ОЦЕНКА УРОВНЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

при контроле искрения в электрооборудовании прибором ИСКРА

 

В руководстве эксплуатации изделия ИСКРА представлена таблица 1, отражающая действия системы автоматического управления или оператора, адекватных результатам измерения уровня пожарной опасности в системах электроснабжения.

 

Таблица 1

Уровень пожарной опасности

Интенсивность искрения

Степень пожарной опасности

Уровень   опасности

Светятся     сегменты №№

Искрение отсутствует

0

-

Интенсивность искрения не превышает 10% от допустимой

1

1

Интенсивность искрения не превышает 30% от допустимой

2

1,2

Интенсивность искрения не превышает 50% от допустимой

3

1-3

Интенсивность искрения не превышает 70% от допустимой

4

1-4

Интенсивность искрения равна допустимой

5

1-5

Интенсивность искрения превышает допустимую на 10%

6

1-6

Интенсивность искрения превышает допустимую на 20%

7

1-7

 

 

Данные действия заключаются в формировании команды на выдачу тревожного сигнала или команды на отключение электрической сети  или электроустановки. Эти действия должны реализовывать вложенную в изделие ИСКРА систему допускового контроля, адекватного реально сложившемуся уровню пожарной опасности.

С целью обоснования конкретных уровней опасности, представленных в таблице 1, рассмотрим, реализованную в изделии структуру уровневого контроля.

 

Любая электрическая сеть укрупнёно может быть изображена в виде, представленном на рис.1.

                       

                           Рис.1. Схема замещения электрической сети, контролируемой изделием ИСКРА.

 
где:
     Zн – комплексное сопротивление нагрузки;
     Rд – сопротивление искрового промежутка (дуги);
    Zш – общее комплексное сопротивление цепей, параллельных искрящей цепи;
   Сш – общая ёмкость цепей, параллельных искрящей цепи;
    Rл – активное сопротивление линии сети, последовательное нагрузке Rн;
    Lл – индуктивное сопротивление линии сети, последовательное нагрузке Rн
      is – суммарный ток сети;
    iшr – активный шунтирующий ток цепей, параллельных нагрузке;
   iшх – реактивный шунтирующий ток цепей, параллельных нагрузке;
   Uс – напряжение, питающее искрящую цепь (Zн и Rд) и шунтирующие её цепи. 

Схема замещения реализуется через энергетические параметры, представленные на рис.2. 



  Рис.2. График изменения параметров электрической сети
           и токов нагрузки потребителей

  На рисунке представлены:
     - напряжение источника Uист(t) (чёрный - пунктирный);
     - напряжение Uc(t) (красный - жирный);
     - суммарный ток is(t) (чёрный – прерывистый);
     - ток нагрузки iн(t) (голубой - жирный); 
     - напряжение Uc при iн = 0 Uo (красный).

   При разрыве электрической цепи в ней возникает ток искрения (ток электрической дуги), при этом значение величины сопротивления искрового промежутка прямо пропорционально искровому промежутку (рис.3), но обратно величине электрического тока. При этом значения напряжения и тока искрения (дуги), показанные на рис.4, характеризуют соответствующие энергетические параметры данного промежутка.

 

 Рис. 3. Сопротивления искрового промежутка

 

      Рис. 4. Энергетическая характеристика искрового промежутка

  Как известно, температура места искрения в первую очередь зависит от величины тока искрения. Однако далеко не всегда удавалось определить этот ток искрения.
  Важнейшей проблемой перед исследователем всегда стояла проблема автоматического определения величины тока искрения и, в свою очередь, температуры нагрева неизвестно где возникшего в разветвлённой электрической сети искрения.
  Перед эксплуатационником никогда не возникала проблема при определении величины тока искрения в том редком случае, если электрическая сеть имела только лишь одну цепь. И тем сложнее проблема, чем большее количество цепей отличается от одной и тем труднее решение в определении величины тока искрения.
  В соответствии с известной теорией нагревания металлического проводника первым шагом к созданию эффективного допускового контроля является создание начальной допусковой оценки пожарной опасности (при нарушении прочности контактного соединения или целостности самой цепи). Такая начальная оценка связана с процессом измерения тока искрения и установления математической взаимосвязи измеренной величины с известными теплофизическими процессами. Данные результаты представлены на ниже приведенных основных зависимостях и результатах их обработки, изображённых на рис.5. 


  Рис.5. Результаты обработки расчётов взаимосвязи параметров
           электрической сети и теплофизических процессов

  Выводы:
      1. Токи ≤ 5 А - пожаронеопасны. Являются предупреждающими, занимают со второй по шестую строчки в таблице 1.
       2. Токи более 5 А - пожароопасны. Занимают седьмую и восьмую строчки в таблице 1.

  Величина тока искрения определяется путём измерения сигнала, представленного на рис. 6, характеризующего процесс восстановления напряжения на искровом промежутке при переходе тока нагрузки через нуль.
  При этом проводятся измерения и расчёты, направленные на учёт других параметров данного сигнала, а также внешних факторов, влияющих на достоверность и точность измерения тока искрения. Способ действий по определению величины тока искрения раскрывается в описаниях патентов России №2151468, №2254615 и заявок на патент России №2006145635 и международной заявки на патент № PCT/RU 2005/000251. 


   Рис.6. Величина сигнала на входе изделия ИСКРА (на выходе датчика)

   Кроме определения величины тока искрения необходимо учитывать интенсивность искрения, т.е. количество «искрящих» полупериодов тока нагрузки за установленный период времени.
   На рис.7 показана характеристика интенсивности искрения, соответствующая изделию ИСКРА за заданное время его работы (например, за 4 С). 


   Рис.7. Зависимость температуры нагрева искрового промежутка
             от величины тока и интенсивности искрения

   Данным изделием одновременно с измерением количества «искрящих» полупериодов сети определяется величина тока искрения. По изображённой на графике интегральной характеристике оператором или прямым потребителем электрической энергии, эксплуатирующим данное изделие, принимается решение и выполняются соответствующие организационно-технические мероприятия, направленные на устранение возникшего искрения. Требования, предъявляемые к оператору в данной ситуации, представлены в таблице 2.

                                                                                                                         Таблица 2
                            Рекомендации по устранению искрения 

      Степень        пожарной   опасности

      Характер неисправности и общие указания по времени ее устранения

0

Норма

1

Выделяемое тепло полностью отводится окружающей средой.     

Устранить неисправность в течение недели

2

Выделяемое тепло не полностью отводится окружающей средой. Устранить неисправность в течение суток

3

Выделяемое тепло недостаточно эффективно отводится окружающей средой.                                                                                        

Устранить неисправность в течение 12 часов

4

Выделяемое тепло слабо отводится окружающей средой.   Устранить неисправность в течение 8 часов

5

Выделяемое тепло с трудом отводится окружающей средой. Нагрев близок к допустимому.                                                         

Устранить неисправность в течение 4 часов

6

Выделяемое тепло практически не отводится окружающей средой. Неисправность устранить в течение 2 часов

7

Электросеть (ЭУ) отключить немедленно!