Szkoła Główna Służby Pożarniczej Przedmiot ELEKTROENERGETYCZNE ZAGROŻENIA POŻAROWE temat pracy : „Zabezpieczenie pożarowe procesu wytwarzania i przesyłania energii elektrycznej”. Wykonał: asp. sztab. ANDRZEJ ROGALSKI ZSI-29 Pluton I

Opracowanie ma na celu określenie zagrożeń występujących podczas wytwarzania, przetwarzania i przesyłania energii elektrycznej. Omówiono również zagrożenia wynikające z wykorzystania elektrycznych urządzeń ogrzewczych oświetleniowych

I. Zagrożenia pożarowe występujące w procesie wytwarzania energii elektrycznej.

Zagrożenia pożarowe występujące w procesie wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych wynikają z faktu, że : "Straty mocy występujące w generatorach zmieniają się na ciepło, które powoduje wzrost temperatury żelaza oraz uzwojeń stojana i wirnika. Najwyższe temperatury występują w uzwojeniu znajdującym się w żłobkach."

W celu zmniejszenia temperatury stosuje się obiegi chłodzenia generatorów, które ze względu na czynnik chłodzący dzielą się na

⇒ chłodzenie powietrzem - (z obiegiem otwartym, z obiegiem zamkniętym),

⇒ chłodzenie wodorem,

⇒ chłodzenie wodą lub olejem.

1. Chłodzenie powietrzem

- duża gęstość powietrza wywołuje duże straty w skutek tarcia cząstek powietrza o wirujące części,

- stosunkowo mała przewodność cieplna powietrza i mała zdolność przejmowania ciepła od powierzchni chłodzących,

- zawartość tlenu w powietrzu w połączeniu ze zjawiskiem jonizacji powoduje niebezpieczeństwo pożarowe.

Przy chłodzeniu powietrzem niezbędne jest stosowanie specjalnych zabezpieczeń i urządzeń gaszących, które w przypadku zwarcia w uzwojeniach generatora napełniają obieg dwutlenkiem węgla.

2. Chłodzenie wodorem

- w przypadku obiegu chłodzenia z wodorem musi on być specjalnie wykonany oraz zabezpieczony przed wnikaniem do niego powietrza aby nie dopuścić do powstania mieszaniny wybuchowej, ponieważ przy zawartości wodoru 7 - 70 % może nastąpić wybuch,

W przypadku szczelnego wykonania chłodzenie wodorowe bardzo dobrze zabezpiecza prze pożarem, ponieważ nawet przy powstaniu zwarcia i łuku pomiędzy uzwojeniami generatora izolacja z braku tlenu nie zapala się. Zatem zastosowania wodoru wpływa korzystnie na trwałość izolacji.

3. Chłodzenie wodą lub olejem

- zagrożenia pożarowe przy chłodzeniu olejem wynikają z prowadzenia całej gospodarki olejowej tj. układów instalacji olejowych służących do smarowania i chłodzenia łożysk,

- stosowanie chłodzenia wodnego wykazuje najwięcej zalet i jest najmniej niebezpieczne pożarowo stosunkowo lekka obudowa maszyny, bowiem wobec niestosowania wodoru nie istnieje problem wytrzymałości na ciśnienie w związku z ewentualną eksplozją, jak również nie istnieje konieczność zachowania szczelności związanej ze stosunkowo znacznym nadciśnieniem wodoru. Zbędność chłodnic wbudowanych w kadłub maszyny, stosowanych przy chłodzeniu wodorem. Wobec zbędności olejowych uszczelnień wału generatora - zbędność związanych z tym urządzeń olejowych, a zatem uproszczona obsługa generatora i ogólnie mniejsza awaryjność maszyny. Zbędność całego zespołu urządzeń gospodarki wodorowej oraz urządzeń do przepłukiwania generatora za pomocą CO₂ - nie ma więc obowiązku stosowania przepisów bezpieczeństwa związanych ze stosowaniem urządzeń zagrożonych wybuchem. Znaczne zmniejszenie szumu powodowanego przez obieg wentylacyjny.)

Generatory przyłączone bezpośrednio do sieci narażone są na przychodzące z sieci przepięcia. Przepięcia w sieci mogą być spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi.

Aby uniknąć powyższych zagrożeń dla generatorów bezpośrednio przyłączonych do sieci wskazane jest aby sieć ta składa się głównie z linii kablowych, nie narażonych na przepięcia atmosferyczne. W przypadku zasilania sieci napowietrznej generatory przyłączane są do szyn za pośrednictwem transformatorów podwyższających napięcie. Transformatory takie wykonane są ze wzmocnioną izolacją pierwszych uzwojeń, są więc mniej wrażliwe na przepięcia z sieci. Poza tym dzięki strumieniowi rozproszenia transformator stanowi dużą reaktancję dla prądu powstającego przy zwarciach w sieci.

II. PrzesyłAnie energii elektrycznej

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.

Tansformatory - zagrożenia .

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

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.

Urządzenia zabezpieczające a 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:

⇒ cieplne dzialanie prądu elektrycznego,

⇒ zwarcie,

⇒ luk elektryczny,

⇒ przeciążenie,

⇒ iskrzenie,

⇒ 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:

⇒ bezpieczników topikowych,

⇒ wyłączników instalacyjnych nadprądowych,

⇒ wyłączników różnicowoprądowych.

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

III ODBIORNIKI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Urządzenia grzejne

Urządzenia grzejne przetwarzają energię elektryczną na użyteczną energię cieplną. Znajdują szerokie zastosowanie dzięki wielu zaletom, takim jak łatwość i szybkość regulacji temperatury, co ułatwia automatyzację, możliwość dostosowania temperatury do każdego procesu technologicznego wreszcie procesowi zmiany energii elektrycznej na ciepło nie muszą towarzyszyć żadne reakcje chemiczne, co wyklucza zanieczyszczenie środowiska.

Według rodzaju wykorzystywanych zjawisk grzejnictwo elektryczne dzieli się na oporowe, elektrodowe, łukowe, indukcyjne, pojemnościowe i promiennikowe.

Temperatura otwartej spirali grzejnej w różnego rodzaju kuchenkach i grzejnikach wynosi około 1000 st.C i stanowi duże zagrożenie pożarowe. Z tego względu grzejników z otwartą spiralą grzejną już się praktycznie nie stosuje. Grzejniki komunalne, przede wszystkim kuchenki, mają dobrą izolację cieplna od spodu, wykonaną z materiałów ceramicznych stąd stosunkowo małe prawdopodobieństwo zapalenia podłoża palnego, na którym stoi grzejnik. Dużo częściej zapalają się materiały znajdujące się w zbyt małej odległości nad kuchenką.

W suszarkach oporowych temperatura robocza nie przekracza 200-300 st.C, w piecach oporowych może wynosić od 500 do 1250 st.C. Izolacja cieplna pieców i suszarek jest taka, że urządzenia te są zimne na zewnątrz i nie powinny stanowić zagrożenia pożarowego. Miejscem stosunkowo niebezpiecznym jest tylna ścianka pieca, gdzie wprowadza się kabel zasilający. W tym miejscu musi być usunięta warstwa termoizolacyjna a ponadto, jak w każdym miejscu styku obwodu elektrycznego może wystąpić iskrzenie.

Wszystkie piece oporowe i większość suszarek wyposaża się w samoczynną regulację temperatury. Niestety stosunkowo częste awarie regulatorów temperatury bywają przyczyną niekontrolowanego wzrostu temperatury i spalenia elementów grzejnych pieca oraz materiałów suszonych względnie nagrzewanych. Jeżeli w pobliżu pieca znajdują się materiały łatwopalne, może powstać pożar w pomieszczeniu.

Piece oporowe bezpośrednie stosowane są w hutnictwie i nie stanowią dużego zagrożenia pożarowego ze względu na niepalny materiał nagrzewany. Podobnie niewielkie zagrożenie pożarowe stwarzają inne piece przemysłowe, jak elektrodowe, indukcyjne i łukowe, że temperatura w tych ostatnich dochodzi do 10000 st.C. Mimo wysokich temperatur piece z fachową obsługą, umieszczone w specjalnie do tego celu przeznaczonych pomieszczeniach, w których nie ma materiałów palnych, praktycznie nie powodują pożarów.

Najwięcej pożarów wywołują grzejniki komunalne, tj. żelazka, grzałki, kuchenki, różnego rodzaju ogrzewacze wnętrzowe. Przyczyną tych pożarów jest nieostrożność osób posługujących się grzejnikami, ustawienie ich w pobliżu materiałów palnych lub na podłożu palnym, względnie wadliwe działanie na skutek błędów fabrycznych, zużycia, niewłaściwej eksploatacji lub niefachowo wykonanych napraw.

W przypadku przepalenia się spirali grzejnej nie należy jej łączyć przez skręcenie ponieważ zmniejsza się przez to rezystancja elementu grzewczego i następuje wzrost prądu, który z kolei powoduje przegrzanie samego elementu grzejnego i całej instalacji. Grzejniki nurkowe, przystosowane do pracy w wodzie, a wiec przy intensywnym chłodzeniu pozostawione pod napięciem bez wody względnie po jej wyparowaniu, nagrzewają się do wysokich temperatur i stanowią bardzo duże zagrożenie pożarowe.

Urządzenia oświetleniowe

Urządzenia oświetleniowe powodują mniejsze niż grzejne zagrożenie pożarowe, niemniej również mogą być również przyczyną pożaru. Najczęściej stosowane lampy żarowe, tzn. żarówki tylko około 10 % pobieranej energii elektrycznej zamieniają na energię promienistą, pozostałe 90 % zmienia się na ciepło. Temperatura bańki szklanej zależy od mocy żarówki, rodzaju oprawy oświetleniowej, warunków chłodzenia oaz położenia żarówki. Temperatura ta może osiągnąć około 300 st.C.

Drugą przyczyną zagrożenia pożarowego żarówek jest iskrzenie w oprawce, szczególnie niebezpieczne w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem. Wreszcie żarówka może stać się przyczyną pożaru jeśli pęknie bańka szklana, a rozżarzona skrętka upadnie na materiał palny. Jednak jak wykazała praktyka, jest to możliwe tylko wtedy, gdy moc żarówki była duża ( 1000 W, 1500 W ), a materiał łatwo palny w odległości kilku do kilkunastu cm od żarówki. W pozostałych przypadkach pożar jest mało prawdopodobny, gdyż pojemność cieplna skrętki jest bardzo mała i spadając stygnie ona do temperatury bezpiecznej.

Mniejsze niż żarówki zagrożenia stwarzają lampy fluoroscencyjne czyli świetlówki. Temperatura zewnętrzna rurki wynosi około 50 st.C, w razie stłuczenia nie grożą pożarem. Pewne zagrożenie powoduje osprzęt współpracujący ze świetlówkami: dławik może nagrzać się do temperatury 120 st.C, a zapłonnik ( starter ) chwilowo osiąga temperaturę 100 st.C. Ponieważ w zapłonniku znajduje się palny kondensator papierowy zalany palną masą, który topi się w temperaturze 105 st.C, zdarzają się przypadki, które mogą zapalić inne materiały palne. Z tego powodu zaleca się, aby przy stosowaniu świetlówek w pomieszczeniach zagrożonych pożarem lub wybuchem osprzęt świetlówek instalować poza pomieszczeniem zagrożonym.

Bardziej niebezpieczne pożarowo niż żarówki są lampy rtęciowe ze względu na bardzo wysoką, rzędu 1000 st.C , temperaturę jarznika (tj. wewnętrznej bańki ze szkła kwarcowego ). W przypadku pęknięcia zewnętrznej bańki ochronnej gorący jarznik może eksplodować i zapalić materiały łatwo palne, na które upadnie. Ponadto występuje iskrzenie w oprawce analogicznie jak w żarówce.

Z pozostałych rzadziej stosowanych lamp, bardzo niebezpieczne są jeszcze lampy łukowe ze względu na bardzo wysoką, rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza temperaturę łuku. Lampy te stosowane są w lotnictwie, przemyśle filmowym i fotografice.

Urządzenia oświetleniowe w czasie eksploatacji wymagają przeglądów, remontów i stałej konserwacji. Wstrząsy, nagrzewanie i stygnięcie, częste manipulacje powodują rozluźnienie złącz, uszczelnień i zamocowań do konstrukcji budynku. Urządzenia oświetleniowe wymagają ponadto okresowego czyszczenia, w zależności od stopnia wydzielania się kurzu w pomieszczeniu. Jeżeli stopień wydzielania się kurzu, dymu lub pyłu w czasie produkcji jest nieznaczny, urządzenia oświetleniowe należy czyścić co dwa, trzy miesiące. Przy średnim stopniu wydzielania zanieczyszczeń co jeden do dwóch miesięcy. Przy znacznym zanieczyszczeniu co dwa, cztery tygodnie i przy bardzo dużym zanieczyszczeniu co jeden do dwóch tygodni.

Profilaktyka pożarowe urządzeń oświetleniowych polega przede wszystkim na stosowaniu właściwych dla występującego zagrożenia opraw ( przeciwwybuchowych, pyłoszczelnych, wodoszczelnych itp. ), utrzymaniu tego sprzętu we właściwym stanie technicznym oraz w czystości. Użytkownik jest obowiązany usuwać wszystkie uszkodzeni, przy czym w zakładach pracy nawet do takich czynności, jak wymiana żarówek uprawnieni są tylko elektrycy. Ponadto przepisy wymagają zachowania odległości co najmniej 0,5 m. pomiędzy oprawami oświetleniowymi, a materiałami palnymi.

Podczas 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

8

---