Якщо усі пожежі прийняти за 100%, то відповідно до статистичних даних про пожежі в Україні, пожежі від електроустановок у середньому складають 25%. У різних країнах світу, у залежності від особливостей ведення статистичного обліку пожеж, відсоток коливається від 20 % до 30 %.
Як відомо, пожежна небезпека характеризується наявністю трьох чинників: горючої речовини, окислювача, джерел запалювання (пожежний трикутник).
Горюча речовина та окислювач створюють горюче середовище.
Запобігання пожежі повинно досягатися:
- запобіганням створення горючого середовища;
- запобіганням створення в горючому середовищі (або внесення в нього) джерела запалювання.
На виробництві, в якому обертаються горючі речовини в атмосфері окислювача (повітря), горюче середовище наявне постійно, і саме джерело запалювання є єдиним чинником, що може бути усунутий з метою попередження виникнення пожежі.
Відповідно до ДСТУ 2272-93, джерело запалювання - це теплова енергія, що призводить до загоряння.
За природою походження джерела запалювання класифіковані:
- відкритий вогонь, розпечені продукти горіння і нагріті ними поверхні;
- теплові прояви механічної енергії;
- теплові прояви електричної енергії;
- теплові прояви хімічних реакцій (із цієї групи в самостійну групу виділені відкритий вогонь і продукти горіння).
Далі будуть розглянуті тільки теплові прояви електричної енергії.
Основними причинами пожеж від теплових проявів електричної енергії є:
1) короткі замикання (КЗ) ~ 43%;
2) струмові перевантаження ~ 12%;
3) перегрів горючих матеріалів і предметів, що знаходяться поблизу залишених без нагляду електронагрівальних приладів ~ 33%;
4) іскріння та електричні дуги ~ 3%;
5) створення великих перехідних опорів (ВПО) ~ 5%;
6) інші причини ~ 4%.
Джерелом запалювання в усіх випадках є теплові прояви електричної енергії.
Розглянемо більш докладно кожну причину.
Коротке замикання. Коротким замиканням називається такий аварійний режим в електроустановках, при якому відбувається з'єднання різнойменних провідників, що знаходяться під напругою, через малий опір, не передбачений режимом роботи даної електроустановки.
Види КЗ:
- трифазне - три фази з'єднуються між собою;
- двофазне - дві фази з'єднуються між собою без контакту з землею;
- однофазне - одна фаза з'єднується з нейтраллю джерела струму через землю (тільки в системах із глухозаземленою ней-траллю). З'єднання однієї фази з землею в системах з ізольованою нейтраллю називається замиканням на землю (це не КЗ);
- двофазне на землю - дві фази з'єднуються між собою через землю в системах з ізольованою нейтраллю.
Таблиця 8.1 - Відносна можливість виникнення КЗ
|
Вид КЗ |
Відносна ймовірність КЗ,% |
|
трифазне |
5 |
|
двофазне |
10 |
|
однофазне на землю |
65 |
|
двофазне на землю |
20 |
Основна причина виникнення КЗ - порушення ізоляції струмоведучих частин електроустановок.
У результаті КЗ відбувається термічна дія на провідник, що нагрівається до високих температур і може явитися джерелом запалювання горючого середовища. Температура провідника, що нагрівається струмом КЗ, обчислюється за формулою:
, (8.1)
де tПР- температура провідника,°С;
tп- початкова температура провідника,°С;
IКЗ- струм короткого замикання, А;
R - опір провідника, Ом;
tКЗ- час короткого замикання, с;
СПР- теплоємність провідника, 
;
mПР- маса провідника, кг.
Якщо температура провідника і час короткого замикання більші за температуру самозапалювання і часу, необхідного для нагрівання горючого середовища до температури, рівної 80% від температури самозапалювання, то дане джерело є джерелом запалювання аналізованого середовища.
Профілактика КЗ проводиться за двома напрямками:
- не припустити виникнення КЗ;
- обмежити час дії небезпечних струмів КЗ.
Заходи щодо попередження КЗ:
- правильний вибір, монтаж і експлуатація електроустановок;
- регулярне проведення планово-попереджувальних оглядів і вимір опору ізоляції;
- установка апаратів захисту, що повинні відключити електроустановку раніше, ніж відбудеться займання ізоляції або розплавлення струмоведучих жил. З цією метою застосовуються запобіжники і швидкодіючі апарати захисту. Для захисту від зниження напруги при КЗ генератори електростанцій мають автоматичні регулятори напруги. З метою зменшення струмів КЗ, на трансформаторних підстанціях установлюють реактори, що являють собою котушки, що мають малий активний опір і велику індуктивність.
Струмові перевантаження. Перевантаження - таке явище, коли в провідниках електричних мереж виникають струми, які протягом тривалого часу перевищують величини, що припускаються нормами (глава 1.3 ПУЕ-85).
Небезпека перевантаження пояснюється тепловою дією електричного струму, кількісний бік якого виражається законом Джоуля- Ленца (формула (1.7)).
Негативні наслідки перевантаження обумовлені розігрівом провідників (температура голих провідників не повинна перевищувати 70°С, температура провідників з гумовою, найритовою, полівінілхлоридною ізоляцією +65°С, з паперовою ізоляцією +80°С при температурі навколишнього середовища +25°С). При двократному і більшому перевантаженні провідників з горючою ізоляцією відбувається швидке її займання. При невеликих перевантаженнях займання ізоляції не спостерігається, але відбувається швидке її старіння. Відоме «восьмиградусне правило» для кабельно-провідникової продукції з паперовою ізоляцією - фактичне підвищення температури провідника на кожні 8°С призводить до прискорення зносу його ізоляції вдвічі. Так, наприклад, перевантаження проводів з ізоляцією класу А на 25% скорочує термін служби їх приблизно до 3-5 місяців (замість середньостатистичних 20 років), а перевантаження на 50% призводить до непридатності проводу протягом декількох годин.
Основні причини перевантажень:
- неправильний тепловий розрахунок мереж;
- вмикання в мережу споживачів, не передбачених розрахунком;
- підвищення температури навколишнього середовища;
- механічні перевантаження електродвигунів й інші.
Виявити перевантаження можливо:
- розрахунковим шляхом за загальною потужністю усіх включених електроприймачів;
- за допомогою амперметра;
- за допомогою струмовиміровальних кліщів.
Для профілактики перевантажень необхідно:
- правильно обирати переріз провідників за нагріванням;
- обмежувати вмикання струмоприймачів у мережу, на те не розраховану;
- створювати необхідні умови для охолодження проводів, електричних машин і апаратів, не допускаючи нагрівання їх вище припустимих температур;
- щоб уникнути перевантажень двигунів, необхідно правильно вибирати двигуни за потужністю, не припускати їх механічного перевантаження, роботи на двох фазах, своєчасно очищати двигуни від пилу і бруду;
- для захисту слід застосовувати запобіжники й автоматичні вимикачі.
Температуру нагрівання електропроводу при виникненні перевантаження в °С обчислюють за формулою
(8.2)
де tСР.Н., [°С] - нормативна температура для прокладки проводу;
tЖ Н. , [°С] - нормативна температура жили електропроводу;
IПРИП , [A] - припустимий струм для провідника;
IФ , [А] - фактичний струм у провіднику.
Перегрів горючих матеріалів і предметів, що знаходяться поблизу залишених без нагляду електронагрівальних приладів. Наприклад, електричні лампи розжарювання. Пожежна небезпека світильників обумовлена можливістю контакту горючого середовища із колбою електричної лампи розжарювання, нагрітої вище температури самозапалювання горючого середовища. Температура нагрівання колби електричної лампочки залежить від її потужності, розмірів і розташування в просторі і може досягати 500°С (рис.8.1.).
Рис.8.1 - Температура нагрівання колб електричних ламп.
Іскріння та електричні дуги. При КЗ завжди утворюються іскри та іноді дуги.
Іскра або дуга - це результат проходження електричного струму крізь повітря. Під дією електричного поля повітря між контактами іонізується і за деякою величини напруги починається тліючий розряд. При збільшенні напруги тліючий розряд переходить в іскровий. Дуги виникають за великої потужності іскрового розряду.
Іскріння і дуги спостерігаються завжди за наявності малого повітряного проміжку між провідниками зі струмом (вимикачі, щітки, поганий контакт тощо).
Електричні іскри утворюються не тільки при КЗ електропровідника, а також при електрозварюванні, плавленні електродів електричних ламп розжарювання загального при-значення. У результаті створюються краплі розплавленого металу.
Розмір крапель металу при КЗ електропроводки і плавленні нитки розжарювання електроламп досягає 3 мм, а при електрозварюванні 5 мм. Температура дуги при електрозварюванні досягає 4000°С і вище. Температура крапель металу при електрозварюванні і при плавленні нитки розжарювання електроламп залежить від виду металу і дорівнює температурі плавлення металу. Температура крапель металу при КЗ електропроводки перевищує температуру плавлення металу і, наприклад, для алюмінію досягає 2500°С. Тому дуга є джерелом запалювання усіх горючих речовин.
Температуру краплі металу наприкінці польоту в °С обчислюють достатньо точно відповідно до ГОСТ 12.1.004-91.
Створення великих перехідних опорів. Перехідним опором називається опір, що виникає в місцях переходу струму з одного провідника на інший. При поганому контакті перехідний опір може бути великим. Відома формула (1.3) 
. При 
Тоді з закону Джоуля-Ленца (за незмінного струму) випливає 
.
Причини великих перехідних опорів :
- виконання з'єднань «вскрутку» без пайки;
- з'єднання провідників із різнорідних матеріалів (мідь-алюміній) без компенсаторів;
- вплив навколишнього середовища.
Температуру нагрівання контактів електропроводів при виникненні підвищених перехідних опорів у °С обчисляють за формулами ГОСТ 12.1.004-91.
Інші причини. До них відносяться розряди атмосферної електрики (прямі удари блискавки, вторинні прояви блискавки, занос високого потенціалу), статична електрика, вихрові струми («пожежа сталі») тощо.
Прямі удари блискавки. Небезпека прямого удару блискавки полягає в контакті горючого середовища з каналом блискавки, температура в якому досягає 20000°С при часі дії біля 100 мкс. Від прямого удару блискавки спалахують всі горючі суміші.
Вторинні прояви блискавки. Небезпека вторинних проявів блискавки полягає в іскрових розрядах, що виникають у результаті індукційного та електромагнітного впливу атмос-ферної електрики на виробниче устаткування, трубопроводи і будівельні конструкції. Енергія іскрового розряду достатня для запалення горючих речовин із визначеною мінімальною енергією запалювання.
Занос високого потенціалу. Занос високого потенціалу в будинок відбувається по металевих комунікаціях не тільки за їхнього прямого ураження блискавкою, але і при розташуванні комунікацій у безпосередній близькості від блискавковідводу. При недотриманні безпечних відстаней між блискавковідводом і комунікаціями енергія можливих іскрових розрядів досягає зна-чень, достатних для запалення практично всіх горючих речовин.
Розряди статичної електрики можуть створитися при транспортуванні рідин, газів і пилу, при ударах, здрібнюванні, розпиленні і подібних процесах механічного впливу на діелектричні матеріали і речовини.
Енергію іскри, що може виникнути під дією напруги між пластиною і яким-небудь заземленим предметом (іскри статичної електрики), обчислюють за накопиченою еквівалентним конденсатором енергією за формулою:
, (8.3)
де Wі - енергія іскри, Дж; С - ємність конденсатора, Ф; U -напруга, В.
Якщо 
( 
- мінімальна енергія запалювання), то іскру розряду статичної електрики розглядають як джерело запалювання.
Різницю потенціалів між зарядженим тілом і землею вимірюють електрометрами в реальних умовах виробництва.
Реальну небезпеку має “контактна” електризація людей, які працюють з діелектричними матеріалами, що рухаються. При зіткненні людини з заземленим предметом виникає іскра з енергією від 2,5 до 7,5 мДж.
Струми, що індукуються в масивних металевих тілах при перетинанні їх магнітними силовими лініями, називаються вихровими струмами (струмами Фуко). Вихрові струми є окремим випадком індукованих струмів і підпорядковуються загальним правилам і законам для струмів.
Внаслідок вихрових струмів, у масивних провідниках, що рухаються в магнітному полі (якорі електричних двигунів), або нерухомих провідниках, але в змінному магнітному полі (осердя трансформаторів, електромагнітів), виділяється тепло відповідно до закону Джоуля-Ленца. Якщо не вжити заходів для зменшення вихрових струмів, то вони можуть бути дуже великими, будуть сильно нагрівати осердя машин і апаратів, що може призвести до руйнації ізоляції провідників і її займання.
Для зменшення вихрових струмів осердя якорів, роторів, статорів електричних машин і сердечники трансформаторів роблять не суцільними, а складеними з окремих тонких (0,35-0,5 мм) штампованих листів електротехнічної сталі, розташованих за напрямком магнітних силових ліній і ізольованих один від іншого лаком. У цьому випадку, внаслідок малого поперечного перерізу кожного сталевого листа, зменшується розмір магнітного потоку, а, отже, зменшується індукція у ньому ЕРС і струм. З цією ж метою застосовують леговані сталі (до 4 % кремнію). Домішка кремнію не змінює магнітних властивостей сталі, але значно збільшує її електричний опір, а, отже, зменшується величина вихрового струму і його теплова дія.
| « Глава 8. Пожежна профілактика електричних мереж. | 8.2 Проводи та кабелі. » |