Перспективы создания микропроцессорной защиты от возгараний электропроводки бытовых потребителей. В статье рассматриваются причины, препятствующие повышению уровня пожарной безопасности электропроводок 0,4 кВ, связанные с недостаточной чувствительностью штатных автоматических вы-ключателей (АВ), недопустимым увеличением времени отключения поврежденного участка при отказе основного защитного аппарата. Предлагается способ совершенствования защиты с помощью микро-процессорного расцепителя.
Общая постановка проблемы
Анализ статистических данных за последние годы показывает, что ежегодно в России происходит более 150000 пожаров, из кото-рых 20-25% составляют пожары по электротехническим причинам.В статье рассматриваются причины, препятствующие повышению уровня пожарной безопасности электропроводок 0,4 кВ, связанные с недостаточной чувствительностью штатных автоматических вы-ключателей (АВ), недопустимым увеличением времени отключения поврежденного участка при отказе основного защитного аппарата. Предлагается способ совершенствования защиты с помощью микро-процессорного расцепителя.
Рис. 1 – Данные о пожарах от НПУЭЭ в России
Таблица 1 – Распределение пожаров, в Донецкой области, причиной которых явилась кабельно-проводниковая продукция
По нашему мнению это связано с тем, что в период до 2009 г. начали широко внедряться современные защитно-коммутационные аппараты, имеющие более высокие показатели надежности в случаях проявления аварийных ситуаций (КЗ и перегрузки); установка устройств защиты от утечек тока на землю; частичная замена алюми-ниевых проводок на медные с изменением схемы питания бытовых электроприемников Несмотря на указанные мероприятия уровень ко-личества пожаров от НПУЭЭ остается высоким, что обусловлено осо-бенностями согласования защит от КЗ или перегрузок с мощностями нагрузок и выбором допустимых по температуре сечений токоведу-щих жил электропроводок.
Рис. 2 – Принципиальная схема экспериментального стенда для определения интервалов времени до плавления ПВХ изоляции кабельных изделий ВВГ(АВВГ),ППВ(АППВ),ПВС,ШВВП при разных кратностях перегрузок
Для разработки защит на кафедре «Электроснабжение промыш-ленных предприятий и городов» (ЭПГ) ДонНТУ, г. Донецк проводил-ся анализ тепловых характеристик кабельно-проводниковых изделий. С помощью экспериментального стенда, приведенного на рис. 2 опре делялись ВТХ плавления изоляции двухжильных проводов марок ВВГ, АВВГ, ППВ, АППВ, ПВС, ШВВП сечений 1,5 – 2,5 мм2 для меди, 2,5 – для алюминия. Приборы использованные в принципиальной схеме (рис. 3) имеют следующие технические характеристики.ЛАТ - лабораторный автотрансформатор типа АОСН-2-220-82(предел регу-лирования по напряжению 5 240 В при токе нагрузки до 2 А); Т - си-ловой понижающий трансформатор типа ОСМ-0,25 УЗ(мощность 0,25 кВА,напряжения обмоток ВН-220,НН-24В); А- токоизмерительные клещи FUKE 266 Clamp meter CE(предел измерения до 1КА); V - то-коизмерительные клещи FUKE 266 Clamp meter CE(с возможностью измерения температуры при помощи термопары до 750 );V - вольтметр универсальный цифровой В7-38; цифровой секундомер
На рис. 3 (кривые 4-6) показаны ВТХ для проводов ППВ, сов-мещенные в одной системе координат с ВТХ автоматических выклю-чателей серий ВА25, АЕ2000 в режиме перегрузки 1,5 – 4 Iдоп.
Также согласно ГОСТ Р МЭК 60949-2009 были рассчитаны вре-мятоковые характеристики (ВТХ) медных и алюминиевых проводов сечением 1,5 – 6 мм2 при которых температура жилы при КЗ достигает 160℃ . (рис. 3, кривые 1-3).
При этом обнаружена несогласованность времени отключения АВ для наиболее часто применяемых в жилых помещениях сечений 1,5 – 2,5 мм2 для меди, 2,5 – 4 для алюминия. Т.е. для ППВ сечений 2,5 и 4 мм2 и АППВ 4 и 6 мм2 существуют отдельные участки, где АВ сра-батывает за недопустимо большое время.
Рис. 3 – Совмещенные графики времятоковых характеристик автоматических выключателей и проводников: а), б) – проводники с медными жилами типа ППВ сечений 1,5 – 4 мм2 ; 1 – 3 – токи КЗ получены по формулам [3] для термически допустимой температуры 160℃ ; 4 – 6 – время плавления ПВХ изоляции при установившемся токе, полученное экспериментально в [2]
Если используются провода ППВ 1,5 мм2 и АППВ 2,5 мм2 (харак-терно для жилых помещений), то в большом диапазоне токов защита с помощью АВ (рис. 3) может приводить к пожароопасному состоянию электропроводки.
Проанализировав графики, можно сделать вывод, что не во всех случаях АВ, выбранные в соответствии с ПУЭ, обеспечивают свое-временное отключение при КЗ.
Таким образом в существующих сетях 0,4 кВ, защищаемых стан-дартными автоматическими выключателями, которые реагируют на токи перегрузки и КЗ, для повышения уровеня пожарной безопасно-сти необходима разработка более совершенных защит, основанных на микропроцессорных расцепителях, которые бы решали следующие задачи:
- повышение чувствительности АВ;
- учет характеристик защищаемых линий;
- отстройка от дуговых замыканий, имеющих прерывистый ха-рактер;
- прогнозирование нагрева защищаемого кабеля (провода) от ве-личины полного тока Iф .
- Смелков Г.И.Пожарная безопасность электропроводок — М.: ООО «КАБЕЛЬ», 2009. — 328 с.
- Прогнозирование, мониторинг и предупреждение возникновения источников возгорания горючего материала в электрифицированных помещениях [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.26.01 / Солёная Оксана Ярославовна ; ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет". – Донецк, 2014. – 215 с.
- 2012 Protective Relay School webinar series,
Introduction to protection & control (2012)
. - ГОСТ Р МЭК 60949-2009. Расчет термически допустимых токов коротко-го замыкания с учетом неадиабатического нагрева. — введ. 26.06.2009 — М.: Госстандарт России — 12 с.
- Правила устройства электроустановок. – М.: Кнорус, 2015. – 488 с.
В настоящее время на кафедре ЭПГ разрабатывается защита на основе микроконтроллера STM32F103, датчиков прямого и обратного тока использующих эффект Холла, структурная схема которой пред-ставлена на рис. 4.
Рис. 4 – Структурная схема микропроцессорной защиты. Обозначе-ния: ДТф, ДТн – датчики фазного и нулевого токов; МК – микроконтроллер семейства STM; БП – блок питания; S1 – контактор; Zн – нагрузка; КП – кнопка «ПУСК»; И1, И2, И4, И5 – элементы индикации; X1,X2,X3,X4 – клеммы подключения нагрузки; Rx, Tx - выводы последовательного интерфейса стандарта UART.