| |
Пожарная безопасность в
электроустановках.
Анализ статистических данных показывает, что ежегодно в
России происходит более 50000 пожаров от электрических изделий,
что составляет 20,5 % от общего количества пожаров в стране.
Чаще всего пожары от электроустановок возникают в жилом секторе
- 70-75 %. На промышленных объектах ежегодно возникает около 7 %
пожаров, по масштабу последствий и ущербу они занимают
значительное место.
В наиболее общем виде концепция обеспечения пожарной
безопасности (ПБ) электрических изделий основана на двух крупных
направлениях - предотвращении пожара от электроустановок и
тушении пожара в случае его возникновения (с учетом специфики
электроустановок, находящихся под напряжением).
Наиболее действенный и перспективный путь снижения пожарной
опасности электроустановок заключается в предотвращении (профилактике)
пожаров. Основные способы снижения пожарной опасности
электрических изделий (рис. 1) включают в себя:
-
активные средства, которые непосредственно влияют на
предотвращение аварийных пожароопасных ситуаций;
- пассивные средства, которые предусматривают целый комплекс мер,
а именно - разработку НТД, методов испытаний и их проведения,
рекомендаций, организационных мероприятий и соответствующих
конструктивных решений.
Способы
снижения пожарной опасности электрических изделий.
Отечественные требования по обеспечению пожарной
безопасности электротехнических изделий разработаны с
использованию международного опыта [1- 6]. Базовой публикацией в
этой части является стандарт МЭК 695-1-1 [1], где для оценки
пожарной опасности рассматривают: конструкция изделия,
комплектующие и их надежность, пожароопасные свойства материалов.
В соответствии с МЭК 695-1-1[1] цель работы по обеспечению
пожарной безопасности - это снижение до минимума вероятности
возникновения пожаров при аварийных режимах работы. В стандарте
МЭК понятие "вероятность" используется, но не установлен
количественный критерий и не разработан метод оценки вероятности
возникновения пожара.
Эти проблемы решены в России при разработке
научно-технической концепции оценки и обеспечения пожарной
безопасности электрических изделий. Концепция включает в себя
два крупных раздела: оценка возможности загорания и оценка
последствий пожара (рис. 2).
Концепция
определения пожарной опасности электрических изделий.
Вопросы оценки последствий пожара затрагивают решение таких
задач, как определение вероятности воздействия опасных факторов
пожара на человека и оценку показателей опасности:
дымообразующую способность горящих материалов электроизделия, а
также токсичность и коррозионная активность продуктов горения. В
настоящее время эти вопросы пока не нашли достаточно подробного
отражения в российских нормативных документах. Поэтому особое
внимание уделено профилактике пожаров, т.е. действует принцип "нет
пожара - нет последствий".
Оценка возможности возникновения пожара отражает
комплексный подход, включающий использование вероятностных
методов, исходя из стохастичности физико-химических явлений,
способствующих зажиганию, а также детерминистических методов,
основанных на прямых измерениях и сравнении полученных
результатов с допустимыми по нормам.
Величина допустимой вероятности возникновения пожара
определена ГОСТ 12.1.004-91 [7] и составляет 1·10-6 на одно изделие в год. Вероятность возникновения
характерного пожароопасного режима Qп
определяют статистически по данным испытательных лабораторий
предприятий-изготовителей и эксплуатационных служб.
При наличии соответствующих справочных данных указанная
величина может быть определена через общую интенсивность отказов
изделия с введением коэффициента, учитывающего долю
пожароопасных отказов.
Пожароопасный режим изделия характеризуется значением
электротехнического параметра, при котором возможно появление
признаков загорания. Например, характерный пожароопасный режим -
короткое замыкание (КЗ); характерный электротехнический фактор
этого режима - КЗ. При этом учитывают, что зажигание изделия
возможно только в определенном диапазоне токов КЗ.
Вероятность несрабатывания электрической защиты изделий
определяют на основании данных по ее надежности аналогичным
образом. Если в качестве критерия возникновения пожароопасного
режима используют достижение горючим материалом критической
температуры, то ее величину принимают на уровне 80% температуры
воспламенения исследуемого изоляционного (конструкционного)
материала. Изделие считают удовлетворяющим требованиям пожарной
безопасности, если из расчета вероятности возникновения пожара.
В том случае, если, принимают решение о доработке конструкции
электротехнического изделия.
В ГОСТ 12.1.004-91 [7] приведена "Методика оценки
вероятности возникновения пожара в (от) электрических изделиях",
которая прошла длительную, почти двадцатилетнюю практическую
апробацию. В настоящее время она внедрена в тринадцати
государственных стандартах и более двадцати технических условиях
на различные виды электротехнической продукции, в том числе
приборы электроотопительные, светильники, звонки электрические и
др.
Термины и
определения.
Кабельное изделие - электротехническое
изделие, предназначенное для передачи по нему электрической
энергии, электрических сигналов информации или служащее для
изготовления обмоток электрических устройств, отличающееся
гибкостью (ГОСТ 15845-80 [8]).
Электрический кабель - кабельное изделие,
содержащее одну или более изолированных жил (проводников),
заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх
которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может
иметься соответствующий защитный покров, в который может входить
броня, и пригодное, в частности, для прокладки в земле и под
водой (ГОСТ 15845-80 [8]).
Электрический провод - кабельное изделие,
содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или
более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий
прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая
оболочка, обмотка и (или) оплетка из волокнистых материалов или
проволоки, и не предназначенное, как правило, для прокладки в
земле (ГОСТ 15845-80 [8]).
Электрический шнур - провод с изолированными
жилами повышенной гибкости, служащий для соединения с подвижными
устройствами (ГОСТ 15845-80 [8]).
Кабельная проходка - изделие или сборная
конструкция, предназначенные для выполнения прохода
электрических кабелей (кабельных линий) через стены, перегородки
и перекрытия и включающие заделочные материалы и (или) сборные
элементы, поддерживающие конструкции, электромонтажную арматуру
(трубы, короба, лотки и т.п.) и кабельные изделия (НПБ 237-97
[9]).
Огнестойкость кабельных проходок -
способность проходки в условиях стандартных испытаний в течение
определенного времени выполнять свою функцию до наступления
одного из предельных состояний (НПБ 237-97 [9]).
Коэффициент снижения допустимого длительного тока
- отношение величины тока нагрузки кабеля, находящегося в
проходке и обеспечивающего нагрев жилы до допустимого значения,
к величине допустимого длительного тока этого же кабеля (НПБ
237-97 [9]).
Нормативно-технические требования и методы испытаний
электротехнических изделий на пожарную опасность.
Статистические данные о пожарах вследствие загораний
различных видов электротехнической продукции показывают, что
наибольшее их количество (более 60 %) приходится на кабельные
линии и электропроводки. На втором месте (около 10 %) - бытовые
электроотопительные приборы. Третье место делят вводные
устройства и телевизоры.
Обычно пожары в кабельном хозяйстве возникают вследствие:
-
применения кабелей распространяющих горение и кабелей с горючими
защитными покровами. Количество горючих материалов (защитные
материалы и антикоррозионнные покрытия) обычно составляют
20...40 % в зависимости от конструктивного исполнения указанного
изделия;
- использования способов прокладки кабелей, при которых поток
кабелей распространяет и поддерживает горение;
- недостаточного качества строительно-монтажных работ,
несоблюдения при монтаже требований по раскладке кабелей и
перенасыщенность кабельных сооружений;
- недостаточной и малой эффективности стационарных
автоматических установок обнаружения и тушения пожаров;
- невыполнения на местах противопожарных мероприятий.
Значительное количество пожаров возникает вследствие
короткого замыкания (КЗ) в кабелях и кабельной арматуре из-за
механических повреждений, дефектов монтажа, старения изоляции,
недопустимых перегревов при эксплуатации из-за размещения вблизи
горючих поверхностей, несоблюдения плотности кабельных
сооружений и т.п.
Следует отметить, что в соответствии с требованиями ПУЭ
[10] (п. 3.1.8) электрические сети должны иметь средства защиты
от токов КЗ, обеспечивающие по возможности наименьшее время
отключения.
Выбор и применение аппаратов защиты регалментирован
требованиями гл. 7.3, 7.4 и 3.1 ПУЭ [10]. Наиболее часто
применяют такие аппараты защиты, как плавкие предохранители,
воздушные автоматические выключатели (автоматы), реле и
устройства защитного отключения (УЗО). В работе [10] приведено
описание конструкций УЗО, а также основные требования к
устройству и рекомендации по выбору оптимального варианта.
Электроизделия, технические характеристики которых в
значительной мере определяют пожарную безопасность
электроустанвок, включены в перечень продукции, подлежащей
обязательной сертификации. Так, обязательной сертификации
подлежат следующие кабели (кроме кабелей, прокладываемых в
земле, бетоне и под водой):
-
силовые для стационарной прокладки на напряжение до 1 кВ;
- силовые для стационарной прокладки на напряжение от 1 кВ и
выше;
- силовые с пропитанной бумажной изоляцией (кроме кабелей с
защитными покровами типов "Б", "Бл", "Б2л", "Бв", "Б2лШп",
"К2л", "К", "Шп");
- силовые гибкие общего назначения;
- шахтные;
- силовые гибкие специализированного назначения, кабели
многожильные гибкие подвесные только в оболочке из
поливинилхлоридного пластиката;
- нагревательные (в том числе провода);
- управления;
- контрольные (кроме кабелей с защитным покрытием типа "Б");
- для сигнализации и блокировки;
- городские телефонные;
- оптические (только с оболочкой, не распространяющей горение);
- не распространяющие горение (включая кабели с индексом "нг" и
"н" и другие подобные), для прокладки в пучке.
Кроме того, обязательной сертификации подлежат:
-
кабельные короба и каналы, трубы для прокладки кабелей и
изолированных проводов из полимерных материалов;
- кабельные проходки и герметичные кабельные вводы (материалы,
изделия или сборные конструкции);
- холодильники и морозильники бытовые;
- электрогирлянды елочные;
- устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным
током, используемые в электрических сетях переменного тока с
номинальным напряжением не выше 440 В и номинальным током не
более 200 А.
Требования к указанным электрическим изделиям в большинстве
стран определяют с учетом рекомендаций МЭК. Международные
документы носят, как правило, рекомендательный характер. Поэтому
каждая страна, в т.ч. и Россия, используя общую идеологию,
разрабатывает свои регламенты, учитывающие национальные
особенности.
В России действует несколько основополагающих стандартов в
области безопасности для групп однородной продукции,
разработанных, как правило, прямым внедрением международных
публикаций МЭК. К ним относятся ГОСТ 12176 (МЭК 331 и МЭК 332),
ГОСТ 27570 (МЭК 335), ГОСТ 12.1.006 (МЭК 650), ГОСТ 50377 (МЭК
950) и некоторые другие. Анализ указанных стандартов показал,
что их использование для сертификации изделий на пожарную
безопасность не всегда возможно и целесообразно ввиду ряда
причин:
-
не всегда учитывается более низкий уровень качества
электроэнергии в России и особенностей систем электроснабжения и
электросетей;
- не конкретизированы наиболее характерные аварийные
пожароопасные режимы для более узких групп однородной продукции;
- не учитываются различные подходы и отношение людей к
эксплуатации и профилактике электроизделий и т.п.
Поэтому одним из основных направлений работ при организации
сертификационных испытаний является разработка
нормативно-технической базы, в которой установлены:
-
технические требования, позволяющие обеспечивать качество
продукции на уровне мировых стандартов;
- методы испытаний, с помощью которых подтверждается
соответствие испытываемой продукции данным требованиям.
Нормативные документы предусматривают проведение испытаний
изделий в наиболее вероятных аварийных пожароопасных режимах,
оценку качества примененных в конструкциях изделий
электроизоляционных материалов, проведение огневых испытаний
образцов продукции, расчет вероятности возникновения пожара.
При разработке документов учитывались последние достижения
в указанной области, а также вопросы взаимодействия и
взаимозависимостей отдельных компонентов в составе
электроэнергетической системы. Так, например, рассматривая
вопрос пожарной безопасности электропроводок, наряду с
критериями пожарной опасности соответственно проводов и кабелей,
учтены способы их прокладки, конструкционные особенности
электропроводки, влияние электрической защиты и другие факторы.
Как уже отмечалось исходя из статистики пожаров, основная доля
загораний приходится на кабели и провода. При разработке НД для
сертификационных испытаний кабельных изделий выбраны следующие
направления (рис. 3):
Направления разработки нормативной документации.
В состав нормативной базы для сертификации электроизделий
входят следующие основные документы: ГОСТ 12.2.007.14, ГОСТ
16092, ГОСТ 18404.0, ГОСТ 18410, ГОСТ 1508, ГОСТ 24334, ГОСТ
26411, ГОСТ Р МЭК 60335-2-24, ГОСТ Р МЭК 335-1, ГОСТ Р 51312,
ГОСТ Р 51311, НПБ 179, НПБ 234, НПБ 237, НПБ 243, НПБ 246, НПБ
248.
Рассмотрим основные положения некоторых из указанных выше
документов.
НПБ 248-97 "Кабели
и провода" [12] .
Нормативный документ (НД) устанавливает показатели пожарной
опасности и методы испытаний кабелей и проводов. С учетом
требований МЭК 331 и 332, а также ГОСТ 12176, в данных нормах
сформулированы следующие показатели:
-
предел распространения горения одиночным кабелем (проводом);
- предел распространения горения пучком кабелей (проводов);
- предел пожаростойкости кабеля (провода);
- коррозионная активность продуктов горения;
- токсичность продуктов горения полимерных материалов кабеля (провода).
В документе впервые сформулирована классификация кабелей и
проводов по показателям пожарной опасности и определены критерии
их оценки (см. таблицу).
|
Показатель пожарной опасности |
Обозначение (код) показателя пожарной опасности |
Критерий
оценки |
Величина
критерия оценки показателя пожарной опасности |
|
Предел
распространения горения одиночным кабелем (проводом) |
ПРГО 1 |
Расстояние от нижнего края верхнего зажима до
верхней границы поврежденной части образца, мм |
< 50,0 |
|
ПРГО 2 |
> 50,0 |
|
Предел
распространения горения пучком кабелей (проводов). |
ПРГП 1 |
Длина
сгоревшей (обуглившейся) части образца пучка кабелей
(проводов), м |
< 2,5 по
категории "А" |
|
ПРГП 2 |
> 2,5 по
категории "А", но< 2,5 по категории "В". |
|
ПРГП 3 |
> 2,5 по
категории "В", но< 2,5 по категории "С". |
|
ПРГП 4 |
> 2,5 по
категории "С" |
|
Предел
пожаростойкости кабеля (провода) |
ППСТ 1 |
Время до
пробоя изоляции образца кабеля (провода) в условиях
пожара, ч |
> 3,0 |
|
ППСТ 2 |
>2,5 |
|
ППСТ 3 |
>2,0 |
|
ППСТ 4 |
>1,5 |
|
ППСТ.5 |
>1,0 |
|
ППСТ 6 |
>0,5 |
|
ППСТ 7 |
<0,5 |
|
Показатель коррозионной активности продуктов горения
кабеля (провода). |
ПКА 1 |
Кислотность водного раствора газообразных продуктов
горения образца материала кабеля (провода), рН. |
>4,0 |
|
|
Удельная
проводимость водного раствора, См/м |
<5,0·10-3 |
|
ПКА 2 |
То же |
<4,0
>5,0·10-3 |
|
Показатель токсичности продуктов горения полимерных
материалов кабеля (провода) |
ПТПМ 1 |
Отношение
количества полимерного материала оболочки кабеля
(провода) к единице объема замкнутого пространства,
в котором образующиеся при горении материала
газообразные продукты вызывают гибель 50 %
подопытных животных (при времени экспозиции 0,5 ч),
г/м3 |
>120,0 |
|
ПТПМ 2 |
<120,0 |
|
ПТПМ 3 |
<40,0 |
|
ПТПМ 4 |
<13,0 |
Методы испытаний
в целом также соответствуют международным рекомендациям, однако,
имеется ряд новаций в части определения пожаростойкости
токовременных характеристик ПО кабелей и способов определения
коррозионной активности, а также токсичности продуктов горения.
НПБ 242-97
"Классификация и методы определения пожарной опасности
электрических кабельных линий" [13].
НД устанавливает классификацию и методы определения
пожарной опасности (ПО) электрических кабельных линий.
Кабельная линия (КЛ) - это сооружение, включающее поток
кабелей с наличием соединительных муфт, крепежными деталями и
т.п., которое имеет иные качественные характеристики с точки
зрения распространения горения и других показателей ПО по
сравнению с собственно кабельными изделиями.
При классификации кабельных линий по степени их ПО за
основу приняты два показателя - предел распространения горения и
пожаростойкость линии. Понимается, что предел распространения
горения - это максимальное расстояние в любую сторону от зоны
действия источника зажигания, на которое распространяется
горение. В свою очередь предел пожаростойкости - это минимальное
время, в течение которого кабельная линия выполняет свои функции
в условиях пожара. В настоящее время экономически
нецелесообразно определять показатель распространения горения
экспериментальным путем. Поэтому в документе предложен расчетный
метод определения показателя. Расчет основан на большом массиве
экспериментальных исследований, проведенных совместно с
Средазтехэнерго в 1980-90 годах.
Принцип определения показателя заключается в сравнении
расчетной удельной теплоты сгорания кабельной линии с
экспериментально установленными предельными значениями. Так,
способность распространять горение определяется по величине
удельного количества теплоты сгорания КЛ, указанного в таблице.
|
NN п/п |
Тип
кабелей в прокладке |
Вид
прокладки |
Количество рядов, слоев кабелей или рядов пучков
кабелей в прокладке, шт. |
Удельная теплота сгорания кабельных прокладок,
распространяющих горение, кДж/см3 |
|
Уmin |
Уmax |
|
1 |
Серийные |
Вертикальная |
1 |
3,56 |
16,8 |
|
2 и более |
0,46 |
16,8 |
|
Горизонтальная |
2 и более |
0,7 |
8:40 |
|
2 |
Кабель с
индексом "нг" |
Вертикальная |
2 и более |
2 |
4,5 |
|
Горизонтальная |
2 и более |
2,5 |
4 |
НПБ 237-97
"Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость
кабельных проходок и герметичных кабельных вводов"
(с изменениями № 1) [9] и НПБ 238-97 "Огнезащитные
кабельные покрытия" (с изменениями № 1) [14].
Применение электромонтажной арматуры и огнезащитных
кабельных покрытий (ОКП) для снижения пожарной опасности кабелей
обусловлено следующими требованиями ГОСТ Р 50571.15-97 [15]
"Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж
электрооборудования. Гл. 52. Электропроводки":
"Элементы
электропроводки, кроме кабелей, которые не соответствуют, как
минимум, требованиям соответствующих стандартов по способности
распространять горение, но во всех других отношениях
соответствующие требованиям стандартов, должны быть помещены
полностью в оболочку из несгораемых материалов (Примечание: -
это и есть арматура) или защищены (покрыты, окрашены) негорючими
материалами (Примечание: - использование огнезащитных
составов)."
Требования к
электромонтажной арматуре изложены в НПБ 237-97 [9]. Основным
требованием к электромонтажной арматуре (кроме кабелей) является
нераспространение горения.
Испытания на огнезащитную эффективность (для получения на
ОКП сертификата "Пожарной безопасности") включают три основных
показателя:
- допустимый
длительный ток нагрузки;
- предел распространения горения;
- термическую стойкость.
При нанесении на
кабель огнезащитного состава замедляются процессы теплообмена,
поэтому при эксплуатации возможен перегрев кабеля. Основной путь
борьбы с этим негативным явлением - уменьшение тока нагрузки.
Нормы предусматривают, чтобы это уменьшение не превысило 2 %.
Для этого введен коэффициент снижения допустимых длительных
токов нагрузки (КТ.Н.).
Физический смысл коэффициента КТ.Н. заключается в том, что он определяет необходимость и степень
снижения токов нагрузки на проводники, покрытые ОКП, с целью
исключения их перегрева и преждевременного разрушения изоляции.
НПБ 237-97 "Кабельные
проходки" [9] .
Масштаб развития пожара в кабельных линиях во многом
определяется правильным выполнением проходов кабелей через
строительные конструкции.
Нормы устанавливают следующие предельные состояния проходки,
характеризующие потерю огнестойкости:
- потеря
теплоизолирующей способности (I), вследствие повышения
температуры на не обогреваемой поверхности заделочного материала
- по ГОСТ 30247.1-94;
- потеря целостности (Е) в результате образования в конструкции
проходки сквозных трещин или отверстий, через которые на
необогреваемую зону проникают продукты горения и (или) пламя;
- достижение критической температуры нагрева материала оболочек
кабелей в необогреваемой зоне проходки (Т), составляющей:
для поливинилхлорида - 145 °С
для резины - 120 °С
для полиэтилена - 110 °С.
Обозначение
предела огнестойкости кабельной проходки состоит из условных
обозначений нормируемых предельных состояний и цифры,
соответствующей времени (в минутах) достижения одного из этих
состояний (например, I,Е 90/Т60). За предел огнестойкости
принимают время с начала проведения стандартных испытаний
кабельной проходки до наступления одного из предельных состояний,
первого по времени.
|