и пр.
Около 70% пожароопасных ситуаций при повреждениях электрооборудования возникают в режимах однофазного замыкания на землю. Защита от пожароопасных ситуаций — контроль изоляции, грамотное техническое обслуживание электрооборудования и приводных механизмов.