Пожаробезопасность в электроустановках

В электроустановках могут возникнуть как горение, так и тепловой взрыв. Горение — это быстро протекающая химическая реакция соединения вещества с кислородом воздуха, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света. Горение может быть и при соединении ряда веществ не только с кислородом, но и с другими реагентами, например с парами брома, серы, хлора. Для того чтобы возникло и протекало горение, необходимо наличие горючего вещества, кислорода (или другого реагента) и какого-либо источника энергии для воспламенения, который должен нагреть реагирующие вещества до определенной температуры (пламя, искра, механический удар, трение). Всякий источник воспламенения должен иметь достаточный запас тепловой энергии, передаваемой реагирующим веществам.

После начала процесса горения постоянным источником воспламенения является непосредственно зона горения, из которой и выделяется тепловая и лучистая энергия. Для возможности горения в воздухе необходимо определенное количественное соотношение горючего вещества и воздуха, причем в воздухе должно быть определенное содержание кислорода. В качестве горючих могут выступать различные твердые вещества (уголь, древесина, бумага, каучук, сера, стеарин и др.), жидкости (нефть, мазут, керосин, бензин, бензол, толуол и др.) и газы (водород, метан, пропан и пр.).

Некоторые твердые горючие вещества при нагревании испаряются (сера, стеарин, каучук). В процессе горения их пары реагируют с кислородом воздуха. Такие твердые вещества, как каменный уголь, древесина, бумага, ткани, при нагревании разлагаются на газообразные продукты и твердое вещество — уголь. Древесина, например, имеет 80% летучих веществ. Некоторые твердые горючие вещества (кокс, древесный уголь, антрацит) при нагревании не плавятся и не разлагаются. Жидкие горючие вещества при нагревании испаряются и в процессе горения участвуют их пары.

Таким образом, большинство горючих веществ при нагревании переходит в газообразное или парообразное состояние и образует с воздухом горючие смеси. Горючие смеси могут образовываться и в результате распыления в воздухе жидких или твердых горючих веществ — бензина, керосина, угольной пыли и др.

Как уже было сказано, большинство горючих веществ сгорают в газовой и парообразной фазе. Поэтому загорание вещества начинается со вспышки. Вспышка — это кратковременное загорание выделившихся из горючего вещества паров или газов с помощью пламени или искры. При этом для продолжения горения оказывается недостаточно того количества тепла, которое образуется при кратковременной вспышке. Воспламенение (возгорание) — это процесс возникновения горения, происходящий в результате нагрева части горючего вещества источником воспламенения. При этом вся остальная масса горючего вещества остается холодной.

Готовность горючей смеси к воспламенению определяется предельным содержанием в ней паров, пыли или газообразных продуктов, а для некоторых веществ еще и температурой смеси. Горючая смесь, состоящая из горючего вещества и кислорода, может быть химически неоднородной иди однородной. В химически неоднородных смесях горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхность раздела (например, твердые горючие вещества и жидкости, находящиеся в воздухе, или струи горючих газов и паров, поступающие из резервуаров в воздух). При горении таких смесей кислород постоянно поступает к горючему веществу через продукты горения и вступает с ними в химическую реакцию. Такое горение называется диффузным. Скорость такого горения невелика.

Если горючее вещество перемешано с воздухом, то такая смесь становится однородной, и процесс горения зависит только от скорости самой химической реакции. В этом случае горение протекает быстро: оно называется кинетическим. Такое горение представляет собой взрыв или детонацию. Не всякая смесь горючего вещества с воздухом способна к воспламенению. Существует минимальная и максимальная концентрации горючего вещества в воздухе, ниже и выше которой воспламенение невозможно. Концентрация горючего вещества в воздухе, ниже которой воспламенение смеси невозможно, называется нижним концентрационным пределом воспламенения. Если имеются условия для взрыва, концентрация называется нижним пределом взрываемости. Концентрация горючего вещества в воздухе, выше которой воспламенение смеси невозможно, называется верхним концентрационным пределом воспламенения (верхним пределом взрываемости).

Горючие газы и смеси газов, а также твердые горючие вещества в виде пыли могут создавать с воздухом горючие смеси при любой температуре, а жидкости и твердые горючие вещества в виде крупных кусков создают горючие смеси только при определенных температурах.

В нижеприведенных табл. 40, 41, 42 даны характеристики пожарной опасности некоторых газов, жидкостей и твердых веществ, часто встречающихся при эксплуатации электроустановок. Твердые горючие вещества и жидкости требуют для своего воспламенения не только нужной концентрации, но и определенной температуры.

При нагревании выделяющиеся из них газы и пары достигают нижнего концентрационного предела только при условии, если эти вещества нагреты до температуры вспышки. При этой температуре образовавшаяся смесь газов и паров от источника воспламенения сгорает, но дальнейшее горение прекращается вследствие недостаточности выделившегося тепла для образования новой порции газов и паров. При более высокой температуре вещества, называемой температурой воспламенения, содержание газов или паров, выделившихся из него, оказывается несколько выше нижнего концентрационного предела, и в результате вспышки (при наличии пламени или искры) образуется тепло, достаточное для выделения новой порции паров или газов и для установления стационарного горения. Таким образом происходит воспламенение вещества.

Воспламенение возможно и без источника воспламенения. Если горючую смесь нагреть, то при некоторой температуре в ней начнется процесс самоокисления. Если выделяемое при этом тепло не полностью рассеивается в окружающее пространство, то температура повышается и смесь настолько подогревается, что воспламеняется. Это явление называется самовоспламенением. Оно возникает при так называемой температуре воспламенения.

Иногда вещество загорается только за счет выделения тепла от внутренних химических или биологических процессов, происходящих в нем самом (бурый уголь, торф, древесные опилки). Это явление называется самовозгоранием.

Из этого следует, что твердые горючие вещества в уплотненном состоянии подготовлены к горению при наличии соответствующих температур (воспламенения, самовоспламенения), при которых они выделяют горючие смеси (газы) продуктов разложения, образующих необходимые для горения концентрации в воздухе.

Твердые горючие вещества в пылевидном состоянии подготовлены к горению или взрыву при любой температуре при наличии достаточной концентрации в воздухе. Горючие жидкости подготовлены к горению при наличии соответствующей температуры, при которой образуется достаточная концентрация паров над поверхностью жидкости в воздухе. Удобно судить о пожароопасных свойствах жидкостей по температуре их вспышки. Для горючих жидкостей различают два температурных предела воспламенения — нижний и верхний.

Нижний температурный предел воспламенения (температура вспышки) — это наименьшая температура жидкости, при которой образуется смесь насыщенных паров с воздухом, способная воспламеняться при поднесении к ней источника воспламенения. Верхний температурный предел воспламенения — наибольшая температура жидкости, при которой образуется смесь насыщенных паров с воздухом, способная еще воспламеняться. Выше этой температуры жидкость образует насыщенные пары, которые в смеси с воздухом в закрытом объеме воспламеняться не могут.

При температуре вспышки до 45°С жидкости называются легковоспламеняющимися (ЛВЖ), а выше 45°С — горючими (ГЖ).

Возникновение взрыва происходит в газо- или паропылевидной среде. При этом температура этой среды играет второстепенную роль. Основное условие для взрыва — наличие соответствующего концентрационного предела. Нижний и верхний пределы концентрации для воспламенения в данном случае уже являются нижним и верхним пределами взрывоопасной концентрации (предел взрываемости).

Второе необходимое условие для взрыва — наличие теплового импульса достаточной мощности. Развитие взрыва идет лавинообразно. Для возникновения теплового взрыва достаточно, чтобы источник воспламенения разогрел несколько молекул смеси. Тепло, возникшее от них, нагреет и воспламенит ближайшие частицы смеси. Следует отметить, что газо- или паровоздушная смесь может при одних и тех же концентрациях дать спокойное стационарное горение или практически мгновенный разрушающий взрыв. Очевидно, все зависит от условий, при которых происходит смешение горючего вещества с воздухом, и от характера воспламенения. Поэтому, оценивая подготовленность различных горючих веществ к пожару или взрыву, в одних случаях целесообразно ориентироваться на пределы концентрации их в воздухе, в других, кроме того, и на температуру вспышки или воспламенения.

В отношении взрывоопасности различают газы и пары тяжелые и легкие. К более опасным следует отнести тяжелые газы и пары с плотностью по отношению к воздуху 1,5—2, имеющие нижний предел взрываемости примерно до 2—3% и низкую температуру самовоспламенения, а для паров ЛВЖ — еще и низкую температуру вспышки. К менее опасным могут быть отнесены легкие газы и пары с плотностью 0,8 и менее по отношению к воздуху, имеющие нижний предел взрываемости 5—15% и более высокую температуру самовоспламенения.

Фактором, определяющим степень взрывоопасности помещений, является токсичность газов и паров. Когда токсичные концентрации меньше нижнего предела взрываемости, то они являются как бы предупреждающими о возможности возникновения взрывоопасной концентрации (например, аммиак, сероуглерод). Для предотвращения появления токсичных концентраций служит специальная механическая вентиляция. Таким образом, при соблюдении санитарных норм при проектировании и эксплуатации производственных установок значительно снижается и вероятность образования взрывоопасных концентраций газов и паров в помещениях.

Горючая пыль может находиться в помещении во взвешенном состоянии (аэрозоль) или осевшей на различных поверхностях (аэрогель). Аэрозоли имеют более высокую температуру воспламенения по сравнению с аэрогелями вследствие меньшей их концентрации в единице объема, в результате чего условия для развития горения могут наступить при более высокой температуре. Так, например, угольная пыль в форме аэрозоля имеет температуру самовоспламенения 969°С, тогда как в форме аэрогеля она самовоспламеняется при температуре 260°С. Самовоспламенение аэрозолей зависит от концентрации пыли в воздухе и от степени измельчения частиц. Горючие пыли или волокна относятся к взрывоопасным, если нижний предел их взрываемости не превышает 65 г/м3. Наиболее взрывоопасными являются пыли с нижним пределом взрываемости до 15 г/м3, в частности мельничная, серная, торфяная.

В электроустановках некоторых производств существует опасность пожара или взрыва по причинам искрения или недопустимого перегрева токоведущих частей. Правила устройства электроустановок предусматривают выбор электрооборудования в зависимости от класса пожароопасного или взрывоопасного помещения. Промышленность выпускает различные виды взрывозащищенного электрооборудования, причем способ взрывозащиты регламентирован специальными «Правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ)».

В устройствах взрывозащиты используется эффект резкого понижения температуры горючей смеси при выходе ее в атмосферу из оболочки через узкую щель (щелевая защита) вследствие понижения давления. В зависимости от способности передачи взрыва через ширину щели в оболочке устанавливается четыре категории взрывоопасных смесей. В табл. 43 дана классификация такого рода смесей.

В зависимости от температуры самовоспламенения устанавливаются пять групп взрывоопасных смесей. При температуре самовоспламенения выше 450°С вещества, образующие с воздухом взрывоопасную смесь, относятся к группе Т1; при температуре самовоспламенения от 300 до 450°С — к Т2; при температуре самовоспламенения от 200 до 300°С - к Т3; при температуре самовоспламенения свыше 135 до 200°С — к Т4 и при температуре самовоспламенения от 100 до 135°С — к Т5. Так, например, газ метан отнесен к категории 1 и к группе Т1, амилацетат — к категории 1 и группе Т2, скипидар — к категории 1 и группе Т3. Ацетон, окись углерода — категория 2, группа Т1; бензин Б-72 — категория 2, группа Т3; коксовый газ — категория 3, группа Т1; водород — категория 4а, группа Т1; сероводород — категория 4а, группа Т3; ацетилен — категория 4б, группа Т2 и т. д. Распределение взрывоопасных смесей по категориям и группам приведено полностью в ПИВРЭ.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

---

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

• Уклон садовых дорожек
• Молниезащита. Молниеприемник, токоотвод, заземлители
• Основания фундаментов. Виды грунтов