Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

З підвищенням рівня автоматизації різних галузей промисловості, сільського господарства й об'єктів житлово-комунального господарства безпосередньо пов'язане збільшення числа і підвищення потужності об'єктів, що є джерелами запалювання. Як джерела запалювання дуже часто виступають горючі матеріали (речовини), нагріті до високої температури деталі й вузли електротехнічних виробів, а також виникають в аварійних режимах електричні дуги, іскри, викид газів і т. П. У цих умовах основним, а часто єдиним способом запобігання пожеж є відмова від використання джерел запалювання або зниження їх енергії до безпечного рівня.

У багатьох промислово розвинених країнах близько 20-25% загального числа щорічно відбуваються пожеж становлять пожежі, що виникають із-за несправності або неправильної експлуатації електротехнічних пристроїв, при цьому зберігається тенденція зростання таких пожеж [1].

1. Аналіз стану питання

Як джерела запалювання дуже часто виступають нагріті до високої температури електропроводки, а також супутній аварійні режими електричні дуги, іскри, викид газів і т.п. Основні причини виникнення пожеж: необережне поводження з вогнем, порушення правил ПБ при установці і експлуатації електроустановок (НПУЕЕ) і т. Д.

За даними статистики за 2015 рік основними причинами виникнення пожеж в Росії були: необережне поводження з вогнем - 47 473 од. (32,5% від загального числа), порушення правил влаштування та експлуатації (НПУіЕ) електроустановок - 40767 од. (27,9%) (рис. 1) і НПУіЕ печей - 21023 (14,4%) [2].

Електричні вироби традиційно є одними з найбільш пожежонебезпечних видів продукції. Так, якщо при всіх пожежах, що сталися в Росії в 2015 році (145,9 тис. Од.), Загинуло 9405 чол., При пожежах, які виникли в результаті НПУіЕ електрообладнання (40 767 од.), - 1879 чол.

1

Рис. 1. Дані про пожежі, що виникли в результаті НПУіЕ електрообладнання в Росії за 2003-2015 рр.

Аналогічна ситуація спостерігається на Україні. ГУ МНС України називає основними причинами пожеж, що сталися в 2015 році.: необережне поводження з вогнем - 56 869 од. (71,5%), НПУіЕ електрообладнання - 13 098 од. (16,5%), НПУіЕ печей, теплогенеруючих агрегатів та установок - 4171 од. (5,2%) [3]. Загальна кількість загиблих при пожежах на Україні в 2015 р людей склало тисячі дев'ятсот сорок сім осіб., Травмованих - 1360 чол. (Рис. 2).

1

Рис. 2. Динаміка числа загиблих і числа травмованих при пожежах на Україні людей за 2006-2015 рр.

Середньорічна розподіл пожеж в електроустановках з причин їх виникнення, згідно з дослідженнями ВНІЇПО, а також в роботах А.А. Сошникова [4], в яких містяться результати аналізу статистичного матеріалу, зареєстрованого актами Алтайського крайового управління пожежної охорони, які підтверджують, що основною причиною пожеж в електроустановках (до 70%) є короткі замикання (КЗ), викликані різними факторами.

1

Рис. 3. Причини пожеж в електроустановках

Як свідчать дані [5], в Росії за станом на 2007 р провідні місця за кількістю пожеж займають наступні види електротехнічної продукції: вироби кабельної продукції - проводи та кабелі (63,6%); вимикачі, вилки і інші роз'ємні елементи (6,7%). При цьому число пожеж, що виникли від загоряння кабелів, в 20-30 разів менше числа пожеж, що виникли від загоряння проводів.

Аналіз статистики показав, що на кількість пожеж суттєво впливає місце і тип об'єкту, на якому сталося займання. Так, найбільша кількість загиблих при пожежах в 2015 р зареєстровано в житловому секторі України - 1919 чол. (98,6% від загальної кількості загиблих внаслідок пожеж).

За даними НДІ гірничорятувальної справи та пожежної безпеки Респіратор (м.Донецьк) в Донецькій області в 2006 р найбільшу частку в цьому сегменті (82,3%) займають житлові будівлі та об'єкти приватної власності.

2. Мета роботи

Наукове обґрунтування процесу нагріву електропроводок напругою 0,4 кВ. Визначення взаємозв'язку їх електричних і теплових характеристик, в залежності від матеріалу дроти, матеріалу жили, перетину, коефіцієнта перевантаження, необхідних для вдосконалення механізмів захисту.

3. Наукова новизна

Отримання експериментальних залежностей допустимого часу нагріву електропроводок напругою 0,4 кВ. пропозиція способу удосконалення захисту за допомогою мікропроцесорного розчеплювача.

4. Практична цінність

Методика оцінки небезпеки нагрівання електропроводки 0,4 кВ, застосовувана в будівлях. Для вдосконалення характеристик захисту від пожежі викликаними електротехнічними причинами.

5. Основний зміст роботи

Для розробки захистів на кафедрі «Електропостачання промислових підприємств і міст» (ЕПМ) ДонНТУ, м. Донецк проводився аналіз теплових характеристик кабельно-провідникових виробів. За допомогою експериментального стенду, визначалися ВТХ плавлення ізоляції двожильних проводів марок ВВГ, АВВГ, ППВ, АППВ, ПВС, ШВВП перетинів 1,5-2,5 мм2 для міді, 2,5-4 мм2 для алюмінію. Прилади використані в принциповій схемі (рис. 3) мають такі технічні характеристики. ЛАТ 1 - лабораторний автотрансформатор типу АОСН-2-220-82 (межа регулювання по напрузі 5-240 В при струмі навантаження до 2 А); Т 1 - силовий знижувальний трансформатор типу ОСМ-0,25 УЗ (потужність 0,25 кВА, напруги обмоток ВН-220, НН-24В); А- струмові кліщі FUKE 266 Clamp meter CE (межа вимірювання до 1кА); V 1 - струмові кліщі FUKE 266 Clamp meter CE (з можливістю вимірювання температури за допомогою термопари до 750°); V 2 - вольтметр універсальний цифровий В7-38; цифровий секундомір.

На рис. 4 показана характеристика АВ групи C [7]. Різні причини (попереднє нагрівання розчеплювача автомата, відхилення параметрів при виготовленні) можуть призводити до значного розкиду характеристики АВ (криві 1 і 2). При незначному відхиленні струму КЗ нижче порога спрацьовування електромагнітного розчеплювача (точка 1 на кривій 1) час спрацьовування АВ визначається тепловим розчеплювачем і досягає 7 с (точка 2 на кривій 1). При проходженні через автомат струму 5 Iн в попередньо нагрітому стані АВ повинен спрацювати через 0,02 с (точка 3 на кривій 2), в холодному стані при такому навантаженні він роз'єднається в межах 9-20 с (для автоматів до 32 А і вище 32 А відповідно) - точка 4 на кривій 1.

Недостатня чутливість АВ може призводити до пожежонебезпечних режимів в електропроводці при відмові захисту автоматичного вимикача фідера, наприклад в разі приварювання рухомого контакту до корпусу АВ. В такому випадку необхідно забезпечити далеке резервування шляхом групового АВ.

Згідно з ГОСТ Р МЕК 60949-2009 [8] були розраховані (ВТХ) мідних і алюмінієвих проводів перетином 1,5-6 мм 2, при яких температура жили при КЗ досягає 160 ° Ці характеристики були поєднані в одній системі координат з ВТХ автоматичних вимикачів серій ВА25, АЕ2000 (рис. 5).

1

Рис. 4. ВТХ автоматичного вимикача групи С: 1 - верхня межа розкиду характеристик АВ; 2 - нижня межа розкиду характеристик АВ

1 1 1 1

Рис. 5. Поєднані графіки ВТХ автоматичних вимикачів і провідників: а, в - провідники з мідними жилами типу ППВ перетинами 1,5-4 мм 2; б, г - провідники з алюмінієвими жилами типу АППВ перетинами 2,5-6 мм 2; 1-3 - струми КЗ отримані за формулами [8] для термічно допустимої температури 160 ° 4-6 - час плавлення ПВХ ізоляції при сталому струмі, отримані експериментально в [6]

Проаналізувавши графіки, можна зробити висновок про те, що не у всіх випадках АВ, обрані відповідно до ПУЕ, забезпечують своєчасне відімкнення при КЗ. Зокрема, в п. 3.1.11 ПУЕ потрібно забезпечити кратність номінального струму розчеплювача АВ (з нерегульованою назад залежною від струму характеристикою) і струму зрушення розчеплювача АВ (з регульованою назад залежною від струму характеристикою) стосовно тривало припустимим струмовим навантаженням дроти з ПВХ, гумової аналогічної по тепловим характеристикам ізоляцією (табл. 2) не більше 100%. Слід врахувати, що згідно п. 7.3.97 ПУЕ у вибухонебезпечних зонах провідники відгалужень до електродвигунів з коротко замкненим ротором до 1 кВ повинні бути у всіх випадках захищені від перевантажень, а перетину їх повинні допускати тривале навантаження не менше 125% номінального струму електродвигуна.

Номінальний струм розчеплювача АВ (Iн.расц = 25 А) узгоджений з допустимими струмами мідного дроту перетином 2 x 2,5 мм2 або алюмінієвого дроту перетином 2 x 4 мм 2 за умовою, наведеним в п. 3.1.11 ПУЕ, але як відповідно до даних, представлених на рис. 5, захисні властивості АВ можуть проходити вище ВТХ зазначених проводів. Це призводить до їх можливого пожежонебезпечного нагрівання.

Для визначення аналогічних залежностей в режимі перевантаження 1,5-4 Iдоп поєднувалися ВТХ плавлення ізоляції проводів, отримані на кафедрі Електропостачання промислових підприємств і міст ДонНТУ, м. Донецк, для двожильних проводів марок ВВГ, АВВГ, ППВ, АППВ, ПВС, ШВВП, з ВТХ АВ серій ВА25, АЕ2000. Прилади, використані в принциповій схемі (рис. 6), мають такі технічні характеристики: ЛАТ1 - лабораторний автотрансформатор типу АОСН-2-220-82 (межа регулювання по напрузі 5-240 В при струмі навантаження до 2 А); T1 - силовий знижувальний трансформатор типу ОСМ-0,25 УЗ (потужність 0,25 кВА, напругу обмоток ВН-220, НН - 24 В); А - струмові кліщі FUKE 266 ClampmeterCE (межа вимірювання до 1кА); V1 - струмові кліщі FUKE 266 ClampmeterCE (з можливістю вимірювання температури за допомогою термопари до 750 оС); V2 - універсальний цифровий вольтметр В7-38; цифровий секундомір.

При цьому виявлена неузгодженість часу відімкнення АВ для найбільш часто вживаних в житлових приміщеннях проводів перетинами 1,5-2,5 мм2 для міді, 2,5-4 для алюмінію, т. Е. Для ППВ перетинів 2,5 і 4 мм2 і АППВ перетинів 4 і 6 мм 2 існують окремі ділянки, де АВ спрацьовує за неприпустимо великий час. Якщо використовуються дроти ППВ 1,5 мм 2 і АППВ 2,5 мм 2 (характерно для житлових приміщень), то в великому діапазоні струмів захист за допомогою АВ (див. Рис. 5) може призводити до пожежонебезпечного станом електропроводки.

Схема

Рис. 6. Принципова схема експериментального стенду для визначення інтервалів часу до плавлення ПВХ ізоляції кабельних виробів ВВГ (АВВГ), ППВ (АППВ), ПВС, ШВВП при різній кратності перевантажень(анімація: 8 кадрів, 3 цикла повторення, 42,4 кілобайт)

До числа завдань, що стоять в даній області, відноситься забезпечення прогнозування нагріву захищається кабелю (проводу) від величини повного струму з метою недопущення перевищення нормованих ГОСТ Р МЕК 60949-2009 [8] температур, а також прогнозування темпу нагріву в залежності від величини струму обурення.

Таким чином в наявних мережах 0,4 кВ, що захищаються стандартними автоматичними вимикачами, які реагують на струми перевантаження і КЗ, для підвищення рівня пожежної безпеки необхідна розробка більш досконалих захистів, заснованих на мікропроцесорних расцепителей, які б вирішували наступні завдання:

  1. підвищення чутливості АВ;
  2. облік характеристик захищаються ліній;
  3. відбудова від дугових замикань, що мають переривчастий характер;
  4. прогнозування нагріву захищається кабелю (проводу) від величини повного струму.

В даний час на кафедрі ЕПМ розробляється захист на основі мікроконтролера STM32F103, датчиків прямого і зворотного потоку використовують ефект Холла, структурна схема якої представлена на рис. 7.

1

Рис. 7 - Структурна схема мікропроцесорного захисту. Позначення: ДТФ, ДТН - датчики фазного і нульового струмів; - МК - мікроконтролер сімейства STM; БП - блок живлення; S1 - контактор; Zн - навантаження; КП - кнопка «ПУСК»; И1, И2, І4, И5 - елементи індикації; X1, X2, X3, X4 - клеми підключення навантаження; Rx, Tx - висновки послідовного інтерфейсу стандарту UART.

Висновки

Застосовувані для захисту пристрою мають ряд недоліків, обумовлених особливостями узгодження часу відімкнення систем захисту від КЗ або перевантажень з допустимими температурами нагріву жив електропроводок, а також зниженням чутливості до віддалених і дуговим КЗ.

Аналіз можливостей мікропроцесорних пристроїв захисту показує доцільність розробки нових принципів забезпечення пожежної безпеки кабелів і електропроводок мереж напругою 0,4 кВ, які дозволили б прискорити відімкнення аварійної ділянки, знизити ймовірність перегріву, плавлення ізоляції та розбризкування частинок металу.

Одним з важливих і ефективних способів зниження пожежної небезпеки в електричних розподільних і групових мережах будівель є застосування нового покоління кабелів (ВВГнг, ВВГнг-LS): не розповсюджують горіння, з низьким димогазовиділенням, вогнестійких, з низькою токсичністю продуктів горіння.

Список джерел

  1. Смелков Г.І. Пожежна безпека електропроводок, - М .: ТОВ КАБЕЛЬ, 2009. - 328 с.
  2. Офіційний інформаційний сервер Державної служби України з надзвичайних ситуацій: http://www.dsns.gov.ua/. [Електронний ресурс]
  3. Пожежі і пожежна безпека в 2015 році: Статистичний збірник. Під загальною редакцією А.В. Матюшина. - М .: ВНІЇПО, 2016 - 124 с .: іл. 40.
  4. Рябінін І.А. Основи теорії і розрахунку надійності суднових електроенергетичних систем, - 2-е вид. - Л., Суднобудування, 1971. - 456 с.
  5. Прогнозування, моніторинг та попередження виникнення джерел загоряння горючого матеріалу в електрифікованих приміщеннях [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.01 / Солона Оксана Ярославівна; ДВНЗ "Донецький національний технічний університет". - Донецьк, 2014. - 215 с.
  6. ГОСТ Р 50345-99 (МЕК 60898-95). Автоматичні вимикачі для захисту від надструмів побутового та аналогічного призначення. - Натомість ГОСТ Р 50345-92; введ. 01.01.2001 - М .: Держстандарт Росії - 65 с.
  7. ГОСТ Р МЕК 60949-2009. Розрахунок термічно допустимих струмів короткого замикання з урахуванням неадіабатичних нагріву. - введ. 26.06.2009 - М .: Держстандарт Росії - 12 с.
  8. Правила улаштування електроустановок. - М .: КНОРУС, 2015. - 488 с.