Рассмотрена природа неисправностей типа "искрение" в электросетях и электроустановках — частая причина возгораний. Предлагается новый способ предупреждения пожара, базирующийся на использовании в качестве контролируемого параметра величины переходного сопротивления, и прибор, в основу которого положен этот принцип.
Одной из важнейших задач предприятий, эксплуатирующих взрывоопасные или пожароопасные объекты, является снижение угрозы возникновения взрывов или пожаров из-за неисправностей в электрической сети или электроустановках. Пожар или взрыв на таких предприятиях приводит к колоссальному материальному и моральному ущербу, гибели и увечью людей.
Согласно официальной статистике, из-за неисправностей в электрооборудовании в России каждый год происходит до 40 % всех пожаров. При этом до 80 % из них происходят из-за отсутствия способов обнаружения неисправностей, связанных с некачественным монтажом элементов электрических сетей и силового электрооборудования, приводящим к нарушению контакта или целостности цепи, вызывающих искрение в местах их появления.
В качестве примеров опасного проявления искрения можно привести всем известные случаи нагрева корпусов штепсельных разъемов до обжигающей температуры, спекание контактов электрической розетки или коммутационного аппарата, угрожающее сверкание снопов искр в местах соединения электрических проводов, специфическое шипение или потрескивание в соединениях работающих электроприемников, невидимый местный нагрев проводов за обшивкой стен и потолков, вызывающий их возгорание и другие подобные случаи.
Особую опасность искрение представляет для пожаро- и взрывоопасных объектов.
Характерным признаком неисправностей типа "искрение" являются относительно малые токи, непосредственно приводящие к возгоранию в электрических сетях или электроустановках. Природа искрения объясняется образованием переходного сопротивления в местах соприкосновения подвижных и неподвижных контактов коммутирующих элементов (реле, выключателей, разъединителей и др.), а также в местах соединения проводов, шин, фидеров и подключения в электросеть различных элементов (соединительных коробок, штекерных соединений, электрических ламп, плавких вставок и т.д.).
Так как протекающие через переходное сопротивление токи не превышают штатные токи нагрузки, то существующие способы защиты (от коротких замыканий и токов перегрузки) к подобным неисправностям нечувствительны. Нечувствительны к подобным неисправностям и известные методы защитного отключения, так как природа возникновения искрения не связана с изменением сопротивления изоляции проводов.
Часто встречающееся утверждение о том, что пожар возник по причине короткого замыкания или из-за перегрузки в сети, как правило, не соответствует действительности, так как применяемые автоматы защиты от короткого замыкания и токов перегрузки при соблюдении элементарных требований их эксплуатации достаточно надежны в работе. Скорее всего возгорание произошло именно из-за искрения в электропроводке при токе нагрузки, не превышающем допустимое значение. В этом случае указанные способы защиты просто бессильны.
Известный метод выявления неисправности в цепи электропроводки, основанный на использовании принципа измерения теплового выделения в месте ее проявления, также недостаточно эффективен. Во-первых, он реагирует на уже состоявшийся процесс нагревания места неисправности, а не предупреждает об этом заранее. Во-вторых, что особенно важно, он носит местный характер и не обеспечивает непрерывный контроль любой точки электрической сети или электроустановки.
В силу сказанного существующие технические решения не способны предотвратить неизбежные в рассмотренных случаях возгорания. Они не позволяют обнаружить изменение переходного сопротивления до опасного значения и сформировать сигнал пожаро- или взрывопасности или команду на автоматическое отключение электрической сети (электроустановки). Последнее со временем приводит к повышенному выделению тепловой энергии в области переходного сопротивления, что и является первопричиной возникновения пожара. Нередко причиной пожара является образование переходного сопротивления в местах обрыва электрических жил проводов.
В настоящее время появился новый способ предупреждения пожара, который задолго до начала активного тепловыделения в месте неисправности позволяет выявить предпосылку к пожару, тем самым предупредив о возможности его проявления.
Рис. 1. Контроль параметра Zпepex переходного сопротивления
Способ базируется на использовании в качестве контролируемого параметра величины переходного сопротивления и реализуется путем измерения тока высокочастотного спектра, являющегося функцией этого сопротивления. При этом он обеспечивает непрерывный контроль всего участка сети или электроустановки, расположенного за подключенным прибором, по результатам которого позволяет сформировать предупреждающий сигналили команду на отключение электрической сети (электроустановки).
Результат достигается тем, что в область контролируемых операций, определяющих пожароопасную ситуацию, вводится операция контроля параметра Znepex переходного сопротивления 1 (рис. 1), образующегося или изменяющего свое значение при неисправности в электрической сети 2 или электроустановке 3. При этом суммарная величина электрических токов второй и (или) более высоких гармоник, протекающих по электрической цепи 4, определяется данным параметром Znepex и измеряется устройством 5, структурная схема которого представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема устройства для измерения суммарной величины электрических токов второй и более высоких гармоник
Устройство содержит: блок 6 измерения суммарного тока в электрической сети 2; блок 7 формирования высокочастотного спектра сигнала (второй и (или) более высоких гармоник); блок 8 усиления сигнала выделенного высокочастотного спектра; блок 9 выпрямления усиленного сигнала; блок 10 накопления выпрямленного сигнала; блок 11 задержки; блок 12 сравнения величины накопленного сигнала с заданным (заданными) значением (значениями) с нуль-органом 13; блок 14 формирования предупреждающего сигнала (сигналов) и (или) команды на отключение электрической сети (электроустановки); исполнительный орган 15 отключения электрической сети (электроустановке); блок 16 питания (остальные обозначения см. рис. 1).
Устройство с помощью блока 6 измерения тока, выполненного в виде, например, трансформатора тока, подключено к одному из проводов электрической сети (электроустановки) в заранее выбранном месте, например, у вводного щита в склад, цех, транспортное средство и т.д.