Средние температуры в зимний сезон зачастую находятся в пределах рабочих диапазонов электрооборудования, но могут случаться и длительные периоды «экстремального» холода, при которых температура выходит за пределы стандартного температурного режима для типового электрооборудования, не являющегося специально предназначенным для низкотемпературных сред. Электротехническое оборудование, используемое в условиях низких температур, нередко выходит из строя из-за того, что при монтаже и эксплуатации не учитывается изменение свойств материалов и характеристик узлов, из которых произведено такое оборудование. Существуют два основных проблемных аспекта использования изделий при низкой температуре: безопасность и функционирование.
Для зон класса В-I и В-Iа наибольшую важность имеет способность оборудования сохранять взрывозащищенность при низких температурах. В дополнение к безопасности оборудования, крайне важным является и его функционирование. Оборудование может быть безопасным для эксплуатации в опасных зонах благодаря своей конструкции, но если оно не функционально, пользы от него мало, и оно может повлиять на аспекты безопасности, не относящиеся к взрывоопасным средам. Взрывобезопасная оболочка, сертифицированная для безопасного применения при низких температурах до -50°C может содержать в себе коммутационные устройства, переключатели, реле и прочие электрические аппараты, рассчитанные на минимальную температуру, равную лишь -25°C, если только внутренняя температура в оболочке не будет повышаться благодаря теплу, генерируемому встроенным нагревателем.
При низких температурах металлы могут терять пластичность и становиться более хрупкими, что влияет на их способность в достаточной степени выдерживать ударные и взрывные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации.
К примеру, углеродистые стали имеют такую структуру, что низкие температуры могут оказывать на них серьезное влияние, достаточно быстро превращая металл из пластичного в хрупкий. В то же время алюминиевые сплавы из-за своей кристаллической решетки характеризуются минимальными изменениями при воздействии низких температур.
Пластмассы подвергаются воздействию низких температур и становятся более хрупкими, так же как и определенные металлы. Для некоторых видов пластмасс температура, при которой происходит «критические» изменения их состава - 0°C. Большинство пластмасс, используемых в электрооборудовании, имеют состав, специально рассчитанный на обеспечение требуемой прочности при низких температурах, тем не менее, всегда следует уточнять этот аспект у производителя. У пластмасс потеря пластичности происходит более плавно, чем у металлов.
Эластомеры и резиновые компоненты могут становиться гораздо более жесткими при низких температурах. Потеря гибкости может привести к проблемам, таким как недостаточное уплотнение оболочек и потеря герметичности сальников. В опасных зонах, где оболочки должны иметь достаточный уровень защиты по IP в рамках общей взрывобезопасности, недостаточное уплотнение, вызванное потерей гибкости прокладок, может негативно повлиять на характеристики взрывобезопасности изделия.
В конструкциях такого оборудования, как оболочки или сальники, имеется ограничивающий фактор, касающийся низких температур окружающей среды. Это эластомеры, применяемые в конструкции, такие как прокладки оболочек или сальниковые втулки. Производители зачастую предлагают альтернативные конструктивные решения, позволяющие применять изделия при низких температурах, такие как замена силиконовых прокладок на неопреновые. При заказе, закупке или монтаже изделий, оснащенных прокладками, втулками или схожими элементами, следует уточнять у производителя, рассчитано ли изделие на эксплуатацию при низких температурах.
Смазочные материалы, применяемые в оборудовании, часто представляют собой ограничивающий фактор, влияющий на пригодность оборудования для условий низких температур.
Смазочные материалы имеют свойство замерзать и вызывать отказы оборудования, если они не имеют специального состава для низких температур. Когда возникает необходимость использования какого-либо смазочного материала, нужно всегда следовать инструкциям производителя и убедиться, что данный смазочный материал рассчитан на возможные низкие температуры.
Изоляция кабелей и проводов может затвердевать и становиться хрупкой при снижении температуры окружающей среды. При попытке монтажа кабелей при низкой температуре их можно повредить. В соответствии со СНиП 3.05.06-85, открытая и скрытая прокладка установочных проводов не допускается при температуре ниже минус 15 °С. Кроме того, рекомендуется хранить кабели при температуре выше 10°C в течение суток до их прокладки в холодной среде. Также необходимо принимать меры предосторожности во время монтажа во избежание ударов, падений или перегибов кабеля. Кабель следует затягивать медленно и прокладывать в тот же день, когда он был взят с хранения в теплых условиях.
Кнопки управления электрооборудования могут становиться жесткими при низких температурах и, как следствие, возникают трудности при их нажатии. Зачастую консистентная смазка, применяемая для обеспечения плавной работы компонентов кнопочного механизма, может становиться очень вязкой в холодную погоду, что мешает нормальной работе оборудования. Некоторые типы консистентных смазок также могут впитывать влагу и замерзать при очень низких температурах. В кнопках взрывобезопасного и взрывонепроницаемого исполнения зазор между подшипником и валом является взрывонепроницаемым соединением и имеет жесткие допуски. Любой посторонний материал или конденсат может привести к смерзанию этого соединения и нарушить нормальное функционирование оборудования, что приведет к потенциально опасным условиям, например к отказу кнопок системы аварийного останова.
Свои свойства при низких температурах изменяют и стветотехнические изделия. Некоторые из типов освещения более пригодны для холодного климата чем другие, при этом необходимо принимать во внимание два аспекта: пуск осветительных приборов при низкой температуре и их дальнейшую работу. Некоторые типы осветительных приборов могут работать при низких температурах, тем не менее, они могут не запускаться в связи с ограничениями их дросселей или трансформаторов. Прочие могут работать, но со сниженной светоотдачей. Лампы накаливания обеспечивают нормальный запуск и работу при всех низких температурах. Если не считать растрескиваний, вызванных перепадом температур, лампы накаливания не подвержены влиянию температур.
Газоразрядные лампы высокой интенсивности хорошо функционируют при низких температурах, однако могут возникать проблемы с их запуском при температурах ниже -30°C. Светодиодное освещение также хорошо подходит для условий низких температур. Благодаря более низкой температуре точки перехода, платы LED хорошо работают при низких температурах, с повышением температуры их срок эксплуатации и светоотдача/мощность повышаются.
Люминесцентное освещение наименее всего пригодно для низких температур и обычно используется только внутри помещений. У большинства люминесцентных светильников светоотдача начинает устойчиво снижаться при температуре ниже 5°C, а при температуре менее -10°C светоотдача может составлять лишь от 25 до 35 процентов от нормальной светоотдачи внутри помещения. При -40°C светоотдача крайне мала.
Для щитов управления, используемых в низкотемпературных условиях, как правило, требуется применение регулируемого нагревателя для обеспечения нормального безопасного функционирования при низкой температуре. Нагреватель удерживает температуру внутри щита выше требуемого уровня для безопасной работы коммутационного устройства, а также предотвращает образование инея внутри щита. В целом, стандартная аппаратура не испытывается очень низкими температурами и не допускается к применению в таких условиях. Даже устройства, специально разработанные для низких температур, обычно рекомендуются производителями для применения лишь -20°C или -25°C, тем не менее, на рынке доступна аппаратура и для очень низких температур (-40°C). Условия эксплуатации при очень низких температурах требуют выполнения оценки материалов, используемых для изготовления коммутационных устройств, особенно применяемых смазочных материалов. При очень низких температурах стандартная консистентная смазка, применяемая в коммутационных устройствах, замерзает, нарушая функционирование аппаратуры. Следовательно, необходимо использовать специальные смазочные материалы, рассчитанные на низкие температуры.
Таким образом, при разработке, выборе и монтаже изделий для установок, работающих при низких температурах, необходимо принимать во внимание как безопасность, так и работоспособность оборудования. Оборудование должно быть пригодно для монтажа при требуемой температуре, а также обеспечивать работоспособность при любых температурах, ожидаемых в период эксплуатации. Как правило, монтаж при очень низких температурах не приветствуется, но иногда такая необходимость может возникнуть. Для некоторого оборудования, такого как щиты и панели управления, требуется установка внутренних нагревателей для удержания внутренней температуры выше минимального рабочего значения температуры для внутренних компонентов. В дополнение к соблюдению требований правил устройства электроустановок, очень важно выполнять инструкции производителя в области эксплуатации и техобслуживания используемого оборудования.
Не стоит забывать, что кроме влияния низких температур на оборудование, существуют и другие факторы, свойственные регионам с холодным климатом, такие как высокая влажность, ветер, образование снега и льда, которые также могут влиять на электрооборудование.
Инспектор Могилевского отделения
филиала «Энергонадзор» РУП «Могилевэнерго»
Рачёнок К.В.
