Разработка методов и способов повышения пожарной безопасности распределительных сетей до 1 кВ на промышленных предприятиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Маслов, Альберт Владимирович

• Маслов, Альберт Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маслов, Альберт Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Гпава 1. Пожарная опасность электроустановок

1.1. Анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства

1.2. Пожарная опасность распределительных сетей до 1 кВ

1.2.1. Аварийные режимы и пожарная опасность кабельных линий

1.2.2. Анализ современных кабельных изделий 23 Выводы 28 Гпава 2. Анализ существующих критериев выбора сечений кабелей с точки зрения пожарной безопасности

2.1. Обзор существующих критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1 кВ

2.1.1. Допустимый нагрев токоведущих жил кабелей и проводов

2.1.2. Условие соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

2.1.3. Допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника в нормальном режиме работы

2.1.4. Допустимое отклонение напряжения в режиме пуска элекгродвигательной нагрузки

2.1.5. Чувствительность защиты к токам короткого замыкания

2.1.6. Технико-экономические аспекты выбора сечений токоведущих жил кабельных изделий

2.1.7. Термическая стойкость к токам короткого замыкания

2.2. Анализ критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1кВ с точки зрения пожарной безопасности

Выводы

Глава 3. Исследование влияния аппаратов защиты на пожароопасность кабельных линий до 1 кВ

3.1. Анализ теории воспламенения полимерных материалов изоляции кабельных изделий до 1кВ

3.1.1. Воспламенение полимерных материалов изоляции при токах перегрузки или КЗ на участке, удаленном от зоны замыкания

3.1.2. Воспламенение полимерных материалов изоляции в зоне замыкания

3.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на пожарную опасность кабельных линий распределительных сетей до 1 кВ

3.2.1. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на вероятность воспламенения изоляции кабельного изделия

3.2.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на возникновение частиц металлов при КЗ

3.2.3. Эффективность защиты распределительных сетей до 1кВ выполненной в соответствии с существующими нормативными требованиями

3.3. Исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазных КЗ в распределительных сетях до 1кВ

3.3.1. Особенности построения защиты от токов однофазного

КЗ в распределительных сетях до 1 кВ

3.3.2. Экспериментальное исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1 кВ

3.4. Разработка мероприятий по повышению быстродействия защиты от однофазных КЗ

3.4.1. Условие чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам однофазного КЗ

3.4.2. УЗО дифференциального типа и его влияние на снижение пожарной опасности

3.4.3. Специальная защита от однофазных КЗ

3.4.4. Автоматические выключатели с токоограничивающим эффектом

Выводы

Глава 4. Разработка методики выбора сечений кабельных линий с учетом чувствительности защит к токам однофазного КЗ

4.1. Выбор критериев расчета

4.2. Разработка алгоритма расчетно-экспериментального исследования

4.3. Разработка программы расчета

4.4. Расчетно-экспериментальные исследования

4.5. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил с учетом чувствительности токовой отсечки к однофазным КЗ

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и способов повышения пожарной безопасности распределительных сетей до 1 кВ на промышленных предприятиях»

К распределительным сетям до 1 кВ, как и к системе электроснабжения в целом, кроме требований надежности и экономичности принимаемых решений, прежде всего, должны предъявляться требования по обеспечению безопасности для жизни и здоровья людей, а также требования по взрывопожаробезопасности, связанные как с возникновением, так и с распространением пожара.

Пожарная опасность электротехнических устройств и изделий является всеобщей для различных видов деятельности человека. Она связана с другими видами опасностей, усугубляя их, влияет на их развитие, инициирует и приводит к опасным последствиям.

Согласно отечественной и зарубежной статистике, значительная доля пожаров во всем мире связана с производством, преобразованием, трансформацией, передачей, распределением электрической энергии и преобразованием ее в другие виды энергии (более 30% от общего числа пожаров).

Анализ статистических данных показывает, что в настоящее время наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются кабельные изделия (здесь, и в дальнейшем, термин «кабельные изделия» в соответствии с ГОСТ 15845-80 [1] употребляется для обобщения трех видов электротехнических изделий - кабели, провода, шнуры), как по числу происшествий (более 60%), так и по числу погибших (более 30%) и пострадавших (более 40%). Количество пожаров от этого вида источника пожара остается ежегодно примерно одинаковым. В связи с этим, решение проблемы снижения пожарной опасности кабельных сетей и разработка эффективных средств защиты, является актуальной задачей.

Как показывает практика, наиболее пожароопасными являются кабельные линии и электропроводки распределительных и групповых сетей до 1 кВ. Пожароопасность указанных сетей объясняется рядом факторов: неудовлетворительным техническим состоянием, находящихся в эксплуатации электрических сетей низкого напряжения; низким качеством электроприборов и несоответствием их стандартам безопасности; отсутствием эффективных служб контроля безопасной эксплуатации электроустановок; несоблюдением правил пожарной безопасности при эксплуатации бытовой техники; весьма низкой эффективностью аппаратов защиты.

Основными причинами, приводящими к загоранию кабельных изделий, являются аварийные режимы работы кабельных линий и электропроводок - перегрузки и короткие замыкания (КЗ). Наиболее опасными проявлениями аварийного режима работы являются: недопустимый перегрев токоведущих жил, в результате протекания сверхтоков; электрический дуговой разряд в зоне КЗ, как высокотемпературный источник зажигания (5000°С + 8000°С).

Наличие аппаратов защиты, выбранных в соответствии с существующими нормативными требованиями, как правило, позволяют отключить место возникновения КЗ или перегрузки, но не всегда гарантирует безопасное протекание аварийных режимов, и отсутствие проявления пожароопасных факторов. Обусловлено это, прежде всего, недостаточной чувствительностью и быстродействием аппаратов защиты применяемых в распределительных и групповых сетях до 1 кВ.

-7В настоящее время, в России ведется активное внедрение устройств защитного отключения (УЗО) в качестве эффективного противопожарного средства защиты кабельных линий и электропроводок.

Однако массовое применение УЗО на промышленных объектах вызывает ряд проблем: s номинальные токи таких устройств не превышают 125А, что не покрывает весь диапазон необходимых токов аппаратов защиты используемых в распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий; s данные устройства не обладают достаточной устойчивостью к высоким токам КЗ на промышленных объектах.

Данные обстоятельства приводят к необходимости поиска других, альтернативных технических решений обеспечения пожарной безопасности эксплуатации кабельных линий и электропроводок на промышленных предприятиях. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка методов и способов повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации распределительных и групповых сетей СЭС промышленных предприятий и объектов.

Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ и классификация существующих критериев выбора сечений кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ.

2. Исследование влияния параметров аппаратов защиты, используемых в распределительных сетях промышленных предприятий, на пожарную опасность кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

3. Оценка чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ.

4. Разработка способов повышения быстродействия защиты от токов однофазного КЗ с целью повышения пожарной безопасности кабельных сетей.

5. Разработка методики выбора способа защиты кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ, с учетом быстродействия отключения однофазных КЗ.

6. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил кабеля соответствующего выбранному способу защиты кабельной линии (электропроводки).

Методы исследования: Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в электротехнике, теории электрических цепей и электрических сетей, положения основ теории электроснабжения. Использовалось теоретическое и машинное моделирование.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается корректностью постановки задачи и хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами машинного моделирования и экспериментальными данными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к однофазному КЗ.

2. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии.

-93. Предложен принципиально новый подход к выбору сечений кабельных линий и электропроводок, позволяющий оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

4. Предложенная программа позволяет определить область, в пределах которой выбор «завышенного» сечения экономически оправдан и при этом обеспечивается надежная защита от однофазных КЗ.

Практическая ценность работы:

1. Предложены практические рекомендации повышения быстродействия существующих защит, с целью повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

2. Разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

3. Разработана методика выбора сечения кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ с учетом чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам КЗ.

4. Методика выбора целесообразного способа защиты от однофазных КЗ и соответствующего сечения кабельной линии внедрена в практику проектирования ОАО «ВНИПИнефть».

5. Предлагаемая методика использована при проектировании распределительной кабельной сети комбинированной установки сернокислотного алкилирования с блоком изомеризации н.бутана ЗАО «Рязанская НПК».

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на:

-10- девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2003г.);

- десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2004г.);

- одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2005г.);

- всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение, электрооборудование, электроника» (Оренбург, 2005г.);

- на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 128 страниц, 23 рисунка, 11 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Маслов, Альберт Владимирович

выводы

1. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии, удовлетворяющую следующему условию

-max — ^iri{LmaxAUH, l-maxдип» ^тахокз} "

2. Разработаны алгоритм и программа расчета «ОПТИМА» для определения Lmax с учетом технических и экономических критериев.

3. Проведенные исследования показали, что существует область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей.

4. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведенные исследования показали, что аппараты защиты, выбранные в соответствии с нормативными требованиями, как правило, успешно выполняют защиту кабельных линий и электропроводок от такого пожароопасного фактора, как высокая температура токо-проводящих жил, вызванная протеканием токов КЗ или перегрузки, однако их чувствительность и быстродействие к токам однофазного КЗ недостаточны для обеспечения пожарной безопасности кабельных распределительных сетей до 1 кВ.

2. Рассмотрены и проанализированы методы и средства защиты кабельных линий и электропроводок от однофазных КЗ. Определены области их применения в распределительных сетях до 1 кВ на промышленных предприятиях.

3. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1 кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ.

4. Проведенные исследования позволили определить область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей.

5. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено ис

-115пользовать максимально-допустимую длину кабельной линии шах = {^тахдин 5 ^тахДип , Lmax0K3 } .

6. Предложен алгоритм и разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

7. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

8. На основании проведенных исследований предлагается внести изменения в раздел 3, главу 3.1. «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ» ПУЭ связанные с обеспечением быстродействия защиты от однофазных КЗ в целях снижения пожарной опасности распределительных кабельных сетей до 1 кВ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маслов, Альберт Владимирович, 2006 год

1. ГОСТ 15845-80 Кабели, провода и шнуры. Термины и определения.

2. Правила устройства электроустановок. Шестое издание. Дополненное с исправлениями. М.: ЗАО «Энергосервис», 2002. -608с.

3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. -4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатом издат, 1986. -392с.: ил.

4. Чибинев Н.П. Совершенствование методики экспресс-оценки риска возникновения пожаров от применения электроэнергии: Дис. . канд. техн. наук Новочеркасск, 2005. - 147 с.

5. ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения.

6. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. - 377с.

7. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных режимах. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 184с.: ил.

8. Пацкевич И.Р., Деев Г.Ф. Поверхностные явления в сварочных процессах М.: Металлургия, 1984. - 122 с.

9. Соболев Н.П. Исследование электрического взрыва тонких проволочек ЖЭТФ, 1947, т. 17, вып.2, с.1143-1152.

10. Ищенко Ю.Л. Дюргеров Н.Г. О механизме периодических замыканий дугового промежутка и стабильности при сварке короткой дугой. -Сварочное производство, 1963, №9, с. 10-13.

11. Заруба И.И. Электрический взрыв как причина разбрызгивания металла. -Автоматическая справка, 1970, №3, с. 11-14.

12. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.-11713. ГОСТ 12176-89 Кабели, провода и шнуры. Методы проверки на нераспространение горения.

13. Нормы пожарной безопасности. Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний. НПБ 248-97. -М„ 1998. 31с.

14. Каменский М.К., Образцов Ю.В., Фрик А.А. Новое поколение электрических кабелей с улучшенными показателями пожарной безопасности // Кабели и провода. 2002. - №6(277).

15. Каменский М.К., Пешков И.Б. Состояние и перспективы производства электрических кабелей с повышенными показателями пожарной безопасности // Кабели и провода. 2003. - №6(283).

16. Довженко И.Г. Пластикаты с низкой пожарной опасностью типа ПП (торговое название «LOWSGRAN») // Кабели и провода. 2003. -№6(283).

17. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 184с.

18. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

19. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988. 176с.: ил.

20. Козлов В.А. Электроснабжение городов . Изд. 2-е, переработ. -П.: «Энергия», 1977. 280 стр. с илл.

21. Карпов Ф.Ф. Как выбрать сечение проводов и кабелей. Изд. 3-е, перераб. М., «Энергия», 1973.

22. Карпов Ф.Ф. Как проверить возможность подключения к электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором. Изд. 3-е, перераб. М. «Энергия», 1971. -88с.: ил.-11824. Условия выбора и проверки силовых кабелей в сети 0.4 кВ./ Цырук

23. С.А., Быстрицкий Г.Ф., Зиборов Б.Н., Потаихина Н.И. // Промышленная энергетика. 1998. - № 2.

24. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995. -414с.

25. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений/Б.И.Кудрин. -М.: Интермент Инжиниринг, 2005. -672с.: ил.

26. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -640с.: ил.

27. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. «Энергия», 1967. -416с.: ил.

28. Качество электрической энергии и ее сертификация: Учебное пособие/Анчарова. Т.В., Рыбаков. Л.М., и др.// Map. гос. ун-т. Йошкар-Ола: Марийское кн. изд-во, 2000. - 108 с.

29. ГОСТ Р 50571.5-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтоков.

30. ГОСТ Р 50571.9-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Применение мер защиты от сверхтоков.

31. Фишман B.C. Новые ПУЭ требуют модернизации существующей защитной аппаратуры. // Новости электротехники. 2003. - №2.

32. Фишман B.C. Проблемы реализации новых требований ПУЭ. Автоматическое отключение питания и альтернативные решения по электробезопасности в системе TN. // Новости электротехники. -2003. №5.

33. Хазиев Д.Н. Разработка методики выбора сечений проводников и кабелей напряжением до 1кВ при проектировании объектов второ-119го уровня систем электроснабжения: Дис. . канд. техн. наук М.; 2002.-130 с.

34. Цырук С.А., Быстрицкий Г.Ф., Зиборов Б.Н., Потаихина Н.И. Условия выбора и проверки силовых кабелей в сети 0.4 кВ // Промышленная энергетика. 1998. - №2.

35. Егорушкин И.О. Учет термической стойкости проводников при выборе элементов электрических сетей до 1000 В // Промышленная энергетика. 1998. - №8.

36. Хазиев Д.Н., Быстрицкий Г.Ф., Бакалов Д.В. Определение сечений кабелей распределительной электрической сети напряжением 0,4 кВ по критерию термической устойчивости к токам короткого замыкания // Новые технологии. 2001. - №6.

37. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/ Под ред. Б.Н. Неклепаева. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 152с.

38. СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства. М.: Стройиз-дат, 1986. -58с.

39. Зельдович Я.Б. Теория зажигания газов накаленной поверхностью. -ЖЭТФ, 1939, т. 9, вып. 2, с. 1530-1534.

40. Гришин A.M. Математическое моделирование некоторых нестандартных аэротермохимических явлений. В кн.: Сборник трудов ТГУ-Томск: ТГУ, 1973.-281 с.

41. Калинкин В.И., Мелихов А.С. Зажигание полимерных материалов электрическим разрядом в обогащенных кислородом газовых средах. В кн.: Пожарная профилактика: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1984, с. 64-69.

42. Чигарев В.Д., Клоков М.А., Косовцов О.В., Токарев В.П. Образование летучих продуктов при термоокислительной деструкции полимерных материалов. В кн.: Пожарная профилактика: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1984, с. 70-74.

43. Калинкин В.И., Борисов B.C. Зажигание полимерных материалов электрическим разрядом. В кн.: Пожарная профилактика в электроустановках: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1985, с. 86-90.

44. Аверсон А.Э. Теория зажигания. В кн.: Тепломассообмен в процессах горения: Сб. науч. тр. Черноголовка: ИХФ, 1980, с. 16-36.

45. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. -М.: Энергоатом издат, 1990.-576 с.-12258. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электрических сетейи электрооборудования. М.: Энергоатомиздат, 1991. -464с.

46. Акимов Е.Г., Коробков Ю.С., Савельев А.В. и др. Выбор электрических аппаратов для электропривода, электрического транспорта и электроснабжения промышленных предприятий. М.: МЭИ, 1990.-131с.

47. Крылова И.Б. Номограммы для выбора кабелей и защит, чувствительных к коротким замыканиям// Электрические станции. 1997. -№8.

48. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. -Л.: Энергоатомиздат, 1989. -304 с.

49. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»/ Ред. Ю.К. Розанов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Информэ-лектро, 2001. -420с.

50. Смелков Г.И. Влияние электрической защиты на пожарную опасность электропроводок. В кн.: Пожарная профилактика в электроустановках: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1985, с. 5-12.

51. Забиров А.С. Пожарная опасность коротких замыканий. М.: Стройиздат, 1987. - 103 с.

52. Салапин Ю.А. Модели оценки пожарной опасности электроустановок и эффективности аппаратов защиты: Дис. . канд. техн. наук-М., 1989.-195 с.

53. Гришин Е.В., Боков Г.В. Воспламеняемость проводов при аварийных режимах// Пожарное дело. 1982. - №1.

54. УЗО устройства защитного отключения. Учебно-справочное пособие. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. - 232с.

55. НПБ 243-97 Устройства защитного отключения. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний.

56. Маслов А.В. К вопросу о пожарной опасности кабельных изделий 0,4 кВ // Электрика. 2006. - №2.- С.43-44.

57. Исследование токов однофазного короткого замыкания в системе 380/220В с заземленной нейтралью/ Н-19-68/ ВНИИПЭМ. 1969.