автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методов и способов повышения пожарной безопасности распределительных сетей до 1 кВ на промышленных предприятиях

На правах рукописи

МАСЛОВ АЛЬБЕРТ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ДО 1 кВ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006 г

Работа выполнена на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Хевсуриани Иван Михайлович

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Егоров Андрей Валентинович

кандидат технических наук, Хазиев Денис Николаевич

Ведущее предприятие -

ООО «Электропроект - М»

Защита диссертации состоится 12.05 2006 в аудитории М-611 в 16 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

автореферат разослан «_

2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.157.02 кандидат технических наук, доцент

Цырук С. А.

Я006А

74 о А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. К распределительным сетям до 1 кВ, как и к системе электроснабжения в целом, кроме требований надежности и экономичности принимаемых решений, прежде всего, должны предъявляться требования по обеспечению безопасности для жизни и здоровья людей, а также требования по взры-вопожаробезопасности, связанные как с возникновением, так и с распространением пожара.

Пожарная опасность электротехнических устройств и изделий является всеобщей для различных видов деятельности человека. Она связана с другими видами опасностей, усугубляя их, влияет на их развитие, инициирует и приводит к опасным последствиям.

Согласно отечественной и зарубежной статистике, значительная доля пожаров во всем мире связана с производством, преобразованием, трансформацией, передачей, распределением электрической энергии и преобразованием ее в другие виды энергии (более 30% от общего числа пожаров).

Анализ статистических данных показывает, что в настоящее время наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются кабельные изделия (термин «кабельные изделия» в соответствии с ГОСТ 15845-80 употребляется для обобщения трех видов электротехнических изделий - кабели, провода, шнуры), как по числу происшествий (более 60%), так и по числу погибших (более 30%) и пострадавших (более 40%). Количество пожаров от этого вида источника пожара остается ежегодно примерно одинаковым. В связи с этим, решение проблемы снижения пожарной опасности кабельных сетей и разработка эффективных средств защиты, является актуальной задачей.

Как показывает практика, наиболее пожароопасными являются кабельные линии и электропроводки распределительных и групповых сетей до 1 кВ. Пожаро-опасность указанных сетей объясняется рядом факторов:

■ неудовлетворительным техническим состоянием, находящихся в эксплуатации электрических сетей низкого напряжения;

■ низким качеством электроприборов и несоответствием их стандартам безопасности;

■ отсутствием эффективных служб контроля безопасной эксплуатации электроустановок;

■ несоблюдением правил пожарной безопасности при эксплуатации бытовой техники;

■ весьма низкой эффективностью аппаратов защиты.

Основными причинами, приводящими к загоранию кабельных изделий, являются аварийные режимы работы кабельных линий и электропроводок - перегрузки и короткие замыкания (КЗ). Наиболее опасными проявлениями аварийного режима

работы являются:

■ недопустимый перегрев токопрводящих жил, в результате протекания сверхтоков;

■ электрический дуговой разряд в зоне КЗ, как высокотемпературный источник зажигания (5000°С - 8000°С).

Наличие аппаратов защиты, выбранных в соответствии с существующими нормативными требованиями, как правило, позволяют отключить место возникновения КЗ или перегрузки, но не всегда гарантирует безопасное протекание аварийных режимов, и отсутствие проявления пожароопасных факторов. Обусловлено это, прежде всего, недостаточной чувствительностью и быстродействием аппаратов защиты применяемых в распределительных и групповых сетях до 1 кВ.

В настоящее время, в России ведется активное внедрение устройств защитного отключения (УЗО) в качестве эффективного противопожарного средства защиты кабельных линий и электропроводок.

Однако массовое применение УЗО на промышленных объектах вызывает ряд проблем:

• номинальные токи таких устройств не превышают 125А, что не покрывает весь диапазон необходимых токов аппаратов защиты используемых в распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий;

■ данные устройства не обладают достаточной устойчивостью к высоким токам КЗ на промышленных объектах.

Данные обстоятельства приводят к необходимости поиска других, альтернативных технических решений обеспечения пожарной безопасности эксплуатации кабельных линий и электропроводок на промышленных предприятиях. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.

Целью диссертадионной работы является разработка методов и способов повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации распределительных и групповых сетей СЭС промышленных предприятий и объектов.

Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ и классификация существующих критериев выбора сечений кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ.

2. Исследование влияния параметров аппаратов защиты, используемых в распределительных сетях промышленных предприятий, на пожарную опасность кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

3. Оценка чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1 кВ.

4. Разработка способов повышения быстродействия защиты от токов однофазного КЗ с целью повышения пожарной безопасности кабельных сетей.

5. Разработка методики выбора способа защиты кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ, с учетом быстродействия отключения однофазных КЗ.

6. Разработка методики выбора сечений токопроводащих жил кабеля соответствующего выбранному способу защиты кабельной линии (электропроводки).

Методы исследования: Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в электротехнике, теории электрических цепей и электрических сетей, положения основ теории электроснабжения. Использовалось теоретическое и машинное моделирование.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждав гея корректностью постановки задачи и хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами машинного моделирования и экспериментальными данными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к однофазному КЗ.

2. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии.

3. Предложен принципиально новый подход к выбору сечений кабельных линий и электропроводок, позволяющий операгивно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

4. Предложенная программа позволяет определить область, в пределах которой выбор «завышенного» сечения экономически оправдан и при этом обеспечивается надежная защита от однофазных КЗ.

Основные практические результаты:

1. Предложены практические рекомендации повышения быстродействия существующих защит, с целью повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

2. Разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

3. Разработана методика выбора сечения кабельных линий и электропроводок в распределительных се!ях до 1кВ с учетом чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам КЗ.

По результатам работы получены акты внедрения.

Адробаиия работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на:

- девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2003г.);

- десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2004г.);

- одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2005г.);

- всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение, электрооборудование, электроника» (Оренбург, 2005г.);

- на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 128 страниц, 23 рисунка, 11 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

В первой главе проведен анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства и изделия, а также выделены основные пожароопасные проявления аварийного режима в кабельных линиях и электропроводках.

Статистические данные показывают, что ежегодно в России происходит более 200000 пожаров, прямой ущерб от которых превышает 5 млрд. рублей. Каждый год на пожарах в России погибает более 20000 человек, и получает травмы различной степени тяжести более 15000 человек.

На рис. 1 показано распределение пожаров за 2004 год, причиной которых послужили электротехнические изделия, по шести основным группам электротехнических изделий.

в Кабельные изделия ■ Электроьгревательные приборы

□ Распределительные устройства и аппаратура □ Электронная аппаратура

■ Электрические машины в Электроосветительный прибор

■ Прочее

Рис.1 Диаграмма распределения пожаров за 2004г

Статистика пожаров показывает, что наиболее пожароопасными электротехническими изделиями являются кабельные изделия. Более чем 60% случаев причиной пожаров послужили неисправность и воспламенение кабельных изделий.

На рис. 2 представлена диаграмма распределения пожаров за последние пять

лет.

60000

44398

Год

О Общее количество пожаров причиной которых явились электротехнические изделия ■ Количество пожаров причиной которых явились кабельные изделия

Рис 2. Диаграмма распределение пожаров за период с 2000 по 2004 гг.

Из рис. 2 видно, что несмотря тенденцию снижения общего количества пожаров, кабельные изделия стабильно составляют более 60% из них. Данный факт определил область дальнейших исследований, направленных на повышение пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ.

На основании анализа возможных аварийных ситуаций в распределительных кабельных сетях и электропроводках, несмотря на все многообразие первичных физических явлений, выделено два основных пожароопасных фактора проявления аварийного режима в кабельной линии или электропроводки:

■ высокая температура токоведущих жил, вызванная протеканием сверх токов КЗ или перегрузки;

■ горение в зоне замыкания электрической дуги, как высокотемпературного источника зажигания.

Огромная номенклатура и массовое применение кабельных изделий в распределительных сетях до 1 кВ определили цель и область дальнейших исследований.

Во второй главе проведен анализ существующих критериев выбора сечения токопроводящих жил кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ, проведен анализ с точки зрения обеспечения пожарной безопасности.

На основании нормативной базы, научно-технической литературы, а также практики выбора и проверки сечения токопроводящих жил кабелей в распределительных сетях до 1 кВ, выделен ряд основных критериев:

- выбор сечения по допустимому нагреву токопроводящих жил;

- проверка на соответствие выбранному аппарату максимальной токовой защиты;

- проверка на допустимые потери напряжения в нормальном режиме работы электроприемника;

- проверка по условию пуска электродвигательной нагрузки;

- проверка на чувствительность аппарата защиты к токам КЗ.

Также выделен ряд дополнительных критериев проверки, которые не регламентируются нормативными документами и требованиями по отношению к электрическим сетям до 1 кВ, но по своей сути являются актуальными:

- проверка по экономическим показателям;

- проверка кабелей на термическую стойкость.

Показано, что с точки зрения пожарной безопасности кабельных линий и элек-гропроводок наиболее важными критериями выбора являются:

■ соответствие параметров аппарата защиты длительно допустимому току кабельной линии или электропроводки;

■ чувствительность аппаратов защиты к токам КЗ в кабельной линии.

Анализ критериев выбора токопроводящих жил кабелей приводит к выводу,

что, в настоящее время, основным требованием пожарной безопасности кабельных сетей и электроустановок в целом, является соблюдение температурного режима работы их токоведущих жил как в нормальном режиме работы, так и при аварийных режимах.

Наибольшую пожарную опасность в электротехнических изделиях представляют токи КЗ. В результате КЗ возникают токи, в десятки раз превышающие номинальные значения, а, следовательно, возникает значительный перегрев токопроводящих жил кабельных линий и электропроводок. Здесь, особое внимание заслуживает опасность длительного протекания чрезмерных токов КЗ, вызывающих воспламенение изоляции по всей длине.

Но и токи не вызывающие перегрев токопроводящих жил, достаточный для воспламенения изоляции по всей длине кабельной линии, также могут быть опасными. Электрическая дуга в месте повреждения, если она продолжительное время взаимодействует с полимерными материалами изоляции и защитных покровов кабельных изделий, способна вызвать местное воспламенение изоляции.

Показано, что в настоящее время, нормативными документами не уделяется достаточного внимания к такому пожароопасному фактору аварийного режима в кабельных линиях и электропроводках, как высокотемпературная дуга в зоне КЗ.

В третьей главе проведены исследования влияния характеристик аппаратов защиты на пожарную опасность кабельных линий и электропроводок до 1 кВ, проанализированы методы и способы повышения пожарной безопасности последних.

Проведен анализ теории воспламенения полимерных материалов изоляции кабельных изделий под действием перегретой токопроводящей жилы на участке удаленном от зоны замыкания, а также в зоне замыкания под действием высокотемпературной электрической дуги. Выявлено, что снижение времени воздействия электрической дуги на полимерный материал изоляции позволит существенно снизить вероятность воспламенения кабельного изделия.

Проведены исследования влияния времятоковых характеристик аппаратов защиты, применяемых в распределительных сетях до 1 кВ, на вероятность воспламенения кабельных изделий, а также на вероятность выброса пожароопасных частиц металла из зоны замыкания. Исследования проведены на основании экспериментальных времятоковых характеристик воспламенения изоляции кабельных изделий, а также времятоковых характеристик выброса частиц металла из зоны замыкания (ФГУ ВНИИПО МЧС России).

Проведенные исследования показали, что аппараты защиты, применяемые в распределительных и групповых сетях до 1кВ, как правило, успешно выполняют функцию защиты от такого пожароопасного фактора, как высокая температура то-копроводящих жил, вызванная протеканием сверхтоков (токов перегрузки или КЗ), поскольку их времятоковые характеристики лежат ниже времятоковых характеристик воспламенения изоляции.

Но само наличие защиты, выполненной в соответствии с существующими нормативными требованиями, не всегда гарантирует обеспечение безопасного протекания аварийных процессов и отсутствия появления источника зажигания с достаточной энергией зажигания.

Как показывает практика эксплуатации кабельных линий и электропроводок, наиболее пожароопасным фактором является дуговой разряд в зоне замыкания, поскольку:

■ температура в месте воздействия дуги достигает 5000-8000°С, т.е. электрическая дуга является высокотемпературным источником зажигания, способным прожечь изоляцию кабельного изделия, и при определенном времени воздействия воспламенить ее;

■ защита, выполненная в соответствии с существующими требованиями, не обладает достаточным быстродействием по отношению к данному пожароопасному фактору.

При традиционном построении защиты, аппараты защиты, как правило, практически мгновенно (О,ОКО,04 сек) отключает поврежденный участок токовой отсечкой в случае протекания токов междуфазных КЗ. Но, по отношению к однофазным КЗ, токовая отсечка часто оказывается нечувствительной. В данном случае однофазное КЗ попадает в зону действия теплового расцепителя, с обратно зависимой от тока характеристикой. Время срабатывания теплового расцепителя аппарата защиты может составлять десятки секунд, что способствует длительному воздейст-

вию высокотемпературного источника зажигания, и возгоранию кабельной линии или электропроводки.

Априори вполне логичной представляется гипотеза о том, что основной путь решения проблемы быстродействия защиты по отношению к токам однофазного КЗ, а, следовательно, повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок - это повышение чувствительности токовой отсечки аппарата защиты. Разумеется, этот путь применим далеко не во всех случаях.

Условие чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к токам однофазного КЗ можно записать в следующем виде:

^огс ^ОКЗ' 0)

где 1отс — значение тока срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя;

1оВ - значение тока однофазного КЗ;

К„ - коэффициент надежности отстройки.

Уровень токов однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ значительно ниже токов между фазных КЗ.

На практике данное обстоятельство обуславливает сложность обеспечения чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к току однофазного КЗ.

В случае выполнения защиты кабельной линии или электропроводки питающих нагрузку, не имеющую пусковых режимов работы (электроосвещение, электронагревательные устройства и т.п.), проблема обеспечения чувствительности токовой отсечки к токам однофазного КЗ может быть решена использованием автоматических выключателей с низкой кратностью тока срабатывания токовой отсечки.

Для электроприемников с большими пусковыми токами (электродвигательная нагрузка), при выборе кратности юковой отсечки защитного автоматического выключателя, необходимо выполнение следующего условия:

- Кн ' IпускЭД ' (2)

где 1пуск эд - значение пускового тока электродвигателя, А;

Кн = 1.05 • к3 • ка • кр - коэффициент надежности отстройки токовой отсечки от

пускового тока электродвигателя;

1.05 - коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме напряжение может быть на 5% выше номинального напряжения электродвигателя;

к, - коэффициент запаса;

ка - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя;

кР - коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки.

На практике значение К„ составляет 1,5+2,2 в зависимости от типа автоматического выключателя применяемого для защиты электродвигателя и кабельной линии питающей данный электродвигатель. В результате необходимая кратность токовой отсечки автоматического выключателя составляет 10.. 141шч, которая, как правило,

является не чувствительной к токам однофазного КЗ, поскольку уровень токов однофазного КЗ находится на уровне пусковых токов электродвигателя (рис. 3).

к1с

тсз-1б00каА

б/одкв

ГРЩ,~04кВ

ВВГ 3x150-1- 1x95 ЦР50М

ВВГ 3X10+1X6 и=150м

эд

1В5КВТ

1/1« ^

1 2 а 4 5 6 7 в 9 10 11 12 13 14 15 16

К

Рис.3. Пример построения типовой защиты асинхронного электродвигателя где 1 - пусковая характеристика электродвигателя; 2 - защитная характеристика автоматического выключателя ВА23-29К; 3 - значение тока однофазного КЗ.

Наиболее остро проблема быстродействия защиты встает в цепях питания удаленных электродвигателей. В целях определения чувствительности применяемых аппаратов защиты к токам был проведен натурный эксперимент в распределительной сети 0,4 кВ системы электроснабжения (СЭС) установки гидроочистки вакуумного газойля ЗАО «Рязанская НПК». Структурная схема СЭС установки представлена на рис. 4. Результаты эксперимента показали, что более чем в 47% случаев токовая отсечка аппарата защиты не чувствительна к току однофазного КЗ в конце кабельной линии.

ГРЩ-04-0 23 «В I АВ ¿АВ ,"АВ ^АВ ^

© О

Рн > 75н0т АВ

ЩСУ -0 4 0.23.кВ АЗ/ав^АВ^

Рн <¥5вВт

Рис 4. Структурная схема СЭС установки гидроочистки вакуумного газойля ЗАО «Рязанская НПК»

Таким образом, для выполнения условий (1) и (2) необходимо «искусственное» увеличение значения тока однофазного КЗ, что может быть достигнуто:

■ использованием нулевого защитного проводника с сечением равным фазному;

• увеличением сечения токопроводящих жил кабеля, т.е. применение «завышенного» сечения.

Наиболее экономичным и целесообразным, является использование кабелей с фазными, нулевыми рабочими и нулевыми защитными токоведущими жилами одинакового сечения. При недостаточности этого, необходимо увеличение сечения токопроводящих жил кабеля до выполнения условия (1).

Недостаток, связанный с «завышением» сечений токопроводящих жил кабельных линий, приводит к необходимости поиска других технических средств защиты кабельных линий от однофазных КЗ.

Здесь можно выделить следующие способы повышения быстродействия защиты по отношению к токам однофазного КЗ:

- применение устройств защитного отключения (УЗО) дифференциального типа (с уставкой времени срабатывания 300 мА);

- использование специальных защит от однофазных КЗ.

В настоящее время в России ведется активное внедрение УЗО в качестве эффективного противопожарного средства защиты кабельных линий и электропроводок. Однако массовое применение УЗО на промышленных объектах вызывает ряд проблем:

■ номинальные токи таких устройств не превышают 125А, что не покрывает весь диапазон необходимых токов аппаратов защиты используемых в распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий;

■ данные устройства не обладают достаточной устойчивостью к высоким токам КЗ на промышленных объектах.

Данные обстоятельства приводят к необходимости поиска других, альтернативных технических решений обеспечения пожарной безопасности эксплуатации кабельных линий и электропроводок на промышленных предприятиях.

Для промышленных объектов необходима другая схема применения дифференциальной защиты, которая основывается на измерении токов нулевой последовательности в защищаемой линии с помощью трансформатора токов нулевой последовательности (ТГОП). По принципу действия, данная защита не требует отстройки от пускового тока электродвигателя, поэтому выигрыш в чувствительности по сравнению с токовой отсечкой автоматического выключателя получается весьма значительным.

Недостатком применения выносной релейной защиты является громоздкость, усложнение схемы защиты, а также необходимость формирования оперативных цепей управления. Наиболее перспективным, в настоящий момент, является применение автоматических выключателей с расцепителями имеющими функцию защиты от однофазного КЗ.

Подобную функцию легко выполнить на основе полупроводникового расцепи-теля, или с помощью блока с ТТНП встроенного в автоматический выключатель. Такие автоматические выключатели уже существуют, как в импортном, так и в отечественном исполнении. К сожалению, в отечественном исполнении такие выключатели существуют в ограниченной номенклатуре и лишь на номинальные токи 250 А и более. Отсутствие таких расцепителей на меньшие токи разработчики аппаратуры объясняют отсутствием массового спроса на них.

«Отсутствие спроса» можно объяснить, прежде всего, отсутствием требований нормативных документов к быстродействию защиты от однофазного КЗ.

Другим, не менее перспективным способом ограничения энергии источника зажигания является ограничение токов короткого замыкания, т.к. снижение тока всего на 30% снижает энергию источника зажигания вдвое:

Qi

Q2 ~ ~0,49-Q,, (3)

где Qi,Q2 - тепловая энергия источника зажигания до и после ограничения тока КЗ. соответственно;

Ibb - значение тока КЗ до и после ограничения, соответственно.

Этот способ можно реализовать с помощью токоограничивающих автоматических выключателей. На рынке электротехнической защитной аппаратуры подобные автоматические выключатели представлены рядом российских и зарубежных производителей (Ульяновский Электромеханический завод, ABB, Schneider Electric, Siemens и т.п.).

Под токоограничивающей способностью автоматического выключателя понимается его способность пропускать при коротко?,* замыкании ток, меньший, чем ожидаемый ток аварийного режима.

Для современных автоматических выключателей токоограничение может составлять до 800%,

Таким образом, используя при построении распределительной сети токоогра-ничивающие выключатели (аппараты защиты) можно значительно снизить зажигательную способность электрической дуги, а, следовательно, и вероятность появления пожароопасных факторов при аварийных режимах не только в кабельных линиях распределительной сети, но и в других элементах системы электроснабжения. Но несмотря на положительные качества токоограничивающих выключателей им присущи те же недостатки что и обычным автоматическим выключателям, связанные с недостаточной чувствительностью и быстродействием по отношению к токам однофазного КЗ. Следовательно, эти выключатели сами по себе не обеспечивают достаточной надежности с точки зрения пожарной безопасности кабельных линий до 1 кВ.

На основании проведенных исследований и анализа существующих методов и способов повышения быстродействия применяемых защит, в целях повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок в распределительных и групповых сетях до 1 кВ, предложено внести изменения в раздел 3 «Зашита и автоматика», главу 3.1 «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ» ПУЭ (6-го издания), связанные с требованием повышения быстродействия защиты к

го издания), связанные с требованием повышения быстродействия защиты к однофазным КЗ.

Четвертая глава посвящена разработке методики выбора целесообразного способа защиты от однофазных КЗ, и соответствующего сечения кабельной линии.

При выборе сечений кабельных линий или электропроводок распределительных сетей до 1 кВ по существующей методике предложено ввести дополнительный критерий - условие чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ в конце защищаемой линии.

Это приводит к необходимости завышения сечения токопроводящих жил кабельных линий и электропроводок, что с одной стороны приводит к значительным единовременным капиталовложениям, а с другой - снижением ежегодных эксплуатационных затрат, связанных с расходами на потери энергии в распределительных сетях до 1 кВ.

Для исследования целесообразности введения нового критерия и определения области допустимых решений как с технической, так и с экономической точки зрения, был проведен ряд расчетных экспериментов.

На рис. 5 представлен алгоритм проведения расчетов.

Критерии, использованные в алгоритме расчета можно разделить на две группы: технические и экономические.

В качестве обобщенного технического критерия использована максимальная длина кабельной линии, удовлетворяющая условиям выбора по допустимому падению напряжения в нормальном и пусковом режимах электродвигателя, а также, условию чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ в конце линии, и записывается в следующем виде:

^„,ах = т1п{ЬтахД11]1;Ьгтахдип;Ь11ш.окз}, (4)

где

Ь =_Шм__(5)

тахдин Д" т / • \ ' '

л/З-ГДг-совф,,+х-8Шфн)

Ь =_^__(6)

тпахдип /Т т / . • \ ' '

л/3 -ТДГ-СОвф,, +Х ■81Пфц)

т _ ^ ном /-¡\

тахОКЗ — /Г . ' V/

0.7 -Ци

где 1р- расчетный ток нагрузки, А;

1„- значение пускового тока электродвигателя, А;

Ди„- допустимая потеря напряжения в кабельной линии в нормальном режиме работы (2...5%и„ом), В; Ли„ - допустимая потеря напряжения в режиме пуска электродвигателя

(20%ином).

г, х - удельное активное и индуктивное сопротивления кабельной линии Ом/м;

2ф-о - удельное сопротивление петли фаза ноль, Ом;

Рис. 5. Алгоритм расчетно-экспериментального исследования

cos фп (ski (рн)- коэффициент мощности в номинальном режиме работы электрооборудования;

cos фп (sin <р:|)- коэффициент мощности в режиме пуска электродвигательной нагрузки;

L - длинна кабельной линии, м;

0,7 - коэффициент, учитывающий коэффициент запаса надежности отстройки, и токоограничивающую способность электрической дуги.

В качестве экономического критерия было предложено использование метода минимальных ежегодных приведенных затрат:

3 = С,+-?~К, (8)

* н

где 3 - суммарные годовые приведенные затраты, руб./год;

С,- полная стоимость ежегодных эксплуатационных расходов, руб./год; v

Т„- нормативный срок окупаемости (7 лет), год;

К - единовременные капитальные вложения, руб.

Данное выражение, с учетом тарифа на электроэнергию и удельных капиталовложений в кабельную линию имеет вид:

3 = (12гуд-т-Со + 0.15-куа)-Ь = з>д-Ь, (9)

где з>д - удельные годовые приведенные затраты, руб./год • м;

куд - удельные капитальные затраты, руб./м;

I - значение тока нагрузки, А;

ha ~ удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м;

т - время потерь (время нахождения кабельной линии под нагрузкой), ч/год;

С0 - стоимость электроэнергии, руб./кВт • ч;

L - длинна кабельной линии, м.

Таким образом, сечение токоведущих жил кабельного изделия имеющее наименьшие удельные приведенные затраты является экономически эффективным: F„ >min{3M}. (10)

На основании алгоритма расчетов, представленного на рис. 5, была разработана программа «ОПТИМА» для ПЭВМ, позволяющая автоматизировано определить область экономически целесообразного «завышения» сечения.

Результаты расчета формируются в таблицу, где показаны критические длины кабельных линий, при которых выполняются принятые условия выбора токоведущих жил кабельных изделий, а также зона экономически целесообразного «завышения» сечения, которая выделена цветом.

В таблице 1 представлен пример расчета экономически целесообразного «завышения» сечения для кабеля марки АВВГ.

Анализ результатов расчета позволил сделать следующие выводы: 1. Существует область, в пределах которой, «завышение» сечения по условию чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к токам однофазного КЗ экономически оправдана. Для кабелей и проводов с алюминиевыми жилами данная зона значительно шире, чем для кабелей с медными жилами.

Таблица 1

Максимальная длина кабельной линии марки АВВГ, м

Рном.кВт 1ном,А Ь, А Сечение токоведущих жил силового кабеля, мма

2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240

0,37 1,04 1.6 Кз«, 507 761 1267 2022 3128 4352 6208 8611 11606 14560 18200 22245 27614

0,55 1,44 2,5 »я&т 324 487 811 1294 2002 2785 3973 5511 7428 9319 11648 14237 17673

0,75 1,93 2,5 »да* 324 487 811 1294 2002 2785 3973 5511 7428 9319 11648 14237 17673

1,1 2,74 4 203 304 507 809 1251 1741 2483 3444 4642 5824 7280 8898 11046

1,5 3,57 5 рог? 244 405 647 1001 1393 1987 2756 3714 4659 5824 7118 8837

2,2 4,84 6,3 п# 322 514 794 1105 1577 2187 2948 3698 4622 5650 7013

4 8,39 10 т« 324 501 696 993 1378 1857 2330 2912 3559 4418

5,5 11,63 16 •32 !-127 313 435 621 861 1161 1456 1820 2224 2761

7,5 15,45 20 Г-»«: :41 у 250 348 497 689 928 1165 1456 1780 2209

11 22,18 25 0 ' ■ ■ 279 397 551 743 932 1165 1424 1767

15 29,65 40 0 0 ' Й5Г,' ■ :Т25/ " 174} 248 344 464 582 728 890 1105

18,5 36,81 50 0 0 0 4 65. 'Ж 276 371 466 582 712 884

22 43,16 63 0 0 0 ' '32? -158 ' 219 295 370 462 565 701

30 57,73 80 0 0 0 0 40 • V $*# 232 291 364 445 552

37 70,82 100 0 0 0 0 0 " 70« да* 186 233 291 356 442

45 84,68 100 0 0 0 0 0 0 ТМ®'' г 233* 291 356 442

55 104,38 125 0 0 0 0 0 0 0 «иве!- М- 285 353

75 140,08 160 0 0 0 0 0 0 0 0 •ч .ее 1 276

90 165,64 200 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17В 221

110 201,39 250 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ш1

132 241,16 320 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 *

Параметры расчета:

Номинальное напряжение, В 380 Марка кабеля АВВГ

Потеря напряжения в нормальном режиме работы, % 5 Стоимость электроэнергии, руб/кВтч 1,44

Потеря напряжение в режиме пуска эл двигателя, % 20 Число часов работы электроприемника, ч/год 8000

Поправочный коэффициент на условия прокладки 0,98

2. Существует некая критическая длина кабельной линии, в пределах которой, целесообразно, в качестве защиты от однофазных КЗ использовать токовую отсечку автоматического выключателя. Данная критическая длина составляет:

* для кабелей с алюминиевыми токопроводящими жилами - 200 м; ■ для кабелей с медными токопроводящими жилами - 120 м. В случае превышения указанной критической длины кабельной линии, целесообразно использование специальных защит от однофазных КЗ (выносной релейной защиты, использование специальных блоков защит и автоматических выключателей с выделенной функцией защиты от однофазных КЗ).

На основании программы «ОПТИМА» была разработана методика выбора целесообразного способа защиты кабельных линий и электропроводок от однофазных КЗ, и соответствующего ему сечения токопроводящих жил кабеля, которая включает в себя 2 этапа.

1 этап - расчет максимально допустимой длины кабельной линии и определение области оптимальных решений.

На первом этапе, с помощью программы «ОПТИМА» проектировщик для заданного узла распределительной сети (распределительного щита, силового пункта и т.п.) выполняет расчет максимально допустимой длины кабельной линии с учетом чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ в конце линии для каждого из электроприемников.

Исходными данными для выполнения расчета являются:

■ номинальное напряжение распределительной сети, В;

■ значение допустимых потерь напряжения на участке кабельной линии в нормальном режиме работы, %;

• значение допустимых потерь напряжения на участке кабельной линии в режиме пуска электродвигательной нагрузки, %;

■ поправочный коэффициент на условия прокладки кабельной линии;

■ марка выбираемого кабеля;

■ стоимость электроэнергии, руб/кВтч;

■ число часов работы данного электрооборудования, ч/год.

Результаты расчета представляются в виде табличной зависимости предельной длины кабельной линии (для выбранных условий), от расчетной мощности нагрузки и сечения кабельной линии. Область целесообразного «завышения» сечений кабельной линии с экономической точки зрения выделена в таблице цветом.

2 этап - выбор способа зашиты кабельной линии от однофазных КЗ. и соответствующего сечения токопроводящих жил кабельной линии.

На основании полученной на первом этапе таблицы можно провести выбор целесообразного способа защиты от однофазных КЗ, а также соответствующего сечения кабельной линии.

Исходными данными для выбора являются мощность электроприемника и длина кабельной линии.

Выбор производится следующим образом. Для заданной расчетной мощности электроприемника и длины кабельной линии по таблице производится сравнение

фактической длины кабельной линии и максимальной длины для каждого из сечений.

В случае если фактическая длина кабельной линии находится в зоне выделенной цветом, наиболее целесообразным является применение в качестве защиты от однофазных КЗ токовой отсечки автоматического выключателя. Необходимое сечение соответствует

В случае если фактическая длина кабельной линии выходит за пределы зоны выделенной цветом, наиболее целесообразным является применение специальных защит от однофазного КЗ (выносной релейной защиты, автоматических выключателей с блоком ТТНП или функцией защиты от однофазных КЗ). Выбор сечения кабельной линии, в данном случае, производится без учета критерия чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя к токам однофазного КЗ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведенные исследования показали, что аппараты защиты, выбранные в соответствии с нормативными требованиями, как правило, успешно выполняют защиту кабельных линий и электропроводок от такого пожароопасного фактора, как высокая температура токопроводящих жил, вызванная протеканием токов КЗ или перегрузки, однако их чувствительность и быстродействие к токам однофазного КЗ недостаточны для обеспечения пожарной безопасности кабельных распределительных сетей до 1 кВ.

2. Рассмотрены и проанализированы методы и средства защиты кабельных линий и электропроводок от однофазных КЗ. Определены области их применения в распределительных сетях до 1 кВ на промышленных предприятиях.

3. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1 кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к т оку однофазного КЗ.

4. Проведенные исследования позволили определить область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей.

5. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимально-допустимую длину кабельной линии = тт{Ьгаахдин; ЪтАЦп; .

6. Предложен алгоритм и разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

7. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

20 ,-710* -7^04

На основании проведенных исследований предлагается внести изменения в раздел 3, главу 3.1. «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ» ПУЭ связанные с обеспечением быстродействия защиты от однофазных КЗ в целях снижения пожарной опасности распределительных кабельных сетей до 1 кВ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Маслов A.B. Особенности электроснабжения установки производства водорода // Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. - М., 2003. - С.247.

2. Маслов A.B. Проверка кабелей электроустановок напряжением до 1 кВ на термическую стойкость и невозгорание // Одиннадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. - М., 2005. - С.343-344.

3. Маслов A.B. Токоограничивающие автоматические выключатели как средство обеспечения термической стойкости кабелей и электропроводки до 1кВ // Всероссийская научно-техническая конференция «Энергосбережение, электоооборудование, электроника»: Тез. докл. - Оренбург, 2005. -С.39-40.

4. Маслов A.B. К вопросу о пожарной опасности кабельных изделий 0,4 кВ // Электрика. - 2006. - №2.- С.43-44.

Подписано в печать -У■ С £ ,3ак. (СЛ Тир. WC- Пл.

Полиграфический нентр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул. д.13

ВВЕДЕНИЕ

Гпава 1. Пожарная опасность электроустановок

1.1. Анализ статистики пожаров, причиной которых послужили электротехнические устройства

1.2. Пожарная опасность распределительных сетей до 1 кВ

1.2.1. Аварийные режимы и пожарная опасность кабельных линий

1.2.2. Анализ современных кабельных изделий 23 Выводы 28 Гпава 2. Анализ существующих критериев выбора сечений кабелей с точки зрения пожарной безопасности

2.1. Обзор существующих критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1 кВ

2.1.1. Допустимый нагрев токоведущих жил кабелей и проводов

2.1.2. Условие соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

2.1.3. Допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника в нормальном режиме работы

2.1.4. Допустимое отклонение напряжения в режиме пуска элекгродвигательной нагрузки

2.1.5. Чувствительность защиты к токам короткого замыкания

2.1.6. Технико-экономические аспекты выбора сечений токоведущих жил кабельных изделий

2.1.7. Термическая стойкость к токам короткого замыкания

2.2. Анализ критериев выбора и проверки сечения токоведущих жил кабелей до 1кВ с точки зрения пожарной безопасности

Выводы

Глава 3. Исследование влияния аппаратов защиты на пожароопасность кабельных линий до 1 кВ

3.1. Анализ теории воспламенения полимерных материалов изоляции кабельных изделий до 1кВ

3.1.1. Воспламенение полимерных материалов изоляции при токах перегрузки или КЗ на участке, удаленном от зоны замыкания

3.1.2. Воспламенение полимерных материалов изоляции в зоне замыкания

3.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на пожарную опасность кабельных линий распределительных сетей до 1 кВ

3.2.1. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на вероятность воспламенения изоляции кабельного изделия

3.2.2. Исследование влияния характеристик аппаратов защиты на возникновение частиц металлов при КЗ

3.2.3. Эффективность защиты распределительных сетей до 1кВ выполненной в соответствии с существующими нормативными требованиями

3.3. Исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазных КЗ в распределительных сетях до 1кВ

3.3.1. Особенности построения защиты от токов однофазного

КЗ в распределительных сетях до 1 кВ

3.3.2. Экспериментальное исследование чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1 кВ

3.4. Разработка мероприятий по повышению быстродействия защиты от однофазных КЗ

3.4.1. Условие чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам однофазного КЗ

3.4.2. УЗО дифференциального типа и его влияние на снижение пожарной опасности

3.4.3. Специальная защита от однофазных КЗ

3.4.4. Автоматические выключатели с токоограничивающим эффектом

Выводы

Глава 4. Разработка методики выбора сечений кабельных линий с учетом чувствительности защит к токам однофазного КЗ

4.1. Выбор критериев расчета

4.2. Разработка алгоритма расчетно-экспериментального исследования

4.3. Разработка программы расчета

4.4. Расчетно-экспериментальные исследования

4.5. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил с учетом чувствительности токовой отсечки к однофазным КЗ

Выводы

К распределительным сетям до 1 кВ, как и к системе электроснабжения в целом, кроме требований надежности и экономичности принимаемых решений, прежде всего, должны предъявляться требования по обеспечению безопасности для жизни и здоровья людей, а также требования по взрывопожаробезопасности, связанные как с возникновением, так и с распространением пожара.

Пожарная опасность электротехнических устройств и изделий является всеобщей для различных видов деятельности человека. Она связана с другими видами опасностей, усугубляя их, влияет на их развитие, инициирует и приводит к опасным последствиям.

Согласно отечественной и зарубежной статистике, значительная доля пожаров во всем мире связана с производством, преобразованием, трансформацией, передачей, распределением электрической энергии и преобразованием ее в другие виды энергии (более 30% от общего числа пожаров).

Анализ статистических данных показывает, что в настоящее время наиболее пожароопасным видом электротехнических изделий являются кабельные изделия (здесь, и в дальнейшем, термин «кабельные изделия» в соответствии с ГОСТ 15845-80 [1] употребляется для обобщения трех видов электротехнических изделий - кабели, провода, шнуры), как по числу происшествий (более 60%), так и по числу погибших (более 30%) и пострадавших (более 40%). Количество пожаров от этого вида источника пожара остается ежегодно примерно одинаковым. В связи с этим, решение проблемы снижения пожарной опасности кабельных сетей и разработка эффективных средств защиты, является актуальной задачей.

Как показывает практика, наиболее пожароопасными являются кабельные линии и электропроводки распределительных и групповых сетей до 1 кВ. Пожароопасность указанных сетей объясняется рядом факторов: неудовлетворительным техническим состоянием, находящихся в эксплуатации электрических сетей низкого напряжения; низким качеством электроприборов и несоответствием их стандартам безопасности; отсутствием эффективных служб контроля безопасной эксплуатации электроустановок; несоблюдением правил пожарной безопасности при эксплуатации бытовой техники; весьма низкой эффективностью аппаратов защиты.

Основными причинами, приводящими к загоранию кабельных изделий, являются аварийные режимы работы кабельных линий и электропроводок - перегрузки и короткие замыкания (КЗ). Наиболее опасными проявлениями аварийного режима работы являются: недопустимый перегрев токоведущих жил, в результате протекания сверхтоков; электрический дуговой разряд в зоне КЗ, как высокотемпературный источник зажигания (5000°С + 8000°С).

Наличие аппаратов защиты, выбранных в соответствии с существующими нормативными требованиями, как правило, позволяют отключить место возникновения КЗ или перегрузки, но не всегда гарантирует безопасное протекание аварийных режимов, и отсутствие проявления пожароопасных факторов. Обусловлено это, прежде всего, недостаточной чувствительностью и быстродействием аппаратов защиты применяемых в распределительных и групповых сетях до 1 кВ.

-7В настоящее время, в России ведется активное внедрение устройств защитного отключения (УЗО) в качестве эффективного противопожарного средства защиты кабельных линий и электропроводок.

Однако массовое применение УЗО на промышленных объектах вызывает ряд проблем: s номинальные токи таких устройств не превышают 125А, что не покрывает весь диапазон необходимых токов аппаратов защиты используемых в распределительных сетях систем электроснабжения промышленных предприятий; s данные устройства не обладают достаточной устойчивостью к высоким токам КЗ на промышленных объектах.

Данные обстоятельства приводят к необходимости поиска других, альтернативных технических решений обеспечения пожарной безопасности эксплуатации кабельных линий и электропроводок на промышленных предприятиях. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка методов и способов повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации распределительных и групповых сетей СЭС промышленных предприятий и объектов.

Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ и классификация существующих критериев выбора сечений кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ.

2. Исследование влияния параметров аппаратов защиты, используемых в распределительных сетях промышленных предприятий, на пожарную опасность кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

3. Оценка чувствительности аппаратов защиты к токам однофазного КЗ в распределительных сетях до 1кВ.

4. Разработка способов повышения быстродействия защиты от токов однофазного КЗ с целью повышения пожарной безопасности кабельных сетей.

5. Разработка методики выбора способа защиты кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1 кВ, с учетом быстродействия отключения однофазных КЗ.

6. Разработка методики выбора сечений токоведущих жил кабеля соответствующего выбранному способу защиты кабельной линии (электропроводки).

Методы исследования: Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в электротехнике, теории электрических цепей и электрических сетей, положения основ теории электроснабжения. Использовалось теоретическое и машинное моделирование.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается корректностью постановки задачи и хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами машинного моделирования и экспериментальными данными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к однофазному КЗ.

2. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии.

-93. Предложен принципиально новый подход к выбору сечений кабельных линий и электропроводок, позволяющий оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

4. Предложенная программа позволяет определить область, в пределах которой выбор «завышенного» сечения экономически оправдан и при этом обеспечивается надежная защита от однофазных КЗ.

Практическая ценность работы:

1. Предложены практические рекомендации повышения быстродействия существующих защит, с целью повышения пожарной безопасности кабельных линий и электропроводок до 1кВ.

2. Разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

3. Разработана методика выбора сечения кабельных линий и электропроводок в распределительных сетях до 1кВ с учетом чувствительности токовой отсечки аппарата защиты к токам КЗ.

4. Методика выбора целесообразного способа защиты от однофазных КЗ и соответствующего сечения кабельной линии внедрена в практику проектирования ОАО «ВНИПИнефть».

5. Предлагаемая методика использована при проектировании распределительной кабельной сети комбинированной установки сернокислотного алкилирования с блоком изомеризации н.бутана ЗАО «Рязанская НПК».

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на:

-10- девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2003г.);

- десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2004г.);

- одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г.Москва, 2005г.);

- всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение, электрооборудование, электроника» (Оренбург, 2005г.);

- на научно-технических семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 128 страниц, 23 рисунка, 11 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.

выводы

1. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено использовать максимальную длину кабельной линии, удовлетворяющую следующему условию

-max — ^iri{LmaxAUH, l-maxдип» ^тахокз} "

2. Разработаны алгоритм и программа расчета «ОПТИМА» для определения Lmax с учетом технических и экономических критериев.

3. Проведенные исследования показали, что существует область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей.

4. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведенные исследования показали, что аппараты защиты, выбранные в соответствии с нормативными требованиями, как правило, успешно выполняют защиту кабельных линий и электропроводок от такого пожароопасного фактора, как высокая температура токо-проводящих жил, вызванная протеканием токов КЗ или перегрузки, однако их чувствительность и быстродействие к токам однофазного КЗ недостаточны для обеспечения пожарной безопасности кабельных распределительных сетей до 1 кВ.

2. Рассмотрены и проанализированы методы и средства защиты кабельных линий и электропроводок от однофазных КЗ. Определены области их применения в распределительных сетях до 1 кВ на промышленных предприятиях.

3. Предложен новый критерий, позволяющий при выборе сечения кабелей распределительных сетей до 1 кВ учитывать чувствительность токовой отсечки автоматического выключателя к току однофазного КЗ.

4. Проведенные исследования позволили определить область, в пределах которой выбор завышенного сечения экономически оправдан. При этом обеспечивается надежная и быстродействующая защита кабельной линии от однофазных КЗ с помощью автоматических выключателей.

5. Предложена система критериев выбора сечения кабельной линии, включающая в себя как технические, так и экономические показатели. В качестве обобщенного технического критерия предложено ис

-115пользовать максимально-допустимую длину кабельной линии шах = {^тахдин 5 ^тахДип , Lmax0K3 } .

6. Предложен алгоритм и разработана программа «ОПТИМА», позволяющая выделить область целесообразного использования токовой отсечки автоматических выключателей в качестве защиты от однофазных КЗ.

7. Разработана методика, позволяющая оперативно принимать решения как по виду защиты от однофазных КЗ, так и по величине сечения.

8. На основании проведенных исследований предлагается внести изменения в раздел 3, главу 3.1. «Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ» ПУЭ связанные с обеспечением быстродействия защиты от однофазных КЗ в целях снижения пожарной опасности распределительных кабельных сетей до 1 кВ.

1. ГОСТ 15845-80 Кабели, провода и шнуры. Термины и определения.

2. Правила устройства электроустановок. Шестое издание. Дополненное с исправлениями. М.: ЗАО «Энергосервис», 2002. -608с.

3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. -4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатом издат, 1986. -392с.: ил.

4. Чибинев Н.П. Совершенствование методики экспресс-оценки риска возникновения пожаров от применения электроэнергии: Дис. . канд. техн. наук Новочеркасск, 2005. - 147 с.

5. ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения.

6. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. - 377с.

7. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных режимах. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 184с.: ил.

8. Пацкевич И.Р., Деев Г.Ф. Поверхностные явления в сварочных процессах М.: Металлургия, 1984. - 122 с.

9. Соболев Н.П. Исследование электрического взрыва тонких проволочек ЖЭТФ, 1947, т. 17, вып.2, с.1143-1152.

10. Ищенко Ю.Л. Дюргеров Н.Г. О механизме периодических замыканий дугового промежутка и стабильности при сварке короткой дугой. -Сварочное производство, 1963, №9, с. 10-13.

11. Заруба И.И. Электрический взрыв как причина разбрызгивания металла. -Автоматическая справка, 1970, №3, с. 11-14.

12. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.-11713. ГОСТ 12176-89 Кабели, провода и шнуры. Методы проверки на нераспространение горения.

13. Нормы пожарной безопасности. Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний. НПБ 248-97. -М„ 1998. 31с.

14. Каменский М.К., Образцов Ю.В., Фрик А.А. Новое поколение электрических кабелей с улучшенными показателями пожарной безопасности // Кабели и провода. 2002. - №6(277).

15. Каменский М.К., Пешков И.Б. Состояние и перспективы производства электрических кабелей с повышенными показателями пожарной безопасности // Кабели и провода. 2003. - №6(283).

16. Довженко И.Г. Пластикаты с низкой пожарной опасностью типа ПП (торговое название «LOWSGRAN») // Кабели и провода. 2003. -№6(283).

17. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 184с.

18. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

19. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988. 176с.: ил.

20. Козлов В.А. Электроснабжение городов . Изд. 2-е, переработ. -П.: «Энергия», 1977. 280 стр. с илл.

21. Карпов Ф.Ф. Как выбрать сечение проводов и кабелей. Изд. 3-е, перераб. М., «Энергия», 1973.

22. Карпов Ф.Ф. Как проверить возможность подключения к электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором. Изд. 3-е, перераб. М. «Энергия», 1971. -88с.: ил.-11824. Условия выбора и проверки силовых кабелей в сети 0.4 кВ./ Цырук

23. С.А., Быстрицкий Г.Ф., Зиборов Б.Н., Потаихина Н.И. // Промышленная энергетика. 1998. - № 2.

24. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995. -414с.

25. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений/Б.И.Кудрин. -М.: Интермент Инжиниринг, 2005. -672с.: ил.

26. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -640с.: ил.

27. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. «Энергия», 1967. -416с.: ил.

28. Качество электрической энергии и ее сертификация: Учебное пособие/Анчарова. Т.В., Рыбаков. Л.М., и др.// Map. гос. ун-т. Йошкар-Ола: Марийское кн. изд-во, 2000. - 108 с.

29. ГОСТ Р 50571.5-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтоков.

30. ГОСТ Р 50571.9-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Применение мер защиты от сверхтоков.

31. Фишман B.C. Новые ПУЭ требуют модернизации существующей защитной аппаратуры. // Новости электротехники. 2003. - №2.

32. Фишман B.C. Проблемы реализации новых требований ПУЭ. Автоматическое отключение питания и альтернативные решения по электробезопасности в системе TN. // Новости электротехники. -2003. №5.

33. Хазиев Д.Н. Разработка методики выбора сечений проводников и кабелей напряжением до 1кВ при проектировании объектов второ-119го уровня систем электроснабжения: Дис. . канд. техн. наук М.; 2002.-130 с.

34. Цырук С.А., Быстрицкий Г.Ф., Зиборов Б.Н., Потаихина Н.И. Условия выбора и проверки силовых кабелей в сети 0.4 кВ // Промышленная энергетика. 1998. - №2.

35. Егорушкин И.О. Учет термической стойкости проводников при выборе элементов электрических сетей до 1000 В // Промышленная энергетика. 1998. - №8.

36. Хазиев Д.Н., Быстрицкий Г.Ф., Бакалов Д.В. Определение сечений кабелей распределительной электрической сети напряжением 0,4 кВ по критерию термической устойчивости к токам короткого замыкания // Новые технологии. 2001. - №6.

37. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/ Под ред. Б.Н. Неклепаева. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 152с.

38. СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства. М.: Стройиз-дат, 1986. -58с.

39. Зельдович Я.Б. Теория зажигания газов накаленной поверхностью. -ЖЭТФ, 1939, т. 9, вып. 2, с. 1530-1534.

40. Гришин A.M. Математическое моделирование некоторых нестандартных аэротермохимических явлений. В кн.: Сборник трудов ТГУ-Томск: ТГУ, 1973.-281 с.

41. Калинкин В.И., Мелихов А.С. Зажигание полимерных материалов электрическим разрядом в обогащенных кислородом газовых средах. В кн.: Пожарная профилактика: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1984, с. 64-69.

42. Чигарев В.Д., Клоков М.А., Косовцов О.В., Токарев В.П. Образование летучих продуктов при термоокислительной деструкции полимерных материалов. В кн.: Пожарная профилактика: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1984, с. 70-74.

43. Калинкин В.И., Борисов B.C. Зажигание полимерных материалов электрическим разрядом. В кн.: Пожарная профилактика в электроустановках: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1985, с. 86-90.

44. Аверсон А.Э. Теория зажигания. В кн.: Тепломассообмен в процессах горения: Сб. науч. тр. Черноголовка: ИХФ, 1980, с. 16-36.

45. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. -М.: Энергоатом издат, 1990.-576 с.-12258. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электрических сетейи электрооборудования. М.: Энергоатомиздат, 1991. -464с.

46. Акимов Е.Г., Коробков Ю.С., Савельев А.В. и др. Выбор электрических аппаратов для электропривода, электрического транспорта и электроснабжения промышленных предприятий. М.: МЭИ, 1990.-131с.

47. Крылова И.Б. Номограммы для выбора кабелей и защит, чувствительных к коротким замыканиям// Электрические станции. 1997. -№8.

48. Родштейн Л.А. Электрические аппараты. -Л.: Энергоатомиздат, 1989. -304 с.

49. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»/ Ред. Ю.К. Розанов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Информэ-лектро, 2001. -420с.

50. Смелков Г.И. Влияние электрической защиты на пожарную опасность электропроводок. В кн.: Пожарная профилактика в электроустановках: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1985, с. 5-12.

51. Забиров А.С. Пожарная опасность коротких замыканий. М.: Стройиздат, 1987. - 103 с.

52. Салапин Ю.А. Модели оценки пожарной опасности электроустановок и эффективности аппаратов защиты: Дис. . канд. техн. наук-М., 1989.-195 с.

53. Гришин Е.В., Боков Г.В. Воспламеняемость проводов при аварийных режимах// Пожарное дело. 1982. - №1.

54. УЗО устройства защитного отключения. Учебно-справочное пособие. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. - 232с.

55. НПБ 243-97 Устройства защитного отключения. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний.

56. Маслов А.В. К вопросу о пожарной опасности кабельных изделий 0,4 кВ // Электрика. 2006. - №2.- С.43-44.

57. Исследование токов однофазного короткого замыкания в системе 380/220В с заземленной нейтралью/ Н-19-68/ ВНИИПЭМ. 1969.