Причины загораний в распределительных устройствах, электрических аппаратах пуска, переключения, управления и защиты

1. Перегрев обмотки электромагнита от межвиткового замыкания в результате пробоя изоляции:

§ повышенным напряжением;

§ в месте образования микротрещин как заводского дефекта;

§ в месте механического повреждения при эксплуатации;

§ от старения;

§ в месте локального внешнего перегрева от искрящих контактов;

§ при воздействии повышенной влажности или агрессивности среды.

2. Перегрев от токовой перегрузки в обмотке электромагнита в результате:

§ повышенного напряжения питания обмотки электромагнита;

§ длительного разомкнутого состояния магнитной системы при включении под напряжением обмотки;

§ периодического недотягивания подвижной части сердечника до замыкания магнитной системы при механических повреждениях конструктивных элементов устройств;

§ повышенной частоты (количества) включений – выключений.

3. Перегрев конструктивных элементов в результате:

§ ослабления контакта в местах подключения токопроводящих проводников, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;

§ окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников и элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;

§ искрения рабочих контактов при износе контактных поверхностей, приводящего к увеличению контактного переходного сопротивления;

§ искрения рабочих контактов при окислении контактных поверхностей и увеличения переходного контактного сопротивления;

§ искрения рабочих контактов при перекосах контактных поверхностей, приводящих к увеличению контактного сопротивления в местах контактирования;

§ сильного искрения нормальных рабочих контактов при удалении искрогасительных или дугогасительных устройств;

§ искрения при электрическом пробое проводов на корпус, снижении электроизоляционных качеств конструктивных элементов от локального воздействия влаги, загрязнений, старения.

4. Загорания от предохранителей в результате:

§ нагрева в местах рабочих контактов и возрастания переходного сопротивления;

§ нагрева в местах рабочих контактов от окисления контактных поверхностей и возрастания переходного сопротивления;

§ разлетания частиц расплавленного металла плавкой ставки при разрушении корпуса предохранителя, вызванного применением нестандартных плавких вставок («жучков»);

§ разлетания частиц расплавленного металла нестандартных плавких вставок.

Причины загораний в электронагревательных приборах,

Аппаратах, установках

1. Перегрев приборов, аппаратов, установок от замыкания электронагревательных элементов в результате:

§ разрушения электроизоляции конструктивных элементов от старения;

§ разрушения электроизоляционных элементов от внешнего механического воздействия;

§ наслаивания токопроводящего загрязнения между токоведущими конструктивными элементами;

§ ослабления контактного давления в местах подключения токопроводящих проводников, элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления;

§ окисления в местах подсоединения токопроводящих проводников элементов, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления; пробоя электроизоляции конструктивных элементов повышенным напряжением питания;

§ выкипания нагреваемой воды (жидкости), приводящего к деформации конструктивных элементов, электрическому замыканию и разрушению конструкции нагревателя в целом.

2. Загорания от нагревательных приборов, аппаратов, установок в результате:

§ соприкосновения горючих материалов (предметов) с нагревательными поверхностями электронагревательных приборов, аппаратов, установок;

§ теплового облучения горючих материалов (предметов) от электронагревательных приборов, аппаратов, установок.

Взрывоопасные смеси

В промышленности очень часто возникают условия, при которыхсуществует непосредственная возможность возникновения пожара или взрыва. Для защиты как оборудования, так и обслуживающего персонала должны быть приняты меры предосторожности, создающие условия, при которых во взрывоопасных средах вероятность возникновения взрыва сводится к нулю.

Известно много способов взрывозащиты, обеспечивающих безопаснуюэксплуатацию электрооборудования во взрывоопасных средах. Правила безопасности устанавливают эти способы и подробно определяют, каким образом следуетразрабатывать и применять оборудование.

С химической точкизрения окисление,горение и взрыв являются экзотермическими реакциями, происходящими с различными скоростями. Для осуществления таких реакций необходимоналичие следующих трёх компонентов в соответствующих пропорциях:

§ топливо – легковоспламеняющиесяпары, жидкости или газы, горючаяпыль, горючая смесь;

§ окислитель – обычно воздухили кислород;

§ энергия воспламенения – электрическая или тепловая.

В зависимости от того, каким образом происходит реакция, результатом может быть нормированное горение, волнаогня или взрыв.

Все методы защиты, применяемые в настоящее время, пытаются исключить один (или более) компонент для того, чтобы уменьшить риск возникновения взрыва до приемлемогоуровня. Вкорректноспроектированной системе,как правило,допускается,возникновение двух или более независимых неисправностей,каждая с наибольшей вероятностью, длятого чтобы возможный взрыв произошел.

Для кислородосодержащей атмосферы риск воспламенения взрывоопасной смеси зависит от вероятности одновременного наличия следующихдвух условий:

– образованиелегковоспламеняющихсяили взрывоопасных паров,жидкостей или газов, горючей пыли в атмосфере или скопление огнеопасных или взрывчатых веществ;

– наличие источника энергии: электрической искры, электрическойдуги или температуры, достаточнойдля воспламенения, т.е. того, что способно воспламенить опасную смесь.

Для многих распространённых взрывоопасных смесей экспериментальнымпутем построенытак называемыехарактеристики воспламенения.Для каждого топлива существует минимальная энергия поджигания МЭП, которая соответствует идеальной пропорции топлива и воздуха, в которой смесь легче всего воспламеняется. Ниже МЭП поджигание невозможно при любой концентрации.

Для концентрации ниже, чем величина, соответствующая МЭП, количество энергии, требующееся для воспламенения смеси, увеличивается до тех пор, пока значение концентрации не станет меньше значения, при котором смесь не может воспламениться из-за малого количества топлива. Эта величина называется нижней границей взрыва НГВ. Аналогичным образом при увеличении концентрации количество необходимой для воспламенения энергии растет, пока концентрация не превысит значения, при котором воспламенение не может произойти из-за недостаточного количества окислителя. Это значение называется верхней границей взрыва (ВГВ).

В качестве примера в таблице 8.2 приводятся характеристики для водорода и пропана.

Таблица 8.2

Характеристики МЭП, НГВ, ВГВ для водорода и пропана

Газ	МЭП	НГВ	ВГВ
Водород	20 мДж	4 %	75 %
Пропан	180 мкДж	2 %	9,5 %

С практической точки зрения НГВ является более важной и существенной величиной, чем ВГВ, потому что она устанавливает в процентном отношении минимальное количество топлива, необходимого для образования взрывоопасной смеси.

МЭП (минимальная энергия, требуемая для поджигания смеси воздуха и топлива при наиболее благоприятной концентрации) является фактором, на котором основан такой вид взрывозащиты, как искробезопасная электрическая цепь. В этом случае энергия, освобождаемая электрической цепью, даже при аварийных условиях ограничивается до более низкого значения, чем МЭП.

Нормативные документы устанавливают классификацию взрывоопасных смесей по категориям и группам, а также методы определения параметров взрывоопасности, используемые при классификации смесей. Классификация взрывоопасных смесей позволяет получить исходные данные, необходимые при выборе взрывозащищенного электрооборудования.

Во-первых, взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего воздуха) и значения соотношения между минимальным током воспламенения испытуемого газа или пара и минимальным током воспламенения метана МТВ. Во-вторых, они подразделяются на группы в зависимости от величины температуры самовоспламенения.

Взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом подразделяются на следующие категории:

I − метан на подземных горных работах,

II − другие газы и пары за исключением метана на подземных горных работах.

В зависимости от значения БЭМЗ газы и пары категории II подразделяются согласно таблице 8.3.

Таблица 8.3

Подразделение газов и паров категории II в зависимости
от значения БЭМЗ

Категории взрывоопасности смесей	Величина БЭМЗ, мм
II А	0,9 и более
II В	выше 0,5, но менее 0,9
II С	0,5 и менее

В зависимости от значений МТВ газы и пары категории II подразделяются согласно таблице 8.4.

Таблица 8.4

Подразделение газов и паров категории II
в зависимости от значения МТВ

Категории взрывоопасности смесей	Величина МТВ
II А	более 0,8
II В	от 0,4 до 0,8 включительно
II С	менее 0,45

Для классификации большинства газов и паров достаточно применения одного из указанных критериев. В некоторых случаях необходимо определять как БЭМЗ,так и соотношение МТВ. В тех случаях, когда значение БЭМЗ или соотношение МТВ не известны для данного газа или пара, за основу можно взять химическое соединение, принадлежащее к тому же гомологическому ряду, но с меньшим молекулярным весом.

В зависимости от величины температуры самовоспламенения взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на группы согласно
таблице 8.5.

Таблица 8.5

Подразделение смесей газов и паров в зависимости от температуры самовоспламенения

Группы взрывоопасных смесей	Температура самовоспламенения, ºС
Т1	выше 450
Т2	от 300 до 450 включительно
Т3	от 200 до 300
Т4	от 135 до 200
Т5	от 100 до 135
Т6	от 85 до 100

Распределение наиболее распространенных взрывоопасных смесей по категориям и группам приведено в таблице 8.6.

Таблица 8.6

Распределение наиболее распространенных взрывоопасных смесей

по категориям и группам

Категория взрывоопасности и группа взрывоопасных смесей	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	Т6
II А	Ацетон Этан Этил хлористый Аммиак Бензол Кислота уксусная Метан Метанол Метил хлористый Пропан Толуол	Этил Амилацетат Бутан Бутилены	Бензин Дизельное топливо Гексан Гептан Диметилсульфиддегин Нефть сырая	Альдегиды: изомасляный, масляный, ацетальдегид, паральдегид.
II В	Коксовый газ Синильная кислота	Окись этилена Этилен	Изопропанилацетилен
II С	Водород			Сероуглерод

Технологические процессы с возможной опасностью возникновения взрыва или пожара в таких, например, отраслях, как нефте - или газодобывающая, нефтехимическая, химическая, фармацевтическая и т. д., требуют определенных заводских опасных зон с возможным наличием огнеопасных смесей. Понятие «взрывоопасная зона» в «Правилах устройств электроустановок» трактуется следующим образом: ВОЗ – это помещение или ограниченное пространство в помещении и наружной обстановке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси. В этих зонах для обеспечения безопасной эксплуатации ЭО и электротехнических установок должны применяться соответствующие виды ВЗ.

Набор критериев для классификации ВОЗ базируется на вероятности и продолжительности присутствия огнеопасных смесей, а также концентрации и типе огнеопасных веществ (газ, пар, жидкость, пыль) в совокупности с такими физическими параметрами, как температура вспышки, температура самовоспламенения и минимальная электрическая энергия поджигания.

Методы взрывозащиты

Для того чтобы уменьшить опасность взрыва, необходимо исключить одно или болееусловий возникновения взрыва (воспламенения): топливо, окислитель или энергию воспламенения.

К активным системам взрывозащиты относятся системы, срабатывающие непосредственно в момент возникновения взрыва посигналу датчика,они нормализуют иподавляют очагвзрыва додостижения им разрушительной силы.

Способы взрывозащиты:

§ подавление взрыва при его зарождении путем введения в очаг взрываогнегасящего вещества (АСПВ);

§ создание инертной зоны в трубопроводах и аппаратах для предотвращения, подавления огня;

§ блокирование аппарата, в котором произошелвзрыв, автоматическими отсекателями;

§ автоматическое подавление работы оборудования.

Рассмотрим наиболее распространенныевиды ВЗ: заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением, защита вида «е» (повышенная надежность), искробезопасная электрическая цепь (ИБЦ) и др.

Сдерживание взрыва − при этом методе взрывпроисходит, ноограничен определённой зоной таким образом, что распространение взрыва вокружающую атмосферу непроисходит. На этом принципе базируетсявид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка».

Изоляция− метод, который основывается на физическомразделении или изоляции электрических элементов илигорячих поверхностей от взрывоопасных смесей. Сюда включаютсяразличные способы, такие как поддержание повышенногодавления, герметизация и т. д.

Предотвращение − метод, который ограничивает энергию, как электрическую, так и тепловую, сохраняя определенные уровни, как при нормальной работе, так и приаварийных обстоятельствах. Наиболее характерным техническим приемом здесь является вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». За рубежомэтотвид взрывозащиты известен как intrinsic safety (внутренняя безопасность).

Для каждого метода характерны один или более специфических технических приемов, претворяющих в жизнь философию, при которой должны произойти, по крайней мере, две независимые аварии водном и том же месте и в одно и то же время, для того чтобы вызвать взрыв. Авария в электрической цепи или системе, которая впоследствии приводит к аварии в другой электрической цепи или системе, рассматривается как одиночная авария. Существуют ограничения в принимаемых во внимание авариях или некоторых случаях. Например, припроектировании могут неучитываться аварии,вызванные сильным землетрясением или другой природной катастрофой, потому что повреждения, причинённые этими катастрофами, могут превышать по своей серьезности последствия, связанные с нарушением системы взрывобезопасности.

Необходимо, в первую очередь, принимать во внимание нормальное функционирование оборудования. Во-вторых, нужно учесть возможные аварийные режимы аппаратуры из-за повреждённых комплектующих частей. Наконец, должны быть оценены все случайные условия, такие как короткое замыкание, разрыв электрической цепи, заземление и ошибочная прокладка электрических соединительных проводов. Выбор конкретного метода защиты зависит от степени безопасности, которую необходимо обеспечить.

Ни один из методов защиты не может обеспечить абсолютно надежного предотвращения взрыва. Однако при правильно установленном и содержащемся в исправности стандартном защитном оборудовании вероятность взрыва стремится к нулю. Предосторожность, которая всегда должна соблюдаться, – не размещать электрооборудование в опасных зонах. При проектировании завода или фабрики необходимо иметь в виду этот фактор. Только в том случае, когда нет альтернативы, может быть допущено такое размещение.

Нужно принимать во внимание также такие второстепенные, но тем не менее существенные факторы, как габариты оборудования, которое должно быть защищено, гибкость системы, возможность выполнения текущего ремонта, стоимость сборки и т. д.

По ГОСТ 12.2.020-76 «Электрооборудование взрывозащищенное. Термины и определения. Классификация. Маркировка» маркировка взрывозащищенного ЭО должна содержать знак Ех, указывающий, что ЭО соответствует указанному стандарту и стандартам на виды ВЗ; знаки видов ВЗ также регламентированы стандартом:

§ d − взрывонепроницаемая оболочка;

§ ia − искробезопасная электрическая цепь(Зона 20);

§ ib − искробезопасная электрическая цепь (Зона 21);

§ h − герметическая изоляция;

§ m − герметизация; отсутствие искрообразования;

§ e − защита вида «e» (повышенная надёжность, повышенная безопасность);

§ o – масляное заполнение оболочки (погружение в масло);

§ p – заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением (метод повышенного давления);

§ q – кварцевое заполнение оболочки (заполнение порошком);