Szkoła Główna Służby Pożarniczej
ELEKTROENERGETYCZNE ZAGROŻENIA POŻAROWE
Praca na temat : „ZAGROŻENIE POŻAROWE DLA WYBRANYCH URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA” „ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE ELEKTRYCZNYCH URZĄDZEŃ PRZECIWWYBUCHOWYCH ORAZ ZASADY ICH STOSOWANIA” Wykonał: st. asp. Piotr Kozłowski ZSI-28 Pluton I
st.asp. Eryk GÓRSKI	ZSI - 27 Pluton - 3

Wytwarzanie i rozdział energii elektrycznej

Energia elektryczna wytwarzana jest w elektrowniach, a następnie przesyłana do różnego rodzaju odbiorców. Głównym odbiorcą energii jest przemysł. Zespół urządzeń do wytwarzania, przesyłu, przetwarzania, rozdziału i użytkowania energii elektrycznej nazywa się układem lub systemem energetycznym.

Do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych służą turbogeneratory, a w elektrowniach wodnych - hydrogeneratory.

Znamionowymi napięciami wytwarzania są napięcia: 6, 3, 10,5, i 15,75kV.

Wartości tych napięć są ograniczone wytrzymałością elektryczną izolacji generatorów.

Do przesyłania energii elektrycznej służą linie energetyczne. Linie energetyczne dzielą się na przesyłowe i rozdzielcze. Przy przesyłaniu energii powstają w linii przesyłowej straty energii, które są tym mniejsze, im wyższe jest napięcie przesyłania, wobec czego przesyłanie na duże odległości odbywa się przy napięciu wyższym od napięcia wytwarzania, dzięki zastosowaniu transformatorów. Linie rozdzielcze doprowadzają energię elektryczną do punktów odbioru położonych blisko źródła energii lub stacji transformatorowo- rozdzielczej.

Linie i stacje tworzą sieci elektroenergetyczne. W zależności od wartości napięcia, przy jakim przesyłana jest energia rozróżnia się:

- sieci rozdzielcze niskiego napięcia 380/220 V,

- sieci rozdzielcze wysokiego napięcia 15 k V lub 6 k V,

• sieci rejonowe ~średnio wysokich napięć 30 kV lub 60 kV, sieci okręgowe o napięciu 110kV, które mają za zadanie powiązać najważ­niejsze elektrownie okręgu energetycznego oraz dostarczyć energię do stacji transformatorowych zasilających sieci rejonowe,

• sieci państwowe o napięciu 220 kV, które wiążą okręgi energetyczne i zapewniają wzajemną wymianę mocy między nimi.,

• sieci międzypaństwowe o napięciu 380 kV, łączące kraje systemu gospodarczego.

W zależności od sposobu prowadzenia linie energetyczne dzieli się na:

• napowietrzne,

• podziemne ,

• wnętrzowe.

Linie napowietrzne są prowadzone za pomocą gołych przewodów umocowanych na izolatorach umieszczonych wraz z konstrukcją wsporczą na słupach. Konstrukcje słupów są drewniane, prefabrykowane, żelbetowe lub stalowe. Linie podziemne są to linie kablowe, ułożone w ziemi.

Linie wnętrzowe są wykonywane w budynkach za pomocą kabli i przewodów gołych, umocowanych na izolatorach lub przewodów izolowanych.

Ze wzglądu na napięcie robocze urządzenia elektroenergetyczne dzieli się na urządzenia niskiego i wysokiego napięcia. Do urządzeń niskiego napięcia zalicza się urządzenia, w których napięcie wzglądem ziemi w dowolnych punktach obwodów prądowych nie przekracza długotrwale 250 V. Najbardziej rozpowszechnionymi urządzeniami niskiego napięcia są urządzenia pracujące w układzie trójfazowym 380/220 V z uziemionym punktem zerowym.

Do urządzeń wysokiego napięcia zalicza się wszystkie pozostałe urządzenia, nie zaliczone do urządzeń niskiego napięcia. Urządzenia wysokiego napięcia dzieli się na:

- urządzenia na napięcia do l kV,

- urządzenia na napięcie powyżej l kV.

Przemysłowe odbiory energii elektrycznej niewielkich mocy buduje się na napięcia znamionowe 220, 380 i 660 V, a dla mocy powyżej 200 kW - na napięcie znamionowe 6 kV. Większość odbiorów bytowych buduje się na napięcie 220 V.

Energia elektryczna wytwarzana w elektrowniach jest przesyłana za pomocą linii przesyłowych do stacji elektroenergetycznych. Stacja elektroenergetyczna jest to zespół urządzeń, których głównym zadaniem jest przetwarzanie lub rozdział, albo przetwarzanie i rozdział energii elektrycznej.

Rozdzielnia elektroenergetyczna jest to wyodrębniona część stacji elektroener­getycznej składająca się z urządzeń rozdzielczych i aparatury pomiarowej, przystosowanych do tego samego napięcia znamionowego. Rozdzielnie stanowią ogniwo pośrednie w procesie przepływu energii elektrycznej od źródła zasilania (prądnicy, transformatora) do odbiorników. W zależności od napięcia istnieje podział stacji i rozdzielni do l kV I powyżej l kV. Ze względu na umieszczenie i rodzaj zastosowanych urządzeń dzielą się one na wnętrzowe I napowietrzne. Rozdzielnie napowietrzne w naszych warunkach są wykonywane przeważnie na napięcie od 30 kV, jako tańsze od rozdzielni wnętrzowych. Rozdzielnie wnętrzowe wykonywane są dla napięć poniżej 30 kV, a przy wyższych napięciach tylko wówczas, gdy rozwiązane napowietrzne jest niewskazane lub niemożliwe.

Pod względem przeznaczenia rozdzielnie dzielą się na rozdzielnie elektrowniane, systemowe, miejskie i przemysłowe. Niezbędną częścią rozdzielni są rozdzielnice. Rozdzielnicą określa się urządzenie o odrębnych częściach wsporczych, służące do rozdziału energii elektrycznej. Najistotniejszą częścią rozdzielnicy są szyny zbiorcze, do których przyłącza się linie zasilające i odbiorcze (dopływy i odpływy).

W rozdzielnicach grupuje się również odpowiednie urządzenia łączące, ste­rownicze, pomiarowe i sygnalizacyjne w celu umożliwienia szybkiego i niezawodnego wykonywania czynności łączeniowych i możliwie szybkiego stwierdzenia aktualnego stanu połączeń. W zależności od sposobu wykonania części wsporczych i osłony części będących pod napięciem, rozdzielnice na napięcie do l kV można podzielić na następujące typy:

- rozdzielnice tablicowe (nazywane potocznie tablicami rozdzielczymi) w postaci płyt z materiału izolacyjnego lub z blachy stalowej, na której mocowane są przyrządy rozdzielcze za pomocą sworzni i śrub;

- rozdzielnice szkieletowe, posiadające ramy z kształtowników stalowych, na których mocuje się szyny zbiorcze i aparaty;

- rozdzielnice bezszkieletowe, wykonane z odpowiednio wygiętych blach sta­lowych, do których mocuje się wszystkie przyrządy i przewody;

- rozdzielnice skrzynkowe, okapturzone, złożone ze skrzynek zawierających urządzenia rozdzielcze;

- rozdzielnice szufladowe (kostkowe), posiadające łatwo wymienne zestawy łączników.

Rozdzielnice tablicowe izolacyjne wykonuje się przeważnie dla obwodów oświetleniowych oraz dla obwodów siłowych niewielkich mocy, gdzie prąd szyn zbiorczych nie przekracza 200 A. Wszystkie przyrządy rozdzielcze montuje się na tablicy, a połączenia między przyrządami wykonuje się za tablicą przewodami miedzianymi o przekroju nie mniejszym niż 1,5 mm² lub — przy większych prądach — prętami płaskimi. Rozdzielnice tablicowe przymocowuje się do ścian za pomocą kotw lub kątowników stalowych osadzonych w murze; odstąp miedzy murem a tablicą powinien być taki, aby części gole, będące pod napięciem, znajdujące się w odległości co najmniej 15 mm od muru. Aby zapobiec przypadkowym dotknięciom części pod napięciem, rozdzielnice osłania się pokrywami z blachy lub umieszcza się we wnękach zaopatrzonych w drzwiczki z blachy stalowej .

Rozdzielnice szkieletowe znalazły zastosowanie w obwodach o dużych prądach roboczych. W rozdzielnicach tych łączniki i inne przyrządy montuje się ramie ze zwykłych kształtowników stalowych. Napędy łączników, przyciski sterownicze, przyrządy pomiarowe, lampki sygnalizacyjne i schematy połączeń umieszcza się na blasze stalowej stanowiącej frontową część rozdzielnicy. Rozdzielnice takie wykonuje się jako wolno stojące, przyścienne, naścienne i zamknięte. Rozdzielnice zamknięte, zwane inaczej szafami rozdzielczymi, mają, wszystkie ściany z blachy stalowej.

Rozdzielnice skrzynkowe są przeznaczone do rozdziału energii elektrycznej w sieciach przemysłowych niskiego napięcia. Części składowe tych rozdzielnic, w postaci skrzynek zawierających aparaturę rozdzielczą, są wykonane z żeliwa, blachy stalowej lub materiału izolacyjnego i połączone za pomocą śrub. O roz­powszechnieniu się tych rozdzielnic zadecydowały ich duże zalety, jak: przejrzystość układu, pewność ruchu, bezpieczeństwo obsługi, wystarczająca odporność na uszkodzenia mechaniczne oraz niewielkie wymiary. Ta ostatnia zaleta pozwala na umieszczenie rozdzielnic bezpośrednio obok maszyn lub stanowisk pracy.

Sieć elektroenergetyczną w zakładach przemysłowych dzieli się na zasilającą i rozdzielczą. Linie sieci zasilającej kończą się na szynach zbiorczych głównej stacji rozdzielczej lub transformatorowej. Sieć rozdzielczą można podzielić na sieć o napięciu ponad l kV i sieć o napięciu do l kV. Na rys. 7 podany jest przykładowo schemat sieci elektroenergetycznej zakładu przemysłowego. Do zakładu energia elektryczna jest doprowadzona na wysokim napięciu, najczęściej 15 kV. W głównej stacji elektroenergetycznej energia jest transformowana na napięcie 6 kV. Z szyn 6 kV energia przechodzi do rozdzielni zasilających silniki wysokonapięciowe oraz do stacji obniżającej napięcie do 0,4 kV w układzie czteroprzewodowym (z przewodem zerowym). Ze stacji tej zasila się odbiory niskiego napięcia.

W celu ujednolicenia w skali krajowej wymagań dotyczących pewności ruchu i związanych z tym rozwiązań zasilania wprowadzony został podział odbiorników na trzy kategorie:

Kategoria I — odbiorniki, w których przerwa w zasilaniu pociąga za sobą duże straty materialne hub powoduje niebezpieczeństwo dla ludzi. Odbiorniki, kategorii I dzieli się na dwie podgrupy (la i Ib) w zależności od tego czy konieczne jest natychmiastowe samoczynne włączenie do rezerwowego źródła zasilania lub, czy czas dopuszczalnej przerwy umożliwia włączenie ręczne. Zakłady przemysłowe, w których są zainstalowane odbiorniki I kategorii, należy zasiać z dwóch niezależnych źródeł energii elektrycznej.

Kategoria II — odbiorniki, których postój powoduje tylko zmniejszenie produkcji.

Kategoria III — pozostałe odbiorniki.

W najtańszym i najmniej pewnym w działaniu układzie z pojedynczym zasilaniem z jednego źródła rozdział energii między stacją transformatorowo-rozdzielczą i odbiorami może odbywać się w układzie sieciowym promieniowym, magistralnym (rozgałęzionym) tub szeregowym. W układzie promieniowym (rys. 8) do każdego odbioru doprowadzona jest oddzielna linia ze źródła zasilania. Układ magistralny obwodu włącza się ręcznie lub automatycznie obwód drugi. Automatyczne włączenie drugiego obwodu nazywa się samoczynnym załączeniem rezerwy (SZR).

Sieć oświetleniowa zakładów przemysłowych może być zasilana trzema spo­sobami:

1) z przewidzianych specjalnie do tego celu transformatorów,

2) oddzielnymi liniami ze wspólnych transformatorów dla oświetlenia i pozostałych odbiorców,

3) wspólnymi liniami zasilającymi.

Rozwiązanie pierwsze ma największą niezawodność oświetlenia, ale jest najkosztowniejsza i stosuje się je, gdy odbiorniki o bardzo zmiennym obciążeniu powodują stałe, niedopuszczalne dla oświetlenia wahania napięcia (migotanie) lub nawet gdy krótkotrwała przerwa w oświetleniu może spowodować zagrożenie życia ludzkiego albo awarię w procesie produkcyjnym.

Zagrożenia pożarowe od transformatorów.

Pożary w stacjach transformatorowych odznaczają się pewną specyfikacją. Polega ona na możliwości szybkiego rozwoju pożaru wskutek ilości napełnionej olejem aparatury.

Charakterystyczną cechą pożarów transformatorów jest okoliczność, że w większości przypadków w początkowej fazie pożaru następuje częściowe lub całkowite zniszczenie obudowy transformatora, przepustów prądu wysokiego napięcia lub zbiornika z olejem. Wyciekający wówczas olej transformatorowy ulega zapaleniu, a transformator jest źródłem intensywnie palącego się oleju. Transformatory o mocy od 100 - 500 MVA zawierają od 60 do 100 ton oleju. Łatwo więc sobie wyobrazić jakie rozmiary taki pożar może osiągnąć.

Zagrożenia jakie występują podczas stanów awaryjnych są spowodowane najczęściej poprzez:

• cieplne działanie prądu,

• dynamiczne działanie prądu,

• prądy wirowe,

• rezystancję zestyków,

• zwarcia i przeciążenia

• brak odprowadzania ciepła,

• wyładowania atmosferyczne,

• przyczyny mechaniczne.

Cieplne działanie prądu.

Prąd elektryczny przepływając przez przewód powoduje generowanie się w nim ciepła, a tym samym wzrost jego temperatury. Ciepło to jest związane ze stratami energii elektrycznej, głównie na skutek istnienia rezystancji przewodu, a ponadto zjawiska naskórkowości i zbliżenia.

Temperatura, do jakiej nagrzeje się przewód, zależy od ilości wydzielonego ciepła oraz od warunków chłodzenia, intensywności chłodzenia. Biorąc pod uwagę duże moce jakie przenosi transformator wysokich napięć, należy się liczyć z dużymi ilościami wydzielanego ciepła i zapewnić jak najlepsze warunki chłodzenia w szczególności w sytuacjach awaryjnych.

Instalacje przemysłowe i mieszkalne

W zależności od charakteru odbiorników energii elektrycznej, instalacje elektro­energetyczne dzieli się na oświetleniowe i siłowe. Do instalacji oświetleniowych zalicza się urządzenia zasilające źródła światła oraz instalacje urządzeń grzejnych (małej mocy) w gospodarstwach rolnych i budynkach mieszkalnych. Do instalacji siłowych zalicza się urządzenia zasilające silniki elektryczne i przemysłowe urządzenia grzejne. W zależności od miejsca zamontowania instalacje można podzielić na:

- instalacje w budynkach nieprzemysłowych (mieszkalnych, biurowych, szkolnych, szpitalnych itp.);

• instalacje przemysłowe (w zakładach przemysłowych), rolnicze, górnicze itp.

Od instalacji elektroenergetycznych wymaga się, by zapewniały one bezpie­czeństwo personelu obsługującego lub użytkującego, bezpieczeństwo pożarowe i wybuchowe, wymagany stopień niezawodności zasilania odbiorników oraz dobre warunki pracy pod względem higienicznym. Pod względem sposobu wykonania rozróżnia się instalacje pod tynkiem, w tynku oraz na tynku.

W skład instalacji odbiorczej wchodzą przewody oraz elementy, za pomocą których dokonuje się zmiany połączeń w obwodach (zamyka, przerywa i przełącza się obwody), reguluje się przepływ energii, sygnalizuje się stan obwodów, łączy i umocowuje się. szyny i przewody. Elementy te nazywa się sprzętem instalacyjnym.

Wpływ urządzeń zabezpieczających w instalacjach elektrycznych na zagrożenie pożarowe

Instalacje elektryczne wykonane zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami, podczas eksploatacji mogą powodować zagrożenie zarówno dla życia ludzi i zwierząt jak i też dla mienia. Szczególnym zagrożeniem mogą być pożary zainicjowane od urządzeń i instalacji elektrycznych. Aby maksymalnie ograniczyć wszelkiego rodzaju zagrożenia pochodzące od instalacji elektrycznych konieczne jest stosowanie różnego rodzaju zabezpieczeń (ochrony). Polskie Normy przewidują konieczność zastosowania następujących ochron:

a) przepięciowej,

b) przed skutkami oddziaływania cieplnego,

c) przed prądem przetężeniowym,

d) ochrona instalacji niskiego napięcia w przypadku doziemienia po stronie wysokiego napięcia,

e) przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi,

f) przed spadkiem napięcia.

Wszystkie wymienione powyżej rodzaje ochron (zabezpieczeń) w spo­sób pośredni bądź bezpośredni wpływają na zagrożenie pożarowe.

W trakcie eksploatacji instalacji elektrycznych mogą wystąpić zjawiska, które są szczególnie niebezpieczne pod względem możliwości zainicjo­wania pożaru. Są to najczęściej:

a) cieplne dzialanie prądu elektrycznego,

b) zwarcie,

c) luk elektryczny,

d) przeciążenie,

e) iskrzenie,

f) prądy upływu.

W każdym przypadku przepływowi prądu elektrycznego przez prze­wodnik o określonej oporności towarzyszy wydzielanie się ciepła. Ilość ciepła jest zależna od wielkości natężenia prądu, oporności prze­wodnika i czasu przepływu. Instalacja elektryczna musi więc być tak zaprojektowana i wykonana aby podczas jej eksploatacji ilość wydzie­lanego ciepła nie powodowała wzrostu temperatury powyżej tempe­ratury dopuszczalnej. Najwyższa temperatura jaką może posiadać przewód podczas przepływu prądu nie powinna przekraczać wartości granicznej. W praktyce wyróżnia się trzy wielkości temperatur uzależ­nione od czasu ich występowania:

1) temperatura dopuszczalna przejściowo - temperatura, do której przewód obciążony prądem może nagrzewać się w czasie ogra­niczonym do 24 godzin w roku,

2) temperatura dopuszczalna długotrwale - temperatura, do której może nagrzewać się w czasie nieograniczonym przewód obcią­żony prądem,

3) temperatura dopuszczalna przy zwarciach - temperatura, do której przewód może się nagrzewać w bardzo krótkim czasie, ograniczo­nym prądem zwarcia.

W przypadku wystąpienia stanu awaryjnego powodującego przepływ prądu znacznie przekraczającego wartość znamionową, bezpieczeń­stwo pożarowe powinny zapewnić odpowiednio dobrane zabezpie­czenia. Zabezpieczenia takie przede wszystkim powinny nie dopuścić do uszkodzenia chronionej instalacji elektrycznej a w konsekwencji wyeliminować możliwość powstania pożaru. Najbardziej niebezpie­cznym zjawiskiem z punktu widzenia zagrożenia pożarowego jest zwarcie elektryczne. Przepływ prądu zwarciowego ze względu na działanie cieplne oraz dynamiczne jest bardzo niebezpieczny dla instalacji i urządzeń elektrycznych. Zjawisku zwarcia w większości przypadków towarzyszy luk elektryczny, który z uwagi na wysoką temperaturę (3000 - 15000 °C) powoduje największe zagrożenie pożarowe. Podstawowym celem stosowania urządzeń zabezpieczają­cych w instalacjach elektrycznych jest przede wszystkim ochrona życia ludzi oraz zwierząt a także ochrona samych instalacji i urządzeń elektrycznych. Prawidłowy dobór zabezpieczeń oraz zgodna z prze­pisami ich eksploatacja i konserwacja, a także prowadzone okresowo przeglądy i pomiary instalacji i urządzeń elektrycznych w znacznym stopniu poprawiają bezpieczeństwo pożarowe obiektu. Głównymi środkami ochrony dobieranymi w sposób umożliwiający spełnienie wymagań funkcjonalnych i ekonomicznych oraz zapewniający prawi­dłową ochronę i pracę instalacji elektrycznych są urządzenia nadprądowe w postaci:

a) bezpieczników topikowych,

b) wyłączników instalacyjnych nadprądowych,

c) wyłączników różnicowoprądowych.

Należy podkreślić, że funkcje ochronne mają priorytet przed wzglę­dami funkcjonalnymi lub ekonomicznymi.

W przypadku pożarów powodowanych przez urządzenia elektryczne, dość często występuje związek pomiędzy przyczyną pożaru a stanem technicznym zabezpieczeń chroniących instalację będącą inicjatorem pożaru. Do najczęściej występujących przypadków, które mają wpływ na powstanie pożaru, należy nieprawidłowy sposób naprawy bezpie­czników topikowych. Najczęściej naprawa taka sprowadza się do zastą­pienia oryginalnego elementu topikowego przewodnikiem o innej charakterystyce czasowo-prądowej.

1

2

---