בטיחות אש של התקנות חשמל, אלגוריתם הצתה

FIRE SAFETY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS, IGNITION ALGORITHM

לא מזמן, לפני שבועיים, אירע שריפה ופיצוץ במבנה מבנ"ד באחת הארגונים הגדולים בישראל

למחרת הגיעו למקום צוות סמכותי ומוכשר המורכב ממומחים ראשיים באותו ארגון וחקרו את הסיבות לשריפה

נכתבו מסקנות והמלצות

והנה אני קורא את המסמך הזה. כתוב היטב, ברור. אולי, אפילו, מאוד מקצועי. אבל כמה דברים הייתי כותב אחרת. אבל די בצדק, אני לא בתפקיד בכיר מהמעלה הראשונה בארגון הזו, ולמזלה, דעתי לא נשאלה

ידידי בחו"ל, יהודי יקר, הקדיש את חייו המקצועיים לנושא זה. לכן, על סמך מסמכיו, ניסיונו וחוויותיו, אנסה להציג כאן את החזון וההצעות שלנו

Abstract

The effectiveness of active and passive protection is determined by how adequately the operating conditions of electrical installations, the sequence of events, as well as the properties of materials and structures are taken into account. To formalize the mapping of the listed factors in abnormal situations and justify the system of human assistance of a smart house or safe production, allow ignition algorithms. Such schematization of actions and rules in the proposed work is made on the basis of physical modelling with the use of conductors, cable products and connection details of real electrical circuits. As a result, the sequence of interconnected stages preceding the ignition of the insulation and operating up to the emergence of self-regulating arc conditions has been identified. The study of a number of publications, and also author's own experimental data allowed to conclude that the fire shutdown of electrical installations provides control of non-electrical indicators (including temperature), which is performed with the help of fire automation. It was found that the devices responding to interference from arcing breakdown will turn off power after ignition and will not prevent a fire. Differential dipoles, blocks and denonzators are noted as effective means of responding to damage to conductors, connections, as well as emergency modes.

קיימת בעיה מסוימת בהנדסת החשמל בשל היעדר הערכה חד משמעית של סכנת השריפה של תקלת קשת בהשוואה לחימום התנגדות. ניתן לראות את נוכחותם של חילוקי דעות מהשוואת מסמכים רגולטוריים

לדוגמה, NFPA 921-2021 "מדריך לחקירות אש" מכיל את ההוראות הבאות:

9.9.4.1 על מנת שהקשת תעבור באופן ספונטני אפילו דרך הרווח הקטן ביותר באוויר, חייב להיות הפרש מתח של 350 וולט לפחות. במערכות… 120/240 וולט, הקשת אינה נוצרת באופן ספונטני… למרות הטמפרטורות הגבוהות מאוד לאורך הנתיב, ייתכן שהקשת לא תהיה מקור הצתה מתאים לדלקים רבים. ברוב המקרים, הקשת כה קצרה ומקומית עד שדלקים מוצקים כגון אלמנטים מבניים של עץ אינם יכולים להתלקח

9.9.5.2 … ניצוצות קשת במעגלים מקבילים … יכולים להצית רק חומרים דליקים …

מצד שני, קוד החשמל הלאומי NFPA 70 דורש שמעגלים מסועפים המספקים שקעים או מכשירים במטבחים, חדרי שינה, חדרי אוכל, סלונים, ספריות, חדרי ארונות, חדרי שינה, חדרי סולאריים, חדרי בילוי, חדרי רחצה, מסדרונות, חדרי כביסה, ודומים אזורים או טריטוריות היו מוגנים בפני קשת

השאלה היא למה אנחנו צריכים הגנה מפני תקלת קשת אם היא לא יכולה להיות מקור הצתה? חוסר העקביות הברור של הדעות, אפילו ברמה הרשמית, מחייב ללא ספק מחקר רציני במקום העתקה עיוורת של חוקים זרים. עם זאת, הדרישה להילחם באשמת קשת כבר הועברה למסמכים הרגולטוריים של מדינות רבות

נוח להשתמש במונח זה כדי לשלב מכשירים המכבים את אספקת החשמל כאשר מופיעות הפרעות אופייניות (זרם ונחשולי מתח) בתחילת המעגל החשמלי, אלה כוללים:

AFCI – arc-fault circuit interrupter

AFDD – arc fault detection device

ואחרים דומים

מפסקי הקשת המפורטים יכולים להיות מורכבים (בשילוב עם מפסקי זרם, התקני זרם דיפרנציאלי או ממסרי מתח) ולהכיל את הרכיבים הבסיסיים אחרים

יש לציין כי דגמים סדרתיים של המכשירים הרשומים מיוצרים כבר יותר מ-20 שנה, אך עדיין אין נתונים אובייקטיביים המאשרים את היעילות של שיטת הבקרה ופעולת ההגנה של מתגי קשת. כדי להוכיח את הצורך במוצרים אלה, הספקים מגבילים את עצמם לקומיקס, קריקטורות וסטטיסטיקות "ג'אגלינג"

בתוך כך, יש להדגיש כי הנתונים הרשמיים  אינם מכילים כל מידע על מספר השריפות עם מקור הצתה בצורה של תקלת קשת. המידע הקרוב ביותר נוגע רק לסוגי המוצרים (מכשירים, חומרים) שעליהם (מהם) התרחשה שריפה, אשר בבדיקה עולה לא פעם שהמכשיר החשמלי עצמו פעל במלואו, וההצתה התרחשה עקב מגע עם חומרים דליקים. כלומר, עקב הפרת כללי הפעולה. אין חלוקה למקרים בהם היו קצרים, התברר שהזרם יותר מהמחושב או סיבה אחרת שקדמה להם. יתר על כך, סטטיסטיקה כזו אינה חושפת כיצד מתרחש תהליך ההצתה

נשים לב שבנושא האפקטיביות ההגנות ברשתות חברתיות באינטרנט, יש מידע שימושי יותר מאשר בספרות המדעית. אבל הערכה התייעלות אפשרית בהחלט ללא אמצעי בקרה אובייקטיבי. וכאן עודף של הערות לא מקצועיות מוביל לצורך להתחיל הסברים מהמחקרים

החיסרון העיקרי של המסמך הרגולטורי הוא היעדר הגדרה וקריטריון לסכנת שריפה של תקלת קשת. לא הוכח כיצד להבחין בין תקלה מסוכנת לבין ניצוץ רגיל, המתרחש בכל פעם בעת סגירה (פתיחה) של מגעים של מתגים או חיבור (ניתוק) שקעים ופינים של שקעים ותקעים. קריטריון כזה יכול להיות הטמפרטורה המקסימלית המותרת של המוליך (חיבור), אך אין צורך במפסקי קשת כדי להבטיח בטיחות בבקרת טמפרטורה. חיישנים של מחוונים לא חשמליים הם הרבה יותר פשוטים ואמינים בשליטה על התחממות יתר של חיבורים, כמו כן כבלים או כבלים מאריכים

מסתבר שכדי להגיב לניתוק או לעלייה בהתנגדות החולפת, מספיק להבטיח את איזון הזרמים של החיישן הדיפרנציאלי מפסק מגן) רק בהיעדר פגמים במוליכים ובחיבורים במעגל. השימוש בעקרון הזה הוביל להופעתם של מספר פתרונות, כולל דיפולים דיפרנציאליים ובלוקים המגיבים לנזק:

– דיפול דיפרנציאלי, בהגדרה, הוא התקן זרם דיפרנציאלי, שיש לו חיבור הפוך של שני קטבים;

– היחידה הדיפרנציאלית מורכבת לפחות ממפסק מגן אחד וממגעים או התקני עזר

חשוב שבלוקים ודיפולים דיפרנציאליים יתקבלו על ידי שילוב של התקנים וחלקים פשוטים, זמיניים וקיימים והרגישות והמהירות שלהם גבוהות בסדרי גודל מאלה של מתגי קשת.

פתרון פשוט נוסף נקרא דנונסטור ובצורה נוחה מכשיר זה שולט בפרמטרים החשמליים ביציאה של מעגלים חשמליים ושולט בהתקן הזרם הדיפרנציאלי בכניסה

לפיכך, יש לנו מספר של פתרונות להתמודדות עם תקלת קשת באמצעים זמינים, נותר לברר באילו מקרים זה הכרחי

ידוע שמגעים יכולים להיות מקורות הצתה עיקריים וגם האשמים בהצתות חוזרות ונשנות. חימום של מוליך אחד עלול להוביל לפגיעה בבידוד של מוליכים אחרים, ובכך ליזום קצרים בין פאזה לפאזה וקצרים של מוליכים פאזה והארקה. כל מחזור של עליית טמפרטורה מוביל לאובדן גמישות, דפורמציה של חלקים מוליכים והרס של אלמנטים מבודדים, לכן, לאחר החימום הבא, פגמים בחיבור הופכים מסוכנים יותר. זה חל על חיבורים ניתנים להסרה (שקעים), מהדקים, סלילים וכו'. וההרגל של בדיקת הטמפרטורה (לדוגמה, תקעים) במגע יד הוא שימושי למעשה לזיהוי בזמן של תקלות

ישנם פרסומים האומרים שחיווט שחומם יתר על המידה עלול להוביל לקשתות, ולהיפך, קשתות עלולות להוביל להתחממות יתר ולהדלקה של בידוד החוט, גזים הנוצרים מהבידוד או חומרים דליקים סמוכים. אבל העיקר יש לציין, בכל המחקרים הבחינו בעלייה בטמפרטורה, עם זאת, במסקנות ללא הצדקה, מומלץ לשלוט לא בטמפרטורה, אלא בפירוק הקשת

הסתירה שהתגלתה הייתה הסיבה למאמר המוצע

שיטות ועקרונות מחקר

1. הקלטת וידאו של התמוטטות הקשת והקלטת פרמטרים חשמליים בוצעו כפי שמוצג באיור. הדגם היישומי מאפשר לחבר מוליכים ולפתוח חיבורים, להשתמש במוליכי נחושת ואלומיניום מקטעים ותצורות שונות, לרבות יחד עם חלקי מהדקים שונים

בסך הכול בוצעו למעלה מאלף בדיקות, בהן נעשה שימוש במוליכי נחושת בקוטר של 0.1, 0.2, 0.4 מ"מ וכן מוליכים מאלומיניום ונחושת בחתך של 1.5, 2.5, 4, 6 מ"מ. חלק ממוליכי הנחושת התחמצנו מראש במהלך אלקטרוליזה בתמיסת מי חמצן. עבור זוגות נחושת-אלומיניום, נחושת-נחושת, אלומיניום-אלומיניום, נבחרו מוליכים בחתך שווה, כמו כן השונים ביותר (1.5 על 6 מ"מ). בניסויים מסוימים, מבחן הזוג חזר על עצמו עד מאה פעמים עבור אלקטרו-ארוזיה פני השטח. שיטה זו של הידרדרות מגע שימשה בהכרח אם נעשה שימוש בחלקי קצה במקום מוליכים. העומס הוסדר כך שבמתח של 230 וולט זרם המעגל הסגור היה מ-2 עד 200 אמפר

מנתקי הקשת יכבלו במצב קשת מווסת עצמית, אך תגובה זו אינה יעילה מכיוון שהיא מתרחשת לאחר ההצתה. כלומר, אש לא תמנע

השליטה במחוונים אחרים שאינם חשמליים רלוונטית גם, לרבות בקרת הופעת מוצרי פירוליזה גזיים, שבאה בעקבות עלייה בטמפרטורה, והעשן היה בולט במיוחד אם מדובר בנפח סגור. יש לקחת בחשבון נסיבות אלו בעת ההגנה על לוחות חשמל, ארונות שרתים וצרכני חשמל חזקים אחרים עם מארז סגור

ברור שתרמוסטטים ו/או גלאי חום יפקחו על התהליך כמעט מההתחלה. כמובן, בחירת המיקום להתקנת חיישנים תרמיים תהיה מכרעת לתגובה בזמן, ולכן הם צריכים להיות ממוקמים במקומות הנזק הסבירים ביותר (על שקעים, על חיבורי מפצל וכו'). פעולתם של גלאי עשן וגז תהיה יעילה בחללים סגורים. זה בולט במיוחד כי בכל שלב זה שימושי לשלוט על הפרעה של מעגלים סגורים

סיכום

1. יש להתייחס לאופן הפעולה המסוכן לשריפה של מתקני חשמל כרצף של שלבים הקשורים זה בזה, שסימן הסכנה הנפוץ בהם הוא ההשפעה התרמית ולחימום התנגדותי יש השפעה דומיננטית על עליית הטמפרטורה.
2. ניתוק בזמן של מתקנים חשמליים מספק שילוב של שליטה על מחוונים חשמליים ולא חשמליים,
3. אם יש צורך לשלוט על שלמות המעגלים, יש צורך להשתמש בשיטות והתקנים לניטור מחוונים חשמליים לא רק בכניסה, אלא גם ביציאה מעגלים חשמליים, למשל, דיפולים דיפרנציאליים, בלוקים לרבות אלו הנמצאים ישירות בשקעי החשמל
4. אם אספקת החשמל אינה מנותקת במהלך קצר חשמלי ומתרחשת מצב פעולה מסוכן לשריפה, המשמעות היא שהמתקן החשמלי לא נבדק וטופל. שום מפסק קשת לא יעזור, ויש להסכים עם המסקנה שניתן להשיג הגנה יעילה יותר על מעגלים חשמליים מפני הופעת תקלת קשת על ידי ניטור תקופתי של מצב הבידוד של החוטים והכבלים, כמו כן ביצוע באיכות גבוהה הַתקָנָה
5. השימוש בשיטות בדיקה לביצועים של מכשירים במהלך תקלת קשת על פי IEC 62606-2016 מטעה, ומכוון את המודרניזציה והתכנון של מתקנים חשמליים לכיוון לא רווחי כלכלית (שקר)

מה שרציתי לומר במאמר הכתוב בצורה כאוטית ומבולבלת. הנושא לא נלמד ולא הושלם. אני קורא למדענים ומהנדסים לחקור ולעשות  את השורה התחתונה והמסקנות

MASTAQ