Оценка теплового состояния нейтрали в контексте обеспечения пожарной безопасности низковольтных сетей горных предприятий

Представлены результаты комплексного исследования по оценке влияния несинусоидальности и несимметрии нагрузок на формирование пожароопасных режимов низковольтных трехфазных электрических сетей объектов горной промышленности. Обоснована актуальность оценки суммарного воздействия указанных факторов, обусловленного ростом доли нелинейного оборудования, генерирующего высшие гармонические составляющие, и наличием несимметрии фаз. Их совместное проявление приводит к возникновению значительного тока в нулевом рабочем проводнике, величина которого может превышать фазные токи. Данный режим ведет к систематическому перегреву токоведущих жил и, что наиболее критично, нейтрального проводника, провоцируя преждевременное термическое старение полимерной изоляции кабельных линий и, как следствие, увеличивая риски возникновения пожара на объектах защиты в результате возгорания нулевого проводника и электрооборудования. Для комплексной оценки пожарной опасности предложено использовать формализованную модель, связывающую величину тока в нейтрали со степенью несимметрии и уровнем несинусоидальности нагрузок. На основе анализа физических основ исследуемых явлений – наложения тока нулевой последовательности от несимметрии и гармонических составляющих, кратных трем, от нелинейных искажений, – установлены количественные закономерности формирования тока в нулевом проводе. Эти закономерности служат основой для разработки методик прогнозирования пожарной опасности режимов эксплуатации электрических сетей напряжением до 1000 В, а также комплексной оценки рисков на объектах защиты. Кроме того, практическая значимость работы заключается в возможности ее использования для разработки превентивных инженерных решений, усовершенствования нормативных требований и создания систем диагностики на объектах защиты с высокой концентрацией нелинейных и несимметричных нагрузок.

Козлова Ю. С. Оценка теплового состояния нейтрали в контексте обеспечения пожарной безопасности низковольтных сетей горных предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 6. – С. 121–133. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_6_0_121.

Козлова Юлия Сергеевна — канд. техн. наук, Югорский государственный университет, e-mail: y_kozlova@ugrasu.ru, ORCID ID: 0009-0006-6502-5921.

1. Клюев Р. В., Босиков И. И., Гаврина О. А., Ляшенко В. И. Оценка эксплуатационной надежности электроснабжения развивающихся участков добычи руд на высокогорном руднике // Горные науки и технологии. — 2021. — № 6(3). — С. 211—220. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-3-211-220.

2. Козловская В. Б., Калечиц В. Н. Несимметричные режимы работы линий наружного освещения // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. — 2019. — Т. 62. — № 3. — С. 232—246. DOI: 10.21122/1029-7448-2019-62-3-232-246.

3. Акимов В. А., Мишурный А. В. Аварии на системах электроснабжения: определение индекса приоритета восстановления электроснабжения // Технологии гражданской безопасности. — 2022. — Т. 19. — № 4 (74). — С. 44—47.

4. Бирюлин В. И., Куделина Д. В., Горлов А. Н. Анализ нагрева кабельных линий токами высших гармоник и интергармоник // Вестник КГЭУ. — 2020. — № 2 (46). — С. 61—67.

5. Осипов Д. С., Лютаревич А. Г., Ткаченко В. А., Логунова Я. Ю. Алгоритм расчета потерь мощности, обусловленных высшими гармониками и интергармониками на основе вейвлет-преобразования // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». — 2023. — Т. 23. — № 1. — С. 38—47. DOI: 10.14529/power230104.

6. Thai H. D. Le N.-B. V., Lee D., Huh J. H. A survey of electrical fire causes assessment technology // IEEE Access. 2024. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3437175.

7. Степанов В. М., Базыль И. М., Ключникова А. Ю. Повышение эффективности работы электрических сетей за счет снижения несимметрии напряжения // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2021. — № 12. — С. 8—11. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-8-12.

8. Козлова Ю. С., Зыков В. И., Крупин М. В. Факторы несимметрии и несинусоидальности в электрических сетях при обеспечении пожарной безопасности электроустановок // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. — 2025. — № 4. — С. 118—124. DOI: 10.25257/FE.2025.4.118-124.

9. Козлова Ю. С., Ниязов А. Р. Влияние параметров высших гармоник на пожарную опасность низковольтных электроустановок производственных зданий // Безопасность труда в промышленности. — 2025. — № 9. — С. 72—77. DOI: 10.24000/0409-2961-2025-9-72-77.

10. Наумов И. В., Подъячих С. В., Ямщикова И. В. Снижение пожарной опасности в индивидуальных жилых зданиях при несимметричной и нелинейной нагрузке // Электричество. — 2025. — № 4. — С. 53—63. DOI: 10.24160/0013-5380-2025-4-53-63.

11. Блинов Ю. И., Браун Е. В., Боков Г. В., Савельев В. Г. Пожароопасные ситуации в электроэнергетических сетях, обусловленные возникновением гармоник высшего порядка // Пожарная безопасность. — 2011. — № 2. — С. 73—77.

12. Тульский В. Н., Карташев И. И., Насыров Р. Р., Симуткин М. Г. Влияние высших гармоник тока на режимы работы кабелей распределительной сети 380 В // Промышленная энергетика. — 2013. — № 5. — С. 39—44.

13. Belitskiy A. A., Rastvorova I. I., Denisova O. V. Nonlinear and unbalanced load as a basic factor of a neutral conductor current / IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2018. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317162.

14. Milardovich N., Prevosto L., Lara M. A. Calculation of harmonic losses and ampacity in low-voltage power cables when used for feeding large LED lighting loads // Advanced Electromagnetics. 2014, vol. 3, no. 1, pp. 50—56. DOI: 10.7716/aem.v3i1.258.

15. Yu F., Wang S., Tang K., Lin Y., Wang S., Zhang Y. Research progress on the fire characteristics of electric cables and wires // Fire. 2024, vol. 7, no. 6, article 186. DOI: 10.3390/fire7060186.

16. Du L., Xu Z., Chen H., Chen D. Feature selection-based low-voltage ac arc fault diagnosis method // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2023, vol. 72, pp. 1—12. DOI: 10.1109/TIM.2023.3322486.

17. Naumov I. V., Podyachikh S. V., Yakupova M. A., Fedorinova E. S. Methodological bases of the fire hazard reduction in internal and external 0.38 kV electrical networks with unbalancing power consumption // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022, vol. 1045, no. 1, article 012145. DOI: 10.1088/1755-1815/1045/1/012145.

18. Hu R., Liu G., Huang C., Xu Z., Zhou W. Power cable fired by transient arcing below the action value of relay protection: An analysis of a medium-voltage cable joint breakdown fault // Engineering Failure Analysis. 2023, vol. 145, article 107028. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2022.107028.

19. Du L., Shen Y., Xu Z., Chen L., Chen D. Characteristics and fire-inducing risk analyses of arc faults in low-voltage electrical systems // Electric Power Systems Research. 2025, vol. 238, pp. 111—199. DOI: 10.1016/j.epsr.2024.111199.

20. Ge F., Qiu T., Zhang M., Ji J. Experimental research on the thermal characteristic of low-voltage alternating current (AC) arc faults // Fire Safety Journal. 2023, vol. 136. DOI: 10.1016/j.firesaf.2022.103732.

21. Deng J., Lin Q., Li Y., Wang C. Effect of overload current values on the fire characteristics of polyethylene (PE) copper wires // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2023, vol. 148, pp. 11695—11705. DOI: 10.1007/s10973-023-12522-5.