ELEKTRO1, Praca kontrolna Nr. 1


st. asp. Roman Sularz Głowno dnia 4.04.1995 r.

ZSI 21 pl. III

Praca kontrolna Nr. 1

z przedmiotu: Profilaktyka przeciwpożarowa w elektroenergetyce

Temat: Zjawiska elektryczne stwarzające zagrożenie pożarowe.

Energia elektryczna jest jedną z form szeroko pojętej energii. Wiadomym jest, że energię można przekształcić (zmieniać) w różne jej formy. Omawiając zjawiska elektryczne stwarzające zagrożenie pożarowe należy stwierdzić, że część energii elektrycznej przepływającej w obwodach i urządzeniach elektrycznych zamienia się w energię cieplną. Energia cieplna może także wydzielać się w elementach nie należących do obwodów. Zjawisko to zachodzi na skutek oddziaływania pola elektrycznego. Ponadto ciepło może powstawać w urządzeniach i materiałach nieprzeznaczonych do przepływu prądu na skutek przypadkowego przepływu prądu, jak również ciepło wydziela się w trakcie wyładowań elektrycznych w powietrzu. Tą energię cieplną można wykorzystać jako energię użyteczną , ale bywa tak, że energia ta powoduje zagrożenie pożarowe i wybuchowe. Zjawiska elektryczne stwarzające zagrożenia pożarowe to:

- przepływ prądu przez rezystancję,

- prądy wirowe,

- prądy upływu,

- łuk elektryczny,

- prądy zwarcia,

- prądy przeciążeniowe,

- rezystancje zwiększone zestyków,

- wyładowania elektryczne w powietrzu.

1. Przepływ prądu przez rezystancję.

Wszystkie elementy przewodzące prąd charakteryzują się pewną rezystancją. Zależy ona od rodzaju materiału z jakiego dany element został wykonany oraz od jego wymiarów. Oblicza się ją wg. wzoru:

gdzie: R - rezystancja, ς - stała materiałowa,
l - długość, s - przekrój poprzeczny.

Prąd elektryczny płynący przez przewodnik powoduje jego nagrzewanie się wywołane stratami energii na rezystancji. Przy prądzie przemiennym występują jeszcze dodatkowo straty wywołane wpływem zmiennych pól magnetycznych, które rosną wraz z częstotliwością. Ciepło wydzielone w przewodniku powoduje wzrost energii wewnętrznej przewodnika, czyli wzrost temperatury. Jednak ciepło wydzielone w przewodniku nie równa się przyrostowi energii wewnętrznej przewodnika z powodu strat energii. Na podstawie tego można określić bilans energii:

Qp = Qc + Qk gdzie:

Qp - ciepło wydzielone w przewodniku,

Qc - ciepło powodujące wzrost energii wewnętrznej przewodnika,

Qk - ciepło oddane do otoczenia.

W przypadku przewodu powyższy bilans energetyczny można zapisać w postaci:

gdzie:

P - moc tracona w przewodniku [W],

t - czas [s],

l - długość rozpatrywanego odcinka przewodu [m],

s - przekrój przewodu [m2],

S - powierzchnia zewnętrzna jednostki długości przewodu [m2/m],

c - ciepło właściwe materiału przewodowego [J/m3 * oC]

k - współczynnik oddawania ciepła [W/m2 * oC],

ν - temperatura przewodu [oC],

νo - temperatura otoczenia [oC].

Moc traconą w przewodniku można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

kd - współczynnik strat dodatkowych, wywołany wpływem pół magnetycznych,

ς - rezystywność materiału przewodowego [Ω * m]

I - natężenie prądu [A].

Podstawiając powyższą zależność do bilansu energetycznego otrzymamy:

Przekształcając powyższe wyrażenie otrzymujemy równanie różniczkowe liniowe pierwszego rzędu w postaci:

T - jest to cieplna stała czasowa i jest dodatnia

Rozwiązując powyższe równanie różniczkowe, przy uwzględnieniu warunku początkowego t = 0, ν = νp można obliczyć wzrost temperatury przewodu ponad temperaturę otoczenia:

Do elementów posiadających właściwości zamiany energii elektrycznej w ciepło oprócz oporników należą również cewki, uzwojenia transformatorów, silników, generatorów, przewody, kable, linie przesyłowe itp. Jak już na wstępie wspomniałem ciepło to może być użyteczne (grzejniki), może być traktowane jako ciepło strat odprowadzane do otoczenia (przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie).

Wydzielające się ciepło powoduje wzrost temperatury urządzenia. Wzrost ten nie może przekroczyć wartości dopuszczalnych, tj. takich, które nie powodują zniszczenia i przyśpieszonego zużycia urządzeń. Ponadto nadmierna temperatura może być przyczyną uszkodzenia połączeń stykowych. W końcowych przypadkach może nastąpić zapalenie się izolacji lub materiałów palnych znajdujących się w pobliżu urządzeń elektrycznych.

2. Prądy wirowe

W urządzeniach takich jak transformatory, silniki, generatory stosuje się materiały ferromagnetyczne. Jest to przeważnie stal i jej stopy. Wykorzystywanie w tych urządzeniach zmiennego strumienia elektromagnetycznego powoduje powstanie sił elektromagnetycznych. Siła ta powstaje w uzwojeniu i w rdzeniu. Pod upływem zaindukowanego w rdzeniu napięcia powstają prądy, zamykające się w całej objętości rdzenia i mogą one przybierać duże wartości. Ze względu na kołowy kształt drogi ich przepływu, nazwano je prądami wirowymi. Moc wytworzona przez prądy wirowe wydziela się w postaci ciepła co powoduje wzrost temperatury rdzenia. Szkodliwe działanie prądów wirowych można ograniczyć wykonując rdzenie z cienkich blach magnetycznych odizolowanych od siebie (papier, lakier, emalia izolacyjna) i ułożonych swą płaszczyzną prostopadłe do drogi zamykania się tych prądów. Innym sposobem jest zwiększenie rezystywności materiału rdzenia. Uszkodzenie izolacji między blachami rdzenia może spowodować stopienie i zespawanie się tych blach. Występuje przy tym wydzielanie się bardzo dużej ilości ciepła co powoduje niebezpieczeństwo powstania pożaru (np. zapalenie się oleju w transformatorach). Prądy wirowe mogą powstrzymać także w metalowych płaszczyznach kabli jednofazowych.

3. Prądy upływu.

Prąd upływu jest to prąd czynny płynący w izolacji układów pojemnościowych na skutek jej niedoskonałości. Jest to też prąd płynący do ziemi przez pewną rezystancję niezależnie od prądu roboczego. Prądy te mogą wywołać długotrwałe iskrzenie i nagrzewać miejsca przez które płyną. Zabezpieczenie przed skutkami prądów upływu to stosowanie dodatkowych, dobrych uziemień wszystkich metalowych części i konstrukcji urządzeń. Należy także kontrolować stan uziemień i stan izolacji przewodów.

4. Prądy zwarcia.

Prądy zwarcia występują wtedy gdy nastąpi zwarcie. Ze zwarciem mamy do czynienia w następujących przypadkach: przy połączeniu bezpośrednim nazywane zwarciem metalicznym, przy połączeniu przez łuk elektryczny nazywane zwarciem łukowym lub przy połączeniu przez przedmiot o bardzo małej rezystancji punktów obwodu elektrycznego należących do różnych faz albo przez połączenie jednego czy większej liczby takich punktów z ziemią nazywane zwarciem doziemnym. Prąd zwarcia jest to prąd o przebiegu krótkotrwałym i o wartości przekraczającej zwykle wielokrotność wartość prądu znamionowego. Prądy te mogą wywołać w urządzeniach szkodliwe działanie cieplne lub dynamiczne. Wartość tego ciepła zależy od kwadratu prądu i czasu jego przepływu. Zapobieganie przed działaniem prądów zwarcia polega na eliminowaniu przyczyn powodujących zwarcia i ograniczaniu skutków zwarć już powstałych. Aby eliminować przyczyny należy dobierać właściwe izolacje i odstępy między częściami urządzeń przewodzących prąd, a także należy właściwie dbać o dobry stan izolacji i stosować szybko działające zabezpieczenia, które szybko wyłączyłby zagrożone obwody.

5. Łuk elektryczny.

Łuk elektryczny jest to silnie zjonizowany (przewodzący) gaz, występujący pomiędzy dwoma elektrodami ( styki wyłącznika pod napięciem). Największe niebezpieczeństwo pożarowe stanowi łuk elektryczny, który może palić się przy zwarciach. Może być tak, że rezystancja łuku będzie stosunkowo duża i prąd zwarciowy będzie miał tak małą wartość, że nie zadziałają zabezpieczenia. Łuk może powstać także między przewodem jednej fazy a konstrukcją stalową słupa na którą ten przewód spadł, albo między konstrukcją a ziemią. Niebezpieczeństwo pożarowe wynika z dużej temperatury łuku.

6. Prądy przeciążeniowe.

Prądy przeciążeniowe są to takie prądy płynące przez urządzenia elektryczne, których wartość przekracza od kilku do kilkuset razy prąd znamionowy tego urządzenia. W związku z takim stanem temperatura urządzenia np. kabla przekracza dopuszczalną granicę. Przekroczenie temperatur granicznych wiąże się ze zmianą właściwości materiałów izolacyjnych. Szczególnie podatne na te zmiany są materiały pochodzenia organicznego takie jak PCV, polietylen, guma. Wysoka temperatura powoduje powstawanie zmian chemicznych (utlenianie się, zwęglanie się) i zmian w wytrzymałości mechanicznej. W sytuacjach ekstremalnych stany takie mogą doprowadzić do zapalenia się izolacji lub materiałów palnych znajdujących się bardzo blisko tej izolacji.

7. Rezystancje zwiększone zestyków.
Wszystkie działające urządzenia elektryczne muszą być połączone ze źródłem energii elektrycznej, a czasami między sobą. Takie połączenia przewodzące prąd nazywamy zestykami, które dzielą się na rozłączne i nierozłączne. Zestyki charakteryzują się skończoną wartością rezystancji, która zależy od przewężenia przekroju i obecności warstw zewnętrznych (absorbcyjnej i nalotowej). Z wymienionych wyżej czynników rezystancji na jej wartość największy wpływ ma powstawanie warstwy nalotowej (korozja). Zwiększenie rezystancji zestyku powoduje wzrost temperatury zestyku, co dalej powoduje zwiększanie korozji. Aby zapobiec powstawaniu korozji stosuje się powlekanie łączonych końcówek srebrem, a niekiedy cyną lub niklem. Inny sposób to stosowanie takich konstrukcji zestyków rozłącznych, które powodują samoczynne oczyszczenie styków z warstwy korozyjnej. Rezystancja zestykowa zależy również od siły docisku zestyku. Najbardziej niebezpieczne pod względem niebezpieczeństwa pożarowego jest łączenie mechaniczne przewodów miedzianych z aluminiowymi. Wynika to ze specyficznych właściwości aluminium, którymi są: duża rozszerzalność cieplna, niewielka sprężystość oraz wytrzymałość na zerwanie, skłonność do stałych odkształceń, duża szybkość utleniania się i duża rezystywność tlenków oraz mała odporność na korozję.

8. Wyładowania elektryczne w powietrzu.

Przeskok iskry w powietrzu jest jednym z rodzajów wyładowania elektrycznego. Powietrze jest jednym z materiałów izolacyjnych i nie ma zdolności przewodzenia prądu elektrycznego, jednak silne pole elektryczne może spowodować jego przebicie i utratę właściwości izolacyjnych. Przebicie takie następuje przy natężeniu pola elektrycznego o wartości ok. 30 kV/cm. Sytuacja taka może powstać w przypadku zbliżenia się dwóch przewodów linii napowietrznej będących pod napięciem lub jednego przewodu linii pod napięciem do ziemi. W obwodach elektrycznych najczęściej spotkać się można z wyładowaniem iskrowym we wszelkiego rodzaju łącznikach przy przerywaniu i wyłączeniu prądu. Energia tych wyładowań jest dość duża i powoduje ona duże zagrożenie pożarowe oraz wybuchowe.

- 2 -



Wyszukiwarka