Наша страна занимает первое место среди промышленно развитых стран по количеству пожаров и числу погибших в них. По тяжести пожаров, т.е. числу погибших на 100 тысяч жителей и числу погибших на 1000 пожаров, мы превосходим ФРГ в 22 раза, США - в 33 раза, Англию - в 38 раз.

По данным МЧС России, с 1998 по 2002 г. в нашей стране только по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования ежегодно происходило около 50 000 пожаров при числе погибших более 3000 человек в год.

Известно, что более трети всех пожаров имеют электротехническое происхождение. Причинами возгорания электропроводки могут являться нагрев проводников (локальный или на протяженном участке) из-за перегрузки, искрение в месте плохого электрического контакта (в соединениях, на клеммах электроприборов и аппаратов), утечка тока по загрязнениям, пыли и т.п. с неизолированных участков цепи (в распаечных коробках, распределительных щитах, электрических аппаратах), наконец, горение электрической дуги на каком-либо участке цепи, вызванное током короткого замыкания (КЗ).



Природа возгорания изоляции

Повреждения изоляции могут происходить по следующим причинам:
- электрические - перенапряжения, сверхтоки;
- механические - удар, нажим, сдавливание, изгиб, повреждение инородным телом;
- воздействие окружающей среды - влажность, тепло, солнечный свет, излучение (ультрафиолет), старение, химическое воздействие.

Значительное число пожаров возникает из-за коротких замыканий, причиной которых является ток утечки. Развитие КЗ из тока утечки происходит следующим образом. В месте микроповреждения или дефекта изоляции между находящимися под напряжением проводниками начинает протекать крайне малый точечный ток. Под воздействием влажности, загрязнения, проникновения пыли с течением времени образуется проводящий мостик, по которому протекает ток утечки (трекинг).

По мере ухудшения состояния изоляции, начиная со значения тока примерно 1 мА, постепенно происходит обугливание проводящего канала, возникает так называемый "угольный мостик" и в диапазоне от 5 до 50 мА ток уже течет постоянно и постепенно растет. При значениях тока утечки 150 мА, что означает, что на данном участке цепи выделяется мощность 33 Вт, возникает реальная опасность возгорания изоляции за счет нагрева теплом, выделяемым в месте повреждения.

В силу того, что под напряжением сопротивление "угольного мостика" ниже, чем в "холодном" состоянии, процесс носит лавинный характер, ток утечки быстро растет и при значениях 300... 500 мА в канале между зернами обугленного материала возникает тлеющий разряд, микродуга, в конечном счете приводящие к загоранию электрической дуги.

При возгорании твердого вещества, каковым является электрическая изоляция, часть его под действием высокой температуры в результате пиролиза переходит в газообразное состояние. Самостоятельное горение определенного объекта происходит в том случае, если пары вещества смешиваются с воздухом в соответствующей пропорции, и объекту передается достаточная для достижения температуры воспламенения энергия.

При возгорании в электроустановках энергия поступает к объекту - участку изоляции при протекании токов утечки, КЗ, электрических разрядов различных видов.

Горение электрической дуги имеет другую природу и не требует наличия окислителя.

Для воспламенения изоляции необходимо действие мощности 40... 100 Вт (по данным ФГУ ВНИИПО МЧС РФ - от 20 Вт). Выделение такой мощности возможно при протекании токов утечки в месте повреждения изоляции или возникновении "горячей точки" в точке плохого контакта (незатянутые клеммы и т.п.).

Уже при сопротивлении изоляции ниже 1000 Ом возможно выделение мощности, достаточной для воспламенения изоляции.

По данным профессора А. А. Сошникова (АлтГТУ), при исследованиях зажигающего действия токов утечки, проведенных в испытательной пожарной лаборатории управления пожарной охраны УВД Алтайского края, минимальный зажигающий ток утечки составил:
- для провода АППВС - 54 мА (11,8 Вт) при времени действия 39,3 с;
- для провода АПВ - 114 мА (25 Вт) при времени действия от 14,7 с до 48,5 с;
- для провода АПР - 68 мА (15 Вт) при времени действия от 101,3 с до 161,1 с.

Соответственно энергия, выделившаяся в месте повреждения изоляции, в каждом из приведенных случаев составила 463,7 Дж, 367 - 1212,5 Дж и 1519,5 - 2 416 Дж.

Устройства защитного отключения (УЗО) наряду с устройствами защиты от сверхтока относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания.

При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника такие устройства являются единственным средством защиты человека от электропоражения.

В основе действия защитного отключения, как электрозащитного средства, лежит принцип ограничения (за счет быстрого отключения) продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящимся под напряжением.



Изготовление и принцип действия УЗО

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на разницу токов (дифференциальный ток) в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов - дифференциального трансформатора тока.

Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО - четырех) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной погрешностью, осуществляется электромагнитным путем - с помощью дифференциального трансформатора тока.

К магнитному сердечнику трансформатора тока электромеханического УЗО предъявляются чрезвычайно высокие требования по качеству - высокая чувствительность, линейность характеристики намагничивания, температурная и временная стабильность и т.д.

По этой причине для изготовления сердечников трансформаторов тока, применяемых при производстве УЗО, используется специальное высококачественное аморфное (некристаллическое) железо.

Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока.

В абсолютном большинстве УЗО, производимых и эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, в качестве датчика дифференциального тока используется именно трансформатор тока.

Пусковой орган (пороговый элемент)выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах.

Исполнительный механизм включает в себя силовую контактную группу с механизмом привода.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока - тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока, протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока.



Защита от пожаров при повреждении изоляции

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования.

Даже УЗО с уставкой 300 мА достаточно быстро отключит дефектную цепь, в которой выделяется мощность 30...60 Вт. В зарубежной практике принято применять УЗО с уставкой (номинальным отключающим дифференциальным током) - 300, 500 мА в качестве противопожарных устройств. Обычно эти УЗО устанавливают на главном вводе электроустановки, тем самым осуществляя ее защиту от протекания токов утечки на землю, способных вызвать возгорание.

Применение УЗО целесообразно и оправдано в социальном и экономическом плане. Поэтому одной из задач противопожарной службы является соответствие их широкому внедрению в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения.