Кафедра ПБТПиП Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Тема № 2: «Пожарная безопасность
электрических сетей»

Практическое занятие № 2.3:
«Назначение и классификация
аппаратов защиты»
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:
Изучить назначение, принцип действия предохранителей, автоматических воздушных выключателей, тепловых реле.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Плавкие предохранители.
2. Автоматические выключатели.
3. Тепловые реле.
4. Требования к аппаратам защиты.

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

ЛИТЕРАТУРА
Основная:

1. Агунов М.В., Маслаков М.Д., Пелех М.Т. Пожарная безопасность электроустановок: Учебное пособие.- СПб.: Санкт-Петербурский университет ГПС МЧС России, 2010.– 106 с.

Дополнительная:
1. Маслаков М.Д., Скрипник И.Л. Пожарная безопасность электроустановок: Методические рекомендации по выполнению курсового проекта для курсантов очного и слушателей заочного обучения по специальности 280104.65 – “Пожарная безопасность” / Под. общей редакцией В.С. Артамонова.– СПб.: Санкт - Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2010.– 67 с.
2. Черкасов В.Н., Зыков В.И. Обеспечение пожарной безопасности электроустановок: учебное пособие.– М.: ООО “Издательство “Пожнаука”, 2010.– 406 с.
3. Собурь С.В. Пожарная безопасность электроустановок: Справочник.– М.: Пожкнига, 2003.- 280 с.
4. Сибикин Ю.Д. Электробезоасность при эксплуатации электроустановок промышленных предприятий: Учебник/ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин.– М.: ПрофОбрИздат, 2002.– 240 с.

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

НОРМАТИВНЫЕ ПРАВОВЫЕ АКТЫ
  1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г № 123 – Ф3 “Технический регламент о требованиях пожарной безопасности”.
2. Постановление правительства Российской Федерации от 24.02.2010 № 86. Технический регламент о безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах.
 ГОСТ, НПБ, ППБ, РД, ВППБ, СНиП
3. Правила устройства электроустановок.-7‑е изд., перераб. и доп.– 2009.
4. ППБ-01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.
5. НПБ 242-97. Классификация и методы определения пожарной опасности электрических кабельных линий.
6. НПБ 248-97*. Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний.

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ
КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
ВАРИАНТ

№ 1
1. Классификация электропроводок.
2. Особенности проектирования и монтажа электропроводок в пожароопасных зонах.
3. Основные правила монтажа электропроводок.

ВАРИАНТ № 2
Дать определения лотка и короба.
Особенности проектирования и монтажа электропроводок во взрывоопасных зонах.
Мероприятия по снижению пожарной опасности электропроводок.

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Вопрос 1. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Аппараты защиты предназначены для обеспечения безопасности работы электрических сетей, машин, электроустановок при возникновении в них аварийных режимов (коротких замыканий, перегрузок). Однако, при неправильном монтаже и эксплуатации они сами могут быть причиной аварии, пожара и взрыва, т.к. во время их работы возникают электрические искры, дуги.
Наиболее распространенными аппаратами защиты являются:
плавкие предохранители;
воздушные автоматические выключатели;
тепловые реле;
устройства защитного отключения.
Плавким предохранителем называется устройство в котором при токе, превышающем допустимое значение, происходит расплавление плавкой вставки и размыкается электрическая цепь.
Плавкие предохранители – это аппараты защиты одноразового действия.

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ
Защитные характеристики

плавких вставок различной формы

Плавкий предохранитель типа ПР

Продолжение

1 – контактный нож; 2 – патрон;
3 – плавкая вставка

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Состав плавкого предохранителя:
а) плавкая вставка;
б) контактное устройство;
в) корпус (патрон);
г) а иногда наполнитель (тальк, кварцевый песок и т.п.) для улучшения гашения дуги и визуальный показатель срабатывания.
Принцип действия плавких предохранителей основан на том, что проходящий через плавкую вставку ток выделяет тепло в соответствии с равенством , где I - ток, проходящий через плавкую вставку, R - сопротивление плавкой вставки, t - время прохождения тока: при определенном значении тока I и времени t тепла выделяется достаточно для расплавления плавкой вставки и размыкания электрической цепи. Таким образом осуществляется защита от тока перегрузки и КЗ.
Параметры плавких предохранителей
а) номинальный ток плавкой вставки Iн.вст. – ток, на который она рассчитана при длительной работе и который указывается на ней.
б) номинальный ток предохранителя Iн.пр. – ток, равный наибольшему из Iн.вст и который указывается на предохранителе. На этот ток рассчитаны все токоведущие контактные части предохранителя;

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Продолжение

в) номинальное напряжение Uн.пр. – напряжение, соответствующее наибольшему напряжению, при котором его разрешается применять и которое указывается на предохранителе.
г) предельный ток отключения при данном напряжении Iпр. – наибольшее значение тока КЗ, при котором гарантируется надежность срабатывания (без разрушения корпуса).
Полное время отключения электрической цепи плавким предохранителем определяется временем нагревания вставки до температуры плавления, временем расплавления её и горения появляющийся при расплавлении дуги.
Зависимость полного времени отключения предохранителем цепи от относительного тока перегрузки или КЗ I/Iн.вст. называется защитной характеристикой, т.е. откл. = f(I/Iн.вст.).
Зависимость промежутка времени, в течение которого температура элемента электрической установки достигнет предельно допустимой, от отношения фактического тока в нем I к номинальному току Iн называется тепловой характеристикой этого элемента, т.е. нагр. = f(I/Iн).

τ

τ

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Сопоставление защитных характеристик плавких предохранителей с тепловыми характеристиками защищаемых элементов позволяет оценить возможность надежной защиты.

Из графика: вставка с защитной характеристикой а защищает элемент э/установки с тепловой характеристикой в при любой кратности тока, а вставка с защитной характеристикой с – только при кратностях более 4-х.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Продолжение

Надо стремится чтобы время отключения было как можно меньше при действии токов КЗ и иметь задержку при токах перегрузки. Это можно обеспечить следующим образом:
правильно выбрать материал плавкой вставки;
использовать металлургический эффект;
выбрать рациональную конструкцию.
Вставки из легкоплавких металлов (олова, свинца, цинка, алюминия) имеют малую теплопроводность, поэтому нагреваются медленно, они удобны для защиты элементов от токов перегрузки.
Вставки из тугоплавких металлов (медь, серебро) имеют малую теплоемкость и высокую теплопроводность, поэтому нагреваются быстро, дают меньшую выдержку времени при перегрузках, что ухудшает их защитные характеристики. Но они имеют большой предельный ток отключения, поэтому удобны для защиты элементов от токов КЗ.
Для снижения температуры плавления (чтоб они нагревались медленнее) применяют вставки с металлургическим эффектом, для чего в середине вставки из тугоплавкого металла напаивают шарик из легкоплавкого (олово, сплав олова с кадмием и др.).

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Продолжение

В месте напаивания шарика происходит растворение более тугоплавкого металла в легкоплавком. Такая вставка имеет лучшую защитную характеристику при токах перегрузки и меньшую температуру плавления (в 2 - 3 раза меньше температуры плавления основного металла).
С точки зрения конструктивного исполнения на защитную характеристику влияет длина (для предохранителей с U = 120 – 500 В оптимальная длина вставки составляет 70 мм) и форма вставки (вставки делают с несколькими параллельными ветвями, используют вставки с 2 – 4 короткими перешейками).
Типы предохранителей:
- пробочные (однополюсные резьбовые)
Ц-27 (600А), Ц-33 (1000 А). Используются когда требуются малые габариты распределительных устройств.
ПД, ПДС. Имеют более высокую разрывную способность (от 2000 до 15000 А), что достигается заполнением корпуса кварцевым песком, облегчающим гашение дуги. Устанавливаются непосредственно на токоведущие шины распределительных устройств;

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Продолжение

- открытые (пластинчатые). Их применение следует запрещать т.к. при их перегорании возникает опасность для личного состава и увеличивается опасность возникновения пожара. Открытые пластинчатые предохранители изготовляются на напряжение до 500 В и ток до 350 А;
- трубчатые закрытые (типа ПР - 2). Контактное устройство у них в виде латунных цилиндрических колпачков или ножевое при токах более 60 А, корпус фибровый, вставка цинковая, суженная в нескольких местах, в которых происходит перегорание вставки при КЗ, и появлении дуги, в следствии чего фибровая трубка обгорает, создается в патроне высокое давление и дуга гасится. Они устанавливаются в распределительные устройства;
закрытые трубчатые с мелкозернистым наполнителем (обычно кварцевым песком). Имеют фибровый или стеклянный цилиндрический корпус, плавкая вставка с металлургическим эффектом. К предохранителям с мелкозернистым наполнителем относятся предохранители типов СНПН, НПН, ПНБ,НПР, ПН – 2,
ПН – Р, КП.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Вопрос 2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Автоматические выключатели (автоматы)
предназначены для автоматического отключения электроустановок при токах перегрузки и КЗ, а также для их коммутации при нормальных режимах. Они широко используются в пожаро- и взрывоопасных зонах.
Состав автоматического выключателя:
корпус (состоит из пластмассы);
контактная система (заключена в дугогасительную камеру);
дугогасительное устройство (камера);
механизм свободного расцепления;
механизм управления (представляет рычаг с рукояткой. кнопку включения и отключения, обеспечивает моментальное замыкание и размыкание контактов);
расцепитель.
По типу расцепителя различают автоматы с тепловым (Т), электромагнитным (М) и комбинированным расцепителем МТ).
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластинку, включаемую в защищаемую цепь и соединенную через систему рычагов с механизмом расцепления. При возникновении в цепи перегрузки или КЗ пластинка нагревается, изгибается, вызывая срабатывание механизма свободного расцепления.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Схема автоматического выключателя (автомата)

1 – ось; 2 – защелка; 3 – нагревательный элемент; 4 – биметаллический элемент; 5 – пружина; 6 – тяга; 7 – контакты.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку электромагнита, включенную в защищаемую цепь. Сердечник электромагнита соединен с пружиной и и защелкой механизма свободного расцепления. При КЗ сердечник, преодолевая действие пружины, притягивается и освобождает защелку механизма свободного расцепления. Автомат срабатывает и отключает цепь с КЗ.

1 – подвижный контакт;
2 – отключающая пружина;
3 – рычаг;
4 – защелка;
5 – ось;
6 – упор якоря;
7 – пружина сцепления;
8 – якорь;
9 – электромагнит.

Автомат с комбинированным расцепителем содержит тепловой и электромагнитный расцепители, воздействующие на общий механизм свободного расцепления (тепловой при перегрузке, электромагнитный при КЗ).

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Защитные характеристики расцепителей

ПАРАМЕТРЫ АВТОМАТОВ

Uн.а. – номинальное напряжение – наибольшее напряжение, при котором можно применять данный автомат;
Iн.а. – номинальный ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части автомата;
Iн.тепл., Iн.эл.м., Iн.комб. – номинальный ток расцепителя – наибольший ток, на который рассчитан расцепитель для длительной работы;
Iср.тепл., Iср.эл.м. – ток срабатывания (уставки) расцепителя – наименьший ток, при котором срабатывает расцепитель Iср.тепл. = (1,25 - 1,45)Iн.тепл.,
Iср.эл.м. = (7 - 15)Iн.эл.м.;
Iпр.а. – наиболее значение тока КЗ, при котором гарантируется надежная работа автомата.
Автоматические воздушные выключатели: А 3100, А 3160, А 4100, А 3700, АП – 50.

I/Iн.эл.м.

I

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Вопрос 3. ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ

Тепловые реле применяют для защиты электродвигателей от перегрузки. В тепловых реле, встраиваемых в магнитные пускатели, нагревание биметаллического элемента происходит от тока в самом этом элементе (расцепитель с непосредственным нагревом) или в в специальном нагревательном элементе (расцепитель с косвенным нагревом или комбинированно расцепитель со смешанном нагревом).
Параметры тепловых реле такие же, как у автоматов с тепловым расцепителем, но дополнительно указывается номинальный ток нагревательного элемента Iн.э. – наибольший длительный ток при данной настройке реле, не вызывающий его срабатывании.
Iср.т.р. = (1,2 - 1,3)Iн.э.
Наибольшее применение нашли однофазные реле типа ТРП и двухфазные ТРН. Эти реле имеют сменные нагревательные элементы и возможность регулировки тока уставки в пределах 25%, что облегчает подбор реле для двигателей разной мощности.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Принцип работы теплового реле

1 – защелка; 2 – рычаг; 3 – пружина; 4 – кнопка; 5 и 6 - контакты; 7 – нагреватель; 8 – биметаллическая пластина.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Вопрос 4. ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТАМ ЗАЩИТЫ

1. Не нагреваться сверх допустимой для них температуры в условиях нормальной эксплуатации.
2. Не отключать электроустановки при кратковременных перегрузках (пусковые токи и т.п.).
3. Должны отключать сеть при длительных перегрузках с обратно зависимой от тока выдержкой времени.
4. Должны обеспечивать отключении аварийного участка при КЗ в конце защищаемой линии: при 1фазных КЗ – в сетях с заземленной нейтралью, при 2 фазных КЗ – в сетях с изолированной нейтралью.
5. Должны работать селективно, т.е. на появление токов КЗ и перегрузки должен реагировать ближайший к месту повреждения защитный аппарат по направлению к началу линии и не отключаться последующий в том же направлении.

; ; ;

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Продолжение

6. Отключающая способность Iпр. аппарата должна соответствовать токам КЗ в начале защищаемого участка.
Iпр.А > Iк.з. =

7. Надежно отключать электроустановки при аварийных режимах работы;
8. Номинальные токи Iн.вст., Iн.тепл., Iн.элм. и Iср. выбираются наименьшими по расчетным рабочим токам;
Iн.вст. > Iр; Iн.тепл. > Iр; Iн.эл.м. > Iр; IСр. > Iр
9. Устанавливаются в фазных проводах в начале сети, на участках с уменьшением сечения проводников и на всех ответвлениях.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ
Занятие №  2.3: Назначение и классификация аппаратов защиты.
Повторить следующий материал:
- материалы практического занятия № 2.3;
- классификацию проводов и кабелей, их маркировку;
- основные законы электрических цепей.
Литература:
Основная:
1. Агунов М.В., Маслаков М.Д., Пелех М.Т. Пожарная безопасность электроустановок: Учебное пособие.- СПб.: Санкт-Петербурский университет ГПС МЧС России, 2010.- 106 с.
  Дополнительная:
1. Маслаков М.Д., Скрипник И.Л. Пожарная безопасность электроустановок: Методические рекомендации по выполнению курсового проекта для курсантов очного и слушателей заочного обучения по специальности 280104.65 – “Пожарная безопасность” / Под. общей редакцией В.С. Артамонова.– СПб.: Санкт - Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2010.– 67 с.
2. Черкасов В.Н., Зыков В.И. Обеспечение пожарной безопасности электроустановок: учебное пособие.– М.:ООО “Издательство “Пожнаука”, 2010.– 406с.
3. Собурь С.В. Пожарная безопасность электроустановок: Справочник.– М.: Пожкнига, 2003.– 280 с.
4. Сибикин Ю.Д. Электробезоасность при эксплуатации электроустановок промышленных предприятий: Учебник/ Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин.– М.: ПрофОбрИздат, 2002.– 240 с.