Author: Смелков Г.И.
Tags: электротехника несчастные случаи риски опасность профилактика несчастных случаев индивидуальные средства защиты безопасность пожарное дело пожарная охрана пожарная безопасность
ISBN: 978-5-9901554-2-8
Year: 2009
Text
УДК 621.31:614.84
ББК 38.96
С50
<)1 ДАВЛЕНИЕ
Книга издана при поддержке RusCable.Ru
С50 Смелков. Г. И. Пожарная безопасность электропроводок. —
М.: ООО «КАБЕЛЬ», 2009. - 328 с.
ISBN 978-5-9901554-2-8
Монография известного ученого, заслуженного деятеля науки Россий-
ской Федерации, доктора технических наук, профессора Г.И. Смелкова
подводит итог его многолетних исследований в области пожарной безопас-
ности электропроводок — самого массового и самого пожароопасного вида
электроустановок.
Рассмотрены теория и инженерная практика определения их пожар-
ной опасности и причастности к пожарам на объектах при различного
рода аварийных режимах с использованием современных вероятностно-
статистических методов, исходя из стохастичности явлений, вызывающих
их отказ и возгорание.
Излагаются отвечающие Федеральному закону «Технический регламент
о требованиях пожарной безопасности» новые научно обоснованные поло-
жения нормативных документов, регламентирующих пожарную безопас-
ность электропроводок.
Для инженерно-технических работников, занимающихся проектиро-
ванием, монтажом и эксплуатацией электропроводок, а также работников
пожарной охраны и специалистов широкого профиля, интересующихся во-
просами пожарной безопасности электроустановок.
© Смелков Г. И., 2009
ISBN 978-5-9901554-2-8 © ООО «КАБЕЛЬ», 2009
< >i автора....................................................6
Ученый с большой буквы........................................12
Введение......................................................16
I лапа первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные
пожарной опасности электропроводок при аварийных режимах.21
1.1. Статистика пожаров..................................21
1.2. Электропроводки и аварийные режимы в них............31
1.2.1. Общие сведения.................................31
1.2.2. Пожарная опасность коротких замыканий..........35
1.2.3. Пожарная опасность при перегрузке..............36
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок
в электропроводках......................................37
1.3.1. Нагрев проводов при неполных КЗ и перегрузках..37
1.3.2. Нагрев проводов в зоне дугового разряда
при металлических (полных) КЗ....................49
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности
аварийных режимов в электропроводках.....................53
1.4.1. Общие требования к методам исследования........53
1.4.2. Открытая прокладка незащищенных изолированных
проводов.............................................59
1.4.3. Электропроводки на стальных лотках и в коробах.65
1.4.4. Электропроводки в стальных трубах..............77
1.4.5. Электропроводки в пластмассовых трубах.........83
1.5. Сертификационные испытания электропроводок
на пожарную опасность....................................94
1.5.1. Провода и кабели...............................95
3
адыг т Ж ’
Оглавление
1.5.2. Электромонтажная погонажная арматура..........108
1.5.3. Огнезащитные кабельные покрытия...............116
1.5.4. Кабельные проходки............................122
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках................129
2.1. Общие сведения.....................................129
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических
параметров частиц металлов при КЗ........................134
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов
частицами металла........................................160
2.4. Практические рекомендации по снижению пожарной
опасности частиц металлов в пожароопасных зонах..........172
2.5. Методика определения причастности к пожарам частиц
металлов при КЗ..........................................178
2.6. Влияние параметров аппаратов защиты на возникновение
частиц металлов при КЗ...................................181
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной
опасности электрических изделий..........................184
3.1. Общие сведения.....................................184
3.2. Оценка пожарной опасности электрических изделий....186
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности
электропроводок..........................................200
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности
возникновения пожара от электропроводок.................210
3.4.1. Общие положения...............................211
3.4.2. Определение вероятности возникновения пожара...212
3.4.3. Испытания кабельных изделий на воспламенение
при воздействии сверхтока.......................219
3.4.4. Определение вероятности распространения огня
по кабельному потоку.................................221
I лава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных
режимов в электропроводках...............................225
4.1. Общие сведения.....................................225
Оглавление
4.2. Воздействие газовой атмосферы и температуры пожара
на электроустановки.....................................231
4.3. Исследование структурных изменений в медных
и алюминиевых жилах проводов при КЗ и пожаре...........236
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов
при воздействии на них КЗ и пожара......................245
4.5. Методика дифференциации момента возникновения КЗ
в проводах с медными жилам и...........................256
4.6. Методика дифференциации момента возникновения КЗ
в проводах с алюминиевыми жилами.......................261
4.7. Принципы определения причастности к пожарам
электротехнических изделий.............................266
I шва пятая. Пожарная опасность электрических вводов.......269
5.1. Пожары от вводов и ответвлений...................269
5.2. Противопожарные требования к ответвлениям
(отпайкам) ВЛ.........................................271
5.3. Противопожарные требования к вводам и ВУ.........274
I шва шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам .... 276
6.1. Нормативные требования............................276
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению
электропроводок.........................................289
6.2.1. Выбор способов прокладки электропроводок
по условиям пожарной безопасности..............289
6.2.2. Рекомендации по применению проводов и кабелей
в электропроводках пожароопасных зон................301
6.2.3. Преимущественные области применения кабельных
изделий в зависимости от показателей их пожарной
опасности...........................................305
11|>111к>жение. Примеры основных типов кабелей нового поколения
с улучшенными противопожарными свойствами..............315
< писок литературы.........................................322
5
ОТ АВТОРА
В 2009 году мне исполняется
70 лет!
Обычно к юбилеям принято
подводить итоги. Для меня эта
монография, безусловно, итог
большого и важного этапа моей
научной деятельности, связан-
ной с электропроводками, пожа-
луй, самыми важными, самыми
нужными для нас видами электроустановок, но и самыми пожаро-
опасными.
Моя книга не просто посвящена электропроводкам, и пусть не
покажется высокопарным — это попытка исполнить гимн электро-
проводкам. В жизни нам часто приходится слышать друг от друга
хвалебные высказывания в адрес окружающих нас многочисленных
бытовых приборов: понравившегося холодильника, прекрасного
телевизора или красивого и удобного светильника. Но почти никто
и никогда не вспоминает при этом об электропроводках. А ведь лю-
бая, даже самая хорошая аппаратура без надежной, правильно вы-
полненной питающей ее электропроводки — это «склад забытых и
ненужных вещей». Электропроводку на объекте по своему назна-
чению, важности и необходимости можно сравнить с кровеносной
системой живого организма.
Я думаю, что многие читатели в этом со мной согласятся.
Но так же, как и кровеносная система, электропроводка весьма
чувствительна к повреждениям («легко ранима»), а любое ее по-
От автора
нреждение ведет к печальным последствиям: короткому замыканию
(«инфаркт») и пожару («летальный исход»).
Несмотря на мою постоянную любовь к электропроводкам и то,
что значительная часть моей докторской диссертации была им по-
священа, в 1984' году я не собирался писать книгу на эту тему.
В то время мне было 45 лет. Я только что защитил докторскую
диссертацию по кафедре «Электроснабжение промышленных пред-
приятий» в Московском энергетическом институте. Каждый, кто
пережил такое событие, знает, что кроме безусловной радости че-
ловек испытывает огромное облегчение от сброшенного, наконец,
с плеч тяжелого груза, который приходилось нести в течение не-
скольких лет (для меня это было 15 лет), пока шла работа над дис-
сертацией и подготовка к защите. После защиты все, что было с ней
связано, хочется сразу же забыть, хотя бы на время. Хочется полно-
1 о обновления: новые планы, поиск нового направления научной
деятельности.
Но у меня такого обновления не получилось. Буквально через
несколько дней ко мне обратился очень уважаемый мною человек,
мой консультант по диссертации, известный энергетик, заслужен-
ный деятель науки и техники СССР, профессор Борис Алексан-
дрович Князевский, который одновременно являлся и экспертом в
редакционном совете при «Энергоатомиздате». Он посоветовал, а
сели сказать точнее, порекомендовал написать по материалам док-
торской диссертации книгу о пожаробезопасности электропрово-
док, поскольку несмотря на актуальность проблемы, в портфеле из-
дательства долгие годы авторских заявок по этой теме не было.
Книга вышла в конце 1984 г., и мне как автору приятно было
сознавать, что она оказалась вполне востребованной. О заинте-
ресованности читателей, кроме положительных отзывов и благо-
дарственных писем, красноречиво свидетельствовал тот факт, что
определенный редакцией небывалый для технических книг тираж
45000 экз. (которого я очень опасался, так как обычно такие тиражи
1 Год выхода моей первой книги «Пожарная опасность электропроводок при ава-
рийных режимах».
7
От автора
устанавливались для нормативных документов) разошелся в очень
короткие сроки.
Книга, как принято в таких случаях говорить, имела вполне оче-
видный успех, который как бы подталкивал меня к продолжению
диалога с читателями по этой актуальной теме. Однако просто пере-
издать книгу я не хотел, так как понимал, что новая книга будет ин-
тересна читателям в том случае, если в ней есть новые мысли, новые
результаты, а они возможны только при разработке нового научно-
го направления. Поиск новизны (именно в части электропроводок)
затянулся на долгие 10—15 лет, пока в стране (и, конечно, в нашем
институте) на полную мощность не заработала система сертифика-
ции продукции, в том числе кабельных изделий и электропроводок.
Сертификация потребовала создания и использования новых ме-
тодов проведения испытаний, о которых можно было рассказать в
книге. В это же время, наконец, появились абсолютно новые кабе-
ли с улучшенными противопожарными характеристиками, которые
ранее промышленностью не выпускались. Соответственно понадо-
бились и новые противопожарные требования и рекомендации по
их применению. И все же для переиздания книги не хватало главно-
го — новой нормативной базы, регламентирующей противопожар-
ные требования к электропроводкам, так как важнейший для всех
электриков страны нормативный документ — Правила устройства
электроустановок (ПУЭ) — за последние 20 лет в значительной сте-
пени устарел, а ссылаться в новой книге на старые нормы мне не
хотелось. Новые ПУЭ после распада СССР разрабатывать и утверж-
дать было некому, так как, к большому сожалению, распалась и
Комиссия по Правилам устройства электроустановок, которая, по
моему мнению, была самым грамотным, квалифицированным и
профессионально ориентированным директивным органом, разра-
батывавшим и утверждавшим эти Правила.
В 2004 году при финансовой поддержке РАО «ЕЭС России» и
Ассоциации «Росэлектромонтаж» новые главы для ПУЭ 7-го изда-
ния были разработаны. Главу 2.1 «Электропроводки» разрабатывал
ВНИИПроектэлектромонтаж (Е. М. Феськов), а главу 2.3 «Кабель-
ные линии» — ОРГРЭС. Основные противопожарные требования
8
От автора
для обоих этих документов были разработаны мной (хотя эти главы
так и не вышли из печати, якобы, из-за отсутствия финансирова-
ния), поэтому в своей книге я, как легитимный автор, привожу не-
которые подготовленные мной материалы из указанных глав. Эти
противопожарные требования в свое время были согласованы и с
пожарной охраной и с Госэнергонадзором, поэтому им, я полагаю,
можно доверять, и они могут быть использованы специалистами
для обоснования противопожарных требований во вновь разраба-
тываемых ими нормативных документах.
Любая норма — это продукт конкретного времени, и она отража-
ет состояние науки, техники и, в определенной степени, самого об-
щества. В настоящее время главными нормативными документами
па уровне закона (утверждаются Госдумой) становятся технические
регламенты, поэтому в раздел «Противопожарные требования», ко-
торый, я считаю, является в книге одним из основных, вошли мате-
риалы «Технического регламента о требованиях пожарной безопас-
। юсти», а также некоторых других новых подзаконных нормативных
документов, в разработке которых я принимал непосредственное
участие.
В книге обобщены материалы об электропроводках почти за
40-летний период моей научной деятельности в отделе «Пожарная
безопасность электроустановок», который в далеком 1975 году, мне,
еще сравнительно молодому человеку, было поручено руководством
института создать, и которым я руководил около 20 лет.
В этом издании сделана попытка рассмотреть теоретические
аспекты и дать решения конкретных практических задач, связан-
ных с разработкой методов исследования, противопожарных тре-
бований и пожарно-профилактических рекомендаций для электро-
проводок.
Комплексность в изучении пожарной опасности электропрово-
док при аварийных режимах заключалась в последовательном рас-
смотрении трех основных аспектов этой проблемы: загорание соб-
ственной изоляции, зажигание частицами, образующимися при КЗ
। орючих материалов, находящихся на некотором удалении, и опре-
деление причастности к пожару электропроводки.
9
От автора
Предложенные автором различные пути решения указанных за-
дач и результаты многолетних научных исследований, выполнен-
ных в отделе «Пожарная безопасность электроустановок» ВНИИПО
МВД СССР, по основным принципиальным вопросам не имеют
отечественных и зарубежных аналогов, а потому обладают научной
и инженерной новизной.
Конечно, работа не претендует на абсолютность решения всех по-
ставленных по данному направлению задач, но в ней излагаются воз-
можные пути их решения. В частности, дальнейшее совершенство-
вание и развитие должен получить вероятностно-статистический
метод определения пожарной опасности электротехнических
устройств (риска возникновения пожара) в направлении уточне-
ния количественных показателей вероятностей, характеризующих
пожарную опасность конкретных видов изделий. Очевидно, что
разработанные принципы определения причастности к пожарам
электроустановок приведут к появлению новых эксперименталь-
ных методик, предусматривающих более современное аппаратурное
оформление.
Методической особенностью данной книги является то, что на-
ряду с традиционным стилем изложения основных теоретических
и физических аспектов затрагиваемой проблемы в ней приводятся
конкретные результаты экспериментальных исследований, что поз-
воляет оценить точность и достоверность исследований, а также
обоснованность предлагаемых противопожарных рекомендаций.
Техническую книгу, основанную на экспериментальных исследо-
ваниях, невозможно подготовить одному. Я выражаю свою призна-
тельность и искреннюю благодарность всем сотрудникам, которые
работали в отделе и участвовали в проведении исследований, моим
соавторам по многочисленным совместным публикациям и, в пер-
вую очередь, моим коллегам и соратникам, кандидатам технических
наук, которые оказали мне честь стать их научным руководителем по
диссертационным работам: лауреату премии Правительства России
В. А. Пехотикову, Б. И. Кашолкину, А. А. Александрову, Г. В. Бокову,
Е. В. Гришину, В. В. Смирнову, Н. П. Костареву, лауреату премии
Совета Министров СССР И. Ф. Поединцеву, а также молодому, но,
ю
От автора
несомненно, перспективному руководителю сектора «Кабелей и си-
ловых электроустановок» нашего отдела А. И. Рябикову.
Хочется выразить благодарность моему давнему другу, крупней-
шему специалисту в области разработки кабельных изделий, канд.
техн, наук М. К. Каменскому за постоянное внимание и ценные со-
веты при подготовке книги.
Автор с благодарностью примет замечания и конструктивные
предложения по совершенствованию и доработке книги, которые
может учесть в дальнейшей работе.
Г. И. Смелков
и
УЧЕНЫЙ С БОЛЬШОЙ
БУКВЫ
Мне выпала почетная миссия
сказать несколько слов о Смел-
кове Германе Ивановиче. Делать
это мне чрезвычайно приятно. И
не только потому, что этот чело-
век — мой друг, которого я знаю
не один десяток лет. Дело в том,
что Герман Иванович — извест-
ный специалист, настояший про-
фессионал своего дела, ученый с большой буквы. Областью его науч-
ных интересов была и остается по сей день разработка научных основ
концепции и принципов, аналитических и инженерных методов, про-
тивопожарных норм для оценки и обеспечения пожарной безопасно-
сти электрических изделий и электроустановок.
Новый научный труд Г. И. Смелкова, который вы держите в ру-
ках, — итог большого и важного этапа его научной деятельности про-
должительностью почти 40 лет, связанного с изучением и решением
проблем обеспечения пожарной безопасности электропроводок. В
книге сделана попытка рассмотреть теоретические аспекты и дать
решения конкретных практических задач, связанных с разработкой
методов исследования, противопожарных требований и пожарно-
профилактических рекомендаций для электропроводок. Это один-
надцатая книга Германа Ивановича. А всего в его багаже более 200
научных трудов, из которых 22 — изобретения.
Герман Иванович Смелков прошел большой жизненный путь. Он
родился 5 июня 1939 года в подмосковной Балашихе. С серебряной
12
Об авторе
медалью окончил балашихинскую среднюю школу. В то время ме-
даль давала преимущество в поступлении почти в любой институт без
вступительных экзаменов. Он же, как и многие молодые люди 60-х
годов, откликнулся на призыв Родины и пошел поднимать сельское
хозяйство.
В 1961 году он — выпускник факультета электрификации Москов-
ского института механизации и электрификации сельского хозяй-
ства, где получил специальность инженера-электрика по производ-
ству, распределению и применению электроэнергии.
По распределению свою практическую деятельность Герман на-
чинал мастером, а затем и прорабом в тресте «Сельэлектрострой» на
строительстве воздушных линий электропередачи и электрификации
населенных пунктов в сельской местности. «Надо было видеть эту ра-
дость и ликование в глазах жителей деревень,— вспоминает Герман, —
когда впервые в их дома приходило электрическое освещение».
Конечно, практика дает многое и, прежде всего, для осознания по-
лезности результатов своей деятельности. Но Герману всегда хотелось
проверить себя в творческой работе.
В марте 1963 г. Герман Смелков поступает на службу в Централь-
ный научно-исследовательский институт противопожарной обороны
М ВД СССР (ныне ФГУ ВНИИПО МЧС России) младшим научным
сотрудником в лабораторию электротехники с присвоением ему зва-
ния лейтенанта внутренней службы МВД. Так началось его служение
пожарной науке.
Первое, что понял молодой начинающий научный сотрудник —
11пдо многому учиться и постоянно работать над повышением уровня
своих знаний.
В 1969 г. он закончил аспирантуру МИХМ и в 30 лет стал канди-
датом технических наук; в 45 лет он уже — доктор технических наук,
пнцитил в МЭИ на стыке двух специальностей (05.09.03. «Элек-
। рооборудование промышленных предприятий» и 05.26.01. «Тех-
ника безопасности и противопожарная техника») диссертацию на
гему: «Научные основы и инженерные методы анализа надежности
электропроводок промышленных предприятий при защите объек-
та от пожара». В 1990 году Смелков получает звание профессора.
13
Об авторе
В 1998 году его избирают академиком Национальной Академии наук
Пожарной безопасности (НАН ПБ), а в 2001 году Герман Иванович
становится академиком Академии электротехнических наук.
О научных достижениях Юбиляра можно говорить много. Это
прежде всего:
- разработка вероятностно-статистического метода определения
пожарной опасности электроустановок, в том числе электропрово-
док, исходя из стохастичности явлений, вызывающих их отказ и воз-
горание;
- установление экспериментально-аналитических закономерно-
стей, описывающих критические условия зажигания изоляционных
материалов при аварийных режимах в электропроводках, а также
твердых горючих материалов частицами металлов при коротких за-
мыканиях;
- разработка научных основ, аналитическое обоснование и инже-
нерное решение проблемы по созданию серии криминалистических
методов определения причастности к пожарам аварийных режимов в
электротехнических изделиях;
- разработку научно-технической концепции оценки и обеспече-
ния пожарной безопасности электротехнических изделий при серти-
фикационных испытаниях.
И все же главным достижением в творческой деятельности Герма-
на Ивановича следует считать создание научной школы, в которой
под его руководством было подготовлено 8 кандидатов технических
наук, из них два лауреата премии Правительства России.
Свою научную деятельность в институте Герман Иванович продол-
жает и в настоящее время, пройдя за 46 лет своей службы в пожарной
науке путь от инженера до доктора технических наук и от младшего
научного сотрудника до начальника Научно-испытательного центра
«НИЦ-Электро» ВНИИПО.
В настоящее время Герман Иванович — главный научный со-
трудник этого института. Наряду с научной деятельностью он ведет
большую научно-общественную работу, являясь председателем по-
стоянной российской части ТК 89 «Пожарная безопасность электро-
оборудования» Международной электротехнической комиссии; чле-
14
Об авторе
ном экспертного совета «Проблемы физики и науки о Земле» ВАК
Минобразования России; заместителем председателя докторского
диссертационного Совета института и членом президиума НАН ПБ.
За заслуги в научной деятельности и активную гражданскую по-
зицию Г. И. Смелков награжден нагрудными знаками «Заслуженный
деятель науки РФ», «Заслуженный работник МВД СССР», двумя По-
четными грамотами МВД СССР за выполнение специальных зада-
ми й и девятью медалями.
Желаю нашему Юбиляру крепкого здоровья, творческого долго-
летия и дальнейших успехов в научной деятельности, а его книге —
успешного плавания в море технической информации и, конечно,
найти своего заинтересованного и доброжелательного читателя.
Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации,
академик Национальной академии наук пожарной безопасности,
профессор
В. Н. Черкасов
15
Введение
ВВЕДЕНИЕ
При написании книги автор находился в довольно сложном поло-
жении, поскольку даже сам термин, обозначающий предмет исследо-
вания — «электропроводки» (в части диапазона применяемых в них
кабелей) не имел однозначного толкования.
В действующей (на момент написания книги) с 1985 года главе 2.1
ПУЭ — 6 изд. в параграфе 2.1.1, определяющем область применения
кабельных изделий, предусматривалось применение в электропро-
водках только небронированных кабелей сечением фазных жил не
более 16 мм2.
В 2003—2004 годах во ВНИИпроектэлектромонтаже Е. М. Фесько-
вым при участии компании ОАО «Электромонтаж» (Е. Ф. Хомицкий) и
ВНИИПО МЧС России (Г. И. Смелков) был разработан проект новой
редакции главы 2.1, в которой ограничения по видам и сечениям при-
меняемых в электропроводках кабелей были сняты, но, как и в преды-
дущем издании, глава 2.1 распространялась только на низковольтные
(до 1 кВ) цепи.
Заинтересованные надзорные органы (Госэнергонадзор и Госпож-
надзор) согласовали проект новой главы, а, следовательно, и расши-
рение области применения кабелей в электропроводках, поскольку
все необходимые меры безопасности в ней были предусмотрены.
Значительно были усилены и конкретизированы требования пожар-
ной безопасности.
«Электропроводки должны быть пожаробезопасными — не рас-
пространять горение и не служить источником зажигания строитель-
ных конструкций, на (в) которых они расположены».
Однако в связи с начавшимся в стране реформированием всей си-
стемы нормирования и стандартизации и принятием Федерального
закона «О техническом регулировании» проект главы 2.1 так и не был
представлен на утверждение.
В создавшихся условиях автор счел целесообразным при изло-
жении в данной книге нормативных требований руководствоваться
официально утвержденными действующими на момент выхода кни-
ги документами. При анализе результатов научно-исследовательских
работ предпочтение отдавалось более широкому (в части применения
кабелей), толкованию термина «электропроводка».
Как известно, наиболее опасными аварийными режимами работы
электропроводок являются перегрузки и короткие замыкания.
Пожарная опасность перегрузок вызвана значительной темпера-
турой нагрева токопроводящих жил. Изоляция проводов и кабелей
нагревается на всем аварийном участке цепи и загорается чаще всего
в месте обрыва (перегорания) токопроводящей жилы.
Под коротким замыканием (КЗ) понимается не предусмотренное
нормальными условиями работы замыкание через малое сопротив-
ление токопроводящих частей, имеющих различную полярность (по-
стоянный ток), подключенных к различным фазам (многофазный
переменный ток) или имеющих различные потенциалы (замыкание
на землю, заземленные предметы и нулевые провода).
Пожарная опасность КЗ в электропроводках связана в основном с
высокой температурой дуги в зоне замыкания (около 2000—4000 °C)
и характеризуется тремя показателями: способностью изоляции про-
водов возгораться от нагрева токопроводящей жилы током или дугой
КЗ; способностью образовывать в момент замыкания расплавленные
(горяшие) частицы проводниковых материалов, которые, разлетаясь
на значительные расстояния, могут создавать самостоятельные очаги
пожаров и возможностью поджигать материалы основания, по кото-
рому электропроводка проложена.
Непосредственно с высокой пожарной опасностью КЗ в электро-
проводках связана проблема определения их действительной при-
частности к возникающим пожарам.
Таким образом, можно выделить следующие три задачи по сни-
жению пожарной опасности аварийных режимов в электропровод-
ках.
17
16
Введение
Первая задача — разработка аналитических методов комплексной
оценки пожарной опасности электротехнических устройств.
Предотвратить воздействие на людей опасных факторов при по-
жарах — главная задача обеспечения пожарной безопасности на лю-
бом объекте. Уровень этой безопасности не должен зависеть от субъ-
ективных факторов, а должен быть четко регламентирован нормами.
Пожар — случайное событие, возникновение которого связано
с вероятностью появления в данной точке (зоне) пространства или
оборудования горючего материала, окислителя и источника зажига-
ния. На большинстве промышленных и сельскохозяйственных пред-
приятий, жилых, общественных, административных и других зданий
и сооружений горючие материалы (вещества) и окислитель (кислород
воздуха) присутствуют постоянно. В этих условиях основным, а часто
единственным фактором предотвращения пожара является исключе-
ние источников зажигания или доведение их энергии до безопасного
уровня. В качестве источников зажигания очень часто выступают на-
гретые до высокой температуры детали и узлы электротехнических
изделий, а также сопровождающие аварийные режимы электриче-
ские дуги, искры, выброс газов и т. п.
Наиболее часто о пожарной опасности электротехнических
устройств судят, исходя лишь из детерминистических познаний либо
субъективных данных. Использование в этих условиях методов тео-
рии вероятности и математической статистики позволяет разрабо-
тать более объективные методы оценки их пожарной опасности и
на их основе создать электротехнические изделия, удовлетворяю-
щие экономически обоснованным противопожарным требованиям.
Например, применительно к электропроводкам комплексный под-
ход к оценке пожарной опасности должен включать вероятностно-
статистический учет:
• условий возникновения в ходе эксплуатации кабельных изде-
лий двух наиболее опасных аварийных режимов — КЗ и перегрузки;
• трех возможных ситуаций возникновения пожара — в результа-
те загорания собственной изоляции; основания, по которому проло-
жена электропроводка; материалов, находящихся в зоне воздействия
частиц, образующихся при КЗ;
18
Введение
• влияния на пожарную опасность КЗ и перегрузок правильности
выбора аппаратов электрической защиты.
Вторая задача — разработка методов исследования и теории зажи-
। ания электроизоляционных материалов и горючих веществ, находя-
щихся в зоне воздействия частиц металлов, образующихся при КЗ.
Полученные результаты создают предпосылки для успешного ре-
шения первой задачи, а также являются исходной базой для разра-
ботки норм, регламентирующих пожарную безопасность КЗ в элек-
тросетях.
Отсутствие методов исследования пожарной опасности частиц
металлов привело к тому, что существовавшие в Правилах устрой-
сгва электроустановок (изданных в 1966 г., т. е. до выхода перво-
। о издания данной книги) требования по «безопасным» удалениям
электропроводок и воздушных линий электропередачи от пожаро-
н взрывоопасных объектов часто не имели достаточного научного
обоснования (см. п. П-4-39, П-4-40, П-4-58 и др.). Кроме того, ре-
комендации многих разделов ПУЭ из-за отсутствия необходимых
1еоретических и экспериментальных данных носили неконкретный
характер. Например, в п. VII-4-31 было записано: «В пожароопас-
ных помещениях всех классов допускается открытая прокладка изо-
лированных проводов на изоляторах. Провода в этом случае должны
бы ть удалены от мест хранения горючих материалов». При этом не
были указаны ни конкретные расстояния удаления горючих мате-
риалов, ни зависимость этих расстояний от различных параметров.
Проведенные исследования позволили конкретизировать требо-
вания, что нашло отражение в п. 7.4.45 и табл. 7.4.5 ПУЭ 6-го из-
дания, где приведены полученные на основании выполненных во
III 1ИИП0 под руководством автора исследований допустимые рас-
с гояния от оси ВЛ до границ открытых наземных складов хранения
|орючих материалов.
1))етья задача — разработка принципов и научно обоснованных
мподов определения причастности КЗ в электропроводках к случаям
пожаров на объектах.
11ри расследованиях, связанных с определением причин пожаров
па различных объектах, могут быть допущены ошибки, приводя-
19
Введение
щие к неправильному установлению степени виновности отдельных
должностных лиц, в также к ошибочной разработке профилактиче-
ских мероприятий, направленных на предотвращение таких пожаров
в будущем.
Отсутствие научно обоснованных методов исследования приво-
дило к тому, что обнаружение, например, на месте пожара оплавлен-
ных проводников нередко служило достаточным основанием считать
причиной пожара короткое замыкание. При этом не учитывал-
ся тот вполне очевидный факт, что КЗ, вызвавшее оплавление про-
водников, могло быть вторичным, т. е. возникнуть в ходе развития
пожара.
20
I ПАВА ПЕРВАЯ.
I (Яфетические аспекты и экспериментальные данные
пожарной опасности электропроводок при аварийных режимах
1.1. Статистика пожаров
Статистические данные (использованы данные о пожарах, посту-
пившие в отдел пожарной статистики ФГУ ВНИИПО МЧС России)
пока бывают, что в 2008 году в Российской Федерации по сравнению
с аналогичным периодом прошлого года обстановка с пожарами ха-
ри к 1еризовалась следующими основными показателями:
• зарегистрировано 201659 пожаров (-5,1 %);
• погибло при пожарах 15279 чел. (-4,8 %);
• получили травмы на пожарах 12868 чел. (-6,0 %);
• прямой материальный ущерб причинен в размере 12209,3 млн р.
(148,0%).
1.жсдневно в стране происходило 549 пожаров, при которых гибло
12 чел. и 35 чел. получали травмы. Огнем уничтожалось 166 строений,
сд автотракторной техники и 8 голов скота. Ежедневный матери-
Ш1Ы1ЫЙ ущерб составил 33 млн р.
Электрические изделия традиционно являются одними из наи-
Гюлсс пожароопасных видов продукции, поскольку в них сочетается
присутствие горючих электроизоляционных материалов (электро-
II шляния, оболочки кабелей и т. п.) с появлением в аварийных ре-
жимах источников зажигания (искры, дуги, нагретые электрическим
юком детали и т. п.).
В промышленно развитых странах, в том числе и в России, доля
пожаров от электрических изделий ежегодно составляет от 15 до 25 %
21
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Таблица 1.1
Статистические данные о пожарах от электрических изделий в России
Год Пожары Прямой ущерб Погибло
КОЛ-ВО % млн р. % людей %
1997 55917 20,5 397,4 27,3 2422 17,5
1998 55129 20,8 422,9 19,4 2399 17,5
1999 53266 20,5 490,9 27,7 2435 16,3
2000 50978 20,7 548,7 29,7 2554 15,7
2001 50412 20,5 802,5 30,6 2785 15,2
2002 50220 19,3 982,3 28,3 2018 13,9
2003 47810 20,0 1403,7 33,7 2742 14,2
2004 44398 19,0 1291,8 22,0 2434 13,0
2005 43203 18,8 1390,2 20,8 2211 12,0
2006 42714 19,6 3017,6 35,6 2285 13,3
2007 41643 19,6 2619,6 30,1 1932 12,0
2008 40007 19,8 4338,4 35,5 1873 12,3
(табл. 1.1). В бывшем СССР в 1990 г. треть всех пожаров была связана
с электрооборудованием.
Как показывают результаты анализа, выполненные во ВНИИПО
МЧС России, в подавляющем большинстве случаев причинами по-
жарной опасности электрических изделий являются: несовершенство
противопожарных требований; несоответствие применяемой элек-
тротехнической продукции, материалов и комплектующих комплекс-
ным требованиям пожарной безопасности; низкий уровень эксплуа-
тации. Данный раздел содержит некоторые статистические сведения
об оперативной обстановке с пожарами в стране и, в первую очередь,
о пожарной опасности от электрических изделий, которые могут быть
полезны специалистам для обоснования актуальности и выбора на-
правлений исследований по разработке пожарно-профилактических
мероприятий на объектах, в том числе по обеспечению пожарной
безопасности кабельных и других видов электрических изделий.
От электрических изделий в России в 2008 году произошло
40007 пожаров (19,8 % к общему числу пожаров), на которых погибло
22
1.1. Статистика пожаров
1873 чел.; прямой ущерб составил 4338,4 млн рублей. В сравнении с
?007 г число пожаров несколько уменьшилось — примерно на 3,9 %.
Гснденция уменьшения «электропожаров» наблюдается на протяже-
нии многих лет (табл. 1.1). Точно сформулировать способствующие
ному обстоятельства весьма сложно. Можно высказать лишь пред-
положения. Несомненно, важную роль играют меры по усилению
контроля качества и безопасности изделий со стороны надзорных
органов, испытательных центров и органов по сертификации в соот-
не । ствии с «Законом о защите прав потребителей». В условиях рыноч-
ной конкуренции вынуждены предпринимать определенные усилия
по улучшению качества продукции разработчики и изготовители из-
делий. Не исключено и влияние весьма очевидного, к сожалению, в
11Ы1 юшней экономике явления — снижения объема выпуска изделий.
11аибольшее число пожаров от электрических изделий в 2008 г.
(73,0 %), как и во все предыдущие годы, относится к жилому сектору,
чю более чем на порядок превышает число пожаров на промышлен-
ных предприятиях и в 3,5 раза — на всех других объектах, вместе взя-
ii.ix (табл. 1.2).
11о видам электротехнической продукции (табл. 1.3) первое место
по числу пожаров с большим опережением занимают изделия ка-
Таблица 1.2
Данные о пожарах от электрических изделий в РФ по объектам за 2008 г.
Объекты пожара Количество пожаров
абсолютное значение %
Аплой сектор 29230 73,0
Цшпспортные средства 3696 9,2
Промышленные предприятия 2498 6,3
Л л м 1111 истративно-общественные здания 1162 2,9
< гльхозобъекты 223 0,6
1орюкые объекты 2250 5,6
11рочпе объекты 948 2,4
Всего 40007 100
23
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Таблица 1.3
Статистические данные о пожарах от электрических изделий за 2008 г.
Наименование Пожары Прямой ущерб Погибло
КОЛ-ВО % по ЭЛ. изд. тыс. р. % по эл. изд. людей % по эл. изд.
Кабель, провод 25698 64,2 3471698 80,0 773 41,3
Электрокамин 3247 8,1 177341 4,1 565 30,2
Вводной щит 2813 7,0 141883 3,3 44 2,3
Выключатель 2553 6,4 148804 3,4 74 4,0
Холодильник 1156 2,9 178904 4,1 43 2,3
Телевизор 1044 2,6 44678 1,0 79 4,2
Электросветильник 838 2,1 43304 1,0 39 2,1
Электроплитка 829 2,1 27422 0,6 206 11,0
Трансформатор, стабилизатор 391 1,0 30502 0,7 6 0,3
Электробытовая машина 319 0,8 10667 0,2 7 0,4
Автовыключатель 259 0,6 14856 0,3 5 0,3
Электродв игател ь 186 0,5 17461 0,4 1 0,1
Электрозвонок 157 0,4 2996 0,1 4 0,2
ЭВМ 157 0,4 10910 0,3 2 0,1
Магнитофон, приемник 131 о,з 4969 0,1 7 0,4
Электроутюг 117 0,3 3704 0,1 12 0,6
Кондиционер 86 0,2 6190 0,1 4 0,2
Видеомагнитофон 26 0,1 2155 0,0 2 0,1
Итого по электроизделиям 40007 100 4338445 100 1873 100
Итого по России 201659 100 12209305 100 15279 100
бельной промышленности — провода и кабели. При этом число по-
жаров от кабелей в 20—30 раз меньше, чем от проводов. Это связано,
во-первых, с тем, что протяженность электропроводок на любом объ-
екте в десятки и сотни раз превышает длину кабельных линий, а чем
больше длина, тем выше вероятность повреждения, а следовательно,
и вероятность возникновения пожара; во-вторых, требования к про-
24
1.1. Статистика пожаров
актированию, монтажу и эксплуатации кабельных линий намного
жестче, чем к электропроводкам; и, в третьих, с наличием в жилом
секторе большого количества самодельных, не контролируемых спе-
циалистами, пожароопасных электропроводок.
Статистические данные, поступающие во ВНИИПО, дают воз-
можность оценить пожарную опасность каждого вида электротехни-
ческих изделий по трем показателям (контролируемым параметрам):
числу пожаров, наносимому пожаром ущербу и числу погибших на
пожаре людей. Представляется перспективной попытка дать инте-
। ральный показатель, который учитывал бы все эти три показателя
одновременно и, таким образом, более объективно характеризовал
бы пожарную опасность изделий. Исходные данные и результаты об-
работки статистических материалов представлены в табл. 1.4.
Коэффициент значимости пожарной опасности каждого вида из-
делий Kj рассчитывался по сумме рангов (мест), которые это изделие
(внимает в ранжированном, в порядке уменьшения показателя, ряду
но количеству пожаров Rn, наносимому пожаром ущербу Ry и числу
hoi ибших А.:
K = s}/st, (1)
где 5. = Rn+ Ry+ R. — сумма рангов /-го изделия; S) — сумма рангов наиболее
пожароопасного изделия.
Среди причин пожаров применительно к электроустановкам в
с hi готчетах ВНИИПО упоминаются только недостатки конструкции
и изготовления; нарушение правил монтажа; нарушение правил тех-
нической эксплуатации и несоблюдение правил пожарной безопас-
ности при эксплуатации (табл. 1.5). Обычно эти причины называют
«юридическими», поскольку в случае возбуждения уголовного дела
но факту пожара следователи часто начинают расследование с про-
верки этих версий. При более внимательном рассмотрении эти при-
чины фактически отражают лишь обстоятельства, способствующие
возникновению пожара. При этом точность установления истинной
причины пожара вряд ли может быть высокой, т. к. даже очень опыт-
ный криминалист по результатам исследования поврежденных огнем
25
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Таблица 1.4
Исходные данные и результаты оценки коэффициента значимости
пожарной опасности электрических изделий
Изделия Ранг (место) по числу пожаров * Ранг (место)по размеру ущерба *, Ранг (место) по числу по- гибших R Сумма рангов Коэффициент значимости пожарной опасности £ Ранг по- жарной опасности изделия
Кабель, провод 01 01 01 03 1,00 1
Электрокамин 02 03 02 07 0,43 2
Вводной щит 03 05 06 14 0,21 4
Выключатель 04 04 05 13 0,23 3
Телевизор 05 06 04 15 0,20 5
Холодильник 06 02 07 15 0,20 5
Электроплитка 07 09 03 19 0,16 6
Электросветильник 08 07 08 23 0,13 7
Трансформатор 09 08 11 28 0,10 8
Электробытовая машина 10 13 10 33 0,09 9
Автовы ключате ль 11 11 12 34 0,09 9
Электрозвонок 12 17 13 42 0,07 И
Электродвигатель 13 10 15 38 0,08 10
Магнитофон, радиоприемник 14 15 10 39 0,07 11
ЭВМ 15 12 14 41 0,07 11
Электроутюг 16 16 9 41 0,07 И
Кондиционер 17 14 13 44 0,07 11
Видеомагнитофон 18 18 14 50 0,06 12
на пожаре электрических изделий не может точно установить, что же
привело к пожару: «нарушение правил технической эксплуатации»
или «несоблюдение правил пожарной безопасности при эксплуата-
ции изделия».
Для специалистов, занимающихся обеспечением пожарной безо-
пасности электросетей и электроизделий, большую ценность, конеч-
26
1.1. Статистика пожаров
Таблица 1.5
Причины пожаров
По статлисткам
11едостатки конструкции и ннотовления 11 (рушение правил монтажа Нарушение правил технической эксплуатации Нарушение ППБ при эксплуатации
Причины пожарои и характерные источники зажигания
Причины пожаров Источник зажигания
Короткое замыкание Дуговой, искровой и другие виды электри- ческих разрядов (далее — электрические разряды); раскаленные (горящие) части- цы и капли металла при разрушении в аварийных режимах токопроводящих жил проводов (кабелей), аппаратов защиты электроприборов, защитных оболочек труб, корпусов и т. п. (далее — частицы металла)
1 к’рсгрузка Нагретые выше допустимой температуры поверхности электрорадиоэлементов, про- водов, аппаратов и т.п.
11среходное сопротивление Нагретые поверхности
( пижение эффективности теплоот- вода Нагретые поверхности Электрические разряды Частицы металла
Конструктивные недостатки и неис- правности электроизделий Электрические разряды Нагретые поверхности Коммутационные искры и дуги Частицы металла
Но, имели бы данные об аварийных режимах (КЗ, перегрузка, «пло-
хой» контакт и др., табл. 1.5), а также физико-химических явлениях,
непосредственно приведших к возгоранию электроустановок. Одна-
ко la кие данные в статлистках отсутствуют. В связи с этим автор счел
целесообразным привести некоторые статистические данные, любез-
но предоставленные фирмой «ОРГРЭС» (фирма по наладке, совер-
шенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей),
по отказам, в том числе пожароопасным, произошедшим в кабель-
27
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Таблица 1.6
Отказы (аварии) кабельных энергетических линий за год
Энерго- предприятие Элемент линии Количество отказов кабельных линий
при электриче- ском пробое при механическом повреждении
кол-во % кол-во %
Электростанции Кабели 57 62,6 6 100
Соединительные муфты 9 9,9 — —
Концевые заделки 17 18,7 — —
Концевые муфты наружной установки 8 8,8 — —
ИТОГО 91 100 6 100
Электросеть Кабели 2224 56,5 2297 99,86
Соединительные муфты 829 21,05 3 0,14
Концевые заделки 579 14,7 — —
Концевые муфты наружной установки 304 7,72 — —
Подпитывающие устройства 1 0,03 — —
ИТОГО 3937 100 2300 100
ных линиях и электропроводках на электростанциях и в электросетях
(табл. 1.6 и 1.7).
Как видно из таблицы 1.6, и на энергопредприятиях, и в электро-
сетях наибольшее число пожаров приходится на кабели.
Практика эксплуатации кабельных линий свидетельствует о том, что
основными причинами возникновения аварийных ситуаций являются
(табл. 1.7):
• процессы старения изоляционных материалов кабелей;
• скрытые заводские дефекты кабелей и дефекты, полученные ими
при монтаже;
28
1.1. Статистика пожаров
Таблица 1.7
Причины пробоя изоляции при отказах (авариях)
кабельных энергетических линий за год
Причины пробоя Количество отказов кабельных линий
количество %
11едостатки эксплуатации 113 2,9
Дефекты монтажа муфт 994 25,3
J (сфскты прокладки кабелей 411 10,3
11едостатки проектирования 1 ОД
Дефекты конструкции и изготовления 92 2,3
111менение свойств материалов в процессе экс- пиуатации 1203 30,6
Пнияние климатических и атмосферных условий 128 з,з
1 (срасчетные режимы в электросети 31 0,8
Пос горонние воздействия 760 19,3
11ричина не установлена 204 5,1
II I ОГО 3937 100
• недостатки нормирования и проектирования, не учитывающие
реальных условий работы электросетей, а также ошибки при их мон-
1ажс и эксплуатации.
Небронированные кабели с алюминиевой оболочкой при повреж-
дении защитного шланга и коррозии алюминиевой оболочки выхо-
hi i из строя в первые 15 лет, а основная доля отказов кабелей при ста-
рении изоляции приходится на период, превышающий их 15-летний
срок эксплуатации.
Скрытые дефекты в кабелях могут быть, например, из-за неплот-
ной намотки изоляционных бумажных лент, наличия складок, неудо-
ппе । норительной пропитки изоляции.
11аиболее уязвимым местом в кабельных линиях являются соеди-
ни! ел ьные муфты широкого назначения, выполненные из различных
материалов, и концевые заделки.
29
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Отказы муфт и концевых заделок происходят в основном по сле-
дующим причинам:
• несвоевременность контроля электрических параметров при
эксплуатации;
• дефекты монтажа и конструктивных элементов;
• изменение свойств материалов в процессе эксплуатации из-за
старения, перегрузки и других аварийных режимов в сети.
Основными аварийными режимами, приводящими к возникнове-
нию загораний кабелей, являются режимы сверхтоков, которые могут
иметь место при коротких замыканиях (КЗ) или перегрузках. При этом
сверхтоки могут привести к загоранию в основном силовых (как высо-
ковольтных, так и низковольтных до 1000 В) кабелей, поскольку выде-
ляемая при КЗ или перегрузке энергия достаточна для возникновения
процесса пиролиза электроизоляционных материалов и последующе-
го их зажигания. Не редкими являются и случаи загорания кабельных
изделий от занесения внешних источников огня.
Таким образом, на основе выполненного анализа статистических
данных было установлено следующее:
• наиболее опасный вид электроустановок — электропроводки и
кабельные линии;
• объекты, которые чаще всего подвергаются пожарам от электро-
установок, и, в частности, от загорания электропроводок, — жилые
дома, склады, базы, предприятия торговли и общественного питания
(т. е. те объекты, на которых максимально сконцентрированы жиз-
ненно важные продовольственные и материальные ресурсы и уни-
чтожение которых огнем непосредственно и наиболее быстро сказы-
вается на благосостоянии и жизненном уровне народа);
• самые опасные виды аварийных режимов электросетей, создаю-
щие наибольшую вероятность возникновения пожаров, — КЗ и пере-
грузки.
30
1.2. Электропроводки и аварийные режимы в них
1.2. Электропроводки и аварийные режимы в них
1.2.1. Общие сведения
В соответствии с ПУЭ электропроводкой называется совокупность
проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддержи-
вающими защитными конструкциями и деталями* 1. Электропровод-
ки выполняют изолированными установочными проводами всех се-
чений, а также небронированными силовыми кабелями сечением до
16 мм2.
Из всех видов электропроводок наибольшую пожарную опасность
представляют открытые электропроводки, выполненные проводами
и кабелями, проложенными непосредственно на поверхности стен,
потолков и других строительных элементов зданий и сооружений. В
случае загорания таких проводок они способны не только поджечь
опорные конструкции, по которым проложены, но и явиться «удоб-
ным горючим мостом», по которому огонь будет свободно распро-
с।раняться.
В скрытых электропроводках из-за недостатка кислорода, как пра-
вило, воспламенения проводников не наблюдается. В связи с этим в
да 11 ной книге наибольшее внимание уделено результатам исследования
пожарной опасности именно открытых электропроводок, выполнен-
ных в соответствии с действующей гл. 2.1. ПУЭ-85, либо проложенных
и нарушение противопожарных требований: несоответствие марки ка-
пельных изделий и (или) способа монтажа группе строительных мате-
I и шлов по горючести, являющихся основанием для прокладки электро-
111 ишодки; неправильный выбор электромонтажной арматуры (коробов,
пластмассовых и стальных труб и т.п.). При этом следует отметить, что
выбор для испытаний электропроводок в стальных трубах, являющих-
ся, па первый взгляд, пожаробезопасными, был сделан не случайно.
Как будет показано в разд. 1.4, несмотря на значительную стоимость
1 В некоторых разделах книги (напр. в разд. 1.5) автор использует более широкое
понятие термина «электропроводка», распространяя его и на другие виды кабелей
всех сечений напряжением до 1 кВ, как это было предложено в проекте гл. 2.1. ПУЭ
I о издания, согласованном заинтересованными надзорными органами.
31
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
таких электропроводок и их кажущуюся надежность, при возникнове-
нии внутри трубы КЗ в некоторых случаях она неспособна выполнять
защитные функции — дуга КЗ прожигает трубу и раскаленные частицы
металла (токопроводящей жилы и трубы), разлетаясь на значительные
расстояния, часто вызывают пожар.
Причиной возникновения КЗ в электропроводках чаще всего
является нарушение изоляции токопроводящих частей вследствие
ее старения, механического повреждения или воздействия влаги и
агрессивных сред.
Тепловое старение изоляции, в свою очередь, наиболее часто воз-
никает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими до-
пустимые длительные токи для данного вида и сечений проводников
или из-за неправильного способа прокладки (например, совместная
прокладка в одной трубе (коробе) большого количества проводов и
кабелей без учета соответствующих поправочных коэффициентов
снижения токов нагрузки). Для изоляционных материалов установ-
лена экспериментальная зависимость их относительного теплового
износа от температуры [2]:
Z = стеу1,
где с, у — постоянные величины для данного типа изоляции; г — время воз-
действия; t — температура.
Для кабелей с бумажной изоляцией (у = 0,086) срок их службы
может быть определен по известному «восьмиградусному» правилу:
превышение температуры на каждые 8 °C сокращает срок службы
изоляции в 2 раза. Старение изоляционных материалов связано с
глубокими изменениями молекулярной структуры (деполяризацией,
образованием свободных радикалов, ненасыщенных связей, появле-
нием новых структур и полимеризацией), что приводит к образова-
нию низкомолекулярных соединений — окиси углерода, водорода,
легких углеводородов и мономеров. Одновременно с химическими
происходят и физические явления, причем наличие последних часто
говорит о более глубоких химических изменениях.
32
1.2. Электропроводки и аварийные режимы в них
Достаточно подробно вопросы теплового разрушения полимер-
ных материалов исследованы Н. С. Ильченко [3], который уста-
новил, что наиболее частой причиной и «предвестником» КЗ при
iriuioBOM воздействии электрического тока на изоляционные мате-
риалы являются частичные электрические разряды, появляющиеся
пглсдствие снижения диэлектрической прочности изоляции. В свою
очередь, снижение диэлектрической прочности органических диэ-
пектрических материалов (основные виды изоляции) происходит в
Р< (ультате развития поверхностной эрозии. Опираясь на результаты
< моих исследований, а также ссылаясь на литературные источники,
11 С. Ильченко констатирует, что «эрозионное разрушение диэлек-
। рпческих материалов при действии частичных разрядов обусловли-
ii.ieicn:
• тепловым разрушением материала (вплоть до испарения);
• химическим перерождением поверхностных слоев материалов в
окислительной среде;
• микропробоем поверхностных слоев при действии частичных
ри (рядов;
• образованием механических трещин на поверхности материала;
• разрыхлением надмолекулярной структуры полимерных диэ-
ic к । рических материалов;
• механическим разрушением как исходного диэлектрического
материала, так и поверхности состаренного слоя бомбардирующими
iivкп ронами и ионами при частичных разрядах» [3].
Механическое повреждение изоляции проводов чаще всего воз-
ик кае г из-за небрежного монтажа (протаскивание проводов в трубах,
$ । по п> стены и перегородки без применения соответствующих мер
предосторожности) либо вследствие неправильной эксплуатации
(minример, не обеспечена механическая защита провода в зоне дей-
( ।пня передвижных установок и т. п.). Довольно значительно число
। иучасв повреждения изоляции проводников грызунами.
Во (действие влаги, агрессивных сред и оседание электропроводя-
щей пыли на изоляцию проводов при определенных условиях суще-
I I пеппо ухудшает ее состояние вследствие появления поверхностных
(оков утечки. От возникающего при этом тепла слой жидкости ис-
33
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
паряется, причем на изоляции остаются следы соли. При прекра-
щении испарения ток утечки исчезает. При повторном воздействии
влаги процесс повторяется, причем из-за повышения концентра-
ции соли проводимость увеличивается настолько, что ток утечки
не прекращается даже после окончания испарения и появляются
мельчайшие искры. В дальнейшем под действием тока утечки изо-
ляция обугливается, что может привести к возникновению дугового
поверхностного разряда (неполное КЗ), способного воспламенить
изоляцию.
Описанные процессы разрушения изоляции особенно усиливают-
ся при перегрузке в агрессивной среде, например в помещениях для
содержания скота при наличии в атмосфере паров уксусной, молоч-
ной, жирной кислот, аммиака, азотной кислоты и т. п.
Таким образом, говоря о профилактике пожаров от электропро-
водок, необходимо наибольшее внимание уделять работам по преду-
преждению перегрузок и КЗ в кабельных изделиях1.
Существует много видов классификаций коротких замыканий: по
количеству замкнувшихся фаз (в сетях с изолированной и заземлен-
ной нейтралями); по месту возникновения КЗ в электроустановках;
значению тока замыкания, по значению переходного сопротивления
в точке замыкания и др.
С точки зрения пожарной опасности из всех параметров, характе-
ризующих КЗ, принципиальное значение имеют переходное сопро-
тивление в точке замыкания, длительность КЗ и кратность тока КЗ.
Последние два параметра взаимосвязаны: при увеличении кратности
тока для одной и той же цепи длительность КЗ уменьшается. Это вы-
звано либо ускорением срабатывания аппаратов защиты, либо раз-
рушением токопроводящей жилы. Влияние указанных параметров на
пожарную опасность электропроводок анализируется в последующих
параграфах книги.
1 Здесь и в дальнейшем термин «кабельные изделия» в соответствии с ГОСТ 15845
80 употребляется для обобщения трех видов электротехнических изделий — кабеля,
провода и шнура.
34
1.2. Электропроводки и аварийные режимы в них
1.2.2. Пожарная опасность коротких замыканий
В общем случае это понятие, применительно к электропроводкам,
является комплексным и употребляется для характеристики основ-
ных пожароопасных проявлений электрического тока:
• способности самой электропроводки быть источником пожара
(поспламенение собственной изоляции с последующим возгоранием
пиритных или поддерживающих конструктивных элементов);
• способности изоляции проводов распространять горение при
поджигании от посторонних источников зажигания;
• способности образовывать в момент КЗ расплавленные медные
пни горящие алюминиевые частицы проводниковых металлов, под-
жигающие расположенные вблизи горючие материалы.
Вопрос о воспламеняющей способности частиц металлов, обра-
1У1ощихся в зоне КЗ, вынесен для рассмотрения в гл. 2.
Первые два аспекта, характеризующие понятие пожарной опасно-
ги1 электропроводок, взаимосвязаны, так как оба в конечном счете
отражают степень горючести электроизоляции и оболочек кабельных
П1лелий. Различие между ними связано с возможностью зажигания
проводов и кабелей разными источниками нагрева: внутренними —
токами перегрузки и КЗ; и внешними — например, температурой по-
жара, что было учтено при создании соответствующих методов испы-
ншия электропроводок на пожарную опасность.
Тепловой эффект от воздействия тока КЗ i на проводник сопротив-
к т
пением г за время т определяется интегралом Так как / немо-
К J к к
о
же । быть выражен простой функцией, то для упрощения решения за-
нпчи его значение под знаком интеграла заменяют условно установив-
шимся (действующим) значением 1°°, приведенное время прохожде-
ния которого тп = тп п + тп , где тп и тп а — соответственно приведенное
время действия периодической и апериодической составляющих тока
К I (определяют по экспериментальным кривым, см., например, [4]).
И яшисимости от значения переходного сопротивления КЗ могут быть
прямыми (глухое, металлическое, полное) и неполными (через пере-
мни юе сопротивление, образованное неплотным контактом, значи-
|г||ыюй оксидной пленкой, обугленной изоляцией и т. п.).
35
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Углубленный анализ физических явлений, происходящих при КЗ,
показывает, что именно значение сопротивления в зоне замыкания
проводников оказывает существенное влияние не только на характер
КЗ (значение тока КЗ и его длительность), но и на сам механизм зажи-
гания изоляции проводников.
1.2.3. Пожарная опасность при перегрузке
В соответствии с терминологией ГОСТ 18311—80*, распростра-
няющейся на все виды электротехнических изделий, можно дан.
следующую формулировку термина «перегрузка» применительно к
электропроводкам.
Режим перегрузки электропроводок (перегрузка) — вид аварийного
режима, возникающего вследствие неправильного выбора, включе-
ния или повреждения потребителей, в результате чего проходящий н
кабельном изделии суммарный ток превышает его номинальное (до-
пустимое длительное) значение.
Некоторые авторы [5], давая формулировку термина «перегрузка
электропроводок», видят основное отличие перегрузки от режима
КЗ лишь в более длительном воздействии ее на кабельные изделия.
С этим трудно согласиться, так как в отдельных случаях при грубых
ошибках в выборе сечения питающих проводов кратность перегрузки
может иметь такое высокое значение, что длительность существова-
ния аварийного режима (до срабатывания зашиты или перегорания
жилы провода) может составлять доли секунды, т. е. быть соизме-
римой с длительностью обычного КЗ. И наоборот, длительность КЗ
в сетях низкого напряжения большой протяженности может быть
весьма значительной и не отличаться от длительности обычно! i
перегрузки.
Основным принципиальным признаком, по которому КЗ следу-
ет отличать от перегрузки, является момент нарушения изоляции н
процессе аварийного режима: при КЗ нарушение изоляции является
причиной аварийного режима, а при перегрузке — его возможным
следствием.
Внешним признаком перегрузки кабельных изделий (если не при
нимаются специальные меры по их охлаждению) обычно является их
36
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
in регрев, приводящий к тепловому старению изоляции и преждевре-
н иному выходу из строя. Пожарная опасность электропроводок при
in ре грузках, как и в случае КЗ, зависит от многих факторов — крат-
пт । и тока перегрузки, способа прокладки, выбора защиты и т. п.
Отличием режима перегрузки от КЗ с точки зрения пожарной
шик.-пости является значительно меньшее выделение частиц металла
п । юны плавления токопроводящих жил проводников, чем при КЗ.
Но пссх остальных отношениях, при прочих равных условиях, пере-
। pv 1ка не менее пожароопасна, чем КЗ (см. разд. 1.3 и 1.4).
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ
и перегрузок в электропроводках
1. Нагрев проводов при неполных КЗ и перегрузках
При неполных КЗ в точке повреждения имеется некоторое со-
противление, в котором может выделяться значительное количество
и плоты. В противоположность прямому КЗ неполные замыкания,
loiк правило, ведут к пожарам даже при правильно выбранной за-
ПП11С, вследствие того что сопротивление места повреждения, не-
। могря на повышенную величину тока, поддерживает его на уровне,
1П.Ч(остаточном для срабатывания защиты. Неполные КЗ очень ча-
। ю являются следствием появления токов утечки; дуговые разряды
при этом, как правило, не возникают. В имеющихся литературных
in гопниках авторы рассматривали в основном нагрев неизолиро-
ванных проводников при перегрузках [5], изолированных проводов
при КЗ в зоне, удаленной от места зажигания и колебаниях нагруз-
Н1, и также неизолированных проводов в зоне замыкания. Однако
ш с эти работы не ставили своей задачей получить аналитические
|1П111симости, позволяющие оценить пожарную опасность изоли-
|iiiiiiiiiiibix кабельных изделий при аварийных режимах, хотя сама
пн себе попытка определить температуру нагрева токопроводящих
। пи дает такие предпосылки. Кроме того, следует также отметить,
ин при выполнении таких исследований необходимо обязательно
учи пивать изменения сопротивления исследуемого участка прово-
зу
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
да при его нагреве сверхтоком, чего в большинстве работ выполнено
не было.
Неизолированные провода. Электрические линии, выполненные
неизолированными проводами, хотя и не относятся непосредствен-
но к электропроводкам, аналогичны им по характеру тепловых про-
цессов при аварийных режимах. Отсутствие изоляции несколько
упрощает расчет, поэтому аналитическое рассмотрение нагрева элек-
тропроводок при аварийных режимах целесообразно начать с неизо-
лированных проводов.
Рассмотрим нагрев неизолированных проводов, подвергающихся
воздействию токов перегрузки или КЗ на участке, удаленном от зоны
замыкания. Этот же подход с некоторыми оговорками может быть
применен и для определения нагрева изолированных проводов, если
участок повреждения изоляции значителен, а само замыкание в силу
электротехнических параметров цепи происходит без образования
дуги. В этом случае уравнение теплового баланса имеет вид:
CpVdt = [RP — aF(T— Гс)]</т, (1.1)
где С — удельная теплоемкость, ДжДкгК); р — плотность, кг/м3; V — объем
проводника, м3; R — сопротивление, Ом; 1 — установившийся ток КЗ (пере-
грузки), А; а — коэффициент теплообмена, Вт/(м2-К); Т— текущая темпера-
тура поверхности, К; Те — температура окружающей среды, К; F— площадь
поверхности проводника, м2; т — время, с.
Учитывая, что сопротивление R является функцией температуры,
примем R= Ro [1+/КГ—Гс)], тогда
CpVdT = [R0F + (R0Ffi - aF) T- (R.P/3 - aF) TJ dr,
где Ro — начальное сопротивление токопроводящих жил на исследуемом участ
ке, Ом; /3 — коэффициент температурного изменения сопротивления, К-1.
Решение уравнения позволит получить выражение для расчета
температуры провода при аварийном режиме:
38
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
-a F
(1.2)
1'•* Ci “ температура поверхности провода до начала аварийного режима.
11олагая Тс= 293 К, Г = 343 К, /3 = 0,004 1/К, преобразуем выраже-
ние (1.2) к виду:
Ryfy-aF
r^0,17V2 -293aF + [l,2V2-50aF]e сру 3)
0,004V2 - <*F
111 югда требуется решение обратной задачи: по заданной допусти-
мой температуре нагрева определить время, за которое этот нагрев
будет достигнут. Эта величина получается из выражения (1.3):
1- ( aF 5 T + ( aF A T
CpV , т = In— W~aF I V2, r aF < v2J ... I V2, aF ^--^7 < V2J Tn
(1.4)
Анализ показывает, что полученные зависимости (1.3) и (1.4) не-
111 >еры вны и определены во всем диапазоне температур вплоть до тем-
ПГ । нпуры плавления металла и позволяют рассчитывать температуру
и ни время нагрева провода в зависимости от физических параметров
и непроводящей жилы, условий протекания аварийного режима и
ни лообмена провода со средой. Коэффициент теплообмена а в этом
। дучае может быть принят [6] равным 2,32—23,2 Вт/(м2-К) для покоя-
ши ося воздуха и 11,63 — 232 Вт/(м2-К) при легком перемещении воз-
IVXH.
39
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.1. Зависимость времени нагре-
ва алюминиевого провода $=6 мм2 до
температуры плавления от тока:
1 — теоретическая кривая;
2 — экспериментальная кривая
Результаты сравнения вы
полненных по формуле (1.4)
расчетов и полученных экспс
риментальных данных нагрева
алюминиевых токопроводящих
жил проводов сечением 6 мм2 до
температуры их плавления в за
висимости от тока перегрузки
дают хорошую сходимость (рис
1.1) при коэффициенте корреля
ции R=0,99. Расчет производился
при следующих значениях вели
чин: Ср=1,О5-1О-3 Дж/(кг-К)
средняя теплоемкость алюминия
в диапазоне температур от 0 до температуры плавления; /5 = 0,004 1 /К,
F= 8,5810-3 м2; р =2,7х103 кг/м3; Г =293 К; Т=323 К; И=5,85-10~6 м’;
а =100 Вт/(м2-К). Анализ выражения (1.3) показывает также, что рош
температуры при возрастании времени возможен, когда показатель в
ехр больше нуля, т. е.
R0I2fi-aF>0,
откуда
a -F
Таким образом плавление жилы провода сечением до 6 мм2 воз
можно при токах перегрузки более 92 А, что также соответствует экс
периментальным данным.
Изолированные провода. При наличии на поверхности проводника
изоляционного слоя решение задачи, связанной с расчетом темпера
туры нагрева поверхностного слоя изоляции (места возможного за
жигания), значительно усложняется, причем изменяется и направлс
ние исследования.
Требуется не только определить минимальную критическую тем
пературу нагрева проводника, но и связать эту температуру с тепло
40
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
фи шческими параметрами материала изоляции — энергией актива-
ции, периодом индукции и предэкспоненциальным множителем в
формуле Аррениуса, характеризующим тепловой эффект реакции,
t низанный с выделением теплоты из изоляции.
Для решения задачи примем следующие допущения:
• неполному КЗ подвергается проводник бесконечной длины;
• токопроводящая жила нагревается вместе с изоляцией в течение
нескольких секунд;
• в силу высокой теплопроводности металла токопроводящей
«илы и небольшого сечения проводника отсутствует распределение
п'мпературы по его радиусу;
• теплофизические коэффициенты металла жилы и изоля-
ции (теплоемкость, теплопроводность) в процессе нагрева харак-
п,|Н1зуются их средними значениями в исследуемом диапазоне
п’мператур.
При прохождении тока КЗ по жиле происходит повышение тем-
пературы и на внутренней поверхности изоляции до некоторой
|гмпературы при этом в случае инертной (негорючей) изоляции
(емпсратура понижается по ее радиусу от жилы к поверхности. Для
реальной (чаще всего горючей) изоляции из-за увеличивающегося
i повышением температуры выделения теплоты кривая температу-
ры падает медленнее и наступает такая критическая температура Г ,
при которой дальнейшее понижение температуры, по крайней мере
вблизи действия источника нагрева, не происходит, т. е. устанавлива-
ц я стационарный режим. При дальнейшем повышении температу-
ры провода стационарное состояние становится невозможным, так
। ок юмпература изоляции нарастает до тех пор, пока не произойдет
। * воспламенение.
II соответствии с тепловой теорией зажигания, разработанной
И, Г», Зельдовичем [7], зажигание становится возможным только
и 1пм случае, когда количество теплоты, выделенной источником
ыжпгапия, будет достаточным для нагрева критического объема
lupio'iero материала, в котором под действием этой теплоты про-
п в Шлет самоускоряюшаяся химическая реакция (количество выде-
1111Н11СЙСЯ теплоты будет покрывать потери). Возможными матема-
41
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
тическими выражениями критических условий зажигания изоляции
являются [7]
dT
dn
dT
= 0,
(1.5)
= 0
где тп — время прогрева (длительность КЗ); ти — период индукции зажигани я;
п — удаление от жилы в слое изоляции по нормали к ее поверхности.
Нагрев токопроводящей жилы изолированного провода при оди
наковых условиях КЗ, несмотря на ожидаемый эффект аккумуляции
теплоты, происходит медленнее, чем неизолированной жилы, что
связано с преобладающим теплоотводом в изоляцию. Эксперимен-
тально это легко подтверждается. При КЗ с проводами, имеющими
неизолированные участки, перегорание жилы происходит всегда на
неизолированном участке.
Строгая математическая формулировка процесса зажигания долж
на базироваться на одновременном учете явлений теплопередачи o i
жилы к изоляции, тепловыделения за счет химической реакции н
изоляцию и диффузии горючего и кислорода в зону реакции. Диф-
ференциальное уравнение теплопроводности для единицы объема
вещества имеет следующий вид [8]:
ST ( F
СР-*Р*= div (X.H3grad T)+qK0Lvn exp - —
E j
RTF
(1.6)
где T — температура, К; t — текущее время, с; ти — время индукции, с;
v — порядок химической реакции; С — теплоемкость токопроводящей
жилы, Дж/(кг-К); рж — плотность жилы, кг/м3; Лиз — теплопроводность
изоляции, Дж/(м-с-К); q — тепловой эффект реакции, Вт/м3; Е — энергия
активации, Дж/моль; Ко — предэкспоненциальный множитель; R — уни-
версальная газовая постоянная, ДжДК-моль); Ln —массовая концентрация
продуктов пиролиза изоляции.
Для случая цилиндрической симметрии (показатель симметрии
п = 1) уравнение (1.6) будет иметь следующий вид;
42
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
дТ
ж dt
г дД dr,
+^адехр-— ,
(1.7)
ни г — радиус-вектор (радиус токопроводящей жилы); индекс «ж» здесь и
wire о тносится к жиле провода.
Уравнение химической кинетики [8] имеет вид:
dL „ [ Е ]
— = -K0Ln exp---
dt ° n A RT)
(1.8)
Дли решения системы уравнений (1.7) и (1.8) примем начальные и
ipiiiin'iHbie условия:
уравнение баланса энергии на границе «жила—изоляция»
с о 8Т-
’*и* dt г, аг'"'-’
1смпература в начальный момент времени Тн
т I = т
из!/ = 0 н’
1смпература на бесконечном удалении от места нагрева
Т | =Т;
ИЗ Г= оо н’
юмпература изоляции в месте контакта изоляции и жилы
Т I = Т ;
из 1 г = г„ ж’
температура жилы в начальный момент времени
Т \ =Т :
ж ' (-0 ж,н’
юмпературажилы в месте контакта ее с изоляцией
74 = Т ;
ж 1 г = гж из’
концентрация реагента в начальный момент времени
i !,.<,=А,-
43
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Более точное решение задачи получается при введении вместо мас-
совой концентрации £п глубины превращения (выгорания) г] изоляции
= 1 — Ln/La, тогда уравнение диффузии через границу «жила — изо-
ляция» будет иметь следующий вид:
D%\~. =-ад-'(1->/)' =ч(-JrL.
иГ У Л7 ж /
где D — эффективный коэффициент диффузии.
Однако ввиду того, что изоляция является твердым веществом,
плотно прилегающим к жиле, можно воспользоваться твердофазной
моделью тепло переноса, при которой уравнение (1.9) не учитывается.
Система уравнений (1.7) и (1.8) решалась итерационно-
интерполяционным методом, разработанным А. М. Гришиным и
А. Н. Субботиным [9] и примененным для решения конкретной за-
дачи по зажиганию горючего вещества проволочкой, нагреваемой
током КЗ. Интерполяционная формула для критического безразмер-
ного времени нагрева (индукции) реагирующего тела имеет вид [9]:
, Завн 1 СрР «
где Ь =----7—s----т 4----; а = —Е— — безразмерная объемная
2хо.(20н-3) 6л0. СроРо
теплоемкость материала изоляции; 0н =--——2----— безразмерная
начальная температура реагирующей среды; Т. — характерная темпе-
ратура (Г,— ТОн), равная температуре самовоспламенения; х0— кри-
тический безразмерный радиус проводника, который находится из
выражения:
44
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
Таким образом, для конкретного проводника, рассчитав х0> и опре-
делив время индукции изоляции (период задержки зажигания) т3>,
i равнивают его с длительностью перегрузки (КЗ) в исследуемой цепи
। , Если тк#/т3ф <1, то зажигание изоляции маловероятно; в случае
। > т. зажигание возможно с различной степенью вероятности, за-
висящей от превышения тк над т3>.
Очень часто применение расчетного метода затруднено из-за от-
сутствия данных о .Ей <?К0, которые в этом случае могут быть определе-
ны экспериментально. Теоретические основы методики эксперимен-
гильного определения Еи #К0 описаны в разд. 2.3. Для возможностей
инженерного использования приведенных в данном параграфе рас-
четных формул были определены значения параметров Е и <?К0 для
п юляции из поливинилхлорида, которая в настоящее время имеет
наиболее широкое применение по сравнению с другими видами изо-
ляционных материалов. Методика проведения экспериментов за-
ключалась в следующем.
Стальной шарик 2 с запрессованной в него термопарой ТХА уста-
навливался на штативе (рис. 1.2.) в фокусе F фокусирующего зеркала 1
ус гановки радиационного нагрева «Уран» 5 и после достижения апри-
орно задаваемой температуры сбрасывался на мелко наструганную
45
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
б
в
Рис. 1.3. Диаграммы нагрева и
остывания стального шарика,
сбрасываемого на реагент (ПВХ
изоляцию). Температура шарика в
момент сброса:
а —меньше критической;
б — больше критической;
в — равна критической
изоляцию 3. Опыт проводился
при двух значениях температу-
ры изоляции: 25±5 и 200±20 °C
(размягченное состояние).
Во втором случае нагрев изо-
ляции осуществлялся рассе-
янным радиационным полем
установки «Уран» и фиксировал-
ся термопарой и потенциоме-
тром 4.
Диаграммы нагревания и
остывания в реагенте стального
шарика приведены на рис. 1.3.
Критическая температура, при
которой с вероятностью не ме-
нее 0,1 на диаграмме остывания
шарика еще наблюдается го-
ризонтальный участок, свиде-
тельствующий о начале реакции
горения, устанавливалась экспе-
риментально методом проб.
Физический смысл наблю-
даемого явления заключается в
том, что до момента зажигания
температура поверхности ша-
рика (для малых шаров можно пренебречь внутренним перепадом
температур) убывает вследствие теплоотдачи в реагент, а затем реа-
гирующий материал за счет теплоты химической реакции начинае !
восстанавливать потери теплоты и нагревает шарик. На основа
нии выполненных расчетов по методике, изложенной в [10], были
определены термокинетические характеристики ПВХ изоляции и
критические параметры зажигания изоляции для наиболее распро
страненных (например, в жилом строительстве) сечений проводов
(табл. 1.8.), а также построен ряд экспериментальных зависимостей,
отражающих взаимосвязь этих параметров (рис. 1.4—1.6).
46
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
Таблица 1.8
Основные термохимические характеристики ПВХ изоляции
и критические параметры зажигания
Параметры Значение параметра при темпе- ратуре окружающей среды
Ти = 302,5 К Тя = 458,4 К
)пергия активации Е, Дж/моль 423 303 400 145
11редэкспоненциальный множитель ?К0, Вт/м3 0,385 -1016 0,126 -1016
Провод АПВ 2,5
Критическая температура зажигания Г, К 1145 1132
11ериод индукции т, с 0,001 0,00093
Провод АЛ В 4
Критическая температура зажигания Тк, К 1132 1144,5
11ериод индукции т, с 0,0015 0,0013
Провод АПВ 6
Критическая температура зажигания Т, К 1121 ИЗО
11ериод индукции т, с 0,0024 0,0022
Рис. 1.4. Зависимость критической темпе-
ра гуры зажигания ПВХ изоляции от радиу-
i и раскаленного шарика (проволоки):
/ — £'=397913 Дж/моль;
2 — Е = 313608 Дж/моль;
1 — Е = 246614 Дж/моль
Рис. 1.5. Изменение энергии
активации ПВХ изоляции в
зависимости от температуры
ее нагрева
47
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.6. Зависимость критической тем-
пературы зажигания ПВХ изоляции от
времени индукции:
7 — £'=397913 Дж/моль;
2 — £=313608 Дж/моль;
3 — Е= 246614 Дж/моль
О корректности полу
ценных значений Е и дК,
можно судить по ИХ СОО1
ветствию результатам, при
веденным в статье японских
исследователей [11]: Е =
= 246 614 Дж/моль; <?К() -
= 0,173-1013 Вт/м3. Имеющие-
ся расхождения можно объ
яснить более высокой тем
пературой нагрева (~760 К)
поливинилхлорида, которая
использовалась в работе [ 111.
что коррелируется с зависи-
мостями, приведенными на
рис. 1.5.
Представленные в табл. 1.8
и на рис. 1.6 значения периода
индукции для ПВХ изоляции
составляют тысячные доли секунды, что значительно ниже критичес-
ких значений времени плавления токопроводящих жил проводов,
при которых еще наблюдается загорание изоляции: провод АП В се-
чением 2,5 мм2 — 1,6 с; провод АПВ 6 мм2 — 2,5 с.
Вместе с тем следует учитывать, что слишком низкие значения в
соответствии с критерием (1.5) — это оценка «снизу» (по минимуму
значения тк), которая предворяет появление пламени, учитывая пер-
вые, не воспринимаемые еще визуально признаки горения. Экстра-
поляция кривых (рис. 1.6) до температур ниже 900 °C, при которых
наблюдается загорание изоляции, показывает, что период индукции
будет составлять секунды, т. е. становится близким к эксперимен-
тальным значениям.
Кроме того, необходимо отметить, что указанная выше критиче-
ская длительность существования аварийных режимов определялась
начиная с момента включения проводника под нагрузку до перего
рания жилы. Если же сравнить период индукции изоляции тиз с дли-
48
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
Таблица 1.9
Длительность существования искрового разряда при перегорании
жил проводов марки АПВ при перегрузке
Крат- ность перегруз- ки Время существования дуги, с Вероятность загорания изоля- ции
АПВ 1x2,5 АПВ 1x6
5 0,0047 0,004 0,88
10 0,0046 0,004 0,75
12 0,0048 0,005 0,88
20 0,0036 0,0041 Загораний не наблюдалось
гсльностью существования только дугового тд разряда (табл. 1.9) в
момент перегорания жилы, который и является чаще всего источни-
ком зажигания, то, во-первых, это величины одного порядка, а во-
пгорых, видно, что высокой зажигательной способностью изоляции
обладают искровые разряды, у которых тд превышает в 4—5 раз тиз;
при меньшем превышении (менее 3 раз) процесс зажигания изоля-
ции маловероятен.
1.3.2. Нагрев проводов в зоне дугового разряда при металлических (пол-
ных) КЗ
В соответствии с терминологией МЭК при металлическом КЗ по-
явление «сверхтока, обусловленно повреждением изоляции с прене-
брежительно малым переходным сопротивлением между токопрово-
дящими проводниками, имеющими при нормальной работе разницу
потенциалов».
С физической точки зрения процесс металлического КЗ проис-
ходит следующим образом. Под действием теплоты, выделяемой
и переходном контакте, происходит мгновенный разогрев некото-
рой локальной зоны проводников, непосредственно примыкающей
к точке касания. Металл в этой точке плавится и испаряется. При
определенной силе тока бурное вскипание металла приводит к об-
разованию и разбрызгиванию раскаленных частиц, при этом алю-
миниевые частицы загораются. Уменьшение сечения проводников в
49
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
точке замыкания (вследствие их плавления и испарения) приводит к
еще большему нагреву зоны КЗ. Оплавление проводников вызывас!
разрыв в цепи, при этом за счет энергии исчезающего электрома!
нитного поля происходит повышение напряжения на концах оплан
ленных проводников, пробой газового промежутка и возникновение
искрового разряда, при котором энергия электромагнитного поля,
переходя сначала в электрическую, а затем в тепловую, на больше и
длине оплавляет и испаряет металл проводников, вызывает пироли i
изоляции и, при определенном времени существования тока КЗ, ее
зажигание.
Пожарная опасность металлических КЗ непосредственно связан ;i
с энергетическими характеристиками дугового разряда как высоко
температурного источника зажигания.
Создание теории электрической дуги является сложнейшей за
дачей из-за отсутствия данных о характере распределения плотно
сти тока в основаниях дуги и механизме перемещения оснований по
поверхности токопроводящих жил, сведений о зависимости тепло
физических параметров материала контактных пар от температуры
дуги и др. Поэтому инженерные методы расчета температуры «по-
верхности» дуги, являющейся основной характеристикой ее пожар
ной опасности, как правило, идеализированы и упрощаются за сче i
введения различного рода допущений и эмпирических выражений.
На основании выполненных исследований предложено полуэм
лирическое выражение, позволяющее рассчитывать температур)
«поверхности» дуги исходя из ее параметров и дающее удовлетвори
тельную корреляцию с экспериментальными значениями в диапазо-
не токов КЗ 500—1000 А:
(750г г2} ( Гб А
(1л01
где 7 — ток, А; X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); ft — темпера
турный коэффициент удельного электрического сопротивления, 1 /(Ом-м- К);
гд — радиус дуги электрического разряда, м; а — коэффициент теплообмена
дуги с окружающей средой, Вт/(м2 - К).
50
1.3. Теоретические аспекты пожарной опасности КЗ и перегрузок в электропроводках
В этом выражении наибольшее затруднение вызывает определе-
ние коэффициента а, характеризующего теплообмен на «внешней
поверхности» дуги. Сведения по выбору а (применительно к дуговым
разрядам) малочисленны и противоречивы. Поэтому при выполне-
нии исследований этот коэффициент рассчитывался с учетом экспе-
риментальных данных, приведенных в [12], из соотношения
Or
me Т, TQ — соответственно температура электрической дуги и окружающей
грсды.
Среднее значение а было принято 80 Вт/(м2-К). Рассчитан-
ная по формуле (1.10), температура дуги для параметров /к= 800 А,
А = 1 Вт/(м К), Т = 297 К, /3 = 0,45 1/(Ом м К) составила Т = 3563 К,
что близко к экспериментальному значению Гп= 3623 К даже при
условии введения необходимой поправки с учетом коэффициен-
та спектрального излучения. Экспериментально температура дуги
определялась фотопирометрическим методом. Сущность метода из-
вестна и заключается в последовательной съемке на фоторегистрато-
ре на одну и ту же непрерывную пленку дугового разряда и излучения
тталонных светоизмерительных ламп с известной опорной темпера-
зурой. Возможность применения метода в данном случае была до-
казана путем выполнения серии экспериментов, в процессе которых
была получена линейная зависимость логарифма интенсивности све-
тового потока, падающего на пленку через различные светофильтры,
от температуры накаленного вольфрама, создающего свечение свето-
измерительных ламп.
Учитывая, что температура дуги в зоне плавления алюминиевых
(лектродов значительно выше опорной температуры светоизме-
рительных ламп (2500 °C), съемку дугового разряда осуществляли
через нейтральный светофильтр, ослабляющий световой поток и
красный светофильтр, монохроматизирующий излучение; свечение
светоизмерительных ламп снималось только с красным светофиль-
тром. Результаты исследований (рис. 1.7) показывают, что яркостная
51
Глава первая Теоретические аспекты и экспериментальные данные попарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.7. Зависимость лога-
рифма интенсивности свето-
вого потока от цветовой тем-
пературы
температура дуги находится в преде-
лах 3500—3600 К и ее взаимосвязь с
интенсивностью светового потока
J аппоксимируется «функцией lg J =
= 3,1086—0,00125 Т при коэффициен-
те корреляции 0,93.
Точность выполненных измерений
зависит от многих факторов. Наиболее
существенными из них являются по-
стоянство частоты вращения барабана
фоторегистратора,монохроматичность
исследуемого излучения, погрешность
перехода от цветовой температуры к
истинной, равенство характеристиче-
ских размеров объектта и эталона, по-
грешность при экстраполяции кривой
lg J=f(T) (рис. 1.7) до интересующих
нас значений Т и др.
Как видно, из-за многообразия факторов аналитически оце-
нить точность метода довольно сложно. Поэтому была выполне-
на оценка точности фотопирометрического метод а по сравнению с
инструментальным измерением температуры эталонных ламп пре-
цизионным оптическим цветовым пирометром. Измерения по-
казали, что при температуре 2500 °C расхождения составляют в
среднем 60 °C. Учитывая, что погрешность измерения самого пи-
рометра при проведении серии из пяти экспериментов составляла
±37,5 °C при доверительной вероятности Р = 0,86S, можно считать,
что общая погрешность измерения, которую дает метод, не превы-
шает ±100 °C.
52
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности
аварийных режимов в электропроводках
1.4.1. Общие требования к методам исследования
В данном разделе рассматриваются результаты исследования по-
жарной опасности электропроводок в условиях их прокладки на кон-
кретных объектах.
В отличие от сертификационных испытаний (см. разд. 1.5), в ко-
юрых для получения сравнительных характеристик соответствия
цля многочисленных видов электропроводок создают идентичные
условия испытаний с использованием стандартизованных источни-
ков зажигания, в данном случае, вполне логично, должны прини-
маться во внимание конкретные условия прокладки электропрово-
дов (например, вид поддерживающего ее основания или арматуры)
и окружающая среда, в которой эксплуатируется электропроводка
(например, наличие горючей пыли и т. п.), а также должны учи-
1ываться и различного вида аварийные режимы, происходящие в
>лектропро водках.
Рассмотренные в разд. 1.3 вопросы аналитического решения за-
дач по определению пожарной опасности электропроводок, безу-
словно, являются наиболее перспективными с точки зрения созда-
ния на их базе соответствующих расчетных методов. В настоящее же
время, в силу сложностей математического порядка в постановке и
решении таких задач и связанной с этим необходимостью введения
различного рода упрощений и допущений, влияющих на качество
исследования, экспериментальные методы определения пожарной
опасности электропроводок продолжают оставаться наиболее при-
емлемыми, а часто и единственно возможными. Поэтому в ФГУ
ВНИИПО МЧС России (ранее ВНИИПО МВД СССР) в течение
многих лет выполнялись экспериментальные исследования, связан-
ные с определением пожарной опасности установочных проводов,
кабелей, электропроводок в коробах, в пластмассовых и стальных
трубах, применительно к конкретным объектам.
Правильный выбор метода испытаний позволяет существенно
приблизиться к истинной оценке пожарной опасности того или иного
53
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
электротехнического изделия. С этой точки зрения, говоря об элек-
тропроводках, необходимо учитывать следующее обстоятельство.
Для большинства видов электропроводок количество пожарной
нагрузки, вносимой изоляцией проводов, а также пластмассовыми
трубами, коробами и электроплинтусами в общий баланс горючих
материалов, находящихся в большинстве помещений (особенно жи-
лых, общественных и административных зданий), ничтожно, в связи
с чем при возникновении загорания в электропроводке от токов КЗ
или перегрузки наиболее вероятными и наиболее опасными путями
распространения пожара будут не провода, трубы, короба и другие
виды электромонтажной арматуры, а материалы, находящиеся в по-
мещениях (например, занавеси, ковры, бумага, мебель — в жилых и
общественных зданиях; одежда, ткани, деревянная и пластмассовая
тара, продовольственные и промышленные товары — в магазинах,
складах ит. п.).
В связи с этим основное требование, предъявляемое к большин-
ству электропроводок на конкретных объектах, заключается в том,
чтобы они при различных аварийных режимах не могли явиться «ви-
новниками» пожара. Именно эта характеристика (а не способность
проводов и труб распространять уже возникшее горение) и учитыва-
ется в первую очередь при разработке методик испытания электро-
проводок на пожарную опасность.
Эти требования содержатся в стандартах международной электро-
технической комиссии (МЭК) [13,14], требующих ограничивать воз-
можность возникновения загорания электротехнической продукции,
в том числе и электропроводок, от источников зажигания электриче-
ской природы, которые могут иметь место при различного рода неис-
правностях или при неправильной эксплуатации.
Вместе с тем методы учитывают и возможность вовлечения про-
дукции в пожар, возникший от внешнего источника зажигания, т. е.
способность электропроводки распространять горение. Оба эти слу-
чая учитывались в институте при проведении исследований; несмо-
тря на имеющиеся различия в сценариях, сходство их заключается в
том, что определяющую роль все же играет горючесть электропро-
водки, ее способность распространять горение.
54
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
I ще более широкие возможности подхода к оценке пожарной
опасности объектов могут быть получены на основе оценки риска
пожара или, применительно к электропроводкам, вероятности воз-
никновения пожара от (в) них. Результаты этих исследований при-
целены в разд. 1.4.
Однако в некоторых случаях (когда, например, отсутствуют стати-
11 ические данные для расчета вероятности) «все может сводиться к
оценке только горючести» [13].
При оценке пожарной опасности кабелей, которые очень часто
прокладываются в больших количествах и в специально отведенных
шроительных сооружениях — в туннелях, подвалах, полуподвалах,
основную пожарную нагрузку будут составлять только изоляция и
оболочки этих кабелей, являющихся к тому же единственным путем
распространения пожара. Поэтому для кабелей основным фактором,
отражающим степень их пожарной опасности, следует считать спо-
собность кабельной линии (потока) распространять горение, кото-
рую удобно оценивать при поджигании от постороннего источника
огня.
Разработанные методы оценки пожарной опасности основных ви-
дон электропроводок по принципиальным вопросам унифицирова-
ны. Вместе с тем, учитывая большое разнообразие электропроводок,
аппаратурное оформление методов, естественно, различно, поэтому
и данном параграфе рассмотрены общие принципиальные вопросы,
оI носящиеся к предложенным методам, и дается описание конкрет-
ных методик, нашедших применение при определении пожарной
опасности электропроводок.
Оценка пожарной опасности электропроводок для конкретных
объектов в зависимости от их вида и назначения производится путем
определения одного или совокупности показателей:
- вероятности возникновения пожара;
- энергетических характеристик возможных источников зажига-
ния (энергий, мощностей, тепловых потоков, максимальных темпе-
ратур и др.), воздействующих на детали и узлы электропроводки;
- горючести, огнестойкости, скорости распространения пламени
(деталей узлов или установки в целом);
55
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
- дымообразующей способности и токсичности продуктов горе-
ния электроизоляционных и конструкционных материалов.
Электропроводка считается удовлетворяющей требованиям по
жарной безопасности, если при испытании в характерном пожароо
пасном режиме:
- вероятность возникновения пожара электропроводки не превы-
шает 10~6 в год;
- максимальные значения величин энергетических параметрон
источников зажигания (температура, энергия, мощность, плотность
теплового потока), воздействующих на детали электропроводки, не
превышают (с учетом коэффициентов безопасности, приведенных
в табл. 1.10) соответствующих показателей, характеризующих опас-
ность веществ и материалов, из которых эти детали изготовлены, или
веществ и материалов, находящихся в зоне электрической дуги, или
выпадающих раскаленных частиц.
Значения энергетических параметров возможных в изделии ис-
точников зажигания могут считаться пожаробезопасными, если со
блюдаются соотношения, приведенные в табл. 1.10 с учетом [32].
Таблица 1.10
Условия безопасного использования веществ и материалов в электропроводках
Параметры, характеризующие пожариую опасность Условия безопасности
Температура самонагревания ^0,9TCH
Температура воспламенения V0’87^
Температура самовоспламенения Г < 0,8 Г ф ' св
Температура вспышки т <Т —35 °C 1 ф - 1 вс(з,т) J V
Энергия (мощность) источника зажигания Щф(Рф)<0,4Щ1п(Рт1п)
Плотность теплового потока V0’9^
Примечание. Тф, Рф, цф — фактические значения параметров, воздействующих и ,
узлы (детали) электроустановок в процессе их испытания на пожарную опасность:
7^, ^min> ^min’ ^min — значения параметров, характеризующих пожарную опасность
веществ и материалов; 0,9; 0,8; 0,4 — коэффициенты безопасности; Гвс(зт) — темпер;,
тура вспышки в закрытом тигле.
56
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Выбор конкретного параметра производится с учетом вида и со-
стояния горючего вещества, а также вида и условий воздействия на
него источника зажигания.
Важное значение имеет правильный выбор коэффициен-
та безопасности, так как низкие значения коэффициента не обе-
спечивают пожарной безопасности производства, а слишком
высокие значительно удорожают его. Приведенные в табл. 1.10
соотношения заимствованы из различных источников и явля-
ются ориентировочными. Более точные значения коэффициен-
тов безопасности можно подсчитать по формуле, предложенной
В. Т. Монаховым [15]:
к ;
1-<(т)1-«8ф ’
|де Кп, (Кс) — соответственно коэффициенты, учитывающие систематиче-
скую погрешность метода определения показателя пожарной опасности и
неоднородность газовой смеси; а — уровень значимости; /(ли), а — квантиль
распределения Стьюдента при т степенях свободы; 6ф — коэффициент ва-
риации (относительная среднеквадратичная погрешность).
Электропроводка допускается к эксплуатации по соображениям
пожарной безопасности (при отсутствии статистического материала,
। юзволяющего определять вероятность воспламенения с уровнем зна-
чимости Р = 10~6) при условии, что вероятность возникновения и воз-
можные последствия пожара от внедряемой электропроводки (в том
числе дымообразование и токсичность продуктов горения) не пре-
вышают аналогичных показателей других электропроводок, исполь-
зование которых в данных условиях разрешено государственными
надзорными органами. Вероятность возникновения пожара не опре-
деляется также в случае, если имеются подтверждения соответствия
электропроводки требованиям пожарной безопасности по стойкости
к воздействию на нее пламени, накаленных элементов, электриче-
ской дуги, нагрева в контактных соединениях и других возможных в
конкретных условиях эксплуатации источников зажигания.
57
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
В качестве характерного пожароопасного режима для всех видон
электропроводок выбирается режим КЗ или перегрузки (в зависимо-
сти от того, что опаснее), при этом ток перегрузки может рассматри-
ваться как ток установившегося КЗ на участке от источника питания
до точки замыкания. Параметром, характеризующим интенсивность
воздействия на кабельные изделия токов КЗ или перегрузки, служи i
коэффициент кратности сверхтока Кс:
К = 1 /Г,К = 1/1 ,
с к' д’ с п' д ’
где /к — ток КЗ; /п — допустимый длительный ток для данного сечения про-
водника.
Исследования пожарной опасности электропроводок проводят-
ся на образцах изделий, отвечающих требованиям соответствующих
стандартов или ТУ и разрешенных к эксплуатации отделом техниче-
ского контроля. Выбор типоразмеров образцов (напряжение, вид ма-
териала, длина, сечение токопроводящих жил и т. п.) производится
на основании проведения предварительных опытов с целью выявить
наиболее пожароопасные варианты. Количество образцов, подлежа-
щих испытанию, выбирается из соображений обеспечения необходи-
мой достоверности и точности экспериментальных данных, а также
исходя из обоснования экономической целесообразности выполне-
ния требуемого числа экспериментов.
При проведении испытаний фрагмент электропроводки должен
находиться в рабочем положении (при котором ожидаются наиболее
высокие температуры) в собранном виде и с установленными на нем
деталями и узлами, которые могут оказать влияние на нагрев изде-
лий. Длина провода для уменьшения теплоотвода через его концы
должна составлять не менее 100 диаметров жилы.
Температура окружающей среды при проведении испытаний
должна соответствовать максимальной положительной температуре,
при которой согласно стандартам или техническим условиям воз-
можна эксплуатация данной электропроводки. При наличии стати-
стических данных допускается учитывать вероятность возникнове-
ния максимума температуры.
58
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Электропитание исследуемых кабельных изделий осуществляется
соединительными кабелями (шнурами), материалы и сечение кото-
рых выбираются по условиям нагрева при КЗ или перегрузках. Испы-
тания, связанные с созданием сверхтоков в исследуемых цепях (КЗ,
Перегрузки), в необходимых случаях проводятся при затрубленной
злектрической защите.
1.4.2. Открытая прокладка незащищенных изолированных проводов
После выхода в 1997 году ГОСТ Р 50571.15 [ 14] открытая проклад-
ка изолированных проводов разрешается только в трубах, коробах и
изоляторах.
Однако «старых» электропроводок, выполненных изолированны-
ми проводами без использования арматуры, остается еще очень мно-
го, да и действующая пока гл. 2.1. ПУЭ-6 «Электропроводки» такую
прокладку проводов не запрещает. Поэтому проблема, связанная с
оценкой и обеспечением пожарной безопасности открытых электро-
проводок, выполненных изолированными проводами, и в настоящее
премя продолжает оставаться достаточно актуальной.
Исследования пожарной безопасности установочных проводов
при перегрузках в условиях сильного загрубления защиты проводи-
лись В. И. Горшковым и П. А. Фетисовым.
В результате этих работ были определены токовременные характе-
ристики процесса зажигания изоляции и перегорания токопроводя-
щих жил, а также минимальные кратности тока перегрузки, приво-
дящие к воспламенению изоляции.
Недостатком этих работ явилось то, что исследования проводи-
лись при малых кратностях тока перегрузки (А"с< 10), при этом источ-
ник питания имел мощность не более 5 кВт и выходное напряжение
2-12 В, т. е. мало отвечал тем реальным условиям, при которых проис-
ходят аварийные режимы в процессе эксплуатации электропроводок.
II целях устранения этих недостатков были проведены исследования,
и которых токи перегрузки создавались от источника мощностью
М) кВт при напряжении холостого хода £/=220 В; верхнее значение
диапазона исследованных токов перегрузки — до прекращения зажи-
И1НИЯ изоляции проводов. Эксперименты проводились на образцах
59
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.8. Зависимость вероятно-
сти зажигания и длительности
аварийного режима от кратно-
сти тока перегрузки:
/-АПВ2,5;т=/(Л-с);
2 -АПВ 2,5 Q=f(K)\
5-АПВ6;т==/(^);
4 — АПВ 6; 0 =/(/)
проводов АПВ 2,5 и АПВ 6 длиной
1,5 м, что практически исключа-
ло влияние на их нагрев тепло-
отвода через зажимы питающих
проводов.
Полученные экспериментальные
данные позволили построить то-
ковременную зависимость длитель-
ности пережигания жил проводов,
а также зависимость вероятности
зажигания изоляции от кратности
тока перегрузки (рис. 1.8).
В ходе опытов изучались харак-
тер и интенсивность деструкции
поливинилхлоридной изоляции, а
также условия и временные при-
знаки появления горения. Наблю-
дения показали, что зажигание
изоляции в основном наступает от
дугового (искрового) разряда, об-
разующегося в момент переплавле-
ния жилы провода. Вполне очевид-
но, что вероятность воспламенения
изоляции будет зависеть от многих
факторов — от кратности тока перегрузки, длительности аварийного
режима, наличия в зоне дуги продуктов пиролиза изоляции и др.
Нарис. 1.8 видны зоны воспламенения изоляции, очерченные кри-
выми 2, 4 вероятности зажигания изоляции и осью кратностей токов
перегрузки К.. При 17 < KQ < 2,5 для АПВ 2,5 и 25 < К. < 4 для АПВ 6
воспламенение изоляции маловероятно. Это объясняется тем, что при
малых кратностях перегрузки медленно оплавляющаяся изоляция по-
степенно оголяет жилу и при возникновении дуги в зоне ее действия
горючий материал практически отсутствует.
В случае больших кратностей (20 и выше) разрушение изоляции
происходит иначе. В месте прилегания изоляции к жиле начинает
60
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
ныделяться дым, тонкий внутренний слой изоляции обугливается и
ближе к поверхности появляется расплавленный слой. Внешний слой
изоляции остается почти без изменений вплоть до перегорания жилы.
В зоне плавления создается большое давление за счет продуктов раз-
ложения изоляции и паров металла оплавленной жилы. Под действи-
ем этого давления разрушенные участки жилы под изоляцией сдвига-
ются в разные стороны, в результате чего сокращается длительность
существования возникшей дуги. Поэтому снижение вероятности за-
жигания проводов при больших кратностях тока перегрузки можно
объяснить двумя обстоятельствами: во-первых, за малый промежу-
юк времени (до перегорания жилы) изоляция не успевает прогреть-
ся и выделить достаточное количество газообразных продуктов, без
которых воспламенение невозможно; во-вторых, эффект «поршня»,
приводящий к быстрому разъединению жил, значительно сокращает
длительность дугового разряда, делая ее недостаточной для зажигания
изоляции.
Площадь графика, которую «накрывает» кривая вероятностей вос-
пламенения изоляции проводов на рис. 1.8, может дать сравнитель-
ную характеристику пожарной опасности одного вида провода по
оз ношению к другому. Для проводов АПВ 6 эта площадь несколько
больше, чем для АПВ 2,5. Соответственно больше и опасность заго-
рания этих проводов.
Кривые =/(Ас), как уже было показано, имеют для каждой мар-
ки провода две крайние точки, соответствующие минимальным ве-
роятностям зажигания, которые можно принять за предельные зна-
чения (нижнее и верхнее): АПВ 2,5 Кт = 2,5, Ксв= 17; АПВ 6 Кт = 4,
= 25. Следует иметь в виду, что эти значения получены при опытах,
когда начало отсчета совпадало с включением исследуемого провода
под нагрузку аварийным током, а конец — при обрыве цепи (пере-
। орании жилы).
Экспериментальные зависимости времени пережога медных и
алюминиевых токопроводящих жил проводов и вероятности их зажи-
। ания от кратности тока КЗ показывают, что провода с алюминиевы-
ми токопроводящими жилами (рис. 1.9) и изоляцией из ПВХ имеют
вероятность зажигания примерно в 2 раза меньшую, чем с резиновой
61
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарко й опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.9. Зависимости ча-
стоты воспламенения изо-
ляции алюм и ниевых прово-
дов р от продолжительности
пережога токоведущих жил
тп (1 и 2) и зависимости про-
должительности пережога
алюминиевых проводов от
кратности тока КЗ:
1 — провода с резиновой
изоляцией;
2 — провода с поливинил-
хлоридной изоляцией;
о — сечение жил 2,5 мм2;
□ — то же, 4 мм2;
• — то же, 6 мм2;
Д — то же, 10 мм2
изоляцией, а для проводов с медными жилами эта разница еще более
существенна. Для проводов, имеющих один и тот же вид изоляции,
наличие медной или алюминиевой токопроводящей жилы в основ-
ном влияет только на длительность пережога жилы.
Определенный интерес представляет сравнение кривых на рис. 1.8
и 1.9 с целью выявления влияния вида аварийного режима (КЗ или
перегрузки) на пожарную опасность проводов. Как видно из данно-
го сравнения, диапазон сверхтоков, при которых наблюдается заго-
рание изоляции, в режиме КЗ несколько шире, чем при перегрузке.
Однако вероятность зажигания изоляции, например, при Кс = 10, в
условиях КЗ значительно (в 5—7 раз) меньше, чем при перегрузке.
Причиной этого (см. разд. 1.3) является значительно большая дли-
тельность существования аварийного режима при перегрузке, при ко-
торой изоляция успевает прогреться до температуры воспламенения
(табл. 1.11).
Влияние длительности существования аварийного режима (источ-
ника зажигания) на его зажигательную способность, как уже отмеча-
лось в разд. 1.3, можно оценить, сопоставляя ее с периодом индукции
изоляции т.
62
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Таблица 1.11
Сравнительные данные о длительности аварийного режима при КЗ и перегрузках
Аварийный режим АПВ 2,5 АПВ 6
Длительность пожароопасного аварийного режима, с, при кратностях сверхтока
10 15 17 10 15 25
Перегрузка 6 2,5 1,8 11 4,5 2,5
КЗ 0,6 0,2 0,17 6 1,02 0,1
Таким образом, говоря о коротких замыканиях в электропроводках,
реальную пожарную опасность представляют КЗ, при которых токо-
проводящая жила не перегорает мгновенно (эффект «перерубания
топором»), а имеется время, в течение которого происходит пиролиз
изоляции с образованием газовой и/или паровой фазы разложения
изоляции, и электрический разряд, образующийся при переплавлении
жилы, успевает поджечь эту горючую смесь.
Анализируя факторы, влияющие на пожарную опасность проводов
с медной и алюминиевой жилами, следует отметить, что их пожарная
опасность во многом зависит от условий эксплуатации — возмож-
ности повреждения жилы (при скрутке, изгибе и т. п.) и стабильно-
сти сохранения в допустимых пределах переходных сопротивлений в
контактных соединениях, ответвлениях и др.
Вероятность возникновения пожара при повреждении токопрово-
дящих жил подробно изучалась в Англии Комиссией по безопасно-
сти предметов широкого потребления. В результате испытаний 1590
образцов проводов с алюминиевыми и 2025 образцов проводов с мед-
ными жилами было установлено, что алюминиевые провода имеют
вероятность возникновения пожаров в 55 раз выше, чем медные.
Влияние электрической защиты на вероятность воспламенения изо-
ляции проводов. Оценка влияния токовременных характеристик ап-
паратов электрической защиты на вероятность воспламенения изоля-
ции проводов производилась на стенде, позволяющем осуществлять
регулировку тока КЗ в исследуемом образце, а также длительность
короткого замыкания путем установки в цепь аппарата электриче-
63
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
ской защиты — автоматического выключателя или плавкого предо
хранителя.
Для оценки количественных зависимостей были проведены экспс
рименты с проводом АПВ 1x6, защищенным предохранителем ПН-2
с плавкой вставкой на ток 100 А. Полученные результаты (рис. 1.10)
показывают, что при сильно затрубленной защите вероятность вос-
пламенения (площадь, «накрываемая» кривой 2) максимальна. При
наличии предохранителя загорание изоляции возможно только в
зоне сверхтоков, при которых токовременная характеристика предо-
хранителя (кривая 3) лежит выше и правее токовременной характе
ристики провода (кривая 7). В диапазоне сверхтоков, лежащих пра-
вее точки пересечения 0 этих характеристик, загорание изоляции не
наблюдается (кривая 4).
Аналогичные зависимости были получены при испытании про-
водов АПВ 1x2,5 с защитой их автоматическими выключателями
(использовались АП50, АЕ2043 и АЗ 163). Установлено, по анало-
гии с рис. 1.11, что если защитная (токовременная) характеристи
ка расцепителей автоматических выключателей (например, АП50,
АЗ 163 на ток /р = 60 А и более) лежит выше и правее характеристики
аварийного режима провода или один из расцепителей отсутствус!
(например, тепловой у АЕ2043 на 50 А), происходит взрывоопасное
Рис. 1.10. Влияние токовременнои
характеристики предохранителя па
вероятность зажигания изоляции про
вода АПВ 1x6:
7 — токовременная характеристика
аварийного режима провода АПВ 1 хб;
2 — вероятность загорания изоляции
провода при загрубленной защите;
3 — токовременная характеристика
100 А плавкой вставки предохраните
ля ПН—2;
4 — вероятность загорания изоляции
при наличии в цепи предохранителя
64
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Рис. 1.11. Влияние токовременной
характеристики автоматического
выключателя на вероятность заго-
рания изоляции АПВ 1x2,5:
1 — токовременная характеристи-
ка аварийного режима провода
АПВ 1x2,5;
2 — защитная характеристика
автоматического выключателя
А3163(50А);
3 , 4 — вероятность загорания изо-
ляции провода соответственно при
отсутствии и наличии защиты
разрушение жилы и возгорание изоляции с вероятностью, описыва-
емой кривой 3 на рис. 1.11 (левой ее частью до точки пересечения).
Если же защитная характеристика автоматического выключателя
лежит ниже и левее токовременной характеристики провода, проис-
ходит его уверенное срабатывание и отключение аварийного участка
без перегорания жилы и возгорания изоляции провода (кривая 4).
Вблизи точки 0 указанные процессы либо будут происходить
одновременно, либо один из них будет опережать в зависимости от
стохастичности разброса тока срабатывания расцепителей.
1.4.3. Электропроводки на стальных лотках и в коробах
С ростом энерговооруженности народного хозяйства все боль-
шее распространение получают такие способы канализации элек-
троэнергии, как прокладка проводов и кабелей на лотках и в коро-
бах. Отличительной особенностью этих электропроводок является
высокая концентрация на одном лотке или в коробе большого числа
различных проводов и кабелей, уложенных в один или несколько
рядов или пучками. Взаимное тепловое влияние проводов и кабе-
лей накладывает ограничение на допустимые длительные токовые
нпгрузки каждого из них, с тем чтобы обеспечить требуемую надеж-
ность в процессе эксплуатации.
65
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Зарубежными исследователями в связи с серьезными пожарами,
возникающими в электропроводках на лотках и в коробах, виража
лось сомнение в целесообразности их применения. Были проведс
ны экспериментальные исследования по определению допустимых
токовых нагрузок электропроводок на лотках. В дискуссии к публн
кациям этих работ отмечалось, что при возникновении аварийных
режимов (перегрузка, КЗ) возможно повышение температуры до
значений, приводящих к разрушению электропроводки и возник
новению пожара.
В работах ВНИИпроектэлектромонтажа был сделан вывод о том,
что прокладка проводов и кабелей на лотках традиционным спо
собом (с промежутками между ними) более трудоемка и, следова
тельно, экономически неэффективна по сравнению с прокладкой
сплошным слоем. При этом вероятность безотказной работы одно
и двухслойных электропроводок, проложенных без промежутков,
лишь немного меньше, чем однослойных электропроводок с про
межутками.
Немногочисленные исследования, в ходе которых решались толь
ко частные вопросы без общей оценки пожаробезопасности электро
проводок на лотках и в коробах, естественно, не могли дать ответа
о возможности их внедрения в практику электромонтажных рабоз
Проведение исследований в данном направлении ставило своей за-
дачей способствовать более широкому использованию этих, несом-
ненно, прогрессивных способов прокладки.
Методика определения пожарной опасности электропроводок, про-
ложенных на стальных лотках и в коробах. Методика распростра
няется на электропроводки, выполненные проводами и кабелями,
проложенными на лотках и в коробах в соответствии с требования
ми ПУЭ и СНиП 3.05.06-85 [16].
Оценка пожарной опасности производилась путем определения
вероятности возникновения загорания и распространения пламени
по электропроводке.
Исследования проводились на образцах кабелей, проводов, лоз
ков и коробов, не имеющих повреждений и отвечающих требованп
ям соответствующих ГОСТов и ТУ.
66
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Образцы короба (лотка) имели Г-образную форму. Длина гори-
зонтального участка — 3 м, вертикального — 2 м. Испытуемый об-
разец состоял из короба (лотка) и уложенного в нем на всю длину
многократно изогнутого провода или кабеля, имитирующего мно-
гослойную (однослойную) прокладку или пучок с данным коэффи-
циентом заполнения.
Для создания аварийного режима в середине пучка или проклад-
ки размещался провод или кабель длиной 5 м, по которому пропу-
скали ток перегрузки. Для испытания в режиме КЗ в середине про-
кладки или пучка помещался кабель с двумя замкнутыми жилами
или два провода с поврежденной изоляцией.
Создание режима перегрузки осуществлялось с помощью пони-
жающего трансформатора с напряжением холостого хода Ux > 65 В
и мощностью не менее 30 кВ-A. Режим КЗ создавался от трансфор-
матора с напряжением холостого хода {/ > 220 В и мощностью не
менее 180 кВА. Оба источника питания имели устройство для регу-
лирования тока.
Необходимое количество кабелей (проводов), имеющих элек-
трическое соединение токопроводящих жил, подключали к источ-
нику электрической энергии, отрегулированному на предельно до-
пустимый ток для данного сечения и способа прокладки, а образец
электропроводки, размещенный в центре пучка или многослойной
(однослойной) прокладки и предназначенный для создания в нем
аварийного режима (перегрузки, КЗ), подключали к трансформато-
ру, имеющему устройство для регулирования кратности тока.
При проведении испытаний в условиях пожароопасных зон П-11
поверхность кабелей и проводов равномерно с помошыо распыли-
теля покрывали слоем мелкодисперсного горючего материала. Тол-
щина слоя для горючих материалов типа древесной пыл и составляла
от 5 до 7 мм, а масса материала типа хлопка («угара»), приходя-
щаяся на 1 см2 поверхности кабеля (провода), — не менее 0,02 —
0,05 г.
Нанесение жидких горючих веществ (зоны П-I) осуществлялось
с помощью распылителя равномерно по всей поверхности проводов
и кабелей так, чтобы не допускать образование подтеков.
67
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
После прогрева образцов предельно допустимым током в течение
времени, достаточного для достижения равномерной температуры
по всей толщине изоляции, включался второй трансформатор, со j
дающий аварийный режим. Каждая серия включала 5 опытов.
Оценка пожарной опасности электропроводок, проложенных на
лотках и в коробах, в общем случае производилась по формуле
100
2n = i,2-io-5X[e(^/^)e(^)+2(5/^)e(^)-
1=1
-е(л/х,)е(^)е (bik,)q (км&+q,
где Q (A/К) — вероятность загорания изоляции одиночного провода (кабс
ля) или горючей пожароопасной среды при возникновении КЗ К-й кратно
сти; Q (К) — вероятность появления аварийного тока К-й кратности; Q (II/
К) — вероятность загорания горючей пожароопасной среды или изоляции
провода (кабеля) при возникновении перегрузки АГ.-й кратности; Qr — веро
ятность распространения пламени на горизонтальном участке прокладки,
Qa — вероятность распространения пламени на вертикальном участке про
кладки; i — кратность тока, имеющая значения в диапазоне от 1 до 100.
Вероятность £>г и для проводов и кабелей, размещенных в коро-
бах, определяют по формуле
40
Ка=1
где Q (С/К) — вероятность появления события С, означающего распростра-
нение пламени при коэффициенте заполнения короба Ка; Q (Ка) — вероят-
ность того, что коэффициент заполнения короба принимает значение, рав-
ное Ка( а — диапазон изменения коэффициента заполнения.
Вероятности Qr и Qe для электропроводок, проложенных на лотках,
определяются из соотношений
= ^; ег=^,
п п
68
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
I де ти, mv — количество опытов соответственно при вертикальной и гори-
юнтальной прокладке, в которых было зафиксировано распространение
пламени; п — общее число опытов.
Расчет соответствующих составляющих формулы Qn и Qrg, вхо-
дящих в выражение, производится по полученным эксперимен-
1 ильным данным вероятности загорания изоляции проводов
(кабелей) или горючих материалов пожароопасной зоны в ава-
рийном режиме и вероятности распространения пламени. С этой
целью для каждого значения кратности тока К. и коэффициен-
та заполнения короба К по построенным графикам определяли
Q(A/K),Q(B/K),Q(C/Ka).
Для определения вероятности возникновения и распространения
I орения в пожароопасной зоне, находящейся на некотором удалении
тп проводов и кабелей, размещенным на лотках и в коробах, необхо-
димо пользоваться формулой
100
Й = 1,2 10-5Q, а /К, )Q(K,),
1=1
1 де QK — вероятность попадания горящих и раскаленных частиц металла на
юрючий материал (определяется по табл. 2.7). Электропроводка считается
пожаробезопасной, если Qn и Q'n< 10~6.
Необходимо отметить, что представленная здесь методика, учи-
1ываюшая основные виды аварийных режимов, встречающиеся при
эксплуатации электропроводок, а также вероятностные показатели,
характеризующие возможность развития пожара, безусловно, явля-
ется наиболее объективной и предпочтительной.
Однако в силу сложности получения некоторых вероятностных
(статистических) показателей она применяется в основном при вы-
полнении научных исследований, в которых делается попытка выя-
вить влияние новых воздействующих факторов или обстоятельств.
На практике, например, при выполнении сертификационных ис-
следований (см. разд. 1.5) используются экспериментальные методы
и эмпирические показатели оценки пожарной опасности: способ-
69
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
ность (неспособность) распространять горение, предел распростри
нения горения, предел огнестойкости и др.
Прокладка электропроводок в помещениях с нормальной средой.
Проведенные исследования позволили уточнить влияние на пожар
ную опасность электропроводок характера аварийного режима (КЗ,
перегрузка), сечения и материала токопроводящей жилы (А1, Си),
пространственного расположения короба или лотка (горизонталь-
ное, вертикальное), коэффициента заполнения короба (количества
кабелей или проводов, проложенных на лотках) (табл. 1.12). Рассмат-
ривая влияние этих факторов, можно отметить, что режим перегруз-
ки проводов и кабелей при определенных обстоятельствах вследствие
большей длительности аварийного режима более пожароопасен,
чем КЗ.
Сравнение показателей пожарной опасности проводов марок АП В
и ПВ, полученных при испытаниях в режиме перегрузки, свидетель-
ствует о том, что вероятность воспламенения изоляции в проводах с
медными токопроводящими жилами выше, чем у алюминиевых. Это
обусловлено более высокой температурой плавления меди, позволя-
ющей уменьшить время задержки зажигания изоляции и увеличит!,
температуру источника зажигания (диапазон тока со 100%-ным за-
жиганием изоляции). Равенство некоторых показателей пожарной
опасности электропроводок на лотках и в коробах в режимах КЗ и
перегрузки объясняется тем, что вероятность зажигания изоляции
главным образом зависит от материала жилы и изоляции проводов.
Способ прокладки в основном оказывает влияние на распростране-
ние пламени по электропроводке.
Распространения пламени по кабельным изделиям марок АПВ,
ПВ, АВВГ, проложенным горизонтально на лотках, не происходи !
((2гор —> 0) при всех видах прокладки: пучками, однослойно с зазором
и без зазоров, многослойно и произвольно — в связи с тем, что основ-
ная часть теплоты, выделяемой кабелями и проводами при их горе-
нии, за счет конвекции уходит в окружающую среду, не разогревая
близлежащую изоляцию проводов. При вертикальном расположении
лотков пламя во всех случаях распространяется по всей длине про-
водов или кабелей.
1аолипа I.1Z Показатели пожарной опасности электропроводок, проложенных на стальных лотках и в коробах К о о. СО ность воз- никновения пожара о £ £ 9,46 1,62 2,38 12,0 12,0 1,42 1,44 1,42 1,51
с S Р ? с. с с с с. а пламени иа участке прокладки горизонтальном О О О О О О О О
вертикальном — 1-н 1-Н
Вероятность загорания изо- ЛЯЦИИ при усливии пиивлспнл пожароопасного сверхтока при аварийном режиме перегрузка 0,114 0,788 0,150 0,180 0,150 o' 0,12 0,12 0,12 0,13
КЗ О О 0,0139 0,0200 1,0000 О О О о
Горючая среда (от- ложения на кабельных изделиях) Отсутствует Тоже 1 '1 Опилки Трансфор- маторное масло Хлопок Отсутствует Опилки Трансфор- маторное масло Хлопок
Марка кабельного изделия АПВ 1x6 ПВ 1x16 АПВ 1x16 АПВ 1x16 АВВГ 3x16 + 1x10
Вид электро- проводки На лотке
71
70
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
и
S
X
св
э-
х
о
1 “ 2 с 1 = tv £ и ния пожара s X, 6,88 1,31 9,06 1,94 2,27 11,49 L . 11,49 1,36 1,38 1,42 К)
Вероятность распространения 1 X Е Е. ч s i u S горизонтальном 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 8*0 0,8 0,8 оо о"
вертикальном 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 QO o'
Вероятность загорания изо- ляции при условии появления пожароопасного сверхтока при аварийном режиме перегрузка 0,57 П‘0 0,79 0,15 0,18 0,15 0,24 0,12 0,12 0,12 СП o'
КЗ О О о 0,014 0,020 1.000 1,000 О О О о
Горючая среда (отложения на кабельных изделиях) Отсутствует Тоже 1 | Отсутствует Опилки Трансформа- торное масло Хлопок Отсутствует Опилки Трансформа- торное масло о Е О
Марка кабельного изделия АП ВГ 3x35 + 1x25 АПВ 1x6 ПВ 1x16 АПВ 1x16 АВВГЗХ16 + 1x10
Вид электро- проводки В коробе
72
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
В случае прокладки кабелей и проводов этих же марок в коро-
finx вероятность распространения пламени в основном зависит от
коэффициента их заполнения К. При Ка > 35 % благодаря высокой
концентрации дыма и затрудненному доступу воздуха в короб пламя
угасает и вероятность его распространения уменьшается до нуля не
голько при горизонтальном, но даже и при вертикальном расположе-
нии образца.
В табл. 1.13 приведена зависимость влияния кратности тока пере-
I рузки на вероятность загорания пучка кабелей и проводов, проклады-
ваемых на лотке, которая в общем аналогична данным по зажиганию
одиночных проводов.
Таблица 1.13
Зависимость вероятности загорания изоляции от кратности тока перегрузки
Кратность тока перегрузки Вероятность загорания
Кабель АВВГ 3x16+1x10 Провод АПВ 16
2 0 0
3 1 0,5
8 0,9 1
10 0,6 1
14 0,2 1
16 0 0,95
18 0 0,5
20 0 0,05
21 0 0
Влияние коэффициента заполнения короба Ка на вероятность рас-
пространения пламени показано ниже:
К, % 5 15 30 35 40
а’
Вероятность распространения пламени 1 1 1 0,4 0
Примечание. Ка характеризуется отношением суммарной площади сечения всех
проводов и кабелей к площади сечения короба.
В целом (см. табл. 1.12) полученные вероятности возникновения
пожаров при всех видах прокладки кабельных изделий в коробах и на
лотках превышают нормативную вероятность возникновения пожа-
73
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
ра ((?п=10“6). Наибольшей опасностью обладают провода и кабели с
полиэтиленовой оболочкой. Для снижения этой опасности рекомен-
дуется применять на лотках и в коробах огнепреградительные пояса,
препятствующие распространению пламени. Провода и кабели с по-
лиэтиленовой оболочкой, обладающие высокой пожарной опасно-
стью, должны быть защищены сплошными огнезащитными покры-
тиями (красками, мастиками и т. п.), препятствующими горению и
вытеканию полиэтилена.
Прокладка электропроводок в пожароопасных зонах. Условия экс-
плуатации электропроводок в пожароопасных зонах П—1 и П-П
имеют свои особенности. Так, при выборочной проверке состояния
электропроводки на одной из хлопкопрядильных фабрик в Москов-
ской области выявлено, что даже при своевременном проведении
профилактических работ по удалению с электропроводки горючих
материалов происходит быстрое накопление хлопковой пыли («уга-
ра»), масса которой на 1 см2 поверхности составляет 0,02—0,05 1.
В качестве источников зажигания электропроводок в пожароопас-
ных зонах часто выступают дуговые (искровые) разряды коротких за-
мыканий и образующиеся при этом в зоне замыкания расплавленные
или, в случае алюминиевых жил, горящие частицы металлов.
Наиболее эффективный путь профилактики возгорания элек-
тропроводок от этих источников зажигания, как будет показано в
разд. 2.6, — правильный выбор, а в отдельных случаях и повышение
чувствительности аппаратов защиты.
В данном параграфе рассматриваются результаты эксперимен-
тальных исследований по возможному сценарию развития пожара в
электропроводках пожароопасных зон.
В основу исследований по определению скорости распростране-
ния пламени была положена методика ВНИИПО. На лотке К420,
проложенном горизонтально, укладывали 11 кабелей марки АВВГ
3x25+1x16 (ГОСТ 16442—80), которые перед испытанием покрывали
слоем исследуемых горючих материалов (опилок, трансформаторно-
го масла или хлопка).
В результате проведенных экспериментов выяснилось, что горе-
ние опилок происходит одновременно с горением защитных покро-
74
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
нов кабелей и существенного влияния на скорость распространения
пламени по трассе электропроводки не оказывает. После прекраще-
ния пламенного горения опилки продолжают тлеть в течение 1,5—2 ч.
Отсутствие распространения пламенного горения изоляции можно
объяснить тем, что хотя опилки и являются горючим материалом, но
они затрудняют проникновение кислорода воздуха к изоляции про-
водов и кабелей.
При отложении на кабельных изделиях волокнистых материалов,
например отходов хлопка («угара»), пламя распространяется в основ-
ном по поверхности этих отложений со скоростью 0,1 м/с. Обгорев-
шая зона после прекращения пламенного горения продолжает тлеть,
повреждая защитную оболочку кабеля.
В пожароопасных зонах П-I (имитируется напылением на кабе-
ли или провода слоя трансформаторного масла) распространение
пламени и выгорание изоляции и защитных оболочек электропро-
водки, проложенной горизонтально на лотках, наблюдается на рас-
стоянии 400—600 мм. После прохождения этого участка пламенное
юрение прекращается, а между выгоревшей и оставшейся частя-
ми обнаруживается участок длиной до 400 мм, где масло отсутству-
ет. Наличие такого участка говорит о том, что при перемещении
пламени масло испаряется с ближайших к месту горения участков
и его количества оказывается недостаточно для распространения
пламени.
Проведенные эксперименты показали, что распространение го-
рения по трассе при однорядной горизонтальной прокладке кабелей
АВВГ происходит на незначительном расстоянии. При многорядной
прокладке (была проведена серия экспериментов с образцами кабеля
марки АВВГ Зх16 с их расположением в три ряда по семь кабелей в ряду
и отложениями древесных опилок) горение распространялось также
на ограниченном участке, в зоне, где сказывалось влияние радиацион-
ного нагрева горелки (на расстоянии 600—700 мм). На данном участке
^фиксированы скорости распространения пламени: по нижнему ряду
0,0009 м/с, по среднему 0,001 м/с, по верхнему 0,0012 м/с.
При увеличении числа кабелей в ряду до 14 электропроводка
выгорала полностью по всей длине, при этом были зафиксирова-
75
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
ны следующие скорости: на нижнем ряду 0,00154 м/с, на среднем
0,00167 м/с, на верхнем 0,00170 м/с.
Опережающее перемещение пламени по верхнему ярусу обуслон
лено наличием более высокой температуры воздуха в верхней част и.
Таким образом, при многорядной прокладке лотков в произвол
ственных помещениях и при определенном количестве кабелей пожар
ной нагрузки возможно распространение пламени по трассе и полное
выгорание изоляции и защитного покрова кабельных изделий.
В программе испытаний электропроводок, проложенных в пожа
роопасных зонах, в коробах, предусматривались различные вариант ы
заполнения сечения короба кабельными изделиями. Опыты показа
ли, что при заполнении сечения короба от 5 до 25 % вероятность вот
никновения устойчивого горения в нем близка к 1 и снижается до нуля
при коэффициенте заполнения 0,3 и выше. Наибольшие значения
скоростей распространения пламени по кабелям АВВГ 3x16+1x10,
проложенным в коробе, были получены при 20 % его заполнения и
дали следующие значения (при достоверности результатов Р = 0,95):
Горючий материал отсутствует 0,37х 10-3 м/с ± 0,039x10’3 м/с
Древесные опилки 0,66x10'3 м/с ± 0,072х 10’3 м/с
Трансформаторное масло 1,33х 10'3 м/с ± 0,16x10’3 м/с
Отложения хлопка 0,1 м/с ± 0,01 м/с
На основании выполненных исследований можно констатиро-
вать, что в пожароопасных зонах в начальной фазе пожара его раз-
витие происходит в основном за счет распространения пламени по
поверхности горючих отложений на проводах и кабелях и лишь за
тем, при достижении определенной объемной температуры, пожар
развивается за счет горения изоляции и защитных оболочек кабель
ных изделий.
Анализ представленных в табл. 1.12 данных показывает:
• вероятность возникновения пожара при прокладке проводов на
лотках и в коробах в пожароопасных зонах П—I и П—II (с материалами.
аналогичными хлопку) существенно выше, чем в нормальной среде;
• вероятность возникновения пожара в электропроводках, проло
женных в коробах, несколько ниже, чем (в аналогичном варианте) при
прокладке на лотках, хотя распространение пламени при горизонталь-
76
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
ном расположении лотков даже в пожароопасных зонах не всегда име-
ет место в отличие от прокладки в коробе. Из сравнения показателей
пожарной опасности электропроводок, выполненных проводами ПВ,
ЛПВ и кабелем АВВГ, видно, что последний менее пожароопасен при
прокладке как на лотке, так и в коробе. Особенно эта разница ощутима
для электропроводок, проложенных в пожароопасных зонах.
В соответствии с результатами исследований повышение пожар-
ной безопасности электропроводок, проложенных внутри помеще-
ний на лотках и в коробах, может осуществляться путем:
• прокладки в пожароопасных зонах проводов в защитной обо-
лочке и кабелей пониженной пожарной опасности (в исполнении нг,
иг—LS, нг-HF, нг—FR);
• использования для электропроводок не распространяющей го-
рение арматуры, имеющей сертификат пожарной безопасности, а для
пожароопасных зон — и необходимое уплотнение оболочек арматуры
(индекс IP) в соответствии с классом пожароопасной зоны, исходя из
1ребований ПУЭ;
• увеличения коэффициента заполнения коробов проводами и
кабелями до значения — не менее 35 % (по объему);
• выполнения соединений и ответвлений проводов и кабелей
только в соединительных и ответвительных коробках, не имеющих
умов и деталей из горючих материалов;
• секционирования коробов продольными перегородками и
устройство внутренних огнестойких проходок (поясов) из негорючих
материалов по длине электропроводки, в местах разветвления и вы-
хода к электрооборудованию (см. также подразд. 1.5.4—1.5.5).
1.4.4. Электропроводки в стальных трубах
Актуальность работ по оценке пожарной опасности электропро-
водок в стальных трубах связана с возможностью зажигания в ава-
рийном режиме мелкодисперсных и волокнистых отложений, распо-
ложенных на самих трубах, на стенах, перегородках и других горючих
основаниях, по которым проложена электропроводка, а также в свя-
зи с возможностью прожога трубы и выброса из нее раскаленных по-
жароопасных частиц на расположенные вблизи горючие материалы.
77
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Методика определения пожарной опасности электропроводок и
стальных трубах. Методика предназначена для оценки пожар! юн
опасности открытых электропровод ок в стальных трубах напряжен и
ем до 1000 В, выполненных проводами с резиновой и пластмассовоп
изоляцией, прокладываемых в пожароопасных зонах П-I и П-11.
Для проведения испытаний выбираются трубы и провода соотви
ственно длиной 0,5 и 1 м, соответствующие нормативно-техническо!)
и проектной документации для прокладки их в условиях пожароогьь
ных сред и не имеющие при визуальном осмотре механических но
вреждений и дефектов поверхности.
На проводе в месте предполагаемого КЗ на длину 5—6 мм зачп
щается изоляция и производится изгиб оголенной токопроводятси
жилы таким образом, чтобы она могла касаться стенки трубы. Дли
имитации условий прокладки труб в пожароопасной зоне П-1 ни
поверхность трубы наносится трансформаторное масло, а для зоны
П-И — хлопок.
Для определения пожарной опасности электропроводок в сталь
ных трубах используются блок сварочных трансформаторов мощно
стью не менее 120 кВт, напряжением холостого хода U= 2204-230 В и
устройством регулирования тока в диапазоне 65—700 А; измеритель
ный комплект тока, магазин сопротивлений, преобразователь мощно
сти, осциллографы, потенциометр (с пределом измерений 0—1100 Ч )
термопары диаметром 0,2 мм типа ХА.
Испытания проводят на стенде, обеспечивающем стабильное и.
температурного режима образца электропроводки, воспроизводи
мость дугового КЗ, кратность воздухообмена, необходимую для пол
ного удаления из огневой камеры продуктов горения.
Режим дугового КЗ выполняется с помощью любого замыкателя,
исключающего глухое металлическое КЗ.
Испытания по определению пожарной опасности электропропо
док в стальных трубах производят при напряжении холостого холл
источника электрического питания 67=2204-230 В и тока короткою
замыкания /к=5004-550 А. Необходимый ток КЗ устанавливается ш>
амперметру при наложении закоротки на вторичные выводы транс
форматоров.
78
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
В процессе испытаний фиксируют мощность дуги КЗ, температу-
ру на поверхности трубы и признаки загорания горючего материала.
В качестве критерия оценки пожарной опасности электропровод-
ки в стальных трубах принимают критическое значение электриче-
ской энергии дуги КЗ в условиях регламентированного эксперимен-
Iильного режима, при котором происходит либо нагрев поверхности
। рубы до температуры воспламенения попавших на нее горючих ве-
ществ и материалов, либо прожог (проплавление) и выброс расплав-
ленного металла в окружающее пространство.
Классификация пожарной опасности электропроводок в стальных
трубах, регламентация толщины стенки трубы и допустимые области их
применения производятся в соответствии с полученными данными.
Критерий пожароопасности К определяют из выражения
к.. W/W,
а(8/60)* ’
I де W— электрическая энергия дуги КЗ, кДж; Wo — электрическая энергия
дуги, равная 2,57 кДж, воспламеняющей горючий материал, находящийся
па поверхности базовой металлической трубы с толщиной стенки 2 мм; 8 —
толщина стенки металлической трубы, мм; 8о — толщина стенки эталонной
металлической трубы, равная 2 мм; а, а — безразмерные коэффициенты, для
алюминиевой токопроводящей жилы они равны соответственно 0,9 и 4,55,
для медной -0,37 и 5,00.
Электрическая энергия дуги КЗ определяется по осциллограмме
планиметром как площадь фигуры, образованной кривой мощности
и осью времени.
Электропроводка считается пожаробезопасной, если К<1.
С выходом СП 31—110—2003 [24] «правильный» выбор стальных
I руб для электропроводок упростился. Электропроводка соответ-
ствует требованиям пожарной безопасности, если она отвечает реко-
мендациям табл. 1.16, разработанным на основании эксперименталь-
ных исследований, выполненных во ВНИИПО МВД СССР группой
специалистов под руководством автора.
79
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рекомендации по снижению пожарной опасности электропроводок
в стальных трубах. Анализ данных по испытанию электропроводок
в стальных трубах показал (табл. 1.14), что при дуговом КЗ веро>п
ность возникновения прожога стальной трубы и (или) воспламенс
ния окружающего (попавшего на нее) горючего материала зависш
от ряда факторов (толщины стенки стальной трубы, материала и
сечения токопроводящей жилы, длины поврежденного участка изо
ляции провода, значения тока КЗ и т. д.), которые необходимо учи-
тывать для безопасного использования этих электропроводок.
Необходимо отметить, что прожигающая способность дуговых
разрядов в цепях с медными токопроводящими жилами более выси
кая, чем с жилами из алюминия. Этот факт подтверждается данны
ми табл. 1.15. Стальная труба с толщиной стенки 5= 2,8 мм прожи-
гается (или воспламеняется горючий материал, расположенный па
ее поверхности) при сечении токопроводящей жилы из алюмиты
16 мм2, а с медной жилой — при сечении 6 мм2 (хотя и с несколь
ко меньшей вероятностью). При прокладке в трубе проводов марки
ПВ 1x16 вероятность прожога трубы возрастает до единицы.
Особую пожарную опасность представляют КЗ в тонкостенных
стальных трубах, дающие весьма высокий процент прожога и вое
пламенения горючих материалов, находящихся вблизи зоны замы
кания. На основании полученных результатов было рекомендовано
запретить в пожароопасных зонах монтаж силовых и осветительных
Таблица III
Вероятность зажигания расположенных на трубе горючих материалов при
дуговом КЗ для различных сечений токопроводящих жил
и толщин металлических труб
Марка провода Вероятность зажигания материалов при толщине стенки трубы, мм
2,2 2,8 3,0 3,2 3,5
АПВ 1x6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x10 0,47 0,0 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x16 0,575 0,445 0,0 0,0 0,0
АПВ 1x25 0,836 0,7 0,0 0,0 0,0
80
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Таблица 1.15
Сечения токопроводящих жил проводов, вызывающих при КЗ в трубе
воспламенение расположенных на ее поверхности горючих материалов
Параметр электропроводки Материал токопроводящей жилы
Алюминий Медь
Сечение, мм2 10,0 16,0 35,0 50,0 6 (0,1) 10 (0,7) 16 (0,25) 25 (0,3)
Толщина трубы, мм 2,2 2,8 3,2 3,5 2,8 3,0 3,2 3,5
Примечание. Приведенные значения соответствуют вероятности прожога трубы и
(или) воспламенения горючих материалов, равной для алюминиевых проводов 0,1;
для проводов с медными жилами вероятность указана в скобках.
Таблица 1.16
Толщина стенки стальной трубы,
обеспечивающая ее локализационную способность
Максимальное сечение жилы провода, мм2 Толщина стенки трубы, мм, не менее
Алюминий Медь
До 4 До 2,5 0,5
6 — 2,5
10 4 2,8
16; 25 6; 10 3,2
35 16 3,5
50 25 4,0
•электросетей в тонкостенных трубах и осуществлять выбор допу-
пимых труб в зависимости от сечения прокладываемых в них жил
проводов в соответствии с данными, приведенными в табл. 1.16. К
I«блице необходимо дать некоторые комментарии. Прежде всего
вопрос касается применения металлорукавов. Наши исследования
показали, что применять металлорукава при прокладке в них изо-
1ированных проводов необходимо с большой осторожностью. Дело
и юм, что толщина металла в этих изделиях составляет около 0,5 мм.
В большинстве случаев при коротких замыканиях между находя-
щейся под напряжением жилой провода и заземленной стенкой ме-
пылорукава происходит прожог этой стенки и выброс раскаленных
81
Liana первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
(а в случае алюминиевых жил — горящих) частиц металла, которые
представляют высокую пожарную опасность для окружающих го
рючих материалов.
Возникновение же короткого замыкания при протаскивании
проводов через металлорукав, как показывает опыт, весьма верою
но, так как на гофрах металлорукавов при их изготовлении обра iv
ется большое количество заусенец, о которые изоляция проводоп п
повреждается. Поэтому, исходя из данных табл. 1.16, металлорука
ва можно применять, но только в случае прокладки в них проводок
малых сечений: до 4 мм2 — для алюминиевых и до 2,5 мм2 — для
медных жил.
В последние годы появились сообщения об изготовлении метал
лорукавов с ламинированным изнутри слоем полимерного материк
ла. Вполне очевидно, что такие изделия будут более надежными, гак
как вероятность возникновения в них КЗ и, соответственно, про
жога стенки рукава, значительно снижается. Однако, кроме таких
общих рассуждений, какие-либо количественные показатели, ха
рактеризующие противопожарные свойства этой продукции, из- ia
отсутствия заказов со стороны промышленности в институте полу
чены не были и испытания этих металлорукавов не проводились
В зоне больших1 сечений проводов (50 мм2 — для алюминия и
25 мм2 —для меди) действие табл. 1.16 ограничено толщиной стенки
трубы 4 мм. Конечно, есть трубы и с большей толщиной стенки, но
они носят «стратегический» характер и предназначены для нефтя
ников и газовиков, а для электромонтажных работ такие трубы не
поставляются. Таким образом, в тех случаях, когда нужно прокла
дывать провода большего сечения, необходимо использовать про
вода в защитной оболочке или кабели. Здесь необходимо еще pa i
оговориться, что данные таблицы 1.16 распространяются только на
изолированные провода. На провода в защитной оболочке и на ка
бели таблица не распространяется.
1 Здесь приведены уточненные данные по отношению кСП 31—110—2003. н м>
тором указаны необоснованно завышенные значения сечений проводов для aun>
мипия 70 мм2 и для меди 35 мм2.
82
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
1.4.5. Электропроводки в пластмассовых трубах
Пластмассовые трубы, как и все другие виды электромонтажной
погонажной арматуры, изготовленной из полимерных материалов, в
России входят в перечень продукции, подлежащей обязательной сер-
шфикапии на пожарную безопасность.
Обладая высокой механической и электрической прочностью,
коррозионной устойчивостью и технологичностью монтажа, они
находят все более широкое применение в электромонтажной прак-
тике для усиления изоляции проводов, а также зашиты их от меха-
нических повреждений и действия агрессивных сред. Трубы, про-
шедшие сертификационные испытания и отвечающие требованиям
I ОСТ Р 53313-2009 [17], используются для снижения пожарной опас-
ности электропроводок.
Говоря о методах оценки пожарной опасности электропроводок
н пластмассовых трубах (такой подход, впрочем, используется и для
оценки опасности всех других видов пластмассовой электромонтаж-
ной арматуры: коробов, электроплинтусов, в определенной степе-
ни — разветвительных и соединительных коробок и т. п.), исходят
из анализа двух основных возможных сценариев пожара: электро-
проводка — «виновник» возникновения пожара и электропровод-
ка — «жертва» пожара. Соответственно этим сценариям излагается и
материал в книге. В данном разделе рассмотрены вопросы возникно-
вения пожаров от электропроводок при различного рода аварийных
режимах (первый сценарий). Методы оценки и результаты сертифи-
кационных испытаний электропроводок в пластмассовых трубах на
пожарную опасность (второй сценарий) будут рассмотрены в под-
разд. 1.5.2.
Из пластмассовых труб наиболее широкое применение в электро-
проводках, прокладываемых в сырых, особо сырых, пыльных поме-
щениях, а также в помещениях с химически активной средой, имеют
грубы из ПВХ.
На пожарную опасность электропроводок в пластмассовых тру-
бах, кроме самого материала труб, определенное влияние оказывают
их длина, способ расположения в помещении (горизонтально, верти-
кально), марка проводов, которые прокладываются в трубе, кратность
83
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
сверхтока и др. Характер и степень влияния указанных факторов учи
тывались при разработке методики по оценке пожарной опасное i и
пластмассовых труб в электропроводках.
В процессе разработки методики было установлено, что при гори-
зонтальном и вертикальном расположении трубных электропроводок
создается примерно одинаковый тепловой режим, однако зона веро
ятности зажигания горизонтально расположенных труб с открытыми
концами с ростом кратностей перегрузки шире, чем при вертикально
расположенных трубах.
Испытания образцов электропроводок с медными и алюминиевы
ми жилами при кратностях тока перегрузки 3, 4, 7—10 выявили оптн
мальные для воспламенения значения токов, создающих наиболее
тяжелый тепловой режим и дающие максимальную вероятность за
жигания (табл. 1.17): четырехкратные (по отношению к допустимым
длительным токам) — для медных проводов и трехкратные — для
алюминиевых. Полученные данные использованы в окончательно!!
редакции методики [18].
Результаты исследований пожарной опасности электропроводок и
пластмассовых трубах показали, что в определенном диапазоне кратно
Таблица 1.17
Основные результаты испытания электропроводок н пластмассовых трубах
Марка прово- да Сече- ние, мм2 Кол- во про- водов Диа- метр трубы, мм Температура образца, °C, при кратностях тока перегрузки Частота воспламене- ния, %, при кратностях тока перегрузки
3 4 7-10 3 4 7-10
АПР 6 7 32 340,0 219,4 110,6 60 20 100
АПР 10 4 25 546,9 547,0 246,0 100 80 100
АПР 16 4 32 545,2 434,0 407,0 100 80 40
АПР 35 4 50 642,6 505,0 409,8 100 80 40
Средние значения 518,7 426,4 293,4 90 65 70
ПР 6 16 50 588,5 651,0 521,0 100 100 0
ПРГ 10 4 25 475,0 525,4 218,8 80 100 80
ПР 16 4 32 532,6 628,2 627,0 0 64 100
ПРГ 35 4 50 529,6 626,4 615,0 0 20 100
Средние значения 531,4 607,8 495,4 45 72 70
84
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
стей токов перегрузки в условиях загрубления защиты все испытанные
конструкции электропроводок в пластмассовых трубах с проводами,
имеющими резиновую и поливинилхлоридную изоляцию, являются
п той или иной степени горючими. Энергия дуговых разрядов также
чаще всего является достаточной для зажигания изоляции проводов и
труб в аварийном режиме, поэтому основным направлением пожар-
ной профилактики таких видов электропроводок является снижение
длительности аварийного режима путем правильного выбора аппара-
тов защиты. Определение допустимого тока уставки аппаратов защиты
плавких вставок и расцепителей автоматических выключателей для
электропроводок в винипластовых трубах, прокладываемых открыто,
производится с учетом токовременных характеристик появления дыма
и воспламенения образцов электропроводки (рис. 1.12 и 1.13).
Рис. 1.12. Токовременные характе-
ристики пожарной опасности вини-
пластовых труб диаметром 40 мм с
проводами ПРГ35:
I — воспламенение образца; 2 — появление
дыма; 3 — перегорание плавкой вставки 300 А
предохранителя ПН при защите от КЗ; 4 —
1нключение автоматического выключателя
АИ20 с комбинированной защитой 120 А;
< — перегорание плавкой вставки 120 А пре-
дохранителя ПН при защите от перегрузки
Рис. 1.13. Токовременные характе-
ристики пожарной опасности вини-
пластовых труб диаметром 40 мм с
проводами АПР35:
1 — воспламенение образца; 2 — появление
дыма; 3 — перегорание плавкой вставки 200 А
предохранителя ПН при защите от КЗ; 4 — от-
ключение автоматического выключателя АЗ 120
с комбинированной защитой 100 А; 5 — пере-
горание плавкой вставки 100 А предохранителя
ПН при защите проводки от перегрузки
85
1 лива первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
элек тропроводок при аварийных режимах
Анализ графиков показывает, что наименее пожароопасными ян
ляются такие условия, при которых токовременные характеристики
аппаратов защиты лежат ниже и левее соответствующих кривых, от-
ражающих признаки загорания электропроводки.
Определенное практическое значение имели экспериментальные
исследования по оценке пожарной опасности электропроводок н
пластмассовых трубах в сравнении с пожарной опасностью кабелей.
Испытания проводили по методике [20] в огневой и туннельном
печах и предусматривали определение коэффициентов горючести,
огнестойкости и скорости распространения пламени (табл. 1.18). В
соответствии с методикой за коэффициент горючести Кг принима
лось отношение потери массы электропроводки к величине элек-
трической энергии, затраченной на нагрев этой электропроводки в
условиях регламентированного экспериментального режима: ток на-
। рузки 300 А, время испытаний 11 мин; коэффициент огнестойкое i и
Кт — это время, в течение которого образец выдерживает испыта
тельное напряжение до пробоя изоляции в условиях регламентиро
ванного теплового воздействия.
Таблица I IX
Значения параметров, характеризующих пожарную опасность кабелей
и электропроводок в пластмассовых трубах
Электропроводка Марка провода или кабеля Коэффициент горючести К, Коэффициент огнестойко- сти К ог Скорость распространения пламени, м/с
В трубе диаметром, мм: 25 АПВ 1x6 0,041 201,67 Не распро- страняется
32 АПВ 1x16 0,053 239,00 Тоже
50 АПВ 1x35 0,069 270,00 —
Кабель АВВГ 3x35+1x25 0,070 240,00 0,0012
Примечания'. 1. Численные значения величин являются средними арифметичс
скими из семи опытов. — 2. Погрешности величин составляли при определении
А, 1.0,0043; Ка ±0,01 с.
Кб
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
Из табл. 1.18 видно, что с увеличением диаметра трубы (при одной
н той же толщине стенки 2 мм) возрастает коэффициент горючести
образцов, что объясняется увеличением содержащейся в них массы
горючих материалов как за счет самой трубы, так и за счет изоля-
ции проводов большего сечения. Увеличение коэффициента огне-
стойкости образцов электропроводки с большим сечением проводов
связано с усилением теплоотвода металлом токопроводящих жил.
Интересно и вполне объяснимо то явление, что при наличии в тру-
бе кабеля АВВГ 3x35+1x25 пробой наступил раньше (коэффициент
огнестойкости меньше), чем в пучке находящихся в трубе проводов
аналогичного сечения (АПВ 1x35).
Связано это, очевидно, с более плотным прилеганием жил по всей
длине в конструкции кабеля и различной толщиной изоляции. По-
лученные численные данные позволяют констатировать, что горю-
честь и огнестойкость электропроводок в винилпластовых трубах и
кабелей отличаются незначительно, в то время как распространение
пламени по трубам отсутствует, а по кабелям пламя распространяется
до полного их выгорания.
Для определения условий прожигания пластмассовых труб при
КЗ были проведены исследования, аналогичные испытанию сталь-
ных труб. За критерий сравнения принималось численное значение
шергии дуги, при котором происходит прожог стенки пластмассовой
I рубы, сопровождающийся выбросом горящих алюминиевых частиц
от оплавленных токопроводящих жил проводов. Эксперименты про-
водились с образцами труб диаметром 50 и 32 мм, в которых прокла-
дывались провода сечением 16, 25 и 35 мм2. Результаты испытаний
представлены в табл. 1.19.
Как видно из табл. 1.19, вероятность прожога труб связана, с одной
стороны, с величиной энергии, выделяющейся в зоне замыкания, а с
другой стороны — с энергией, требующейся для прожога стенки тру-
бы. Для прожога стальной трубы необходима энергия около 12 кДж,
и пластмассовой — не менее 11,7 кДж. Эти значения довольно близ-
ки, в то время как энергия, выделяющаяся при КЗ в стальных трубах
(при прочих равных условиях), примерно вдвое превышает энергию
КЗв пластмассовых трубах, что связано с большей длительностью
87
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Таблица I.I1)
Значения параметров, характеризующих пожарную опасность кабелей
и электропроводок в пластмассовых трубах
Сечение провода, мм2 Материал трубы Толщина стенки тру- бы, мм Время горе- ния дуги, с Энергия, кДж Вероятное 11. прожога
35 Сталь 2,2 1,28 40,5 1,0
Винипласт 2,0 0,75 18,4 0,5
25 Сталь 2,2 0,88 26,3 1,0
Винипласт 2,0 0,57 11,7 0,1
16 Сталь 2,2 0,48 12,3 1,0
Винипласт 2,0 0,29 5,0 0,0
Примечания'. 1. Численные значения величин являются средними арифметическими
из десяти опытов.
2. Абсолютная погрешность измерения энергии электрической сети, затраченной на
прожог стенки трубы (графа 5), составляла ±2,15 кДж при Р = 0,9.
аварийного режима (между жилой провода и трубой) и особенное! ы< >
прохождения тока КЗ. Соответственно значительно выше при К 1
в стальных трубах и частота их прожога. При этом следует обратить
внимание, что в табл. 1.19 (графа 6) не учитывается вероятность вот
никновения самого КЗ.
В пластмассовых трубах КЗ, а следовательно, и прожог стенки тру
бы может произойти только при одновременном нарушении изоляции
двух соседних проводов. Вполне очевидно, что вероятность возникни
вения такого события значительно ниже, чем повреждение изоляции и
замыкание жилы одного провода на стенку в стальной трубе.
Образующиеся при прожоге в стенке пластмассовой трубы отвер
стия с обуглившейся кромкой имеют небольшие размеры (3—10) мм;
выпадания частиц металлов при КЗ через эти отверстия, как правило,
не наблюдается.
Стальная труба при КЗ сама является одним из электродов, кого
рый в процессе горения дуги плавится, поэтому размеры возникаю
щих в стальной трубе отверстий значительно больше и часто имски
протяженный характер (до 50—100 мм).
88
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
На основании полученных данных можно сделать следующие вы-
воды:
- количественные показатели коэффициентов горючести и огне-
стойкости открытых электропроводок в винипластовых трубах с про-
водом АПВ находятся на уровне показателей силовых кабелей АВВГ;
- распространение пламени по открыто проложенным групповым
электропроводкам, выполненным в винипластовых трубах, отсут-
ствует;
- срок службы электропроводок в пластмассовых трубах по срав-
нению с электропроводками в стальных трубах значительно выше.
Особенно это проявляется при эксплуатации их в помещениях с хи-
мически агрессивными средами, так как пластмассовая труба в от-
личии от стальной не корродирует и обеспечивает дополнительную
защиту изоляции провода от разрушения;
- вероятность образования и выброса раскаленных и горящих ча-
стиц металла при дуговых КЗ в пластмассовых трубах ниже, чем у
аналогичных электропроводок в стальных трубах, вследствие чего
ниже и связанная с этим вероятность загорания находящихся в зоне
электропроводки горючих материалов;
- для снижения пожарной опасности открытых электропроводок,
выполненных пластмассовыми трубами, при перегрузках (когда в от-
личие от стальных труб возможно возгорание пластмассовой трубы
па значительной длине аварийного участка) необходимо выбор ап-
паратов защиты осуществлять с обязательным учетом этого вида ава-
рийного режима.
Полученные результаты исследования пожарной опасности пласт-
массовых труб в электропроводках были использованы Главэлектро-
монтажом при разработке соответствующего нормативного доку-
мента («Технический циркуляр. Область применения пластмассовых
груб для прокладки проводов и кабелей» № 3—2/89 [19].
В соответствии с Техническим циркуляром снималось ограни-
чение на применение в пределах одного этажа открытых и скрытых
электропроводок в винипластовых трубах и в замоноличенных в не-
горючие материалы полиэтиленовых трубах в пожароопасных зонах
промпрсдприятий (за исключением складских помещений). Это рас-
хч
Отава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
ширение не касалось транзитных линий, которые в пожароопасных
зонах запрещены.
Значительно расширялось применение полиэтиленовых труп
для электропроводок (за исключением стояков), замоноличенных и
строительные конструкции жилых зданий высотой более десяти эта-
жей. При этом в целях предотвращения распространения пожара за
пределы одной квартиры вводилось требование о том, что межквар-
тирные стеновые панели и панели перекрытий, поставляемые до-
мостроительными комбинатами, не должны иметь сквозных отвер
стий под электроустановочные изделия и сквозных ответвительных
ниш.
Говоря о полиэтиленовых трубах, необходимо отметить, что интерес
к их использованию в последние годы неуклонно возрастает. В течение
2006 — 2007 гг. во ВНИИПО МЧС России обратились четыре фирмы,
производящие полиэтиленовые трубы для сантехнических работ, с за
явкой на выполнение исследований с целью получения заключения
института о возможности использования труб при монтаже кабельных
линий и электропроводок. Желание использовать полиэтилен в элек-
троустановках вполне понятно: это один из лучших изоляторов среди
пластмасс; хорошо держит напряжение; лучше других полимеров вы-
держивает радиационное облучение; не боится воды и т. п.
Однако у полиэтилена, с пожарной точки зрения, имеются и се-
рьезные недостатки: высокая горючесть и способность образовывать
в процессе горения горящие капли полиэтилена, которые, попадая
на горючие материалы, создают вторичные очаги возгорания, чем
способствуют ускорению развития пожара.
Эти обстоятельства, естественно, сильно сужают область приме-
нения кабельных линий и электропроводок в полиэтиленовых тру-
бах; их прокладка возможна только внутри (скрыто) негорючих сред:
в воде, земле или замоноличенно в негорючем материале.
Несмотря на эти ограничения, как уже отмечалось выше, интерес
у фирм-производителей полиэтиленовых труб к использованию сво-
ей продукции в электроустановках растет и он связан с применением
новых технологий прокладки кабельных линий в грунте. Длинные
горизонтальные проколы грунта, укладка в эти земляные каналы по-
90
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
диэтиленовых (часто двухслойных) труб и затем затаскивание в трубы
кабельных изделий. Трубы при этом выполняют роль механической
защиты, а также зашиты изоляции и оболочек кабелей от агрессивно-
го воздействия на них химических веществ, содержащихся в грунте,
и воды.
Казалось бы, что все противопожарные требования соблюдены:
наружные поверхности труб в земле из-за недостатка кислорода, ко-
нечно, гореть не будут. Но воздух и кислород есть внутри трубы, и чем
больше ее диаметр (трубы выпускаются диаметром до 200 мм, а в от-
дельных случаях и более), тем выше вероятность возгорания кабелей
внутри трубы, при этом огонь будет распространяться и по внутрен-
ней поверхности стенок труб.
Изучение условий возникновения горения кабельных изделий и
стенок внутри находящейся в грунте трубы, а также разработка ре-
комендаций по его предотвращению с соответствующей коррек-
тировкой ТУ обычно и составляет задачу выполняемых по заявкам
организаций исследований. Ниже, в качестве примера, приводятся
результаты таких исследований для одной из фирм.
Методика испытаний. Испытания проводят на соответствие требо-
ванию ГОСТ Р 53313-2009 стойкости к распространению горения.
Учитывая специфику применения полиэтиленовых труб в элек-
тропроводке — скрытая прокладка в негорючей среде, в методику ис-
пытания по ГОСТ Р 53313-2009 вносятся следующие изменения:
• образец № 1 представляет собой отрезок полиэтиленовой трубы
внутренним диаметром 200,0 мм, длиной 3,0 м, заполненный на 15 %
кабелями с полиэтиленовой оболочкой (ТППэП 50x2x0,4), выходной
торец трубы — без уплотнения;
• образец № 2 — отрезок полиэтиленовой трубы внутренним диа-
метром 200,0 мм, длиной 3,0 м, заполненный на 15 % кабелями с ПВХ
оболочкой (АВВГ 2x2,5 и АКВВГ 14x2,5), выходной торец трубы — без
уплотнения;
• образец № 3 — отрезок полиэтиленовой трубы внутренним
диаметром 200,0 мм, длиной 6,0 м (3 м—горизонтальный участок и
3 м—вертикальный), заполненный на 10 % кабелями с полиэтиле-
новой оболочкой (ТППэП 50x2x0,4), выходной торец трубы — без
91
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
уплотнения и возвышается над поверхностью земли на высоту 3,0 м
(имитация вертикального перепада давления при глубоком заложе
нии трубы);
• образец № 4 — отрезок полиэтиленовой трубы внутренним дни
метром 200,0 мм, длиной 6,0 м, заполненный на 15 % кабелями с ПВХ
оболочкой (АВВГ 2x2,5 и АКВВГ 14x2,5), выходной торец трубы
без уплотнения и возвышается над поверхностью земли на Bbicoiv
3,0 м;
• образец № 5 — отрезок полиэтиленовой трубы внутренним ли
аметром 200,0 мм, длиной 3,0 м, заполненный на 15 % кабелями <
полиэтиленовой оболочкой (ТППэП 50x2x0,4), выходной торец тру-
бы — с уплотнением;
• образец № 6 — отрезок полиэтиленовой трубы внутренним дна
метром 200,0 мм, длиной 3,0 м, заполненный на 15 % кабелями с П ВХ
оболочкой (АВВГ 2x2,5 и АКВВГ 14x2,5), выходной торец трубы — с
уплотнением.
Перед проведением испытаний труб создаются реальные условия
их прокладки. Образцы труб закапываются на глубину 0,6 м в песча
ный грунт. Конец трубы выходит на поверхность земли. Поджигае
мые концы кабелей на 0,5 м выходят из трубы и располагаются пап
источником зажигания.
В качестве источника зажигания используется пламя горящего и
поддоне керосина. Диаметр поддона 0,2 м, объем сжигаемого кероси
на — 2,5 л. Длительность горения керосина — 24 мин, общее тепло
выделение 88-106 Дж; мощность источника зажигания 61 кВт.
Образец электропроводки считается выдержавшим испытания,
если длина поврежденной огнем части кабелей внутри трубы не пре
вышлет 2,5 м.
Результаты испытаний. Длина поврежденной части образцов со
ставила: образец № 1 — 0,2 м; образец № 2 — 0,1 м; образец № 3
выгорел полностью; образец № 4 — 1 м; образец № 5 — 0,2 м; образен
№5-0,1 м.
Как показали результаты испытаний, образец трубы с кабелями,
имеющими полиэтиленовые оболочки (ТППэП 50x2x0,4), при ис
пытании без заделки торца трубы и с возвышением трубы не выдср
92
1.4. Экспериментальные исследования пожарной опасности аварийных режимов
в электропроводках
жал испытание — кабели и труба повреждены огнем по всей длине
кабелей.
В тех же условиях испытаний кабели с ПВХ оболочками повреж-
дены огнем на длине не более 1,0 м.
При испытании образцов с уплотненными торцами труб все об-
разцы испытания выдержали.
Требования к пожарной безопасности электропроводок в полиэти-
леновых трубах. Анализ существующей нормативной документации,
регламентирующей требования к электропроводкам в пластмассовых
|рубах: ПУЭ-85[1]; СНиП 3—05—85*[16]; СП 31-110—2003[24]; тех-
нического циркуляра № 3—2/89 [19]; ГОСТ Р 50571.15[ 14], — показал,
что эти нормы не предъявляют специальных требований к рецепту-
ре добавок снижающих горючесть (включая антипирены) для марок
полиэтилена, используемого для изготовления труб, применяемых в
электропроводках.
Пожарная безопасность полиэтиленовых труб при использовании
их в кабельных линиях и электропроводках обеспечивается регла-
ментацией вида электропроводки, способа ее прокладки и вида про-
кладываемых в них кабельных изделий.
Допускаются только скрытые виды электропроводок. Вид про-
кладки — в грунте или замоноличенно внутри негорючих материалов.
Выход замоноличенных труб из строительных конструкций должен
осуществляться в стальных или винипластовых трубх (из непластифи-
цированного поливинилхлорида) с толщиной стенки, обеспечиваю-
щей необходимую механическую прочность.
Торцы выходящих труб должны быть уплотнены сертифициро-
ванными негорючими материалами (например, мастикой гермети-
зирующей для кабельных проходов — МГКП) на глубину не менее
0,1 м, препятствующими проникновению воздуха в зону возможного
загорания кабелей и выходу продуктов горения из трубы.
В процессе монтажа и эксплуатации не допускается контакт с по-
лиэтиленовыми трубами металлических материалов, изделий, кон-
струкций, способных нагреваться до температуры более 100 °C.
Для ограничения распространения горения электропроводки вну-
три засыпанной грунтом или замоноличенной трубы внутренний ди-
93
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
аметр ее не должен превышать 200 мм, а суммарная площадь сечения
кабельных изделий в трубе должна составлять не менее 35 % площади
ее внутреннего сечения. При этом прокладка силовых кабелей с n.i
ружными полиэтиленовыми оболочками в трубах внутренним диа
метром более 90 мм не рекомендуется. В этом случае должны приме
няться кабели в ПВХ оболочках.
Замоноличивание труб в фундаментах, а также прокладку их н
грунте с горизонтальным перепадом концов труб более 2,0 м произ
водить не рекомендуется.
Испытание электропроводок в пластмассовых трубах на пожар
ную опасность осуществляется раз в три года или досрочно, в случае
изменения материала труб или технологии их изготовления.
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на
пожарную опасность
Общие сведения. Как известно, понятие «сертификация продукции»
подразумевает подтверждение аккредитированными в установленном
порядке органами по сертификации и испытательными лабораториями
(центрами) соответствия продукции установленным требованиям, т. с.
действующим нормам.
ВНИИПО МВД СССР был одной из первых организаций в стра-
не, создавшей у себя службу сертификации (декабрь 1990 г.). На сер-
тификацию возлагались большие надежды: предполагалось, что н
возможно короткое время пожароопасная электротехническая про-
дукция по результатам сертификационных испытаний будет снята
с производства и количество пожаров от электроустановок в стране
существенно сократится.
Однако этого не случилось, а причина, как оказалось, содержится
в самом понятии «сертификация»: «... проверка на соответствие дей-
ствующим нормам...». Многие виды продукции, даже пройдя успеш
ные испытания на соответствие действующим нормам, продолжаю!
оставаться пожароопасными, поскольку действующие нормы для
них являются слабыми и неэффективными.
94
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
Следовательно, для успешного занятия сертификационной дея-
тельностью необходимо прежде всего создать высокоэффективную,
отвечающую современным требованиям нормативную базу, а этот
процесс весьма сложный и длительный, требующий усилий не толь-
ко научно-исследовательских организаций и органов технического
регулирования, но и преодоления различного рода технических и
бюрократических препятствий со стороны руководящих лиц, лобби-
рующих корпоративные интересы недобросовестных производите-
лей продукции, поиска консенсуса с согласующими и надзорными
органами и т. д.
В связи с ожидаемым вступлением России в ВТО в настоящее вре-
мя ориентир берется преимущественно на использование междуна-
родных или гармонизированных с ними национальных стандартов.
Сертификационные методы испытания электропроводок, при-
нимая во внимание трудности моделирования множества возмож-
ных способов монтажа и вариантов эксплуатации (в том числе — с
учетом окружающей среды) электропроводок, учитывают главный,
объединяющий все объекты, фактор пожарной опасности — воз-
можность распространения горения (развития пожара) на объекте,
при этом инициирование горения осуществляется пламенем горел-
ки, эффективность которой (мощность и длительность действия)
соответствует наибольшему тепловыделению от возможных в изде-
лии в аварийных условиях электрических источников зажигания.
1.5.1. Провода и кабели
Общие сведения и требования. Как было показано в разд. 1.1, элек-
трические кабели и провода по основным компонентам пожарной
опасности (количество пожаров, размер прямого ущерба и число лю-
дей, погибших на пожарах) занимают первое место в ранге пожарной
опасности среди всех электрических изделий.
Этому способствует то обстоятельство, что кабель — это не прос-
то сумма материалов, а сложная многокомпонентная конструкция с
внутренним источником теплоты, а в аварийных режимах эксплуата-
ции — и с источниками зажигания (дуговые и искровые разряды при
КЗ, а также частицы расплавленного и горящего металла). Поэтому
95
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
испытания на пожарную опасность и определение характеризующих
ее показателей проводят не на материалах, применяемых в кабеле, а
на образцах самих кабелей. При определении важнейшего показа-
теля — предела распространения горения, характеризующего горю-
честь кабелей, имитируют фрагмент кабельной линии с определен-
ным объемом горючей массы.
В условиях устойчивого дефицита кабельной продукции, который
имел место в бывшем Советском Союзе, потребитель был рад любому
кабелю, не предъявляя к нему особых противопожарных требовании
Многие кабели обладали «хорошей» горючестью, имея оболочки и i
обычного ПВХ пластиката (АВВГ, ВВГ, КВВГ и т. п.) или даже из по-
лиэтилена (ТПП).
В начале 80-х годов требования пожарной безопасности, предъ-
являемые к кабельным изделиям, начали усиливаться, но они сво-
дились в основном к требованиям обеспечения нераспространения
горения. Решение этих задач достигалось применением оболочек из
ПВХ пластикатов марок НГП 30-32 и НГП 40-32.
Новые требования пожарной безопасности кабелей вошли в меж-
дународные стандарты лишь на рубеже 90-х годов, а некоторые тре-
бования (например, 1Тх) появились совсем недавно. Эти требования
включают:
- нераспространение горения (индекс нг — нераспространение го-
рения);
- низкое дымо- и газовыделение при горении и тлении (индекс
LS — Low smoke);
- низкую коррозийную активность продуктов горения (индекс
HF — Hologen free);
- огнестойкость (индекс FR — Fire resistance);
- низкую токсичность продуктов горения (индекс LTx — Low
toxicity).
Для обеспечения новых требований пожарной безопасности в
2001 году были разработаны рецептуры ПВХ пластикатов типа ПП,
предназначенных для изоляции, оболочек и внутреннего заполнения
кабелей. У разработанных пластикатов более высокое значение кис-
лородного индекса, низкое значение параметра дымообразования и
96
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
выделения хлористого водорода, а также пониженная токсичность
продуктов горения.
На данный момент разработаны и внедряются в производство
пластикаты с повышенным до 40 % кислородным индексом, а также
ведутся работы по улучшению разработанных ранее и созданию но-
вых пластикатов в соответствии с современными требованиями по-
жарной безопасности.
В январе 2002 года Ассоциация «Электрокабель» специальным
решением обратилась к кабельным заводам с предложением пре-
кратить выпуск кабелей исполнения нг и начать освоение произ-
водства кабелей с низким дымо- и газовыделением, в дальнейшем
именуемых «кабелями исполнения нг-LS». Хотя эти кабели до-
роже, чем кабели с индексом нг, необходимость такой замены дав-
но назрела, так как гибель людей на пожарах, а в России этот по-
казатель один из самых высоких в мире, связана прежде всего с
дымом. Наличие плотного, часто очень ядовитого дыма, содер-
жащего в продуктах горения токсичные газы НС1, СО и другие, яв-
ляется весьма характерным опасным фактором пожаров в кабельных
сооружениях.
Снижение коррозионной активности и токсичности продуктов
горения кабелей осуществляется за счет замены ПВХ пластикатов
безгалогенными композициями на основе полиолефинов.
Большие надежды на снижение пожарной опасности и повышение
огнестойкости кабелей, питающих системы безопасности важнейших
объектов энергетики (включая АЭС), а также системы противопо-
жарной защиты и потребителей, функционирующих в условиях по-
жара (аварийное освещение, цепи сигнализации, оповещения, насо-
сы пожаротушения, вентиляционные системы дымоудаления и пр.)
связаны с разработкой и внедрением огнестойких кабелей типа FR,
в том числе с минеральной изоляцией (например, марки КМЖ) —
абсолютно негорючих и способных в условиях пожара поддерживать
работоспособность в течение трех часов и более в зависимости от
температурного режима пожара.
Сертификационные испытания проводов и кабелей на пожарную
опасность проводят поГОСТ Р53315-2009 [21]. Необходимо отметить,
97
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
что этот нормативный документ составлен на перспективу и кроме
двух, обязательных в настоящее время, сертифицируемых параме
тров (предел распространения горения и предел пожаростойкости)
предусматривает еще целый ряд показателей (табл. 1.20), которые и
ближайшее время (по мере готовности лабораторной базы испыта
тельных центров) будут включены в обязательные.
С учетом указанных в табл. 1.20 кодов класса каждого из показа
телей пожарной опасности устанавливается общий класс пожарноп
опасности кабелей и проводов.
В обозначении класса первым показателем указывается предел
распространения горения (01 или 02) — для кабельного изделия, ие
пытанного одиночно, или Ш — П4 — для кабельных изделий, ис.
пытанных в групповой прокладке1; вторым — предел огнестойкости
(пожаростойкости3), третьим — показатель коррозионной активно
сти, четвертым — показатель токсичности продуктов горения кабе
лей.
Пример обозначения класса пожарной опасности кабелей:
01.5.2.3; П2.7.1.4.
В ближайшем будущем, по мере освоения испытательными цент-
рами новых сертификационных методов для показателей из табл
1.20, будет пополняться и шифр общего класса пожарной опасности
кабелей.
1 Необходимо обратить внимание читателей на то, что и в ГОСТ 12176-89, кото
рый действовал почти 20 лет (отменен с 01.07.2008 г.) и в НПБ 248-97*, при подго
товке которых мы вынуждены были ссылаться на требования указанного стандарта,
использован неточный термин — «испытание пучком». Пучок — это частный вил
групповой прокладки, поэтому более правильно использовать термин «испытание и
групповой прокладке».
2 В международной стандартизации термин «огнестойкость» после выхода се
рии ГОСТ Р МЭК 60331... заменяется на термин «сохранение работоспособности» и
условиях воздействия пламени газовой горелки температурой не менее 750 °C.
3 В российских нормах термин «предел пожаростойкости» кабеля до 2008 г. был
аналогом зарубежного термина «предел огнестойкости». В перспективе намечается
использовать этот термин в качестве критерия оценки стойкости кабеля до потери
его работоспособности в условиях воздействия стандартного температурного режи
ма пожара.
Таблица 1.20 Классификация параметров определения пожарной опасности кабельных изделий Т 1 Величина критерия оценки показателя пожарной опасности О 540 Отсутствует О 540 Имеется 2,5 по категории «А» или категории «А F/R» 2,5 по категории «В» 2,5 по категории «С» 2,5 по категории «D» элько к результатам испытаний по ГОСТ Р МЭК 60332 1 2 2007. атам испытаний по ГОСТ Р МЭК 60332—1 3 2007.
Критерии оценки Расстояние от нижнего края верхней опоры до на- чала обугленной части образца сверху, мм, более Расстояние от нижнего края верхней опоры до начала обугленной части образца, снизу1, мм, менее Воспламенение фильтровальной бумаги2 Расстояние от нижнего края верхней опоры до начала обугленной части образца сверху, мм, менее Расстояние от нижнего края верхней опоры до на- чала обугленной части образца снизу', мм, более Rr»rrr пямр.ыр.ИМР, Жипьтповальной бумаги2 Длина обугленной части образца, измеренная от нижнего края горелки, м, не более
Код пожарной опасности Ё с t с —( ПРГО2 ПРГП 1 I ПРГП 2 ПРГПЗ ПРГП 4 । 'Данный критерий оценки относится т< 2 Критерий оценки относится к результ
Показатель пожарной опасности Предел распростране- ния горения оди- ночным кабельным изделием Предел распростране- ния горения кабелей (проводов) в группо- вой прокладке
99
98
Продолжение табл. 1.20 g S’ О 2 Е
Показатель пожарной опасности Код пожарной опасности Критерии оценки Величина критерия оценки показателя пожарной опасности первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности •ропроводок при аварийных режимах
Предел огнестойкости кабельного изделия в условиях воздействия пламени ПО 1 ПО 2 Время, в течение которого кабель сохраняет работе способность в условиях воздействия пламени, мин 180 150
ПОЗ 120
ПО 4 90
ПО 5 60
ПО 6 45
ПО 7 30
ПО 8' -
Показатель корро- зионной активности продуктов дымо- и газовыделения при горении и тлении по- лимерных материалов кабельного изделия ПКА 1 Содержание газов галогенных кислот в пересчете на HCL, мг/г; не более 5,0
Проводимость водного раствора с адсорбированны- ми продуктами дымо- газовыделения, мкСм/мм; не более 10,0
Показатель pH; не менее 4,3
1 Класс пожарной опасности кабельных изделий, к которым не предъявляются требования по огнестойкости
Окончание табл. 1.20
Показатель пожарной опасности Код пожарной опасности Критерии оценки Величина критерия оценки показателя пожарной опасности
ПКА 2 Содержание газов галогенных кислот в пересчете на HCL, мг/г; более 5,0
Проводимость водного раствора с адсорбированны- ми продуктами дымо- и газовыделения, мкСм/мм; более 10,0
Показатель pH, менее 43
Показатель токсич- ности продуктов горения полимерных материалов кабельно- го изделия ПТПМ 1 Отношение количества полимерного материала оболочки кабеля к единице объема замкнутого про- странства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50 % подопытных животных (при времени экспо- зиции 0,5 ч), г/м3 Более 120,0
ПТПМ2 Св. 41 до 120,0вкл.
Св. 13до40,0вкл.
ПТПМЗ
От Одо 13,0 вкл.
ПТПМ 4
Показатель ды- мообразования при горении и тлении кабельного изделия ПД 1 Минимальное значение светопроницаемости, % Св. 75 до 100 вкл.
ПД2 Св50 до 75 вкл.
ПДЗ Св. 25 до 50 вкл
ПД4 От 0 до 25 вкл.
Гйава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Испытания на нераспространение горения. В настоящее время основ
ными нормативными документами в стране, по которым выполняются
сертификационные испытания кабельных изделий на нераспростра
нение горения, являются стандарты серии ГОСТ МЭК 60332.
Части 1 и 2 этого стандарта [22] устанавливают методы испытании
на нераспространение горения одиночного вертикально расположен-
ного изолированного провода или кабеля (далее — кабелей). Нельзя
считать, что если кабель удовлетворяет требованиям частей 1 и 2, то и
при групповой прокладке кабелей будет аналогичный результат.
Это объясняется тем, что распространение пламени при группо-
вой прокладке зависит от ряда факторов:
• объема и вида горючего материала кабелей, который подверга-
ется воздействию источника зажигания;
• конструкций кабелей, их геометрических параметров и взаим-
ного расположения в кабельном потоке;
• температуры воспламенения газов, выделяемых кабелями;
• объема горючих газов, выделяемых кабелями при определенной
повышенной температуре;
• проемности помещения и объема воздуха, проходящего через
кабельное сооружение.
В части 3 ГОСТ Р МЭК 60332 [23] подробно излагается метод ис-
пытания, в котором групповая прокладка кабелей моделируется
различными комбинациями испытуемых образцов. Для облегчения
применения стандарта при дифференциации категорий испытания
стандарт разделен на следующие части:
Часть 3-10. Испытательная установка.
Часть 3-21. Категория A F/R.
Часть 3-22. Категория А.
Часть 3-23. Категория В.
Часть 3-24. Категория С.
Часть 3-25. Категория D.
В частях, начиная с 3-21, установлены разные категории и соот-
ветствующие методы испытаний. Эти категории отличаются про-
должительностью испытания, объемом неметаллического материала
испытуемого образца и способом крепления испытуемого образца.
102
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
Во всех категориях кабели, имеющие одну и более токопроводящую
жилу сечением менее 35 мм2 включительно испытывают при закреп-
лении без зазора.
Эти категории однозначно не отражают конкретных условий обе-
спечения безопасности при реальных способах прокладки кабелей.
Действительное расположение кабелей при прокладке может являться
определяющим фактором, влияющим на распространение пламени в
условиях реального пожара.
Способ крепления, указанный для категории A F/R (часть 3-21),
предназначен для кабелей специальных конструкций, используемых
при специальных видах прокладки.
Категории А, В, С и D (части с 3-22 по 3-25) предназначены для
общего применения при разном количестве содержащихся в них не-
металлических материалов.
Общий вид испытательной камеры показан на рис. 1.14 и 1.15.
Перед проведением испытания отрезки кабелей длиной 3,5 м кре-
пятся на лестнице шириной 500 или 800 мм (в зависимости от кате-
Рис. 1.14. Испытательная
камера:
1 — выходное отверстие для
дыма размером (300±30) х
х (1000 ± 100) мм;
2 — входное отверстие для
воздуха размером (800±20) х
х (400 ± 10) мм;
3 — приспособление для
обеспечения зазора между
камерой и уровнем земли
150 1 10
10001 100
501 0
20001100
юз
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
Рис. 1.15. Схема расположения горелки и испытуемого образца кабелей:
1 — стальной лист толщиной 1,5—2,0 мм;
2 — термоизоляция из минеральной ваты толщиной приблизительно 65 мм
с соответствующим внешним покрытием, обеспечивающим коэффициент
теплопередачи около 0,7 Втм-2/К;
3 — газовая горелка; 4 — лестница с испытуемыми кабелями
гории испытаний). Объем горючей массы кабелей для испытаний по
категории А — 7 л на 1 м кабельной линии (образца); для категории
В — 3,5 л/м, категории С — 1,5 л/м, категории D — 0,5 л/м.
Источник зажигания — ленточная газовая горелка мощностью
(20,5 ± 0,5) кВт и номинальной интенсивностью тепловыделения
(73,7 ± 1,68)-106 Дж/ч.
При испытании горелка должна быть установлена горизонтально
на расстоянии (75 ± 5) мм от передней поверхности образца на высо-
те (600 ± 5) мм над полом испытательной камеры, приблизительно
симметрично относительно лестницы. Точка приложения пламени
горелки должна находиться в центре между двумя перекладинами
лестницы на расстоянии не менее 500 мм от нижнего конца образца.
При использовании широкой лестницы применяют две горелки,
которые должны быть расположены приблизительно симметрично
относительно оси лестницы. Система горелок должна быть располо-
104
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
жена так, чтобы ее центральная линия по возможности совпадала с
центром лестницы.
Время воздействия пламени горелки при испытании по категори-
ям А и В — 40 мин; по категориям С и D — 20 мин. Результат испыта-
ния считается положительным, если длина обугленной части образ-
ца, измеренная от нижнего края горелки, не превышает 2,5 м.
Испытание на огнестойкость (сохранение работоспособности). В
отечественных нормативных документах до недавнего времени, в
частности в ГОСТ Р 53315-2009, показатель «огнестойкость» обозна-
чался термином «пожаростойкость». Этот термин появился в 80-х го-
дах прошлого столетия, когда начались разработки огнестойких кон-
струкций кабелей. Его ввели по согласованию с ГУПО МВД СССР
для того, чтобы разделить понятия огнестойкости строительных кон-
струкций и кабелей. В настоящее время в новой серии международ-
ных стандартов, регламентирующих требования и методы испытания
кабелей на огнестойкость (ГОСТ Р МЭК 60331 — части 11, 21, 23,
25—2003 [25], используется термин «потеря работоспособности».
Для российских специалистов всегда был более привычным тер-
мин «огнестойкость», поэтому по взаимному согласованию между
ВНИИ кабельной промышленности (ВНИИКП) и ВНИИПО этот
термин включен в проект национального стандарта, подготовленный
к утверждению.
Параметр «огнестойкость кабеля» означает его способность вы-
полнять свои функции до потери работоспособности в результате
воздействия регламентированного нормами теплового источника.
Количественной мерой этого параметра является «предел огне-
стойкости», характеризующий время, в течение которого кабель при
воздействии указанного теплового источника свои функции (переда-
чу электроэнергии — для кабелей силовых, контрольных, связи и т.п.
или сигналов — для кабелей волоконнооптических) выполняет.
В соответствии с ГОСТ Р МЭК60331 —11—2003 [25] испытания на
огнестойкость (сохранение работоспособности) проводятся на стен-
де (рис. 1.16) при воздействии на кабель пламени газовой горелки
при нормируемой интенсивности тепловыделения пламени темпера-
турой не менее 750 °C.
105
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.16. Стенд для крепления кабе-
лей при испытании на огнестойкость
(сохранение работоспособности):
1 — зажим; 2 — опора; 3 — кабель;
4 — поддерживающие кольца
Перед проведением испытаний с концов образца кабелей длиной
1200 мм удаляют оболочку и другие покрытия надлине около 100 мм.
Концы токопроводящих жил зачищают для подсоединения цепей ис-
пытательного оборудования.
Образец кабеля устанавливают в горизонтальном положении. Для
предотвращения деформации один конец образца неразделанной ча-
сти кабеля прочно закрепляют с помощью специальных зажимов, а
другой может свободно перемещаться на опоре, чтобы не препятство-
вать возможному удлинению образца (линейному расширению) от воз-
действия температуры. Образец в средней части поддерживается двумя
металлическими кольцами, расположенными на расстоянии около 300
мм друг от друга. Металлические детали поддерживающего устройства
заземляются. Кольца внутренним диаметром около 150 мм изготавли-
ваются из стальных прутков диаметром (10 ± 2) мм.
Для поддержки небронированных кабелей диаметром менее 10 мм
используют три дополнительных металлических кольца, каждое из
которых располагают на расстоянии около 150 мм от двух указанных
выше.
106
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
Источником нагрева при испытаниях является газовая горелка
ленточного типа номинальной длиной фронтальной поверхности
500 мм, работающая со смесителем Вентури. Рекомендуется горелка
с подачей питания по ее центру. Номинальная ширина фронтальной
поверхности горелки — 15 мм. На фронтальной поверхности горелки
должны быть три ряда отверстий номинальным диаметром 1,32 мм.
Допускается на каждой боковой стороне горелки ряд дополни-
тельных небольших отверстий, предназначенных для стабилизации
пламени.
Горелку используют совместно с устройствами контроля скорости
подачи топлива и воздуха: ротаметром или массовым расходомером.
Испытания проводят в камере, имеющей систему для отвода га-
зов, выделяющихся при горении. Для поддержания устойчивости
пламени при испытании камера оборудуется соответствующей вен-
тиляцией. Температура окружающей среды снаружи камеры должна
быть 5—40 °C.
Горелку располагают в испытательной камере так, чтобы ее по-
верхность находилась на расстоянии не менее 200 мм над полом и не
менее 300 мм от стен камеры.
По отношению к образцу горелку располагают так, чтобы:
- центральная горизонтальная плоскость ее находилась на рассто-
янии (70 ± 10) мм ниже самой нижней точки образца;
- вертикально расположенная фронтальная поверхность ее находи-
лась на расстоянии около 45 мм от центральной вертикальной плоскос-
ти образна.
Схема присоединения токопроводящих жил образца кабеля к ис-
пытательному оборудованию показана на рис. 1.17.
Перед проведением испытания осуществляют проверку целост-
ности цепи, для чего по всем токопроводящим жилам пропускают
ток от трех- или однофазного трансформатора. Требуемую силу тока
получают путем присоединения к каждой токопроводящей жиле на-
грузочного индикаторного прибора (например, лампы).
Испытания выполняются в соответствии с требованиями ГОСТ Р
МЭК 60331—21—2003. Время воздействия пламени горелки должно
быть установлено в нормативном документе на конкретный кабель.
107
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Рис. 1.17. Схема основных соединений:
1 — трансформатор; 2 — плавкий предохранитель (2Л); 3 — подсоедине
ние к фазе (или 2,1, или L2); 4— поддерживающие кольца; 5 — испытуемая
жила или группа жил; 6 — нагрузочный индикаторный прибор (например,
лампа); 7 — образец; 8— металлический экран (если имеется); £1, L2, L3 —
фазные жилы (L2, L3 — если имеются); N — нейтральная жила (если имеет
ся); РЕ — защитная жила (если имеется)
Если это время не установлено, то продолжительность испытании
устанавливается 90 мин. После окончания испытаний пламя гасят, а
образец оставляют под напряжением еще на 15 мин.
Кабель считается сохранившим работоспособность в течение уста-
новленного времени, если:
- напряжение было приложено в течение всего испытания и за это
время не произошло отключения аппарата защиты (плавкого предо-
хранителя или прерывателя цепи);
- токопроводящая жила не разрушилась, т. е. ни одна из индика
торных ламп не погасла.
1.5.2. Электромонтажная погонажная арматура
Общие сведения и противопожарные требования. В настоящее врс
мя стандартизованного термина «электромонтажная арматура» не
существует, поэтому в технической литературе этот термин встреча
ется для обозначения различных, использующихся в электромонтаж
ных работах, изделий. В данном издании, в соответствии с ГОСТ Р
108
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
53313 [17], используется и его уточненный вариант — «электромон-
тажная погонажная арматура» (ЭПА), под которым понимается вся
номенклатура погонажных изделий (лотки, короба, трубы, электро-
плинтусы и т. п.), предназначенных для прокладки в них кабелей и
изолированных проводов, а также соединительные и ответвительные
коробки. Самым «древним» видом ЭПА были и остаются стальные
трубы. И хотя стальная труба в электропроводках и в наше время не
снимается «с вооружения», этот вид электропроводок, кроме работ-
ников пожарной охраны, никто не любит: проектировщики — за то,
что проекты дорогие; электромонтажники — за то, что при выпол-
нении работ электрики «превращаются» в сантехников (гнуть тру-
бы — очень тяжелая физическая работа); а потребители — за то, что
эстетический вид таких электропроводок оставляет желать много
лучшего.
Сейчас в арсенале электромонтажников появилось большое коли-
чество пластмассовой ЭПА. Однако необходимо учитывать, что этот
вид арматуры входит в перечень продукции, подлежащей обязатель-
ной сертификации на пожарную безопасность.
Требование о возможности использования ЭПА для снижения
распространения горения по электропроводкам заложено в п. 527.1.5
ГОСТ Р 50571.15—97 [14]; «Элементы электропроводки, кроме ка-
белей, которые не удовлетворяют как минимум требованиям со-
ответствующих стандартов по способности противостоять распро-
странению горения, но во всех других отношениях соответствующие
требованиям стандартов, должны быть помещены полностью в обо-
лочку из несгораемых1 материалов...». Такой оболочкой и может слу-
жить ЭПА.
Кроме требования о стойкости ЭПА к распространению горения
при групповой прокладке, которое является основным противо-
1 Для широко используемых ЭПА из полимерных материалов цитируемый пункт
стандарта нуждается в корректировке в части замены термина «несгораемая» (него-
рючая) натсрмин «стойкая к распространению горения», так как негорючие полиме-
ры в настоящее время, по крайней мере для электромонтажных работ, практически
отсутствуют.
109
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
пожарным требованием, в соответствии с ГОСТ Р 53313-2009 для
получения сертификата пожарной безопасности материалы и кон-
структивные элементы ЭПА должны предварительно пройти испы-
тания на теплостойкость, стойкость к воздействию нагретой прово-
локи и стойкость к воспламенению от открытого пламени (горелки
Бунзена).
Испытание на теплостойкость. Используется метод, изложенный н
стандарте МЭК 60695—10—2—1995 [27], основанный на вдавливании
нагретого шарика в испытуемый материал. Метод на русском языке
не публиковался (кроме ГОСТ Р 53313-2009), поэтому для широкого
круга читателей здесь излагается подробно. Образец для исследова-
ния вырезают из готовой продукции (стенки арматуры) так, чтобы его
толщина была не менее 2,5 мм и поверхности были плоскопараллель-
ными. При необходимости требуемая толщина может быть обеспече-
на наложением нескольких образцов друг на друга. Если невозмож-
но подготовить образец из готовой продукции, то можно применить
пластинку из того же материала толщиной не менее 2,5 мм. При этом
образец квадратной формы должен иметь сторону не менее 10 мм, а в
форме диска — диаметр не менее 10 мм.
Перед испытанием в термокамеру на подставке помещают ме-
таллический шарик диаметром 5 мм, закрепленный в специальном
устройстве и в течение 24 ч поддерживают в камере температуру:
125 °C — для элементов ЭПА, удерживающих токопроводящие ча-
сти, а также применяемых в качестве дополнительной или усиленной
изоляции; 75 °C — для наружных частей ЭПА.
Затем испытываемый образец арматуры помешают в термокамеру
на подставку таким образом, чтобы его верхняя поверхность находи
лась в горизонтальном положении, и устанавливают на нее шарик
Устройство осуществляет давление шарика на образец силой 20Н.
Через (60±2) мин шарик снимают, образец вынимают из камеры и
не более чем за 10 с помешают в воду температурой (20±5) °C. После
(6±2) мин охлаждения образец вынимают из воды, протирают от вла
ги и измеряют диаметр отпечатка (вмятины) шарика. Образец счита
ется выдержавшим испытание, если диаметр отпечатка не превышас i
2 мм.
но
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
Испытание материала ЭПА на стойкость к зажиганию нагретой про-
волокой. Метод проведения испытаний — в соответствии с ГОСТ
27483 [28] со следующим дополнением: температура проволочной
петли должна составлять:
• (850±15) °C — для элементов ЭПА, удерживающих кабели и
провода в определенном положении и служащих для их крепления к
корпусу ЭА;
• (960± 15) °C — для элементов ЭПА, непосредственно контакти-
рующих с токопроводящими частями.
В случае, когда участок поверхности ЭПА, наиболее подвержен-
ный воздействию тепловых нагрузок в обычных условиях, не задан,
воздействию раскаленной петли (проволоки) должен подвергаться
наиболее тонкий участок ее стенки, расположенный не ниже 15 мм
от верхнего края образца. Образец считают выдержавшим испытание,
если отсутствует открытое пламя или горение, а свечение образца
продолжается не более 30 с после устранения источника зажигания.
Испытание на стойкость к воспламенению открытым пламенем (от
горелки Бунзена). Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 28779
[29] по методу «FV (ПВ) Пламя. Вертикальный образец», с учетом по-
правок, внесенных Федеральным агентством по техническому регу-
лированию и метрологии от 16.11.2006 г.
По результатам испытаний материал должен соответствовать клас-
су FV (ПВ) 0.
Испытание на стойкость (способность) ЭПА к распространению го-
рения при групповой прокладке. Эти испытания ЭПА с уложенными
в образцы кабельными изделиями проводят по ГОСТ Р 53313-2009
только в том случае, если материалы образцов выдержали предыду-
щие предварительные испытания нагретой проволокой, Бунзенов-
ской горелкой и на теплостойкость. Длина отрезков арматуры, а сле-
довательно, и кабелей (проводов) в образцах принимается равной
(3500±50) мм; количество отрезков в образцах, как правило, 3 шт.,
которые крепятся на лестнице с зазором между ними 20 мм. Для ЭПА,
ширина которой не позволяет разместить три образца на стандартной
(по ГОСТ Р МЭК 60332—3—22—2005) лестнице, испытания прово-
дят на двух образцах; в необходимых случаях (при ширине арматуры
in
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
более 300 мм) испытания могут быть проведены и на одном образце
с обязательным указанием об этом в сертификационном отчете об
испытаниях.
Выбор образцов ЭПА для испытаний осуществляется исходя из
имеющегося типоразмерного ряда:
• для марок изделий, имеющих пять и менее типоразмеров, — на
образцах наибольшего и наименьшего типоразмеров;
• для марок изделий, имеющих от шести до десяти типоразме-
ров, — на образцах трех типоразмеров: наименьшего, среднего и наи-
большего;
• для марок изделий, имеющих более десяти типоразмеров, — на
образцах типоразмеров: наименьшего, пятого по величине, десятого
по величине и т. д. (через пять типоразмеров) и наибольшего.
Перед монтажом отрезков ЭПА на лестнице в них прокладывают
(затягивают) провода и кабели. Прокладка кабельных изделий осу-
ществляется в соответствии с инструкцией, а при отсутствии указа-
ний по укладке — произвольным образом, не связывая провода и ка-
бели в пучки.
Марка кабельных изделий для закладки в ЭПА выбирается в со-
ответствии с монтажными регламентами на арматуру, а при их отсут-
ствии для получения сравнительных (для всех видов арматуры) ре-
зультатов рекомендуется использовать кабель АВВГ 2x2,5.
Количество закладываемых в каждый отрезок арматуры кабелей
(проводов) выбирается из расчета, чтобы суммарная площадь по-
перечного сечения кабельных изделий составляла (15±3) % от пло-
щади поперечного сечения ЭПА.
После монтажа образцов ЭПА на лестнице ее помещают в огне-
вую камеру испытательного стенда по ГОСТ 60 322—3—10—2005.
Порядок проведения исследований устанавливается в соответствии с
ГОСТ Р МЭК60332—3—22—2005, за исключением времени действия
горелки, которое принимается равным 20 мин.
Испытание заканчивается после полного прекращения самостоя-
тельного горения образца.
Образцы ЭПА считаются выдержавшими испытание, если длина
обугленной или поврежденной пламенем (включая прогары) внеш-
112
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
ней поверхности арматуры, измеренная над нижним концом горел-
ки, не превышает 2,5 м.
Если возникают сомнения в точности оценки результата испыта-
ния, например, сложно оценить границы поврежденной пламенем
поверхности образцов, находящихся вблизи отметки 2,5 м, проводят
повторное испытание ЭПА данного типоразмера. Результаты указан-
ного испытания являются окончательными.
При испытании ЭПА одной и той же марки, имеющей несколько
типоразмеров, оценка результатов испытаний проводится следую-
щим образом.
Если при испытании ЭПА двух типоразмеров (наименьшего и
наибольшего) испытания выдерживают образцы обоих типоразме-
ров, ЭПА данной марки следует считать выдержавшей испытания на
стойкость к распространению горения.
Если ЭПА одного из указанных типоразмеров не выдерживает ис-
пытаний, вывод о стойкости неиспытанных образов ЭПА к распро-
странению горения следует делать по результатам испытаний образ-
ца, ближайшего к типоразмеру, не выдержавшему испытаний. Если
ЭПА этого типоразмера выдерживает испытания, образцы остав-
шихся типоразмеров считаются также выдержавшими испытания на
стойкость к распространению горения, если не выдерживают — про-
водятся новые испытания образца ближайшего типоразмера и т. д.
Испытания по определению предела пожаростойкости (огнестой-
кости) коробов. Определение предела пожаростойкости электропро-
водок в коробах проводится только в том случае, если короба эти
выполнены из негорючих и огнестойких материалов (керамика, ми-
неральные плиты и т. п.) и способны в условиях стандартного темпе-
ратурного режима пожара, создаваемого внутри испытательной печи,
выдержать установленное нормами время испытаний. Из-за отсут-
ствия нормативной базы обязательные сертификационные испыта-
ния по определению предела пожаростойкости электропроводок в
коробах пока не предусматриваются.
Вместе с тем, исходя из актуальности проблемы, связанной с не-
обходимостью создания сетей высокой степени надежности элек-
троснабжения объектов (в части обеспечения безопасности людей):
из
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
высотные здания, сооружения для массовых культурных и спортив-
ных мероприятий, медицинские стационары и т. п., было принято
решение в ряде нормативных документов установить для наиболее
ответственных кабельных линий и электропроводок (цепи пита-
ния систем эвакуации, пожаротушения, дымоудаления, аварийного
освещения и т. п.) предел огнестойкости 120—180 мин.
Такой предел огнестойкости могут обеспечить либо некоторые
виды кабелей (например, КМЖ), либо электропроводки в огнестой-
ких коробах. Испытания по определению предела пожаростойкост и
(огнестойкости) такой электропроводки применительно к конкрет-
ному объекту в настоящее время (до разработки норм) выполняются
по методике, утверждаемой в установленном порядке органами по-
жарной охраны. Ниже приводится пример одной из таких методик,
разработанной в институте с участием автора.
Методика распространяется на короба (кабельные каналы) для
прокладки проводов и кабелей и дополняет ГОСТ Р 53313-2009 в
части отбора и подготовки образцов для проведения испытаний, до-
полнительно используемого испытательного оборудования, средств
измерений, порядка проведения и оценки результатов испытаний.
Испытания проводятся на двух образцах коробов, имеющих наи-
большее (но не более (500x500 мм)1 и наименьшее из указанных зая-
вителем поперечных сечений коробов. Образцы коробов не должны
иметь видимых повреждений. Каждый образец для испытаний со-
стоит из двух равных отрезков короба суммарной длиной не менее
2400 мм. Стыковые соединения должны соответствовать технической
документации на их монтаж.
Торцы образца закрывают заглушками из материала, аналогично-
го материалу канала.
В каждом образце прокладывают кабели согласно проектной до-
кументации. Если данная документация отсутствует, то прокладыва-
ются следующие кабели:
- 1 образец АВВГ 4х 10 — 0,66;
- 1 образец АВВГ 2 х 2,5 — 0,66;
1 Указаны внешние размеры короба с учетом выступающих частей.
114
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
- 2 образца АКВВГ 14 х 2,5.
Концы кабелей должны выступать за пределы короба на
(200± 10) мм.
Кабели крепятся металлическими скобами или другим металличе-
ским крепежом в соответствии с указаниями, содержащимися в ре-
гламентах фирмы изготовителя.
С обоих концов кабелей на участке длиной (100±5) мм удаляют
оболочку. На одном из концов кабеля с токопроводящих жил снимают
изоляцию, токопроводящие жилы объединяют параллельно в две рав-
ные группы и подключают к источнику питания. Если кабель имеет
нечетное количество токопроводящих жил, то одна из групп содержит
на одну жилу больше. На другом конце образца токопроводящие жилы
должны быть разведены в стороны для предотвращения короткого за-
мыкания между ними.
Подготовленные образцы выдерживаются перед испытанием при
температуре (23±5) °C не менее 3 ч.
Свободная площадь днища короба равномерно заполняется экви-
валентной нагрузкой, имитирующей массу отсутствующих по срав-
нению с проектной документацией кабелей. Эквивалентная нагрузка
прикладывается в виде металлических прутков. Если в проектной до-
кументации отсутствуют сведения об эквивалентной нагрузке, то ее
массу определяют как разницу между проектной и фактической (при
проведении испытаний) массой кабелей в кабельном канале.
Испытания проводят в огневой печи в соответствии с ГОСТ Р
53310-2009 [30].
Источник питания переменного тока частотой (50±5) Гц присое-
диняется к кабелям через защитное устройство с током срабатывания
не более 0,1 А.
Короб устанавливают в испытательную печь горизонтально таким
образом, чтобы место стыка находилось в середине огневой камеры;
концы короба опирают на стенки печи. Места прохода короба через
стены печи заделывают в соответствии с технической документацией
фирмы производителя.
Образцы кабелей подключают к источнику питания, подают но-
минальное напряжение и включают печь. Тепловой режим в печи
115
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
контролируют и регулируют в соответствии с единой стандартной
температурной кривой по ISO 834 и ГОСТ 30247.0—94 [31]. В про-
цессе испытаний фиксируют время до срабатывания аппарата защи-
ты. Если срабатывание не произошло, то установку отключают по
истечении заданного времени испытания. Это время характеризует
предел пожаростойкости (огнестойкости).
Цифровой показатель в обозначении предела пожаростойкости
(огнестойкости) канала в минутах должен соответствовать одному из
чисел следующего ряда: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360.
При наличии у заказчика типоразмерного ряда поперечных раз-
меров коробов за предел пожаростойкости продукции принимается
наименьшее из значений, полученных при испытаниях.
1.5.3. Огнезащитные кабельные покрытия
Снижение пожарной опасности электропроводок и кабельных ли-
ний (потоков) с использованием кабелей с улучшенными противо-
пожарными свойствами (нг, нг-LS, нг-HF, нг-FR) и не растростра-
няюшей горение арматуры была показана в предыдущих разделах
книги.
Данный раздел посвящен огнезащитным краскам. Использование
огнезащитных кабельных покрытий — ОКП (огнезащитных красок)
для снижения горючести кабельных изделий и тем самым уменьше-
ния способности кабельных линий (потоков) распространять горе-
ние, регламентировано ГОСТ Р 50571.15—97 [14]: кабельные изде-
лия, не удовлетворяющие требованиям норм по нераспространению
горения, должны быть помещены полностью в негорючую оболочку
(кабельную или в арматуру) «или защищены (покрыты, окрашены)
негорючими материалами».
Однако абсолютно негорючих красок на сегодняшний день мало.
Большую часть из них скорее можно отнести по ГОСТ 12.1.044—89
[32] к трудногорючим материалам. По механизму действия огнеза-
щитные краски можно разделить на два больших класса: терморас-
ширяющиеся (вспучивающиеся) и абляционные.
Действие терморасширяющихся покрытий основано на примене-
нии вспучивающихся материалов: неорганических кислот или мате-
иб
1.5. Сертификационные испытании электропроводок на пожарную опасность
риалов, выделяющих кислоту при температурах 100—250 °C; полиги-
дроксильных материалов, богатых углеродом; органических аминов
или амидов; галогенизирующих материалов и других, которые под
действием пламени (или теплового воздействия) способны резко
увеличиваться в объеме (в десятки раз) с образованием твердой труд-
ногорючей пены, имеющей низкую теплопроводность и высокую
устойчивость к воздействию источника зажигания. Такие покрытия
являются наиболее эффективными, поскольку для предотвращения
распространения горения достаточно нанести их на кабель тонким
слоем 0,5—1 мм.
Абляционные краски не вспучиваются, поэтому защитный слой
при их использовании, как правило, толще и составляет 1—5 мм. Ог-
незащитные свойства этого вида ОКП связаны с тем, что покрытия,
обладая высокой адгезией и низким коэффициентом теплопроводно-
сти, сплошным плотным «чулком» покрывают кабель и «не пускают»
кислород в зону горения, препятствуя тем самым распространению
горения вдоль кабельной линии.
По виду используемого растворителя ОКП также подразделяются
на две большие группы: на водной основе и на органическом раство-
рителе. И тот и другой вид покрытия имеют свои достоинства и не-
достатки.
Краски на водной основе легче наносить на кабель: не надо ис-
пользовать средства защиты органов дыхания и отпадает необходи-
мость в вентиляции помещения, в котором ведутся работы. Недо-
статок же заключается в том, что краски, замешанные на воде, даже
после высыхания «боятся» воды, поэтому их можно применять толь-
ко в сухих и влажных помещениях. В сырых помещениях применяют
ОКП с органическими растворителями (толуол, ксилол, сольвент и
др.) со всеми вытекающими трудностями их применения, связанны-
ми с необходимостью защиты людей от поражения токсичными про-
дуктами, а помещение — от взрыва.
ОКП, как уже отмечалось выше, входят в перечень продукции,
подлежащей обязательной сертификации на пожарную безопас-
ность. Однако, как известно, сертификат не определяет область при-
менения продукции, поэтому даже наличие сертификата на ОКП
117
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
не гарантирует абсолютную пожарную безопасность кабельной
линии.
Как показал анализ пожаров и результатов крупномасштабных ис-
пытаний, проведенных в последние годы, в условиях пожара, когда
на кабель действует источник зажигания, мощность которого суще-
ственно превышает мощность стандартизованной испытательной го-
релки [23], слишком тонкий слой ОКП в силу своих механических
свойств не способен при термическом расширении оболочки кабе-
ля обеспечить монолитность огнезащитного слоя. В результате мо-
гут образоваться трещины, через которые будут выделяться горючие
продукты разложения полимера, способствующие распространению
пламени вдоль кабельной линии.
Увеличение толщины ОКП повышает их огнезащитную эффек-
тивность. Вместе с тем, в раде случаев это может вызвать и негатив-
ные явления — перегрев кабеля даже при протекании по токопрово-
дящим жилам допустимого длительного тока нагрузки, поскольку
слой ОКП в определенном смысле является «шубой», нанесенной
на внешнюю оболочку кабеля (провода) и ухудшающей теплоотвод.
Данное обстоятельство учитывается при проведении сертификаци-
онных испытаний ОКП, в процессе которых оценивается степень
влияния этого фактора.
И все же необходимо констатировать, что при правильном выборе
и применении ОКП они являются достаточно надежным средством
снижения пожарной опасности кабельных линий на начальной стадии
пожара. Нанесенное на кабель ОКП предотвращает его возгорание от
различных источников зажигания, в том числе в результате короткого
замыкания, но, если возгорание все же произошло, ОКП существенно
уменьшает скорость распространения горения, а также выделение ток-
сичных и коррозийно-активных веществ.
Нормативным документом, регламентирующим общие техниче-
ские требования и методы испытаний огнезащитных кабельных по-
крытий, применяемых для снижения пожарной опасности кабельных
линий, является ГОСТ Р 53311-2009 [33].
Методы испытаний по оценке огнезащитной эффективности ОКП.
Минимальный объем испытаний и проверок для выдачи сертифика-
118
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
та пожарной безопасности включает: идентификацию; проверку ка-
чества и толщины покрытия; определение коэффициента снижения
допустимого длительного тока нагрузки; определение предела рас-
пространения горения. Для идентификации используется известный
стандартный метод термогравиметрического анализа (ТГА) [34], ко-
торый конкретизирован применительно к средствам огнезащиты со-
ответствующей инструкцией [35].
Протоколы испытаний, составленные по результатам идентифика-
ции, являются «охранной грамотой» для специалистов испытательно-
го центра от возможных подмен со стороны заводов-производителей
красок, представляемых на испытание, от продукции, поступающей
в дальнейшем на объекты.
Контроль толщины и качества огнезащитного слоя покрытия про-
водится при подготовке образцов кабелей с ОКП к испытаниям и при
выполнении контрольных и надзорных функций на кабельных лини-
ях реальных объектов.
Для измерения применяется штангенциркуль с ценой деления не
менее 0,1 мм. Измерение толщины покрытия проводится на образ-
цах, представленных и подготовленных согласно методикам на соот-
ветствующие виды испытания, или на реальных линиях при контроле
за выполнением работ по нанесению ОКП.
Перед нанесением ОКП на экспериментальный образец опреде-
ляют диаметр кабеля штангенциркулем в двух зонах, выбранных слу-
чайным образом и равномерно распределенных по длине образца. В
каждой зоне необходимо проводить измерение в трех точках, равно-
мерно расположенных по окружности образца. За величину диамет-
ра кабеля принимается среднеарифметическое значение результатов
шести измерений.
На кабельной линии реального объекта с нанесенным ОКП внеш-
ний диаметр определяют в пяти случайно выбранных и равномерно
распределенных по длине образцов зонах по три точки измерения в
каждой. Диаметр кабеля определяют по НД на данную марку кабеля.
Толщина ОКП определяется разницей среднеарифметических
значений диаметров кабеля с ОКП (t/,) и без ОКП (tZ2):
• для ОКП, нанесенных на экспериментальный образец:
119
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
6
х = 1/12-^(с/1-(/2),
;=1
где х — среднеарифметическое значение толщины покрытия, мм; —диа-
метр кабеля с ОКП, мм; d2—диаметр кабеля без ОКП, мм.
• ддя ОКП, нанесенных на кабельные линии реальных объектов:
15
х = 1/ЗО-£(^-б/2).
1=1
Полученное при испытаниях среднеарифметическое значение
толщины покрытия не должно отличаться от толщины покрытия,
указанной в ТУ, более чем на 10 %.
Метод определения коэффициента снижения допустимых длитель-
ных токов нагрузки для кабелей, покрытых ОКП, предусматривает
использование следующей аппаратуры:
• прибора для регистрации температур (диапазон измерения от 0
до 300 °C, класс точности не более 0,15);
• термоэлектрических преобразователей (пределы измерения от 0
до 300 °C, диаметр электродов не более 0,5 мм);
• источника электрического тока, позволяющего устанавливать
ток в пределах от 0 до 300 А (погрешность установки и поддержания
режима не более ±1 А);
• измерительного комплекта с трансформатором тока (диапазон
измерения от 0 до 600 А, класс точности не более 0,5).
Отрезок кабеля с сечением алюминиевых токопроводящих жил
не более 25 мм2, длиной (3,1±0,1) м (рис. 1.18) на расстоянии (50±5)
мм от концов очищают от изоляции для подключения к источнику
Т, т, 1“— Т. .ОКП
— 1 1 10
50±5 450±5 250±5 250±5 250+5 250±5 450± 5 50+5
3100±100
Рис. 1.18. Размещение термоэлектрических преобразователей
120
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
электропитания. Жилы кабеля соединяют последовательно. На жилу
закрепляют шесть термопар в точках, указанных на рис. 1.18. На
участке (1 ± 0,1) м, отступив от конца образца (0,2 ± 0,1) м, на кабель
наносят ОКП (в соответствии с НД).
В процессе испытаний, регулируя ток источника питания, опре-
деляют такое значение тока при котором показания прибора, ре-
гистрирующего температуру в точках 1—3, составляют (65 ± 3) °C в
течение 60 мин.
Аналогично определяют значение тока /2, при котором показания
прибора, регистрирующего температуру в точках 4—6, составляют
(65 ± 3) °C в течение 60 мин.
Коэффициент снижения допустимых длительных токов нагрузки
определяют по формуле
К =IJL.
Покрытие считается отвечающим требованиям настоящей мето-
дики, если коэффициент снижения допустимых длительных токов
нагрузки лежит в диапазоне от 0,98 до 1. Другими словами, нормы
допускают снижение тока нагрузки не более чем на 2 %.
Основным показателем, регламентирующим эффективность огне-
защитных составов и их соответствие требованиям ГОСТ Р 53311-2009,
является предел распространения горения кабелей с ОКП.
В соответствии с этим документом огнезащитная эффективность
ОКП должна проверяться на образцах кабелей с наружными оболоч-
ками из трех характерных видов материалов, для которых эти покры-
тия разработаны: поливинилхлорид (код показателя предела распро-
странения горения кабелей по ГОСТ Р 53315-99 — ПРГП 2); резина и
полиэтилен — (ПРГП 4).
Метод определения предела распространения горения по кабелям
с ОКП предполагает воздействие на групповую прокладку заведо-
мо распространяющих горение кабелей, покрытых огнезащитным
составом, пламени газовой горелки мощностью 20,5 кВт в течение
40 мин. Количество кабелей выбирается из расчета, чтобы объем го-
рючей массы составлял не менее 7 л на один погонный метр кабель-
ной линии.
121
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
Экспериментальная установка и подготовка образцов для испыта-
ний — в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60332—3 (части 21, 23) —2005
[23]. Нанесение ОКП на кабели и его сушка осуществляется в соот-
ветствие с ТУ на покрытие.
Огнезащитная эффективность ОКП в части нераспространения
горения считается отвечающей требованиям настоящей методики,
если длина поврежденной пламенем или обугленной части защищен-
ной ОКП кабельной прокладки (предел распространения горения)
не превышает 1,5 м.
Таким образом, суммируя все вышесказанное в данном парагра-
фе, можно считать, что огнезащитные кабельные покрытия отвечают
требованиям ГОСТ Р 53311-2009, если в результате испытаний при
регламентированной в ТУ толщине слоя:
а) длина поврежденной пламенем или обугленной части кабель-
ной прокладки не превышает 1,5 м;
б) коэффициент снижения длительного допустимого тока нагруз-
ки Кдд для кабеля не менее 0,98. Величина Кдд вычисляется по фор-
муле: Кдд = 1 — Д%, где Д% — допустимый процент снижения допу-
стимого длительного тока нагрузки (Д% < 2).
1.5.4. Кабельные проходки
Общие сведения и требования
Кабельная проходка — это изделие или сборная конструкция,
предназначенные для уплотнения мест прохода электрических кабе-
лей (электропроводок) через строительные конструкции и включаю-
щие в себя кабели (провода), заделочные материалы и (или) сборные
элементы и закладную арматуру (трубы, короба, лотки, т.п.).
Кабельные проходки являются важнейшим элементом любой ка-
бельной линии или электропроводки. Их основное назначение, в со-
ответствии с требованиями ст. 59 Технического регламента [72], пре-
пятствовать, в составе противопожарных преград, распространению
пожара по кабелям за пределы очага (в защищаемые помещения).
Там, где выполнению кабельных проходок не уделяется должного
внимания, могут иметь место очень серьезные последствия.
122
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
В апреле 1993 г. в России произошел один из крупнейших (по
ущербу) пожар — на заводе, производящем двигатели для автомобиля
«КАМАЗ». Только прямой ущерб составил более 100 млрд руб.
Расследование показало, что пожар произошел от короткого замы-
кания в одном из кабелей в подпольных кабельных каналах. Пройдя
по кабелям в горизонтальном канале, огонь из-за отсутствия заделок
в перекрытиях этажей по вертикальной шахте вышел в межфермен-
ное пространство, где также было много кабельных линий, а затем —
на крышу (там по ошибке был заложен горючий утеплитель). После
двух часов горения обвалилась крыша, повредив оборудование, ме-
стами разрушились стены, и завод перестал существовать.
В выводах комиссии указывалось, что основной причиной столь
катастрофического развития пожара явилось то, что огонь при сво-
ем движении по кабелям не встречал никаких преград. В первую
очередь, такими преградами должны были выступить кабельные
проходки, но в данных кабельных сооружениях они полностью от-
сутствовали.
Требования к кабельным проходкам (к уплотнению мест прохода
кабелей и проводов через строительные конструкции) подробно из-
ложены в гл. 2.1 ПУЭ [I], СНиП 3.05.06-85 [16] и ГОСТ Р 5057.15-97
[14] и содержат три основных положения:
• заделочный (уплотняющий) материал должен быть негорючим;
• этот материал должен быть легкоразрушаемым (легкоудаляе-
мым);
• предел огнестойкости проходки должен быть не меньше, чем
предел огнестойкости строительной конструкции, в которой он вы-
полнен.
Необходимо отметить, что с принятием в России стандарта [14],
который содержит аутентичный текст перевода международного
стандарта МЭК 364-5-52 (1993), требования куплотнению мест про-
хода электропроводок через стены и междуэтажные перекрытия уве-
личились.
Это, во-первых, касается требования о необходимости установки
на строительных конструкциях не далее чем 750 мм от герметизирую-
щего уплотнения крепежных металлических конструкций, поддер-
123
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
живающих кабели (провода) и «способных выдержать механические
нагрузки, ожидаемые в случае разрушения при пожаре крепежных
деталей кабеля, настолько, чтобы уплотнение не испытывало до-
полнительного напряжения» (если сама конструкция уплотняющего
устройства не обеспечивает ему необходимой прочности).
Во-вторых, проходка (уплотнение) должна выдерживать также
внешние воздействия, что и сама электропроводка, и обеспечивать
защиту:
• от воздействия и проникновения продуктов горения в защищае-
мую зону;
• проникновения воды, как «стекающей вдоль электропроводки
так и собирающейся вокруг уплотнения (если только материалы, ис-
пользуемые для уплотнения, не являются водостойкими)».
Необходимо отметить и еще одно очень важное противопожарное
требование, предъявляемое к кабельным проходкам, которое, к со-
жалению, отсутствует в указанных выше нормативных документах —
коэффициент снижения (поправочный коэффициент) допустимого
длительного тока нагрузки для силовых кабелей в составе кабельной
проходки Кдд должен быть не менее 0,98. Для контрольных кабелей и
кабелей связи этот показатель не нормируется.
Соответствие проходок этому требованию сформулировано в (30]
и проверяется при выполнении сертификационных испытаний.
Таким образом, исходя из перечисленных требований, при прове-
дении сертификационных испытаний экспериментально определя-
ют два показателя:
• коэффициент снижения допустимого длительного тока нагруз-
ки К ;
дд’
• предел огнестойкости проходки.
Определение предела огнестойкости, поскольку эти испытания
трудоемкие и дорогостоящие, проводят только при положительных
результатах испытаний по определению Кдд.
Испытания кабельных проходок на огнестойкость.
Испытания проводят с целью определения предела огнестойко-
сти проходки, который необходим для обоснования правильности ее
124
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
выбора для конкретной строительной конструкции с нормируемым
пределом огнестойкости.
Стендовое оборудование и температурный режим печи в ходе ис-
пытаний — в соответствии с ГОСТ 30247.0-94.
Предусматриваются два вида испытаний образцов проходок:
• проектные испытания — испытания образцов, выполненных по
конкретному проекту, для которых определены размеры, вид заделоч-
ного материала, марки кабелей, способы их прокладки (в трубах, на лот-
ках, в проеме и др.);
• сравнительные испытания (сертификационные испытания) —
испытания новых видов заделочных материалов в образце проходки,
основу конструкции которой составляет железобетонный блок с раз-
мерами в плане не менее 400x400 мм и толщиной в соответствии с
толщиной заделки испытываемого образца проходки.
В проектных образцах должны быть проложены кабели марок,
предусмотренных проектной документацией.
При сравнительных испытаниях образцов с новыми видами заде-
лочных материалов используют:
• один отрезок кабеля силового марки ААШв 3x120-10 (ГОСТ
18410);
• один отрезок кабеля силового марки АВВГ 4x10-1 (ГОСТ 16442)
[44];
• пучок из десяти кабелей контрольных марки АКВВГ 14x2,5
(ГОСТ 1508).
Длина выходящих из проходки кабелей с обеих сторон должна
быть не менее 0,5 м.
При испытании кабельных проходок, не содержащих закладных
деталей, расстояние между силовыми кабелями должно равняться
не менее половины внешнего диаметра большего из них. Расстоя-
ние от силовых кабелей до контрольных должно составлять не менее
50 мм.
Горизонтальные или вертикальные кабельные проходки с сим-
метричной заделкой испытываются по одному образцу. Результаты
испытаний образцов при горизонтальном расположении не распро-
страняются на результаты испытаний при вертикальном расположе-
125
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
нии, и наоборот. Кабельные проходки с асимметричной заделкой ис-
пытываются при обогреве с каждой стороны.
Универсальные кабельные проходки испытывают на двух образ-
цах: один — при горизонтальном, другой — при вертикальном рас-
положениях.
Контроль за температурой нагрева элементов проходки осуществля-
ется с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар).
Для проходок, выполненных в бетонных модулях с закладными
металлическими трубами, коробами и лотками, термопары устанав-
ливают на необогреваемой поверхности заделочных материалов, а
также «в холодной» зоне на стенках труб, коробов и лотков в (5± 1) мм
от материала заделки.
На материале заделки на каждые 500 мм ее периметра устанавли-
вают не менее одного термоэлектрического преобразователя (но не
менее двух на всю заделку).
В процессе испытаний постоянно осуществляют контроль тем-
пературного режима в печи и фиксируют температуры нагрева кон-
структивных элементов образца (лотков, коробов, труб, кабелей,
материала заделки и т.п.). Потерю целостности материала заделки
определяют при помощи ватного тампона (ГОСТ 30247.0), помещен-
ного в металлическую рамку с держателем, который прикладывают к
проходке в местах наметившегося прогара и проникновения пламени
или продуктов горения, и в течение 10 с держат на расстоянии от 20
до 25 мм от поверхности образца.
При испытании кабельных проходок на огнестойкость различаю!
следующие предельные состояния.
Потеря теплоизолирующей способности / вследствие повышения
температуры на необогреваемой поверхности заделочного материала
выше 140 °C.
Потеря целостности материала заделки Ев результате образования
в конструкции заделочного материала сквозных трещин или отвер-
стий, через которые на необогреваемую поверхность проникают про-
дукты горения или пламя.
Достижение критической температуры нагрева материала элемен-
тов изделия в необогреваемой зоне проходки 7', составляющей:
126
1.5. Сертификационные испытания электропроводок на пожарную опасность
а) для материала оболочек кабеля:
из поливинилхлорида...145 °C
из резины..............120 °C
из полиэтилена.........110 °C
б) для материала конструктивных элементов (короба, лотка, трубы):
из металла.............180 °C.
Обозначение предела огнестойкости проходки состоит из услов-
ных обозначений нормируемых предельных состояний и цифры, со-
ответствующей времени достижения одного из этих состояний (пер-
вого по времени) в минутах.
Примеры:
IET — предел огнестойкости 90 мин — по потере теплоизолиру-
ющей способности, целостности материала заделки и достижению
критической температуры нагрева оболочек кабелей (конструктив-
ных элементов) образца, независимо от того, какое из трех предель-
ных состояний наступит ранее.
Полученный по результатам испытаний цифровой показатель в
обозначении предела огнестойкости проходки приводят к ближай-
шей меньшей величине из ряда чисел: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180,
240, 360.
Испытания по определению коэффициента снижения допустимого дли-
тельного тока нагрузки силовых кабелей в составе кабельной проходки
В испытаниях используют: прибор для регистрации температур,
класс точности не более 0,1; термоэлектрический преобразователь
1ипа ТХА (ГОСТ 6616) с термоэлектродами диаметром не более
0,5 мм; регулируемый источник электрического тока, погрешность
установки и поддерживания режима не более 1 А; измеритель силы
тока, класс точности не более 0,5.
Для готовых кабельных проходок образцы поставляются заказчи-
ком на испытания с термоэлектрическими преобразователями, при-
крепленными к жилам кабелей в середине проходки (по толщине
«щелки). Для проходок, изготавливаемых на месте монтажа, термо-
)лек1ричсский преобразователь монтируется внутрь кабелей в про-
цессе подготовки образца к испытаниям.
127
Глава первая. Теоретические аспекты и экспериментальные данные пожарной опасности
электропроводок при аварийных режимах
В ходе испытаний, регулируя ток источника питания, устанавли-
вают нормированное по ПУЭ [1] значение допустимого длительного
тока /0 для конкретной марки кабеля с учетом температуры окружаю-
щей среды, при этом фиксируют температуру токопроводящей жилы
кабеля. Если температура не превысила нормированную величину
для этой марки кабеля, коэффициент снижения допустимого дли-
тельного тока нагрузки принимается равным единице. Если темпера-
тура превысила величину для этой марки кабеля, то определяют ток
при котором температура жилы будет равна нормированной с по-
грешностью ± 1 °C.
Коэффициент снижения допустимого длительного тока определя-
ют по формуле
К = 4/4,
д,д 1'0’
где 10 — нормированное значение допустимого длительного тока для дан-
ной марки и сечения кабеля (провода); — значение тока, при котором в
установившемся режиме нагрева температура токопроводящих жил кабеля
(провода) соответствует нормированному значению.
Проходка считается выдержавшей сертификационные испытания
на пожарную безопасность, если имеет Кдд > 0,98, а предел ее огне-
стойкости не ниже предела огнестойкости, указанного в технических
условиях на данное изделие.
Результаты испытаний проходок с трубной прокладкой кабелей
могут быть использованы для проходок с трубами большего диамет-
ра, если внутренние диаметры труб отличаются не более чем в 1,5
раза.
Результаты испытаний проходок с трубами большего диаметра не
могут быть использованы для оценки предела огнестойкости прохо-
док с трубами меньшего диаметра.
128
ГЛАВА ВТОРАЯ
Пожарная опасность частиц металлов, образующихся при корот-
ком замыкании в электропроводках
2.1. Общие сведения
Аварийные режимы в электропроводках, как уже отмечалось в
гл. 1, представляют опасность не только с точки зрения возможности
зажигания собственной изоляции проводов и кабелей, но также и за
счет выброса из зоны замыкания частиц металлов, которые, разлета-
ясь на значительные расстояния, могут явиться причиной загораний,
пожаров и взрывов.
Из проводниковых материалов в целом по стране в бывшем СССР
в электропроводках и ВЛ преимущественно (до 97 %) применялся
алюминий. Да и сейчас большая часть этих электропроводок и ВЛ
находится в эксплуатации. Перемены коснулись только жилого сек-
тора, где в домах, построенных после 2000-го года, начали проклады-
вать медь. На всех других объектах кабельная продукция с алюминие-
выми токопроводящими жилами, в силу относительной дешевизны,
продолжает широко использоваться.
Этот небольшой «исторический» экскурс понадобился для того,
чтобы еще раз подчеркнуть актуальность проблемы, связанной с
оценкой и обеспечением пожарной безопасности коротких замыка-
ний в проводах с алюминиевыми жилами, так как образующиеся при
КЗ в алюминиевых проводах частицы значительно опаснее медных
частиц, образовавшихся в аналогичных условиях. Один грамм алю-
миния при сгорании выделяет 32,2 кДж теплоты, что в 11 раз больше,
чем при сгорании 1 г меди [36]. Кроме того, следует отметить, что медь
при атмосферном давлении даже при высоких температурах не горит
129
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
в воздухе, поэтому и пожарная опасность этих частиц значительно
ниже. В связи с изложенным в настоящей главе преимущественно
рассматривается зажигательная способность частиц алюминия.
Наиболее полное изучение пожарной опасности частиц алюми-
ния, образующихся при КЗ в электропроводках, возможно в следую-
щих направлениях:
• исследование условий возникновения и теплофизических пара-
метров частиц как источников зажигания;
• исследование динамики движения и изменения теплофизичес
ких параметров частиц, вылетевших из зоны замыкания, на пути их
движения к горючему материалу;
• исследование взаимодействия частиц с горючим материалом и
определение критических условий зажигания горючего материала
частицей;
• разработка нормативов, регламентирующих пожарную безопас
ность электропроводок в части образования в них при аварийных ре
жимах частиц металла.
Воспламенение и горение частиц. Анализ имеющихся литературных
источников показывает, что в основном [37] изучалось воспламене
ние мелкодисперсных частиц алюминия диаметром не более 200 мк и
высокотемпературном газовом потоке.
Из теоретических исследований можно отметить работы Б. И. Хай
кина, В. И. Блошенко, А. Г. Мержанова, в которых сформулировано
условие воспламенения мелких частиц как функции скорости тепло
выделения за счет реакции окисления и скорости теплоотвода от час
тицы в окружающий ее газ.
Модели горения частиц алюминия, предложенные различными
авторами, также трактуются весьма неоднозначно. Выделяются три
основные модели горения: «пузырьковая» [36], «парофазная» и мо
дель, в которой образование конденсированной окиси происходи,
как в газе вокруг частицы, так и на ее поверхности за счет проникно
вения к ней окислителя. Но необходимо констатировать, что ни од, и
из рассматриваемых теорий воспламенения и горения частиц алю
миния не может быть использована для теоретического и эксперп
ментального исследований физической модели воспламенения сран-
130
2.1. Общие сведения
пительно крупной частицы алюминия с выбросом ее из зоны КЗ и
самостоятельным горением в среде воздуха при свободном падении.
Данных об исследовании частиц металлов, образующихся при
КЗ, — об их температуре, размерах, начальных скоростях вылета, ди-
намике полета и о других параметрах — в технической литературе не
встречается.
Тепловая энергия, температура и время горения частиц. Тепловая
энергия частицы является одним из основных критериев ее пожар-
ной опасности. Запас тепловой энергии частицы Q (Дж) приближен-
но может быть определен из выражения
Q = Ст(Т — То) +q'm ,
|де С — удельная теплоемкость, Дж/(кг-°С); m — масса частицы, кг;
Т — температура частицы, ’С; То — температура окружающей среды, °C;
г/'— удельная теплота фазового превращения, Дж/кг.
Как было показано выше, температура частицы на стадии вос-
пламенения, найденная из совместного решения уравнений тепло-
вого баланса и кинетического закона окисления, является сложной
функцией размера и показателя скорости окисления. При воспла-
менении частицы алюминия происходят срыв теплового равновесия
и самоускоренный рост ее температуры с интенсивным выделением
тепловой энергии. Так как удельная теплоемкость алюминия зависит
от температуры нагрева и в справочной литературе ее значения даны
юлько при температуре не более 900 °C, то расчетным пугем опре-
делить теплосодержание частицы алюминия как функции време-
ни — задача чрезвычайно трудная. При измерении температуры зоны
горения частиц алюминия в различных средах различными исследо-
вателями были определены следующие ее значения: Гросс и Конвей
3300—3800 К; Похил, Барлас [36] — 3600—3850 К, т. е. эксперименты
показали, что эта температура близка к температуре кипения А12О3
(3800 К). Однако условия, в которых определялись эти температуры
(среда — чистый кислород, горение на подложке), не соответствуют
реальным условиям возникновения КЗ в электропроводках.
131
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Время горения частиц алюминия и его зависимость от разлит
ных факторов являются очень важными параметрами с точки зрения
оценки их пожарной опасности. Вопросу определения времени горе
ния частиц металлов посвящены работы [36, 38].
В случае горения сферических алюминиевых частиц в составе кон
денсированных систем, где основными кислородсодержащими реаген
тами являются Н2О и СО2, время горения практически не зависит oi
температуры (T > 2300 К) и давления (Р > 25,25-105 Па), но сильно изме-
няется с изменением диаметра частиц d и активности среды ак [4,8]:
Расчет по данной формуле, если принять экспериментальное
значение Л=0,67, показывает, что для сферического алюминия
(J = 15-г20 мк) средняя скорость выгорания по радиусу составляс-i
(5ч-10)-10-3 м/с.
Но приведенные результаты анализируемых работ, как и исследо
вания Фридмана и Мачека [37] по горению частиц в пламени плос-
кой горелки, не позволяют оценить реальную длительность горения
сравнительно крупных частиц алюминия на воздухе, как это имей
место при КЗ в электросетях.
Вопрос о зажигании реагирующих веществ различными телами
является одним из малоизученных, поэтому остановимся на нем не-
сколько подробнее.
Анализ нестационарного теплообмена, имеющего место при за-
жигании реагирующих веществ частицами, показывает, что процесс
зажигания можно разделить на две стадии. На первой стадии peareiri
ведет себя как инертное тело, т. е. нагрев его ведется практически толь
ко за счет теплоты, выделяемой источником (идет создание прогрето! о
слоя). На второй стадии превалирующую роль играет протекание хи
мической реакции в слое реагента, тепловое самоускорение которой
и приводит к его зажиганию. Обычно длительность второй стадии на-
много меньше общего времени задержки зажигания.
Я. Б. Зельдович [39] разработал теорию локального зажигания го
рючих газовоздушных смесей от искровых разрядов, согласно кото
132
2.1. Общие сведения
рой искровой разряд способен поджечь такую смесь при следующем
условии:
d=4<26,
Hied — диаметр критического объема горючей смеси, нагреваемой разрядом
/к» температуры воспламенения; 6 — ширина зоны горения.
Авторы [40] изучали сопряженный теплообмен между нагреты-
ми инертными телами и реагирующей средой. Предполагается, что
нагретая частица сферической формы, выполненная из материала
с конечной теплопроводностью, внезапно (мгновенно) попадает в
пространство, заполненное реагирующей смесью. Задача сводит-
ся к решению уравнений теплопроводности для частицы и реаген-
ia, а также уравнения химической кинетики с соответствующими
начальными и граничными условиями. Задача решалась численно
шерационно-интерполяционным методом.
В результате решения получены поля температур частицы и реа-
1снта для различных моментов времени. Установлено, что возможны
дна режима воспламенения. Первый режим реализуется тогда, когда
радиус частицы близок к критическому. В этом случае температура
на поверхности частицы сначала убывает вследствие теплоотдачи
н смесь, а затем возрастает за счет теплоты реакции реагента. Если
радиус частицы значительно больше критического, то в этом случае
имеет место другой режим воспламенения, при котором температура
на поверхности частицы сразу начинает возрастать за счет теплоты
реакции. В работе приведена интерполяционная формула для опре-
деления критического радиуса частицы, при которой еще происходит
носпламенение смеси.
Обзор работ показал, что в настоящее время существуют следую-
щие три теории воспламенения твердых реагирующих веществ: газо-
фазная, твердофазная (тепловая) и гетерогенная.
В рамках газофазной теории [37] предполагается, что компо-
нентные топлива разлагаются в результате термического процесса,
и затем взаимодействуют в интенсивной экзотермической реакции,
проходящей в газовой фазе. Считается, что реакция, лимитирующая
133
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
скорость процесса, происходит в газовой фазе вблизи поверхносн!
топлива.
Твердофазная теория предполагает, что процесс воспламенения
полностью определяется тепловыделением в неразрушающемся реа-
гирующем твердом топливе.
В рамках гетерогенной теории зажигания предполагается, что
определяющими являются гетерогенные реакции между газообраз
ным окислителем и твердым горючим [40, 41].
Каждая из рассмотренных выше теорий является в некотором смыс
ле предельной. Существование трех теорий зажигания объясняется
различными химическими и теплофизическими свойствами изучае-
мых твердых веществ.
В работе по определению воспламеняющей способности ча-
стиц металлов, возникающих при КЗ, наибольшее внимание уде
лялось поиску параметров, даюших количественную оценку этому
явлению при прямом воздействии частиц на горючее вещество [10,
42]. Прикладным направлением этих работ являлось создание мс
тодики по определению причастности к пожарам частиц металлов
при КЗ.
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических
параметров частиц металлов при КЗ
Дисперсность частиц. Многочисленными исследованиями было
установлено, что причиной образования частиц металлов является
электрический взрыв жидкой перемычки проводниковых материв
лов, возникающий в зоне КЗ [43].
Условием взрыва перемычки является равенство
Q =Q
*^исп
где Qn — количество теплоты, выделившейся в перемычке за время КЗ, Дж,
0ИСП — количество теплоты, необходимой для испарения перемычки.
По данным [44]:
134
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
о = Z2/-
,2 К К
। де /к — ток короткого замыкания, А; р — удельное сопротивление жидкого
металла, Омм; /к — длина перемычки в момент взрыва, м; тк — длительность
тока КЗ, с; d3i — диаметр электрода, м.
Диаметр перемычки d, характерный для взрывного процесса, вы-
ражается формулой [45]
\ nJ
I де J — плотность тока в начале взрывного процесса.
Обычно [46] J = (1-н5) 107 А/см2, тогда
nd2 1
бисп =—to>
где qn — удельная теплота фазового превращения металла, Дж/кг; у — плот-
ность расплавленного металла, кг-м-3.
Из условия взрыва перемычки [46] необходимая длительность КЗ
составляет
т _ пдпу(12м
Близость значений тк, полученных расчетом и экспериментом,
подтверждает правильность механизма разбрызгивания металла пу-
1см электрического взрыва [44]. Взрывообразнос разрушение пере-
мычки приводит к образованию ударной волны, разбрызгивающей
жидкий металл, после чего возникающий дуговой разряд с темпера-
турой в зоне канала дуги около (3000—6000) К вызывает газодина-
мический удар, который и сообщает ускорение частицам металла.
Масса выброшенных частиц пропорциональна интегралу тока КЗ
\ldr. Возникающие при испарении жидкой перемычки упругие силы
135
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
паров металла создают дополнительную силу отталкивания электро
дов, при этом температура точек, замкнувшихся в режиме КЗ прово
дников, может увеличиваться от окружающей температуры до темпе
ратуры кипения материала электрода в зависимости от значения тока
КЗ и его длительности.
Так как начальная температура, размеры, скорость вылета, степень
распределения по диаметрам и вероятность появления конкретных
частиц в спектре играют важную роль в разработке количественной
оценки пожарной опасности частиц алюминия, то одной из задач ис-
следования и является определение этих параметров непосредствен-
но в зоне КЗ.
Для выполнения всего комплекса экспериментальных исследова-
ний во ВНИИПО МВД СССР была разработана лабораторная уста-
новка, которая позволяла осуществлять:
• КЗ на постоянном и переменном токах;
• сбор частиц;
• постоянную скорость сближения проводников (принятую рав-
ной 2,4-10-3 м/с);
• регулирование величины токов КЗ;
• осциллографирование тока и напряжения на постоянном и пе-
ременном токах и мощности на переменном токе;
• синхронизацию включения и выключения осциллографов с
моментом замыкания и размыкания электродов;
• дистанционное управление моментом КЗ и полную автомати-
зацию экспериментальных исследований.
Для определения размеров, образующихся при КЗ частиц, в уста-
новке использовался вращающийся цилиндр, в котором непосред-
ственно и проводилось замыкание проводов.
Внутренняя полость цилиндра изготовлена таким образом, что при
вращении цилиндра происходит вытеснение залитого в него спирта с
образованием тонкого слоя (не менее 5 мм) на его боковой поверх-
ности и на дне. Частота вращения электродвигателя имеет плавную
регулировку и составляет около 200 об/мин. Внутренняя полость ци-
линдра продувается аргоном, который предотвращает горение частиц
и спирта при КЗ.
136
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
После КЗ образовавшиеся частицы металла попадают непосред-
ственно в жидкую фазу (спирт), которая смягчает их удар о стенку,
предотвращает сплющивание, разбрызгивание и быстро охлаждает.
Количеством частиц, вылетающих в верхнее незакрытое отверстие
цилиндра, как показала экспериментальная проверка, можно пре-
небречь, так как в каждом опыте теряется не более 3—4 частиц, что
составляет менее 0,5 % их общего количества.
Замыкание проводников осуществляется с помощью приводно-
го механизма с использованием захватов, приспособленных для
крепления проводов (электродов). Один из проводов (нижний) не-
подвижен, а второй перемещается в вертикальном направлении до
соприкосновения с нижним. Питание на электроды подается от ис-
точников пос-тоянного тока (преобразователь ВКСМ-1000) и пере-
менного тока (силовой трансформатор ТМ-320/6/04). Электрическая
схема автоматизированного управления установкой подробно описа-
на в [10] и здесь не приводится.
Методикой предусматривалось проведение КЗ между установочны-
ми проводами марок ПВ сечений 1 и 1,5 мм2 или марок АПВ сечений
2,5; 4 и 6 мм2. В ходе опытов определялись потеря массы электродов
Д(7 . масса частиц ДС и масса испарившейся части электродов Д(7 •
ЭЛJ ч псп
ДС = G, -G- AG = AG -AG ,
ЭЛ 1 1 ’ ИСП MI ч ’
I де — масса электродов до КЗ; С/ — масса электродов после КЗ.
Относительная потеря массы рассчитывалась по формулам:
ДС ДС
4 и -_исп
Д(7 дс
эл эл
Экспериментальные КЗ для данного сечения и материала токо-
проводящей жилы проводились сериями по десять опытов в каждой
для четырех установившихся значений токов КЗ.
Определение дисперсности алюминиевых и медных частиц вы-
полнялось методом ситового анализа (использовался набор из девяти
сит с размером ячеек от 50 до 3000 мк).
137
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Дисперсный состав частиц выражается дифференциальной крн
вой массового распределения q(D), которая определяет массовую
долю частиц с диаметрами D; D + q(D)\
d(q)=q(D)d(p} при j<?(£>) t/(£>) = 1.
о
При обработке результатов по измерению частиц удобно также
применять интегральные кривые распределения, показывающие, кв
кая доля частиц по массе обладает диаметром, большим или мен в
шим данной величины D.
Энергия W\ выделившаяся в зоне КЗ, вычислялась по осцилло
граммам путем интегрирования мгновенных значений токов и на
пряжений:
W - J uidr,
о
где и — мгновенное значение напряжения; i— мгновенное значениетока; т
время КЗ.
Изучение алюминиевых и медных частиц, образовавшихся в зоне
КЗ, показывает, что они обладают значительной полидисперсносп.ю
(от нескольких мкм до 3 мм, рис. 2.1).
Поэтому недостаточно характеризовать размеры частиц «сред
ним» диаметром, а необходимо дать распределение их размеров (дна
метров) в зависимости от электрических параметров сети.
Из табл. 2.1, полученной на основании экспериментальных иг
следований, видно, что относительная масса частиц практически не
зависит от сечения и материала проводников, напряжения (в предс
лах до 1000 В), рода и силы тока (косвенная оценка через напряжс
ние и сопротивление проводов) и составляет 81—86 % массы всею
«вырванного» из электродов металла. Пары и оксиды составляю!
14—19 %. Эти данные согласуются с исследованиями явлений в с в. i
рочных процессах [43], где на долю паров и оксидов приходится /к»
10 %, а в некоторых случаях — до 20—25 % массы выплавленною
электрода.
138
2,2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Рис, 2.1. Вид частиц, образовавшихся при коротком замыкании проводов с
юкопроводящими жилами: а — медной; б — алюминиевой
139
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Таблица 2.1
_ ДО
Зависимость отношения ДО =——2- от рода и значения тока,
материала и сечения токопроводящих жил
Род тока Напряжение источника питания, в Отношение AG при сечении жилы, мм2
алюминиевой медной
2,5 4 6 1,5 2,5
Постоянный 80 0,84 0,84 0,86 0,85 0,85
Переменный 220 0,85 0,85 0,85 0,84 0,84
Примечания:
1. Каждое значение величины Д(7 = —— есть среднее арифметическое значение и ।
Дб^
пяти экспериментов.
2. Масса металла, вырванного из электродов, состоит из следующих составляющих:
ДО =ДО +ДС 4-ДС ,
ЭЛ ч ок исл ’
где Дбок — масса оксидов.
Ниже для различных значений диаметров частиц приведены дан-
ные об их количественном соотношении, полученные методом сито-
вого анализа и подсчета количества частиц в каждой фракции:
Средний диаметр, мк 2050 1200 815 490 250 180 130 80 25
Среднее количество
частиц, шт.
1 7 36 162 436 291 671 315 1
Среднестатистическое число частиц, образующихся при КЗ, со-
ставляет 1640 шт.
Приведенный метод подсчета количества частиц, естественно, нс
совсем точен, поскольку их форма отличается от сферы.
По результатам ситового анализа, выполненного после большого
количества экспериментов, построены усредненные интегральные
кривые распределения размеров алюминиевых и медных частиц для
различных значений плотностей тока в сети 80 В постоянного тока,
220 и 380 В — переменного тока, по которым на рис. 2.2 и 2.3 построе-
ны дифференциальные функции распределения.
140
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Анализ дифференциальных функций распределения размеров
частиц, выделившихся в зоне КЗ медных и алюминиевых проводни-
ков, показал, что функция распределения диаметров практически
не зависит от плотности тока КЗ. Максимум функций распределе-
ния алюминиевых частиц (кривые 2 и 3 на рис. 2.3) при КЗ в сети на-
пряжением соответственно 220 и 380 В переменного тока несколько
смещается влево по отношению к аналогичной кривой 1 в сети 80 В
постоянного тока, что свидетельствует о росте доли мелких частиц с
увеличением напряжения источника питания.
Для исследования зависимости дисперсности частиц от выделив-
шейся в зоне КЗ энергии были сгруппированы данные, полученные
в опытах с различными диапазонами энергий. Диапазоны определя-
лись как (У ± 0,1 Жр, где — среднее значение энергии диапазона.
Рис. 2.2. Дифференциальные функ-
ции распределения размеров частиц,
образующихся в зоне КЗ проводов с
медными жилами:
Рис. 2.3. Дифференциальные функ-
ции распределения размеров частиц,
образующихся в зоне КЗ проводов с
алюминиевыми токопроводящими
жилами:
/ — U= 80 В постоянного тока; 2 — U= 220 В переменного тока;
3— U = 380 В переменного тока;
4 — теоретическая кривая для U = 380 В переменного тока
141
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Исследования показали, что характер функций распределения (дне
персный состав) алюминиевых и медных частиц не зависит в иссле
дованных диапазонах от выделившейся энергии в зоне КЗ.
Показанные на рис. 2.2, 2.3 функции распределения частиц при
КЗ в цепях 220, 380 В переменного тока и 80 В постоянного тока ян
ляются усредненными кривыми для всех диапазонов энергий.
Для математического описания кривых, представленных на рис. 2.2,
2.3, было исследовано несколько аппроксимирующих функций. Анн
лиз литературы по этому вопросу показал, что в момент вылета из зоны
КЗ частицы металла находятся в расплавленном состоянии, поэтому
естественно было предположить, что последующий газодинамическим
удар будет воздействовать на расплавленную перемычку так же, как
воздействует скоростной поток на струю жидкости.
В связи с этим предположением была использована функция рас
пределения по размерам частиц, образующихся при дроблении жид
кости скоростным потоком газа, анализ которой дан в работе [48]:
f (х) = ахр exp(-Zxr?) (2.1)
Найдем связь между параметрами функции (2.1). Размер частиц,
число которых в распределении максимально хтах, может быть нап
ден из условия
^/(Хтах) = о (2.2)
dx
. ,._(РХтах)
q
откуда хтах
р
bq)
Параметр а находится по известному значению функции в макси
мальной точке:
а_ /UnaJ
ехР (“Ках)'
(2.3)
Путем подбора параметров р, q на ЭВМ найдены коэффициеп
ты а, b по формулам (2.2), (2.3), значения которых приведены на
рис. 2.2, 2.3.
142
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
На рис. 2.3 показаны эксперимен-
тальная кривая 1 и аппроксимирую-
щая ее кривая (пунктир). Максималь-
ное отклонение теоретической кривой
но оси ординат не превышает 5 %, что
лишний раз подтверждает гипотезу
о дроблении расплавленной жидкой
перемычки в зоне КЗ волной газоди-
намического удара.
Экспериментальная кривая вероят-
ности появления частиц алюминия в
Рис. 2.4. Зависимость веро-
ятности появления частиц
от их диаметра
функции распределения размеров по-
казана на рис. 2.4.
Температура нагрева. Температура частиц является одной из основ-
ных характеристик их пожарной опасности. Для возможностей
моделирования требуется доказать равенство температур нагрева
частиц, образующихся в реальных условиях в зоне КЗ, и частиц, вос-
пламеняемых на моделирующей установке в специальном индук-
торе.
Сложность измерения температур частиц, образующихся в зоне
КЗ, заключается в том, что эти частицы движутся. В этих условиях
единственно возможным методом, обладающим достаточной точно-
стью и достоверностью измерения температуры, является метод фо-
топирометрии, теоретические основы которого достаточно подробно
изложены в [48]. Съемка падающей частицы осуществляется с по-
мощью фоторегистратора, в котором вращается непрерывная плен-
ка. На пленку последовательно снимаются треки падающих частиц и
эталонных источников света (ЭИС).
Учитываются следующие обязательные требования к условиям
съемки:
• исследуемая частица должна падать вертикально в плоскости,
параллельной плоскости объектива фотокамеры;
• размеры частиц и тела накала ЭИС должны быть одинаковые,
фотографирование тела накала ЭИС и частицы должно производить-
ся на одном отрезке фотопленки методом наложения;
143
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
• съемка обоих процессов должна производиться в затемненном
помещении, так как внешнее освещение дважды накладывает па
пленку фон, который при фотометрировании вносит определенные
искажения;
• фотографирование частиц и ЭИС должно производиться при
равных расстояниях до объектов, одинаковых диафрагмах и времени
экспозиции;
• съемка должна производиться со светофильтром, имеющим
узкую полосу пропускания;
• при обработке фотоматериалов необходимо строго стабилизи
ровать температуру растворов и время проявления пленки;
• движение фотопленки должно быть равномерным и должно
осуществляться с определенной скоростью.
Поскольку частица движется не
Рис. 2.5. Микрофотограмма на-
грева частиц при КЗ.
В левой части — эталонные тре-
ки при различных температурах;
в правой части — трек частицы,
измеренный в различных точках
равномерно, ее трек на большой
длине имеет вид кривой, угол накло
на которой а постоянно изменяется
При увеличении частоты вращения
пленки угол а стремится к 90°, но
при этом уменьшается исследус
мый участок полета частицы. Оптн
мальным для анализа является угол
а =204-40°, которому соответствую!
скорость движения пленки 0,5 м/с и
время экспозиции 1 с.
На рис. 2.5 представлена типич
ная микрофотограмма, в левой час
ти которой показаны плотности но
чернения пленки (треки) от ЭИС в
относительных единицах, фиксиро
ванных яркостных температур лам
пы (значения их даны на графике), а
в правой части точки 1, 2, 3 соотвсч
ствуют частице на разных участках
ее полета.
144
2 2 Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Рис. 2.6. Зависимость относи-
тельной плотности почерне-
ния пленки от температуры:
о — градуированные точки;
• — яркостная температура
частиц во время полета, изме-
ренная в различных точках
На рис. 2.6 дана кривая плотности почернения эталонных треков
п-АТ) и показаны температуры частицы в соответствии с микрофо-
гограммой на рис. 2.5.
При строгом сравнении плотностей почернения треков лампы и
частицы необходимо вводить соответствующую поправку, вызванную
гем, что за одинаковый промежуток времени изображение эталонно-
го образца экспонируется на пленку на более протяженном криволи-
нейном участке.
Значение этой поправки определяется из выражения
D = Dl+vnt^(p(scca -1),
I де D — действительная плотность трека частицы; — измеренная плот-
ность трека частицы; вп — скорость пленки; а — угол наклона следа частицы
и данной точке к направлению движения пленки; tg<p — стандартная харак-
шристика пленки.
Значение tg<p определяется экспериментально путем снятия за-
висимости D = f (ип) при постоянном токе (температуре) эталонной
лампы [угол <р определяет наклон кривой D =f (vn) к оси nJ.
В работе [10] было произведено 74 измерения плотности различ-
ных треков частиц, часть из них включала повторные измерения од-
них и тех же треков, но в разных участках кривой. Эти обобщенные
данные распределены по группам с интервалом 100 °C и приведены
ниже.
145
Глава вторая Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Интервал температур, °C
Количество данных в интервале
Доля от общего числа данных
Интервал температур, °C
Количество данных в интервале
Доля от общего числа данных
Рис. 2.7. Вероятность распреде-
ления температур
2000-2100 2100-2200 2200-2300
2 3 15
0,058 0,088 0,441
2300-2400 2400-2500 2500-2600
9 4 3
0,205 0,117 0,088
Следует отметить, что здесь при
ведены истинные температуры горя
щих частиц, для получения которых
на измеренные при фотометр ирона
нии яркостные температуры частиц
и эталонных ламп вводилась поправ
ка на величину спектрального коэф
фициента излучения е, зависящею
от температуры тела и длины волны
Л излучения (для горящего алюмп
ния Л =0,65 мк, с = 0,4) [49]. По этим
данным на рис. 2.7 построена кривая
2относительного распределения тем
ператур горящих алюминиевых частиц, характер которой показыва
ет, что наибольшая доля измеренных температур лежит в интервале
от 2200 до 2300 °C, а весь диапазон температур колеблется от 2000 до
2600 °C. Такой разброс можно объяснить несколькими причинами -
регистрацией процесса на разных стадиях горения частицы, разд и ч
ным диаметром частиц (от 0,5 до 2,5 мм) и разными скоростями их
движения. В целом точность такого метода оценивается в 15 % [421.
Полученная экспериментальная кривая 2 относительного распре
деления температур частиц алюминия математически аппроксимн
руется кривой логарифмически нормального распределения 1 вида
(1пх-а)‘
у12пах
с коэффициентами с = 115; а= 7,73; о = 0,044.
146
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Определение температуры частицы на модели. Моделирование го-
рящей в полете частицы, аналогичной тем, которые образуются при
КЗ, осуществлялось на стенде-имитаторе (рис. 2.8). Алюминиевая ча-
стица заданного диаметра «взвешивается» в электромагнитном поле
Рис. 2.8. Установка для определения теплофизических параметров частиц
металлов:
/ — дренажный вентиль; 2 — электромагнит заслонки отсечки дренажа ЭМ-1;
1 — регулятор расхода воздуха; 4 — воздушная заслонка регулятора расхода возду-
ха; 5 — электромагнит заслонки регулятора расхода воздуха ЭМ-2; 6 — редуктор,
7 — электродвигатель; 8 — плазмотрон; 9 — высокочастотный индуктор; 10 — ро-
гиметр; 11 — вентиль; 12 — баллон с аргоном; 13 — датчик воспламенения части-
цы металла; 14 — датчик погасания частицы металла; 15 — электромагнит заслонки
калориметра ЭМ-3; 16 — высокочастотная установка ВЧИ-4-10; 17 — калориметр;
18 — усилитель И-37; 19 — самописец Н-37; 20 — аэродинамическая трубка;
21 — источник постоянного тока; 22 — электропневмоклапан ЭМ-4; 23— воздуш-
ная заслонка отсечки дренажа; 24 — микроманометр; 25 — трубка с диафрагмой;
2(> — цветовой пирометр; 27 — блок электроники; 28 — ресивер; 29 — воздушный
компрессор; 30 — регистратор температуры
147
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
индуктора и зажигается при помощи плазмотрона. Затем она обду-
вается воздушными потоками различной скорости и таким образом
имитируется ее падение с определенной высоты.
В задачу исследований входит определение температур горения
этих частиц на различных этапах их движения в зависимости от их
диаметра (1,5; 2; 2,5; 3 мм) и высоты падения (скорости обдува — 2,
4, 6, 8 м/с).
Стенд состоит из четырех основных частей, работа которых кон
тролирустся автоматической схемой управления:
• узла взвешивания частицы в электромагнитном поле;
• узла перегрева и воспламенения частицы плазмотроном;
• аэродинамического стенда;
• калориметрического узла.
Решение о включении описания стенда во вторую редакцию книги
было продиктовано теми соображениями, что, по имеющимся в ин-
ституте данным, аналогичных исследований ни у нас в стране, ни за
рубежом, с момента выхода первой редакции книги, нс проводилось
и они (исследования) продолжают оставаться оригинальными.
Используемые при выполнении исследований виды и марки при-
боров, естественно, за прошедшее время могли быть усовершенство
ваны и здесь они приводятся в качестве «ориентиров» для тех иссле-
дователей, которые решили сказать свое слово в этом весьма трудном
и интересном направлении исследований.
В узел взвешивания частицы входят высокочастотный медный ин-
дуктор с последовательным «обратным витком» и питающая его вы-
сокочастотная установка типа ВЧИ-4-10. В индукторе один виток
находится под висящим металлом, а другой, с магнитным полем об-
ратного направления, расположен над ним. В результате суммарного
взаимодействия гравитационных и электромагнитных сил жидкая
капля металла удерживается в состоянии равновесия без соприкос-
новения с индуктором.
Узел перегрева и воспламенения частицы состоит из плазмотрона,
источника постоянного тока, питающего плазмотрон, системы по-
дачи аргона и охлаждающей воды и осциллятора для зажигания дуги.
Напряжение источника ВС-500 подастся на катод и анод плазмотро-
148
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
на. Аргон, проходя через зону дугового разряда, ионизируется и на-
девается. Находясь в состоянии плазмы (Т = 6000 К), нагретый газ
(факел) направляется на висящую в индукторе сферическую частицу
металла и зажигает ее.
Аэродинамический стенд служит для моделирования падения горя-
щих частиц с различных высот. Обдув частицы воздухом в индукторе
осуществляется с помощью трубки, соединенной через электромаг-
нитный клапан и микроманометре ресивером компрессора. Скорость
потока устанавливается равной теоретической скорости свободно-
го падения частицы, что обеспечивается системой автоматического
управления электромагнитами и электродвигателем.
Калориметрический узел состоит из калориметра, помещенного в
водяной термостат типа ТС-16. Медный блок калориметра, закреп-
ленный на крышке оболочки, имеет отверстие для гильзы, в которую
сбрасываются частицы металла. Для устранения утечек теплоты при-
емное отверстие гильзы прикрыто крышечкой, автоматически сраба-
зывающей перед сбрасыванием частицы. Градуировка калориметра
осуществляется с помощью нагревателя; измерение температуры
блока выполняется четырехплечим термометром сопротивления.
Для автоматизации исследований, повышения точности и воспро-
и шодимости результатов служит система автоматического управле-
ния экспериментальными стендами, которая позволяет обеспечить
один из следующих четырех режимов исследований:
а) воспламенение частицы, фиксацию момента воспламенения,
включение постоянной скорости обдува на период заданного ин-
тервала времени, искусственное прекращение процесса горения по
окончании интервала времени путем сброса частиц в калориметр
(для определения теплосодержания) или непосредственно на горю-
чий материал;
б) воспламенение частицы, фиксацию момента воспламенения,
включение постоянной скорости обдува на весь период горения,
фиксацию момента погасания частицы и сброс частицы;
в) то же, что в п. «б», однако скорость обдува частицы изменяется
по закону, близкому к расчетной скорости падения частицы данного
Диаметра в воздушной среде.
149
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Температура частиц в процессе горения, поскольку этот процесс
кратковременный и переменный во времени, автоматически фикси-
руется самописцем. Тарировка температур производится по эталон-
ной лампе СИ-10-300, отградуированной по цветовым температу-
рам.
Измерения производятся на протяжении всего времени горения
алюминиевых частиц, которое определяется исходя из скорости дви-
жения диаграммной ленты самописца и длины записанной диаграм-
мы. Примеры температурных диаграмм приведены на рис. 2.9.
Из диаграмм видно, что процесс горения можно условно разбить
на две стадии — высокотемпературного и низкотемпературного (по
сравнению с первой стадией горения). На первой стадии, длитель-
ность которой для трехмиллиметровых частиц составляет 0,4—0,5
полного времени горения тг, температура достигает значений 2500 —
2700 °C. С уменьшением диаметра длительность периода сокраща-
ется до (0,2—0,3) тг. Температура горения частиц на второй стадии
приближается к оксида алюминия и составляет 2400—2100 “С.
Рис. 2.9. Темпера-
турные диаграммы
горящих алюминие-
вых частиц:
а — диаметр Змм,
скорость потока
8 м/с;
б — диаметр 1,5 мм,
скорость потока
2 м/с
150
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
При увеличении скорости воздушного потока температура частиц нна
первой стадии возрастает. Это, очевидно, объясняется более интен-
сивным отводом продуктов горения, в результате чего облегчается
доступ окислителя к горящему алюминию, при этом эффект охдахж-
дения играет меньшую роль.
Исследования показали [25], что процесс горения крупных частшц
алюминия (аналогичныхчастицам, которые образуются при КЗ) нел!ь-
ы объяснить, опираясь только на известные теории горения — шу-
п>| рьковую или парофазную. В результате была предложена следующая
модель горения крупных частиц (d > 1000 мкм), нашедшая экспер и-
ментальное подтверждение.
Начальная (высокотемпературная) стадия горения частицы про-
исходит в паровой фазе равномерно по всей поверхности, что пр »и-
водит к максимальному увеличению ее температуры (рис. 2.9). ГПо
мере развития процесса на поверхности частицы образуются лятгна
(«островки» оксида), которые постепенно обволакивают всю пго-
перхность частицы (их можно наблюдать визуально через опт~и-
ческую систему цветового пирометра). Этому моменту временни
соответствует резкое снижение температуры частицы (вторая — низ-
котемпературная стадия горения). Кислород, диффундирующий! в
юну горения, вместе с образовавшимися продуктами горения гшо-
нышает внутреннее давление под сплошной оболочкой, что в кхо-
нсчном результате приводит к ее прорыву в наиболее слабом месте
(обычно это сторона частицы, противоположная фронту набегаыо-
шсго воздушного потока) и образованию кратера (рис. 2.12), чче-
рез который начинают вырываться продукты горения и проникаает
окислитель.
О корректности выдвинутой гипотезы свидетельствует и прямая
швисимость между размерами кратера и временем горения частищы.
Искусственное прекращение ее горения на первой стадии показ кы-
нает отсутствие кратера. При увеличении времени горения глубинна
кратера увеличивается.
Наиболее близкая из существующих моделей горения — «парэо-
фазная» — предполагает горение только на поверхности частицы: за
счет диффузии паров алюминия в зону реакции, при этом толщинна
151
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
оксида неуклонно возрастает. Если температура нагрева частицы до-
стигнет точки кипения алюминия, то крупная частица распадется на
несколько мелких. Эта модель предполагает температуру горения час-
тицы постоянной вплоть до разрыва оболочки оксида или полного ее
выгорания. Как показали проведенные исследования, эти основные
положения парофазной модели не нашли своего экспериментально-
го подтверждения: температура частицы изменяется, последователь-
но проходя две стадии, но дробления частиц в процессе их горения нс
наблюдалось.
Анализируя обобщенные данные по измерению температур час-
тиц, полученные на моделирующей установке, можно констатиро
вать, что они близки к значениям температур частиц, образующихся
в зоне КЗ, и составляют 2050—2700 °C.
Скорости движения частиц. Наряду с температурой и размерами
частиц, образующихся в зоне КЗ, большое влияние на их пожарную
опасность оказывает скорость вылета, так как с ней связаны зона воз-
можного поражения горючего материала и скорость доставки части
цы (источника зажигания) в горючую среду.
Эксперименты по определению начальной скорости вылета ча-
стиц выполняются на установке, которая позволяет проводить замы-
кание проводников при напряжении 220 В от трансформатора мош
ностью 320 кВА, а также автоматическую синхронизацию процессов
фотографирования и осциллографирования КЗ (рис. 2.10). Фото-
графирование осуществляется методом стробоскопической съемки с
помощью фотоаппарата, перед объективом которого вращается диск
с пятью отверстиями. Использование данного устройства дает воз-
можность наблюдать перемещение горящей частицы в виде преры-
вистого трека и с заданной точностью определять скорость ее вылета
v, м/с:
L „ /
v= — K; x=sw,
х с '
где L — расстояние между треками на фотопленке, м; Кс — масштаб съемки,
г — время перемещения частицы, с; j — расстояние по окружности между
центрами смежных отверстий диска; ш — частота вращения диска, м/с.
152
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Рис. 2.10. Установка для измерения скорости частиц металлов, вылетающих
из зоны КЗ:
/ — фотоаппарат; 2 — электродвигатель СД—54; 3— диск;
4 — отверстие в диске для фотосъемки частиц;
5 — отверстие в диске для измерения частоты вращения электродвигателя.
ФД — фотодиод; Л— лампа; АТ — автотрансформатор;
/р — понижающий трансформатор; В — выпрямитель;
ФИ — формирователь импульсов; Ф 599 — частомер
Исследования предусматривают определение скоростей вылета
частиц металла в зависимости от интеграла тока КЗ.
Изменение тока КЗ осуществляется путем введения в цепь бал-
ластных активных сопротивлений R и ЗА.
Анализ экспериментальных данных показывает, что четкая связь
между скоростью вылета частиц и значением интеграла тока КЗ от-
сутствует. Максимальные скорости вылета частиц находятся в преде-
лах 8—14,7 м/с при сопротивлении Айв пределах 5—11,5 м/с при ЗА,
при этом интеграл тока соответственно изменяется от 3,1 до 10 А-с и
от 2,2 до 7,3 А-с. Величину разброса можно объяснить изменением со-
противления зоны КЗ при сближении проводников за счет различия в
толщине оксидной пленки и площади контактирования, шероховато-
стью поверхности, а также различной фазой переменного напряжения
153
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Рис. 2.11. Дифференциальный
закон распределения вероятно-
стей появления скорости
в момент замыкания токопроводящих
жил. Хотя однозначной закономерно
сти в опытах между значением инте-
грала тока КЗ и максимальной скоро
стью вылета не наблюдается, среднее
значение этих параметров в двух сери
ях опытов свидетельствует о следую
щем: при изменении сопротивления
цепи замыкания от R до ЗА значение
интеграла тока уменьшается примерно
в 1,5 раза. Также изменяется и среднее
значение максимальной скорости вы-
лета частиц — от 10,44 до 7 м/с. В работе [10] путем обработки 30 стро
боскопических фотографий показано, что скорость разлета частиц при
токах КЗ до 1800 А в сетях 220/380 В не превышает 11 м/с.
Анализ дифференциальной кривой распределения начальных ско-
ростей частиц (плотности распределения) (рис. 2.11) показывает, что
для исследованных видов проводников и условий выполнения КЗ эта
зависимость аппроксимируется выражением
f (х) = ахр exp (~Ьхч),
где а = 0,229; b = 0,723; р = 2; q = 1,05.
Необходимо отметить сходство полученных математических вы-
ражений дифференциальных функций распределения размеров час-
тиц алюминия, образовавшихся в зоне КЗ, и вероятностей появления
начальных скоростей этих частиц. Различие заключается лишь в зна-
чениях величин коэффициентов a, b, р, q.
Для определения зоны разлета частиц, с которой связана возмож-
ная площадь поражения частицами горючих материалов, необходимо
иметь данные о влиянии на скорость движения частицы ее состоя-
ния: горящая или негорящая (например, раскаленная). Анализ про-
водится путем изучения свободного падения горящих (Т > 2000 °C),
раскаленных (Т = 800 °C) и холодных (Т » 20 °C) частиц, имеющих
154
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Рис. 2.12. Строение «сгоревших» частиц:
и— частицы диаметром 1,5—2 мм; б — частицы диаметром 2,5—3 мм
одинаковую исходную массу. Нагрев и воспламенение частиц осу-
ществляются в индукторе моделирующей установки, а определение
скоростей их падения — фотопирометрическим методом с помощью
фоторегистратора.
Экспериментально показано, что не наблюдается существенного
различия в динамике движения горящих и негорящих частиц.
Горение алюминия, как уже отмечалось, сопровождается образо-
ванием на его поверхности оксида. В опытах отмечено, что частицы
диаметром 1,5—3 мм сгорают в воздухе. Мелкие частицы (диаметром
1,5—2 мм) (рис. 2.12, а) имеют вид замкнутой сферы с алюминиевым
ядром и слоем оксида снаружи. У более крупных частиц (2,5—3 мм)
внутри алюминиевого ядра образуется полая сфера (рис. 2.12, б).
Незначительное изменение массы и диаметра частицы объясняет-
ся, по-видимому, тем, что по мере выгорания алюминия на поверхнос-
I и частицы с эквивалентной скоростью образуется достаточно твер-
дый оксид А1,О3, который не разрушается при относительно низких
скоростях обдува. Таким образом, происходит как бы замещение объ-
ема алюминия его оксидом, имеющим кристаллическую структуру и
близкую к алюминию плотность. Соответственно и масса частицы
изменяется в небольших пределах.
На рис. 2.13 приведен график зависимостей размеров ядра (остав-
шегося алюминия — d3), общего диаметра — d2, толщины оксидной
пленки 8 и массы частицы Сот времени горения алюминиевой частицы
и скорости воздушного потока. Из графика видно, что с увеличением
155
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Рис. 2.13. Изменение геометрических и
гравиметрических параметров алюминие-
вой частицы диаметром 3 мм в процессе
горения при скорости воздушного потока
4 м/с:
1 — толщина оксида; 2—диаметр AI+ А1,О3;
3 — диаметр AI; 4 — масса частицы
времени горения интенсив
но растет и толщина слоя 8, а
диаметр алюминиевого ядра
уменьшается. Вместе с тем
общий диаметр частицы и ее
масса остаются относится:,
но постоянными.
На рис. 2.14 приведен
график изменения во време-
ни массы и общего диаметра
частицы (для исходного диа-
метра 2,5 мм) при различных
скоростях воздушных по-
токов. Анализируя график,
можно сделать вывод, что
при низких скоростях воз-
душных потоков оксидный слой не разрушается и диаметр частицы в
процессе горения близок к исходному. Учитывая, что плотность А12(),
(3,96-10~3 кг/м3) выше плотности алюминия (2,7-10~3 кг/м3), для этих
скоростей воздушных потоков наблюдается даже некоторое возраста-
ние массы частиц. При увеличении скорости воздушного потока про
Рис. 2.14. Геометри
ческие и гравиметри
ческие зависимости
алюминиевых частиц
(J = 2,5 мм) при раз
личных скоростях воз
душных потоков:
1 — диаметр AI+ А12О,;
2 — масса AI+ А12О3
156
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
исходит срыв верхних слоев оксидной пленки, в результате чего на-
блюдается уменьшение диаметра частицы и соответственно ее массы.
Таким образом, можно считать, что частицы при скоростях, рав-
ных максимальным скоростям вылета (10—12 м/с), вначале несколь-
ко теряют в массе и диаметре, а затем по мере роста оксидной пленки
восстанавливают их, поэтому в среднем геометрические параметры и
масса частиц мало влияют на динамику их движения. Используя это
обстоятельство, с определенными допущениями были рассчитаны
ынисимости высоты и скорости падения частиц от времени нахожде-
ния их в полете с учетом силы сопротивления воздушной среды, воз-
действующей на движущуюся частицу. В диапазоне чисел Рейнольдса
// = 103-=-105 (которому соответствует движение возникших в резуль-
тате КЗ частиц) для расчета сил сопротивления воздуха F используют
выражение из [38]:
„ , , _ nd2 v2
FB=3npdv+Cx — p—.
Нахождение зависимостей H=f (г) ии=/(т) для горящих частиц
осуществляется путем решения системы уравнений
dv . , „ nd2 pv2
т— = mq-snpdv -Сх----L— ;
dH
----= v ,
. du
i де от — масса частицы; v — скорость относительного движения; d — диа-
метр частицы; Н — высота падения; р — динамическая вязкость воздуха для
пограничного слоя горящих частиц (Т = 1000 °C); Сх — коэффициент сопро-
। ивления формы (для шара Сх = 0,048); р — плотность воздуха.
Зависимости Я=/(т) и v =f(r) для горящих частиц различных диа-
метров представлены соответственно на рис. 2.15 и 2.16. Пунктиром на
рис. 2.15 показана экспериментальная кривая для трехмиллиметровой
холодной частицы, которая близка к расчетной кривой для горящей
частицы. Это подтверждает, что динамика движения горящих алюми-
157
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Рис. 2.15. Зависимость Н =/(т)
при различных диаметрах ча-
стиц:
1 — d = 3,0 мм; 2 — d = 2,5 мм;
3 — d= 2,0 мм; 4 — d= 1,5 мм;
5— d= 1,0 мм; 6— d = 0,8 мм;
7 — d = 0,5 мм; 8 — d = 0,3 мм
О 1 23456789 т,с
Рис. 2.16. Зависимость и =/(т) при раз
личных диаметрах частиц:
1 — d = 3,0 мм; 2 — d = 2,5 мм;
3-d = 2,0 мм; 4—d = 1,5 мм;
5— d= 1,0 мм; 6— d = 0,8 мм;
7— d= 0,5 мм; 8 — d= 0,3 мм;
о — момент прекращения горения частицы
лиевых частиц незначительно отличается от движения эквивалентной
не горящей частицы, поэтому расчетные зависимости Я=/(т) и v =/(т)
могут быть использованы для оценки характера изменения теплоэнер-
гетических параметров частицы от высоты ее падения.
Время горения частицы алюминия является важным параметром,
практически определяющим те опасные высоты, падая с которых,
частица способна вызвать воспламенение горючих материалов.
Время горения мелких алюминиевых частиц широко исследовано.
П. В. Похил и другие авторы [36], анализируя многочисленные ра-
боты в этом направлении, предлагают аналитическое выражение для
его расчета
d1-5
тгор=0,67-^, (2.4)
где d — диаметр частицы, мм; ак — параметр, характеризующий состав
среды, %; а, =
ян2о + ясо, + ”о2
100% ; п. — мольная или объемная концентра-
ция индивидуальных реагентов.
158
2.2. Экспериментальные исследования теплофизических параметров частиц металлов при КЗ
Для воздуха параметр ак составляет 21%. Экспериментальные и рас-
четные значения для приведенной формулы сопоставлялись на части-
цах диаметром до 150 мк и показали сходимость с точностью ±1,53 %.
Таким образом, делается вывод, что время горения тгор практиче-
ски не изменяется от температуры среды (при температуре частиц
Т> 2000 °C) и от давления, а зависит лишь от диаметра частиц и ак-
тивности среды ак.
В данной работе исследовалось время горения частиц диаметрами
1,5 и 3 мм в воздушных потоках различных скоростей, имитирующих
их свободное падение. Измерения проводились непосредственно по
диаграмме, полученной на оптическом пирометре «Веселка-1-3».
Как видно из рис. 2.17, с увеличением скоростей воздушных пото-
ков время горения частиц возрастает, так как происходит более полное
сгорание алюминия. При скорости потока воздуха, близкой к значе-
нию скорости установившегося свободного падения частиц диаме-
тром 1,5—3,0 мм, время горения их аппроксимируется выражением
Л1.55
тгор=0,67^. (2.5)
ак
На рис. 2.17 зависимость (2.5) показана пунктиром (кривая 6).
Выражения (2.4) и (2.5) отличаются значением показателя степени
Рис. 2.17. Зависимость т =J(d);
I — теоретическая кривая тгор = о7 ;
2 — скорость воздушного потока i>0=2 м/с
(эксперимент);
3 — v = 4 м/с (эксперимент);
4 — v0=6 м/с (эксперимент);
5 — v = 8 м/с (эксперимент);
^1.55
6 — теоретическая кривая тгор = 0,67-^-
159
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
диаметра частицы, причем для более крупных частиц алюминия но
казатель равен 1,55. Для частиц небольших диаметров (20—100 мк)
значение данного показателя равно 1,50 [36].
На основании проведенных исследований можно сделать следую
шие выводы:
• общий диаметр горящих алюминиевых частиц изменяется в не
значительных пределах. Максимальное отклонение от исходного ли
аметра зафиксировано при скорости обдува 8 м/с на восьмой секунде
горения и составляет 15 %;
• максимальное отклонение масс частиц для указанных выше па
раметров времени и скорости обдува составляет 5 %;
• учитывая на практике малые времена полета частиц, которые
определяются ограниченными высотами промышленных зданий
сооружений и линий электропередачи низкого напряжения, измене
ниями массы и диаметра частицы при горении и в процессе полегл
можно пренебречь и считать их постоянными.
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов
частицами металла
В соответствии с тепловой моделью применительно к данному
конкретному случаю зажигание частицами металла горючих вещее i и
и материалов может наступить только при условии, если частица бу
дет способна нагреть определенный объем вещества, тепловыделение
в котором превысит потери в окружающую среду. Так как тепловыде
ление в объеме вещества (принимая его сферическим с радиусом К)
пропорционально R}, а потери пропорциональны Л2, то чем больше
первоначально нагреваемый объем, тем «успешнее» зажигание.
Создание первичного ядра (очага) горения связано с температурок
источника зажигания (частицы) и его размерами. Вполне очевидным
и необходимым условием зажигания является следующее — длитсль
ность действия источника зажигания должна превышать период :а
держки зажигания горючего материала. Тепловыделение впервичном
очаге в соответствии с законом Аррениуса связано с кинетическими
160
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
Косюянными реагента Е и qKQ, которые чаще всего и наиболее точно
определяются экспериментально.
Рассмотрим условия зажигания горючего материала попавшей в
нею металлической частицей. В целях упрощения опускается вопрос
о предыстории попадания нагретого тела (источника зажигания) в
юрючий материал. Принимается, что тело сразу помешено в неогра-
ниченный объем реагирующего вещества, при этом оно неподвижно
(пли скорость мала настолько, что конвективным теплообменом мож-
но пренебречь), распределение температуры внутри тела в силу его ма-
лых размеров и высокой теплопроводности отсутствует, а теплофизи-
ческие характеристики источника зажигания и реагента постоянны.
Уравнение теплового баланса для рассматриваемого элементар-
ною объема горючего вещества с внутренним источником теплоты
имеет вид [11]:
Срр^=Лу27 + ^,
dt
me Ср — теплоемкость; р — плотность; Т — температура; t — время; V2T —
оператор Лапласа; Лг — теплопроводность реагента; — теплота, выделяе-
мня химической реакцией в данном объеме за единицу времени.
Для бесконечного цилиндра (провода), если ось его совпадает
с координатой z (рис. 2.18), оператор Лапласа является функцией
Рис. 2.18. Температура поля вокруг нагретых тел правильной формы:
I/ — для плоскости (п = 0); б — для цилиндра (п = 1); в — для шара (л = 2)
161
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
радиуса-вектора г [8], т. е. зависит только от координат х и у. В этом
случае дифференциальное уравнение теплопроводности для беско
нечного цилиндра после ряда преобразований имеет вид:
г пдТ
СрР dt
\ д( дт}
—— г---
г dr \ dr J
(2.6)
+ Eq.
В случае сферической симметрии уравнение теплового баланса
будет отличаться от (2.6) лишь показателем степени, в которую воз-
водится радиус-вектор:
dt г дг
2Э7А Л
г— + Ас?.
dr J
(2.7)
В общем виде уравнение теплового баланса в первичном очаге го-
рения с учетом выделения теплоты по закону Аррениуса [8] запишет-
ся следующим образом:
г зт \ а
dt rn dr
„dT^ v (
г — \ + qKQL expl-
E >
RT)
(2.8)
где q — тепловой эффект реакции; Кй — предэкспоненциальный множитель;
Е — энергия активации; R — универсальная газовая постоянная; L — массо
вая концентрация реагента; v — порядок реакции; п — показатель симмет
рии (для пластины п = 0; для цилиндра п = I; для шара п = 2).
Массовая концентрация постоянно меняется, что учитывается
уравнением химической кинетики [8]
— = ~K0Lvexp
at
Е >
RT)
(2.9)
Граничные условия по температуре. Полное изменение теплоты вы-
ражается уравнением:
• в сферической частице (шаре)
4/Злг0’СрЛ^;
162
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
• в проводе (цилиндре)
at
I де r0, Т, С^, р0, /—соответственно радиус, температура, теплоемкость, плот-
ность и длина тела.
Количество теплоты, переносимой теплопроводностью через по-
верхность тела, составит:
• для сферической частицы
Л 2! дТ
дг
'•='0
для провода
2nralkr —
° г дг
Уравнение баланса энергии на границе раздела тела накала и реа-
гента:
• для сферической частицы
С’°р‘ Л 'г/' дг
''='0
для провода
с о
*°Р° dt ~ г0 дг
в общем виде
</Г„_(И-Н)Лг дТ
р°Ро dt ~
Го дг
(2.Ю)
Остальные граничные условия приняты следующими:
• температура на бесконечном удалении от нагреваемого тела в
начальный момент времени равна температуре реагента:
163
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Г| = Г| = Т ;
1г=со 1г=0 И 5
• температура на поверхности тела
• температура на поверхности тела в начальный момент времени
при начальной температуре
4=0 =гон;
k-'b
• концентрация реагирующих веществ в начальный период равна
начальной концентрации:
L\ = L .
Jr=O «
Систему уравнений (2.8) — (2.10) с учетом принятых краевых уело
вий целесообразно представить в безразмерных переменных:
• температура 0 = (Т—Т,) E/RT?-,
• время т = Г/Г.;
• пространственная координата х = г/г0;
• радиус тела х0 = rjr.,
где Т„ t„ г, — соответственно характерные значения температуры, времени
и размера.
Если в уравнении (2.8) выразить размерные величины через без
размерные и ввести вместо L глубину выгорания слоя 5=1 — L/L^
то получим:
30 Л/, 1 qKnLvHEt.eE/RT- Л oV 0
Эт Сррг02 х" аЛ дх J RT.2Cvp V 7 1 + /30
где /5 = RTJE — безразмерный параметр.
Выбираем произвольно характерное время и характерный размер
таким образом, чтобы выражение при экспоненте и пространствен-
ной производной равнялось единице:
164
2 3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
CpRT.2 Е
—-----ехр— ;
qK^EL^ r RT
^^{E/R^.
qK^ELn
[бгда уравнение теплопроводности на границе тело — реагент пос-
к преобразования экспоненты по [40] запишется так:
Э0
Эт
1 д
6хп дх
хп — | + (l-9)v ехр
дх J
е
1+/30 ’
(2.11)
I не <5 = х2 — безразмерный параметр.
Уравнение химической кинетики в безразмерном виде:
ЭЭ z. q у в
— = у (1-9 ) ехр-----
Эт 7 р1+/зе
C.pRT2
(2.12)
Другие начальные и конечные условия в безразмерном виде:
d90 _а(п + 1)д0
dr 8 дх
0| =-0н; 0| = э0;
1х==° н ’ 1х=1 и
(2.13)
‘)L=o; eL=-9.; ««=L=«..=°.
I нс = (Т.— Тн) E/RT.2 — безразмерная начальная температура реагирую-
щей среды; 0Он = (ГОн— Tt) Е/RT,- — безразмерная начальная температура
ппкаленного тела (равна нулю).
Поскольку выбираем Г. = ГОн, т. е. характерная температура равна
1смпературе воспламенения реагента, то 0О = (То— Т.) E/RT2 — теку-
щая температура тела; а = С'?р/С ~р0 — безразмерная объемная тепло-
(м кость реагента.
В качестве критерия зажигания, исходя из тепловой модели [40],
О1.1ло принято выражение
= 0 , или в безразмерном виде
165
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропр»оводках
de
dr
= 0,
(2.15)
где ти — период задержки зажгмгания реагента (период индукции).
Выражение (2.15) показьпвает, что вначале тело отдает теплоту реа-
генту и температура его падтает, затем, в ходе химической реакции,
реагент нагревает тело и за. безразмерное время т = ти# температура
возвращается к исходной. Если зажигание не наступает, то условие
(2.15) ни в какой момент вр-емени не выполняется.
Решение системы уравнений (2.11) — (2.14), выполненное по мо-
дифицированному методу Швеца [50] с использованием численного
итерационно-интерполяционного метода, позволило получить:
безразмерный критический радиус тела зажигания
*о.
(2.16)
и безразмерное время ин дукции при критических условиях
ТИ.
За (п + 1)0,,
где Ь =——}—
п
Следует оговориться, чт~о предложенная математическая модель
соответствует индукционному (низкотемпературному) режиму за-
жигания, когда начальная температура тела ГОн меньше адиабатиче-
ской температуры горения реагента Г, т. е. когда можно пренебречь
газовыделением до момента воспламенения. При необходимости
учета выгорания формула (2.16) менее корректна и дает погрешность
15-20%.
Выполненные А. Н. Субботиным [40] расчеты применительно к
условиям зажигания частшдами металлов твердых волокнистых ма-
166
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
териалов (типа хлопка, бумаги, древесины и др.) позволили уточ-
нить выражение (2.16) для х0> при 5 < 0н <30; 0,1 <а <1; 0 < ft < 0,06;
0 < у <0,012; и = 1:
-4 (1 + О,41£0н)х
(2.17)
х (1 + 0,44у0н) .
Формула дает погрешность для п = 2 (зажигание сферической ча-
стицей) не более 10 %, при остальных значениях п — не более 20 %.
Исходя из х0Р можно определить критический размер rQt час-
тим или жилы провода, при которых еще возможно зажигание
реагента:
Если фактический размер тела г0 будет меньше г0., то зажигание не
возникнет.
Пользуясь равенством (2.18), можно, решая обратную задачу,
определить Е, qK0L\ Для этого проводят две серии экспериментов и
определяют для исследуемого реагента (у которого Е, qKaL* неизвест-
ны) критические значения, обеспечивающие зажигание: от одно-
ю тела накала температуру ЕОн1 и критический радиус г0 (для упро-
щения здесь и далее примем обозначения 7\ и г,) и от другого тела
Г2иг2.
Подставляя эти пары значений параметров в уравнение (2.18), по-
лучаем две пары трансцендентных уравнений:
167
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Разделив первое равенство на второе и проведя преобразования,
получим:
2RTT2
Т2—Ti
(2.20)
Величину qK0LHvможно определить, например, из уравнения (2.10),
решив его относительно комплекса цКйЬ*
Систему уравнений (2.20) и (2.21) удобно записать в следующем
виде:
E = 2R, Л
т т
Vi
XRT2 Е
z ^хр—
(2.22)
где I = 1 или 2.
Величины 71,, Т2, г, и г, — экспериментальные; значения xt и х
определяют из выражения (2.17) и, так как они тоже зависят от Е, по
первому уравнению системы (2.22) величину Е подбирают итерация-
ми. После нахождения Е по второй формуле определяют значение
комплекса (для какой-то одной частицы), а затем и время за-
держки зажигания ти для критических условий из выражения мето-
дом Швеца1:
1 Вывод уравнения выполнен А. М. Гришиным и в связи с громоздкостью вычис-
лений не приводится.
168
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
CpPRT
6qK0E
2
( Е }
ехр ---- ,
20, -3
(2.23)
, 3a(n + l)0„4 n . (T-T„)E Q „ _
где b = ——\-^-A: + — ; =------У—; У , T — безразмерная и размерная
4x. (20н-3) 6x. n RT1 H>
начальные температуры реагента.
Mr
3-103 -
2-103 -
103 -
о 0,41а1 o,8-ia3 1,2-ia1 г.м
Рис. 2.19. Зависимость крити-
ческой температуры зажигания
и времени индукции хлопка от
радиуса частиц
На рис. 2.19 показаны экспери-
ментальные зависимости Г =/ (г) —
кривая 1 и ти =f(r) — кривая 2, по-
лученные для хлопка при зажигании
его медными и алюминиевыми ча-
стицами. Уменьшение Гр при уве-
личении г следует непосредственно
из тепловой теории зажигания и по-
яснений не требует. Увеличение же
гн при возрастании г связано с тем,
что эта кривая построена для крити-
ческих условий — Тр, а ткр резко воз-
растает при уменьшении Гкр. В даль-
нейших работах в комплексе qKQL*
величина L*принималась равной 1, так как в основном рассматрива-
лось зажигание твердых (конденсированных) веществ.
Экспериментальная проверка математической модели зажигания
горючих веществ частицами металла. Предложенные в предыдущем
параграфе аналитические выражения, позволяющие определять кри-
шческие параметры зажигания системы (нагретое тело — реагент),
в соответствии с изложенной теорией одинаково пригодны, когда в
качестве источника зажигания используются как проволочка, так и
сферическая частица. В реальных условиях более удобно определять
Е и qКо, бросая на горючие материалы крупные частицы диаметром
2—8 мм. Для этого целесообразно упростить основные формулы, по
которым определяются термокинетические постоянные, что обеспе-
чит более широкое внедрение метода. Основное выражение (2.17),
169
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
по которому определяется безразмерный критический радиус, после
подстановки в него значений параметров п = 2 (для сферической ча
стицы) вн = (Т,— Тн) E/RT2, ft = RTJEи у = СppRT2/qELH примет сле-
дующий вид:
3 (Г.-ГУЯ2 , RT2 <10 Л
2 R2T* |_ (Т.-Т^Е^а )
. ..RT, (Т.-ТИ)Е
x 1 + 0,4- -----——
E
RT2
1+
qE RT2
Преобразуем это выражение. Умножив и разделив его на Т2 и ис
ключив (из-за малости) величину 1/7?, получим:
. . е (т.-гн)
X l+o^ty-1^*"^)
т
(10-36а) 1-0,286—
Т,
х
Q
Второе слагаемое, стоящее в квадратных скобках, с точностью до
сотых можно не учитывать, если Crрт(Т,—TJ/q < 0,25, что имеет ме-
сто для горючих материалов, в том числе для тех, испытание которых
проведено в работе (хлопок, бумага, древесина, сено). Подставляя
R = 8,314 Дж/(моль-К), в окончательном виде получаем:
х0. = 1,01£^-Д1
т
(0,278-а) 1- 0,286-S-
( Т,
(2.24)
для Crpr(T.-T)/q< 0,25.
Характерный размер тела получим после подстановки
(2.18):
(2.24) и
г0, = 1,01 [1 -1,286— + 0,286 Д1 (0,278 - а).
I Т, Т,
2Х.Е
—— exp
<]К0
Е
16,63 Т.
.(2.25)
170
2.3. Теоретические аспекты зажигания горючих материалов частицами металла
Для определения Е и qKQ проводят опыт: нагревают частицу из-
устного размера г, и сбрасывают на горючий материал, подбирая
/! таким образом, чтобы воспламенение наступало с вероятностью
О 0,1. Такой же опыт проводят и с частицей другого размера г2, от-
личающейся от первой по размеру в 1,5—2 раза.
Из соотношения
гр р2, '
1-1,286—4- 0,286^ ехр
.______J
р р2
1-1,286—4-0,286^ ехР
’ р р2 1
22 2 2 /
( Е '
1^16,63 Z] у
? Е "
116,63 7],,
путем его логарифмирования находим:
г 16,6377,.
Е = —-----Чт-1п
Т Т 1
1-1,286 — 4-0,286^
т т2
<______2 2_______22 )
1-1,286^-4-0,286-^
т г2
< 21 J\ J
Из формулы (2.25) определяется:
Л Е
qKo=2,O4^-
Е
8,317]
х ехр
т т2
1-1,286—4-0,286— (0,278-а)
it /
2
X
где / = 1 или 2.
Используемая при проведении этих работ лабораторная установ-
ка (см. разд. 1.3) значительно упрощается по сравнению с установкой
для испытания горючих материалов раскаленными проволочками,
расширяется диапазон веществ, для которых можно использовать
•»гот метод.
171
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
Рис. 2.20. Зависимость критических температур зажигания хлопка от радиу-
са частиц металла и проволочки:
1,4— проволочка из ВР-5; 2, 5 — медные частицы; 3, 6 — алюминиевые частицы;
1,2,3 — Ей qK0 определены по Тср; 4,5,6 — £ и qK0 определены по £тм
Экспериментальные зависимости Г = /(г), представленные на
рис. 2.20, показывают, что расхождение термокинетических постоян-
ных Е и qKQ, полученных на проволочках (при максимальной темпе-
ратуре) и на частицах, не превышает ± 10 %.
2.4. Практические рекомендации по снижению
пожарной опасности частиц металлов в пожароопасных зонах
Определение зоны разлета частиц. Основные пожарно-профилак-
тические мероприятия по хранению горючих материалов в пожаро-
опасных зонах, имеющих электропроводку, выполненную установоч-
нымипроводами, сводятся кудалению этих материалов на расстояния,
на которых частицы теряют свою зажигательную способность. Расчет
вероятности попадания горящих частиц в некоторую зону Qn может
172
2.4. Практические рекомендации по снижению пожарной опасности частиц металлов
в пожароопасных зонах
быть осуществлен в соответствии со структурной схемой программы
(рис. 2.21) с учетом приведенных в данной главе результатов.
Кривая распределения размеров частиц диаметром o',см, описыва-
ется функцией вида
f(d)= 12,8d0,8exp(-3,8d0’9);
функция распределения начальных скоростей v, м/с, полета час-
тиц из зоны КЗ под действием электровзрыва имеет вид
f(y)= 0,229v2 ехр(-0,728 v105) .
При каждом КЗ образуется 1000 частиц, а КЗ на каждой высоте
подвеса электропроводки производится 100 раз.
Движение каждой частицы описывается системой уравнений
где т, v — масса и полная скорость движения частицы; vx, vy — составля-
ющие скорости по осям координат; а, [3 — коэффициенты сопротивления
среды движению частиц.
При этом принимаются следующие допущения:
• частицы вылетают из зоны КЗ с равновероятным углом вылета
y=2nzc (zQ — случайное число);
• горючий материал поджигают только горящие частицы (т.е. ис-
ключаются сгоревшие частицы, имеющие время горения меньше
времени полета).
Для моделирования случайных величин, лежащих в определенных
интервалах, т. е. t/a=0, db=3 мм, иа=0, vb= 10 м/с,\|/а=0, ц/=360°, может
173
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Рис. 2.21. Структурная схема программы для расчета зоны поражения горю
чих материалов частицами металлов при КЗ:
Н1 — высота электропровода относительно уровня земли; Н— шаг интегрирования; н
скорость ветра; Al, В1 — границы интервала распределения скоростей (от 0.5 до 10 м/,)
А2, В2 — границы интервала распределения диаметров (от 0,1 до 3 мм); z — случайно,
число; у — скорость вылета; F1 — угол вылета частицы; RQ — радиус горящей часа inn.i
TQ — время горения частицы; у(3) — текущее значение высоты, т. е. расстояние, на ко
торос улетела частица по вертикали; х — текущее значение времени; RR2 — вероятно, и,
попадания частиц в определенный интервал; FM1, А5, В5, Pl, Q1 — параметры функции
распределения скоростей; FM2, А6, В6, Р2, Q2— параметры функции распределения лип
метров f[x)=Axp ехр(—Вх°)
174
2.4. Практические рекомендации по снижению пожарной опасности частиц металлов
в пожароопасных зонах
быть применен метод Неймана. Для этого из датчика равномерно
распределенных случайных чисел ЭВМ выбирает пары чисел х1 и х2,
и I которых формируются преобразованные пары:
х* = а + (b - a)xj;
Л = ЛаЛ ,
I де х — случайная величина с заданной функцией плотности распределения
/(v);/max — максимальное значение функции.
В качестве случайной величины выбирается число х* из тех пар х*;
Ч‘, для которых выполняется неравенство х* </(х‘). Пары, не удовлет-
воряющие этому неравенству, исключаются.
На основании выполненных во ВНИИПО МВД СССР в 1977-1980 гг.
расчетов (с участием В.И. Островской, А.П. Федотова и О.В. Чекирды)
была получена табл. 2.4, позволяющая, исходя из допустимой вероят-
ности Qn и и высоты электропроводки, определить допустимое горизон-
тальное приближение к ней горючих материалов. Вероятность наличия
и данной зоне источника зажигания Qn и определяется из формулы
О
где Са — среднестатистический коэффициент аварийности электропрово-
„ , 1П-4 загораний км „ , .
док, равный 5 10 ----------------К — коэффициент надежности
количество аварии н
пожарной защиты (Кн=7, если на объекте есть система пожарной защиты
пли сигнализации о пожаре; Кн =1, если их нет); /э — длина открытой не-
ппцищенной части электропроводки, км; Qa — вероятность воспламенения
। орючего материала от горящей частицы (принимается для легковоспламе-
няющихся веществ <?в=0,84, для горючих материалов 2в=0,37, для трудного-
рючих QB=0,08).
Ниже описана методика определения безопасной зоны удаления
I орючих материалов от электропроводки, позволяющая одновремен-
но решать обратную задачу по определению причастности к пожарам
частиц металлов при КЗ.
175
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Вероятность попадания горящих
Высота провода до верхнего уровня горючего материала, м Вероятность наличия источники
0-2,25 2,5 2,75 3 3,25
о,1 1 0,9991 0,9934 0,9773 0,9352
1 1 0,9999 0,9981 0,9903 0,9561)
2 1 1 0,99998 0,9995 0,9962
3 1 1 1 0,99997 0,9998
4 1 1 1 0,99999 0,9999
5 1 1 1 1 0,99997
6 1 1 1 1 0,99998
7 1 1 1 1 0,99999
8 1 1 1 0,99999 0,99997
9 1 1 1 0,99998 0,9999
10 1 1 1 0,99996 0,9999
Высота провода до верхнего уровня горючего материала, м Вероятность наличия источника
5 5,24 5,5 5,75 6
0,1 0,0493 0,0199 0,0100 0,0100 0
1 0,2428 0,1679 0,1198 0,0682 0,0588
2 0,4181 0,3585 0,2816 0,2018 0,1598
3 0,6528 0,5177 0,4190 0,3397 0,2900
4 0,7669 0,6850 0,5500 0,4303 0,3875
5 0,8407 0,7692 0,6794 0,5667 0,4584
6 0,9378 0,8996 0,8406 0,7548 0,6816
7 0,9013 0,8457 0,7662 0,6612 0,5543
8 0,9215 0,8862 0,8275 0,7500 0,6667
9 0,9316 0,8964 0,8329 0,7430 0 6662
10 0,9220 0,8780 0,8374 0,7832 0 7030
Высота провода до верхнего уровня горючего материала, м Вероятность наличия источника
7,75 8 8,25 8,5 8,75
0,1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0
3 0,0199 0,0100 0,0100 0 0
4 0,0491 0,0297 0,0199 0,0100 0,0100
5 0,0774 0,0586 0,0491 0,0297 0,0100
6 0,1156 0,0591 0,0199 0,0100 0,0100
7 0,0966 0,0490 0,0390 0,0297 0,0297
8 0,1840 0,1588 0,1145 0,0776 0,0491
9 0,2026 0,1238 0,0776 0,0588 0.0493
10 0,2797 0,2171 0,1845 0,1415 0,0964
176
2.4. Практические рекомендации по снижению пожарной опасности частиц металлов
в пожароопасных зонах
Таблица 2.4
чпетиц металла на горючий материал
шжигания 2п _ на расстоянии, м
3,5 3,75 4 4,25 4,5 4,75
0,8561 0,7232 0,5228 0,3551 0,2136 0,1063
0,8841 0,7930 0,6607 0,5082 0,4003 0,3185
0,9849 0,9495 0,8826 0,7941 0,6782 0,5403
0,9976 0,9876 0,9604 0,9208 0,8586 0,7604
0,9992 0,9956 0,9844 0,9590 0,9089 0,8555
0,9997 0,9984 0,9932 0,9811 0,9527 0,9108
0,9998 0,9992 0,9975 0,9927 0,9822 0,9651
0,9999 0,9996 0,9982 0,9928 0,9761 0,9388
0,9998 0,9989 0,9961 0,9904 0,9772 0,9544
0,9996 0,9985 0,9962 0,9898 0,9801 0,9624
0,9996 0,9984 0,9957 0 9893 0,9761 0,9532
шжигания Qn _ иа расстоянии, м
6,26 6,5 6,75 7 7,25 7,5
0 0 0 0 0 0
0,0396 0,0200 0 0 0 0
0,0966 0,0781 0,0397 0,0397 0,0100 0,0100
0,1840 0,1500 0,1145 0,0776 0,0491 0,0395
0,3194 0,2177 0,1588 0,1417 0,1151 0,0586
0,3846 0,3162 0,2567 0,2008 0,1498 0,1143
0,5918 0,4960 0,4140 0,3341 0,2433 0,1775
0,4357 0,3514 0,2872 0,2326 0,1846 0,1417
0,5671 0,5081 0,4473 0,3647 0,3095 0,2575
0,5978 0,5095 0,4550 0,4202 0,3179 0,2744
0,6422 0,5471 0,4794 0,4461 0,3777 0,3085
.шжигания Q,, „ на расстоянии, м
9 9,25 9,5 9,75 10 и более
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
—0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0,0100 0 0 0 0
0,0100 0,0100 0,0100 0 0
0,0100 0,0100 0,0100 0 0
0,0199 0,0100 0,0100 0 0
0,0395 0,0298 0,0100 0 0
0,0397 0,0100 0,0100 0 0
0,0587 0,0490 0,0298 0,0100 0
177
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
2.5. Методика определения причастности к пожарам
частиц металлов при КЗ
Методика распространяется на открытые электропроводки, вы-
полненные изолированными проводами с алюминиевыми жилами в
сетях до 1000 В, проложенными в местах нахождения (или возможно-
го появления) горючих материалов.
Как отмечалось выше, в соответствии с ГОСТ Р 50571.15-97 [14],
открытая прокладка таких проводов разрешается только в трубах,
коробах и на изоляторах. В эксплуатации на периферии, особенно в
сельской местности и в дачном секторе, такие электропроводки до-
статочно широко используются, в связи с чем проблема возникнове-
ния и профилактики пожаров в таких электросетях продолжает оста-
ваться актуальной.
Предлагаемая методика позволяет определять вероятность возник-
новения пожара от частиц металлов, образующихся при КЗ, и может
быть использована для проведения пожарно-технических экспертиз
и для обоснования противопожарных требований допустимого при-
ближения твердых горючих материалов к линии электропроводки.
Подготовка к проведению экспертизы. С места пожара изымается
образец твердого горючего материала и устанавливается группа го-
рючести согласно ГОСТ 12.1.044-89 [32]. В зависимости от группы
горючести данного материала определяется по табл. 2.5 средняя для
данной группы вероятность QB зажигания материала от частиц метал-
лов, образующихся в результате КЗ в электропроводке. По оплавлен-
ным местам в электропроводке устанавливают все возможные зоны
замыкания.
Используя методику, изложенную в гл. 4, определяют истинное
место КЗ (где оно первично по отношению к загоранию), а затем не-
посредственным измерением (или, в случае обрыва электропроводки,
по показаниям свидетелей или местам крепления электропроводки)
определяют высоту зоны КЗ относительно уровня пола (земли) Hv а
также среднюю высоту горючего материала Н2 в метрах.
На плане рассматриваемого помещения наносятся точка, соот-
ветствующая проекции КЗ на горизонтальную плоскость, и пло-
178
2.5. Методика определения причастности к пожарам частиц металлов при КЗ
Таблица 2.5
Вероятность воспламенения горючих материалов
в зависимости от группы горючести
Группа горючести материала Характеристика горючести Средняя по груп- пе вероятность воспламенения е.
Легковоспламеня- ющееся вещество Горючий материал, способный воспламе- няться от кратковременного воздействия пламени спички, искры, накаленного электропровода и других подобных источ- ников зажигания с низкой энергией 0,84
Горючий материал Материал, способный самостоятельно го- реть после удаления источника зажигания 0,37
Трудногорючий материал Горючее вещество, способное гореть под воздействием источника зажигания, но не способное к самостоятельному горению после его удаления 0,08
щадь, занимаемая горючим материалом до момента возникновения
пожара. Если горючий материал занимает часть плошади помеще-
ния, то на плане проводят две окружности с центром в точке про-
екции места КЗ: радиусом R{ — до ближайшей границы горючего
материала; радиусом R2 — до наиболее удаленной точки горючего
материала.
Если проекция места КЗ находится над горючим материалом, то
л,=оиеи(л,)=1, где Ri — расстояние до ближайшей границы горю-
чего материала. Необходимое минимально возможное значение ра-
диуса R2 в зависимости от Я находят из условия £>и (К2)=0 по табл. 2.4.
Если выбранное значение R2 превышает по величине расстояние
от места КЗ до удаленной точки (границы) складирования горю-
чего материала А_, то в этом случае значение R2 следует принимать
равным Rk.
В зависимости от разности Н=Н—Н2 и расстояния по горизонтали
от места КЗ до горючего материала (Rx и /?2) по табл. 2.4 находят со-
ставляющую вероятности наличия источника зажигания Qu.
179
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Обработка результатов. Исходя из взаимного расположения места
КЗ и горючего материала на объекте, вычисляют вероятность Q на-
личия источника зажигания в зоне сосредоточения горючих материа-
лов.
Рассчитывают вероятность возникновения пожара Qn от частиц
металлов:
Q =Q Q Q ,
где 2и — вероятность наличия источника зажигания в пожароопасной среде,
т. е. вероятность появления частиц в некоторой зоне; 2тз — вероятность от-
каза системы тушения: QT3 = 1/А"и.
Вероятность Qy в каждом конкретном случае зависит от взаимного
расположения горючего материала и электропроводки.
Расчет начинают с определения по табл. 2.4 составляющих вероят-
ности появления источника 2JA,) и Q„(R2) при известном значении
Н=Н—Н2>0. При этом возможны три варианта:
а) 2и(А2) ф 1. В этом случае полная вероятность появления частиц
металла в зоне сосредоточения горючих материалов может быть най-
дена из выражения
i-еЖ)
где 5г — площадь в плане, занимаемая горючим материалом до возникно-
вения пожара; 50 — площадь части помещения, заключенной между окруж-
ностями с радиусами и Л,;
6) 2И(А2) = h тогда <2и определяют следующим образом:
О. =—,
где 5г и — где 50 — то же, что в варианте «а»;
в) если высота складируемого горючего материала была выше мес-
та КЗ (Н=Н —Н2 < 0), то в этом случае принимается наибольшее зна-
180
2.6. Влияние параметров аппаратов защиты на возникновение частиц металлов при КЗ
чсние вероятности QV(R.) (наибольшее число в столбце R, в табл. 2.4),
a Qv определяется как
q.=qM^
Определение причастности частиц металлов при КЗ в электропро-
водках к случаям возникновения пожаров производится по вычис-
ленному значению вероятности возникновения пожара Qn.
Если величина Qn не менее 0,3, делается вывод о причастности
)лектропроводки к пожару на объекте. При Qn не более 0,01 пожар от
электропроводки маловероятен. В остальных случаях (0,0 К Qn <0,3)
эксперт может сделать вывод о причастности электропроводки к по-
жару, сравнивая полученную вероятность с вероятностями загорания
от других источников зажигания. Окончательно вывод о причине по-
жара на объекте делается на основании совместного учета экспертно-
го заключения, выполненного по данной методике, и всех следствен-
ных материалов.
2.6. Влияние параметров аппаратов защиты
на возникновение частиц металлов при КЗ
Рекомендуемый ПУЭ порядок выбора электрической защиты не
всегда обеспечивает, как показали эксперименты, пожаробезопас-
ность электропроводок в связи с выбросом из зоны замыкания рас-
каленных и горящих части.
Полученные результаты экспериментальных исследований
(рис. 2.22 и 2.23) показывают, что при дуговом режиме замыка-
ния проводов марки АПВ 2,5 (рис. 2.22) защита предохранителями
ПН-2 с рекомендуемой плавкой вставкой на 25 А исключает возник-
новение частиц при КЗ, а при защите автоматическим выключате-
лем, например, АЗ 120 с комбинированным расцепителем и током
рекомендуемой уставки 25 А при токах КЗ 300-500 А такая защита
не обеспечивается и требуется существенно (до 15 А) занижать ток
уставки.
181
Глава вторая. Пожарная опасность частиц металлов, образующихся
при коротком замыкании в электропроводках
Рис. 2.22. Токовременные характеристики
аппаратов защиты и дугового режима КЗ
в проводах АПВ 1x2,5 с вероятностью воз-
никновения частиц 2=0,1:
1 — режим КЗ;
2 — автоматический выключатель АЗ 120,
ток уставки 25 А;
3 — автоматический выключатель АЗ 120;
ток уставки 15 А;
4 — предохранитель ПН-2, ток плавкой
вставки 25 А
Рис. 2.23. Токовременные характеристики
аппаратов защиты и дугового режима КЗ
в проводах АПВ 1x4 с вероятностью воз-
никновения частиц 2=0, Г.
1 — автоматический выключатель АЗ 120,
ток уставки 30 А;
2 — автоматический выключатель АЗ 120,
ток уставки 15 А;
3 — режим КЗ;
4 — предохранитель ПН-2, плавкая встав-
ка 35 А;
5 — предохранитель ПН-2, плавкая встав-
ка 25 А
Для проводов АПВ 4 (рис. 2.23) рекомендуемая плавкая встав-
ка 35 А защищает электропроводку от появления частиц только
при токах КЗ 100-600 А; полный диапазон защиты обеспечивает-
ся лишь при плавкой вставке 25 А. Автоматические выключатели
АЗ 120 с комбинированным расцепителем ни при токе уставки /у=30 А
(рекомендуемое нормами значение) ни даже при 1 = 15 А в значитель-
ном диапазоне токов КЗ не обеспечивают защиты от возникновения
частиц. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе ап-
паратов защиты для электропроводок, прокладываемых в пожаро-
182
2.6. Влияние параметров аппаратов защиты на возникновение частиц металлов при КЗ
опасных зонах, где велика опасность зажигания частицами горючих
материалов.
Критические значения длительности токов КЗ, при которых в зоне
замыкания не происходит образования частиц металлов, приведены
в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Критические значения длительности токов КЗ,
при которых не происходит образования частиц металла в зоне замыкания
Ток КЗ, А Критическое значение дли- тельности токов КЗ, с, для провода сечением, мм2 Ток КЗ, А Критическое значение дли- тельности токов КЗ, с, для провода сечением, мм2
2,5 4 2,5 4
200 16,46 21,11 1200 0,457 0,58
400 4,12 5,27 1500 0,293 0,38
500 2,63 3,38 2000 0,165 0,29
1000 0,659 0,84 2500 0,105 0,21
183
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
Вероятностно-статистический метод оценки
пожарной опасности электротехнических издений
3.1. Общие сведения
Вероятностный метод, впервые предложенный В. С. Кравченко
[51] для оценки воспламеняющей способности искровых разрядов в
газовоздушных средах, в дальнейшем был развит и существенно до-
полнен другими исследователями и в настоящее время находит все
большее признание и применение для определения пожаровзрыво-
опасности веществ и материалов, а также технологических процессов
и оборудования [52, 53]. В качестве оценочных параметров в работе
[51] использованы такие детерминистические характеристики, как
минимальная энергия воспламенения от искрового разряда, мини-
мальный воспламеняющий ток, температура воспламенения (само-
воспламенения) и др.
Большое развитие и практическую реализацию вероятностны ii
метод оценки пожаровзрывоопасности оборудования технологиче-
ских процессов нашел в трудах Б. Г. Попова [53] и учеников его на-
учной школы, а также некоторых зарубежных исследователей, что
подготовило необходимую базу и послужило научным стимулом для
разработки соответствующих методов для конкретных отраслей про
мышленности, групп оборудования и видов изделий, в том числе из
делий кабельной промышленности.
Трудности экспериментального определения параметров зажи-
гания, обусловившие необходимость разработки вероятностною
метода оценки пожарной опасности электротехнических устройств,
в частности электропроводок, аналогичны тем, которые возникали
184
3.1. Общие сведения
при оценке пожаровзрывоопасности газовоздушных смесей. Есте-
ственно, они имеют свою специфику, связанную с необходимостью
учета надежности электроустановок, флюктуации тока в аварийных
режимах, тепловых изменений сопротивления токопроводящих жил
и зоны контакта, пиролиза изоляции, диффузии окислителя и газоо-
бразных продуктов, деструкции изоляции в зоне первичного очага
загорания и многих других факторов, характер и степень влияния ко-
торых можно оценить лишь используя методы теории вероятности и
математической статистики.
Первые попытки использовать статистический подход при оценке
пожарной опасности проводов и электроустановочных изделий были
предприняты во ВННИПО МВД СССР П. А. Фетисовым. Им опре-
делялась частота загорания изделий, которая предлагалась в качестве
параметра классификации их по степени пожарной опасности.
При участии автора в ходе разработки методики по оценке при-
частности к пожарам КЗ в проводах была выполнена работа, в кото-
рой вероятность возникновения пожара в электропроводке впервые
учитывала не только вероятность зажигания изоляции Qs, но также
вероятность возникновения таких случайных событий, как повреж-
дение электросети Qn , неисправность (отказ) электрозашиты Qh з,
наличие пожароопасных токов Qn з:
Q =Q Q Q Q (3.1)
^н.з ^п.р ^п,з ^в W х/
Зажигание в обогащенной кислородом среде твердых горючих
материалов, в том числе изоляции проводов, было рассмотрено
А. С. Мелиховым.
Продолжением этих исследований применительно к конкретному
объекту (бортовой цепи летательного аппарата) следует считать рабо-
ту Ю. К. Пискова, в которой классифицированы математические ме-
тоды, используемые для оценки опасности зажигания горючих сред
(на детерминистические, детерминистическо-вероятностные, стати-
стические и вероятностные).
Предложенная классификация методов является условной, так как
ни один из них в «чистом» виде для оценки и прогнозирования по-
185
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
жарной опасности объектов и производств не применяется, при этом
показано, что большая часть параметров, влияющих на пожарную
опасность проводов, может быть определена лишь статистически.
Таким образом, наиболее перспективными следует считать именно
вероятностно-статистические методы, в которых на основе теории
вероятностей устанавливается связь между влияющими на пожарную
опасность параметрами, исходя из совместности событий.
Основным методом получения информации о надежности работы
изделий (вероятности выхода из строя, потока отказов) является сбор
и обработка эксплуатационной статистики, однако решение этой за-
дачи часто имеет существенные трудности, связанные с отсутствием
достоверного учета на предприятиях причин отказов электрообору-
дования, видов ремонта и т. п. В этих условиях наиболее целесообраз-
ным, а часто и единственно возможным способом получения данных
об отказах электротехнических устройств и о пожарах, связанных с
этими отказами, может явиться метод экспертных оценок.
Исходя из анализа литературных источников, можно констатиро-
вать, что наибольшего внимания заслуживают работы, в которых де-
лаются попытки связать пожарную опасность электрооборудования
с его надежностью или вероятностью возникновения аварийного ре-
жима в этом оборудовании.
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
Понятие пожарной опасности электроустановок. В соответствии
с рекомендациями ГОСТ 12.1.033-81 пожарная опасность любою
вещества, процесса или изделия, в том числе электротехнического,
трактуется как «возможность возникновения или развития в нем или
от него пожара».
Конкретизируя и развивая это положение применительно к эле к
троустановкам и учитывая результаты многолетних исследований в
этом направлении, можно дать следующую, наиболее общую форму
лировку понятия «пожарная опасность электроустановок».
Пожарная опасность электроустановок характеризуется:
186
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
а) вероятностью возникновения или развития пожара, связанной
с возгоранием узлов (деталей) самой электроустановки, поддержи-
вающих конструкционных материалов, а также веществ и материа-
лов, соприкасающихся с электроустановкой или находящихся в зоне
сс радиационного излучения либо в зоне воздействия электрической
дуги, или выпадающих (выходящих) из электроустановок раскален-
ных (горящих) частиц и газов;
б) вероятностью появления и воздействия на людей, животных,
строительные конструкции и оборудование дыма, токсичных про-
дуктов и других опасных факторов, образующихся при горении дета-
лей и узлов электроустановок.
Исходя из этой формулировки, оценка пожарной опасности элек-
I роустановок должна производиться прежде всего путем определения
вероятности возникновения пожара, которая должна включать в себя
вероятность возникновения загорания от электроизделия и вероят-
ность перехода этого загорания в пожар.
Вероятностная оценка пожарной опасности электроизделий и
связанная с ней возможность нормирования их пожарной безопас-
ности представлялись весьма перспективными, однако долгое время
они не могли быть использованы из-за отсутствия четких указаний
но выбору уровня значимости, определяющего допустимую величи-
ну безопасной вероятности. Этот пробел был в значительной степени
устранен со вступлением в действие в июле 1977 г. разработанного во
Bl IИИПО МВД СССР совместно с рядом других организаций ГОСТ
12.1.004-76 «Пожарная безопасность. Общие требования», в котором
уровень значимости критерия устанавливался равным 10 б на одно
изделие в год.
Определение вероятности возникновения пожара от электротехниче-
ских изделий на этапе их разработки. В соответствии с разработанной
но ВНИИПО МВД СССР методикой [52] вероятность возникнове-
ния пожара Qn от любого источника зажигания в общем виде пред-
ЛП1 алось определять из выражения:
еп=е,еуере„. <з.2>
1S7
Глава третья. Вероятности о-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
где <2з — вероятность возникновения загорания в узле; Qy — вероятность со
средоточения или образования в узле (или возле него) количества вещества,
представляющего пожарную опасность; Q — вероятность того, что возник
шее загорание перерастет в пожар; £>тз =\/К — вероятность отказа системы
тушения пожара (A"=7 при наличии систем пожарной защиты или сигнал и
запии; А==1 при их отсутствии).
Позднее, при разработке ГОСТ 12.1.004-91 понятие «пожароопас-
ный узел», в целях упрощения расчета вероятности, трансформиро
валось в понятие «изделие в целом». Критерий пожарной безопасно-
сти остался прежним:
2п<10-6. (3.3)
Эту запись можно трактовать по разному. Наиболее удобной и
понятной является следующая: для завода, выпускающего миллион
электрических изделий в год, стандарт «разрешает» один пожар на
всю эту огромную партию изделий.
Уровень значимости допустимой вероятности пожара (1(У6 в год),
по которому нормируется пожарная опасность изделий и объектов,
связан, прежде всего, с обеспечением безопасности людей. Коли-
чественно он отражает «соотношение между физическими возмож-
ностями человека и реальными физиологическими и психологичес-
кими параметрами среды (в которой человек оказывается во время
пожара и при которой вероятность воздействия опасных факторов на
человека не превышает нормативную)».
Применительно к электротехническим изделиям сомножители
и Qy выражения (3.2) отражают конструктивные особенности са-
мого изделия, а два других — Qp и (?тз связаны с условиями эксплуа-
тации.
При проведении лабораторных исследований пожарной опаснос-
ти электроизделий, если область их применения, окружающая среда
и условия эксплуатации однозначно не оговариваются (наиболее час-
тый случай), Q? и 0тз принимаются равными единице. Этим самым
устанавливается наиболее жесткий (из числа возможных) случай экс-
плуатации изделий, когда на объекте не осуществляется (вследствие
188
3.2 Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
отсутствия или неисправности средств пожаротушения, неумения
обслуживающего персонала и т. п.) оперативное тушение загорания,
•I io также способствует его перерастанию в пожар. Если же в реаль-
ных условиях значения Qp и (?тз будут меньше единицы, то это создаст
определенный запас в обеспечении пожарной безопасности изделий.
Вероятность 0у зависит от конкретного вида изделий и определя-
ется отношением массы (объема) горючих материалов, к общей мас-
се (объему) изделия.
Вероятность загорания Q3 определяется из выражения [52]
е,=есе„е.е,е,ел, <з.4>
|де (?с — вероятность возникновения ситуации, связанной с образованием
ц/около изделия пожароопасной среды; — вероятность того, что пожа-
роопасная среда является горючей; Qy — вероятность наличия источника
никигания в пожароопасной среде; Qt Qq Qd — вероятность того, что темпе-
ратура, давление и определяющий размер пожароопасной среды будут выше
критических значений соответствующих параметров.
Для электротехнических изделий, предназначенных для исполь-
ювания в большинстве отраслей народного хозяйства, все сомножи-
тели, входящие в выражение (3.4), кроме Qc и Q* могут быть прирав-
нены к единице.
Вероятность Qc для электроизделий, не содержащих жидких или
твердых плавящихся изоляционных материалов, в выражении (3.4)
опускается, так как учитывается вероятностью (Эу. Для электротехни-
ческих изделий, в которых содержатся жидкие горючие изоляционные
материалы (например, масляные электрорадиаторы, трансформато-
ры и др.) или твердые плавящиеся материалы (битум, полиэтилен и
др.), Qc определяется статистически в процессе лабораторных испы-
таний из выражения
Qc=^, (3.5)
«>
|де /Я] — число случаев, в которых наблюдались вытекание и попадание в
ю| iy расположения пожароопасных узлов горючих изоляционных материа-
иов; Л]- общее число опытов.
189
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Таким образом, из выражения (3.2) следует, что основная вероят-
ность, которая оценивает пожарную опасность электроизделия и ко
торую определяют в ходе выполнения лабораторных исследований,
является — вероятность появления (наличия) источника зажига-
ния.
Конкретное значение вероятности QK зависит от вида, назначения
и условий эксплуатации электроустановок.
В общем виде
Q =Q Q Q Q Q, (3.6)
'п.р ^н.з ‘п.з ^п,и '
где Qnf — вероятность возникновения пожароопасного аварийного режима
(возникновения КЗ, перегрузки, повышения переходного сопротивления
и т.п.); QH 3 — вероятность неисправности или неправильного выбора (загруб-
ления) защиты (электрической, тепловой и т.п.); Qn3 — вероятность того,
что величина характерного пожароопасного фактора (тока, переходного
сопротивления и др.) лежит в диапазоне пожароопасных значений; Qn и
вероятность попадания источника в горючую среду (если он удален от нее,
например частица металла, образующаяся при КЗ); Qu — вероятность вое
пламенения горючего материала.
Рассмотрим более подробно условия определения вероятностей,
входящих в уравнение (3.6).
Говоря о вероятности возникновения пожароопасного аварийно
го режима работы электротехнических устройств Qn , следует прежде
всего уточнить, что понимается в данном случае под этим термином.
В некоторых стандартах в качестве синонима этого термина употре
бляются выражения «ненормальный режим», «аномальный режим»
и др. Но все они недостаточно точно и четко отражают сущность
явления. Наиболее приемлемо следует считать следующую форму-
лировку: аварийный пожароопасный режим электротехнического
устройства — это такой режим работы, при котором нарушается со-
ответствие номинальных параметров и нормальных условий эксплуа-
тации изделия или его составных частей, приводящий его к выходу и j
строя и создающий условия к возникновению загорания.
190
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
Одной из задач оценки пожарной опасности электротехнических
и зделий и является установление аварийного пожароопасного режи-
ма для данного конкретного вида изделия, который является харак-
1срным для них. Он должен быть из числа тех наиболее опасных в
пожарном отношении режимов, которые возникают в эксплуатации
и имеют наибольшую вероятность. В дальнейшем выбранный пожа-
роопасный режим указывается в методике испытания изделия на по-
жарную опасность.
В зависимости от вида и назначения изделия испытательные ха-
рактерные пожароопасные режимы создаются путем:
а) увеличения силы тока, проходящего через исследуемое электри-
ческое изделие или его составную часть (повышение напряжения, КЗ,
перегрузка, двухфазное включение электротехнических устройств
трехфазного тока, заклинивание ротора или других подвижных ча-
стей электрических машин и аппаратов и др.);
б) снижения эффективности теплоотвода от нагреваемых элек-
трическим током деталей и поверхностей электрических устройств
(закрытие поверхностей горючими материалами с малым коэффи-
циентом теплопроводности, отсутствие жидкости в водоналивных
приборах, выключение вентилятора в электрокалориферах и тепло-
элсктровентиляторах, понижение уровня масла или другой диэлек-
трической жидкости в маслонаполненных установках, снижение
уровня жидкости, используемой в качестве теплоносителя, и др.);
в) увеличения переходного сопротивления, приводящего к росту
падения напряжения и выделяющейся мощности в контактных сое-
динениях или коммутационных элементах;
г) повышения коэффициента трения в движущихся (вращающихся)
элементах (имитация отсутствия смазки, износ поверхностей и т. п.);
д) воздействия надетали электроустановок электрических дуг (рез-
кое перенапряжение, отсутствие дугогасительных решеток, выход из
строя элементов, шунтирующих дугу, «круговой огонь» коллектора);
е) сбрасывания раскаленных (горящих) частиц, образующихся
при аварийных режимах в электроустановках, на горючие элементы
(частиц от оплавления никелевых электродов в лампах накаливания,
частиц металлов, образующихся при КЗ в электропроводках, и т. п.);
191
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
ж) расположения горючих материалов в зоне радиационного на
грева, создаваемого электроустановками;
з) пропускания тока по конструкциям и элементам, по которым
нормально ток не проходит, но может проходить в аварийных усло-
виях;
и) создания не предусмотренного условиями работы, но возмож-
ного в аварийном режиме нагрева за счет электромагнитных полей.
Вероятность бнз — это статистическая величина, которую при
проведении лабораторных испытаний на воспламеняемость изделия
поддерживают равной единице (защита постоянно загрублена).
Значение Qu принимают равной среднестатистической величине,
имеющей место на тех объектах, где преимущественно используется
изделие.
Вероятность воспламенения горючего материала QB определяю!
статистически в ходе лабораторных испытаний в условиях Qn = QH = I
из выражения
где т — число положительных исходов; п — число опытов.
За положительный исход опыта в данном случае в зависимости oi
вида электротехнического устройства принимают воспламенение,
появление дыма, достижение критического значения температуры
нагрева и т.п.
Задание характерного пожароопасного параметра при проведе-
нии опытов по определению QB может осуществляться двумя спосо-
бами: либо выбирают самое пожароопасное значение параметра и
при нем проводят п опытов, либо, что более правильно, но и более
трудоемко, проводят небольшие серии опытов при каждом значе-
нии пожароопасного параметра, а затем определяют среднюю веро-
ятность QB во всем диапазоне пожароопасных значений параметра.
При малом числе опытов статистическая вероятность зажигания Qn
будет отклоняться от истинной математической вероятности на ве-
личину ±е:
192
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
а=а ±е,
где QM — математическая вероятность зажигания.
При известных вероятности зажигания и допустимом отклонении
частоты от вероятности
число опытов, которое необходимо провести, чтобы вероятность от-
клонения частоты от математической вероятности не превышала задан-
ную величину Ф(Д), может быть определено по теореме Лапласа [54]:
С
дб
V п
.«Ф(д)
(3.7)
гдеФ(Д)= —
л
д
Jе'д2б?Д — табличная функция Лапласа; Р = \-Q — вероятность
о
отсутствия зажигания.
Откуда
\2-2PQ
П>----
Однако использование формулы (3.7) возможно, если вероятность
события Q уже известна.
Нахождение достаточного числа п в опытах по определению ве-
роятности зажигания может быть выполнено по обратной теореме
Лапласа:
Q
где 0’— частота событий;
(3.8)
— отклонение частоты от вероятности.
193
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
На практике удобнее задаваться числом зажиганий.
Выражая е'в процентах от частоты Q'-.
£'% =
ЮОе'
Q' ’
и подставляя в выражение (3.8), получаем
£% = 100Д.
20-0
»2'
где А — аргумент функции Лапласа.
Выше были перечислены электротехнические параметры работы
электроустановок, существенное изменение которых в процессе экс
плуатации приводит к возникновению характерного пожароопасно
го режима.
Установление характерного для изделия вида пожароопасною
электротехнического фактора и определение его численного значс
ния, представляющего оптимальные для зажигания величины, — это
одна из задач, решаемых в процессе исследования пожарной опасное
ти электротехнических устройств.
После нахождения данной величины определяют Qn з как верой i
ность ее появления во всем диапазоне возможных значений, имею
щих место в эксплуатации (более подробно это будет показано и
разд. 3.3 на примере электропроводок).
Однако не всегда существует прямая возможность оценить пожа
роопасность изделия через величины электротехнических факторов
(тока, напряжения, сопротивления). Очень часто, и это отражай
физическую сущность процесса зажигания, в основе которого лежи i
тепловая модель, зажигательную способность электротехнических
факторов характеризуют через их энергетические характеристики
энергию, мощность, плотность теплового потока, температуру и т. п В
этом случае Qn з определяет вероятность того, как часто или как долю
значение соответствующего энергетического параметра за определен
ный промежуток времени (например, в течение года) будет превыша 11.
194
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
сю минимальное пожароопасное значение (определение минималь-
ных пожароопасных значений большинства энергетических пара-
метров производится по методикам, разработанным во ВНИИ ПО
МВД СССР). Условия безопасности в этом случае формулируется в
соответствии с данными табл. 1.10.
Результирующее выражение, регламентирующее безопасность
ыектроизделий на этапе их разработки [получается после подстанов-
ки (3.3), (3.4) и (3.6) в формулу (3.2)], с учетом отмеченных в парагра-
фе допущений имеет вид
Q=QQQQQQ^ ЮЛ (3.9)
гле 2ос = Qy Q- вероятность образования горючей смеси.
При необходимости входящие в формулу (3.9) сомножители Qn и
(для конкретных видов электротехнических изделий и условий их
жсплуатации [55] могут быть выражены через известные надежност-
ные характеристики (например, интенсивность отказов).
В последующие годы при пересмотре ГОСТ 12.1.004 в 1991 г., с
учетом опыта применения его предыдущих редакций, формула (3.9)
была преобразована для более удобного использования и имеет сле-
дующий вид:
Q =Q Q Q Q <10~6, (3.10)
1де £?пр — вероятность возникновения характерного пожароопасного ре-
жима в составной части изделия (возникновения КЗ, перегрузки, повы-
шения переходного сопротивления и т.п.), 1/год; 2ПЗ — вероятность того,
ч то значение характерного электротехнического параметра (тока, переход-
ною сопротивления и др.) лежит в диапазоне пожароопасных значений;
О , — вероятность несрабатывания защиты (электрической, тепловой и т.п.);
— вероятность достижения горючим материалом критической температу-
ры или его воспламенение.
В стандарте был конкретизирован и подход к определению неко-
торых, входящих в формулу (3.10), сомножителей.
195
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Вероятность возникновения характерного пожароопасного режи
ма Qn определяют статистически поданным испытательных л абора
торий предприятий-изготовителей и эксплуатационных служб.
При наличии соответствующих справочных данных Qn р может быть
определена через общую интенсивность отказов изделия с введением
коэффициента, учитывающего долю пожароопасных отказов.
Вероятность Qh з в общем виде рассчитывается по формуле
3 = 1 - = 1 - Ре*' ‘ - еу + Рекр‘ ,
где Р — вероятность загрубления зашиты (устанавливается обследованием
или принимается как среднестатистическое значение, имеющее место на
объектах, где преимущественно используется изделие); Аэ — эксплуатацион-
ная интенсивность отказов аппаратов защиты, 1/ч; Ар — рабочая (аппарат-
ная) интенсивность отказов защиты (определяется по теории надежности
технических систем), 1/ч; Аз — интенсивность отказов загрубленной защи-
ты, 1 /ч; t — текущее время работы, ч.
Для аппаратов защиты, находящихся в эксплуатации более 1,5—2
лет, для расчета QH з может быть использовано упрощенное выражение:
GH.3=V
Более подробный анализ компонентов, входящих в уравнения
(3.9), (3.10), приведен в разд. 3.3.
Характерный пожароопасный режим изделия определяется зна-
чением электротехнического параметра, при котором возможно
появление признаков его загорания. Например, характерный пожа-
роопасный режим — короткое замыкание (КЗ); характерный элек-
тротехнический параметр этого режима — значение величины тока
КЗ. Зажигание изделия возможно только в определенном диапазоне
токов КЗ. В общем виде:
Q =N/N,
*^П,3 п' э’
где Nn, N3 — соответственно диапазоны пожароопасных и возможных в экс-
плуатации значений характерного электротехнического параметра.
196
3.2, Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
Нахождение пожароопасных значений производится в ходе вы-
полнения экспериментальных исследований при определении QB.
Для этого находятся максимальные и минимальные пожароопасные
значения характерного электрического параметра (см. разд. 3.3).
Вероятность Q& положительного исхода опыта (воспламенения,
появления дыма или достижения критической температуры) опреде-
ляется после проведения лабораторных испытаний в условиях равен-
ства О = Q Q = 1,т. е.
^п,р ^н,з ^п,з ’
_ 3 + 1, Зан
п + 2 ’
(З.П)
где т — число опытов с положительным исходом; п — число опытов.
В случае т > 0,76 (az— 1) принимают QB=1.
Определение вероятности Qa по формуле (3.11) является точечной
оценкой.
Для определения QB при «непрерывных показателях» можно вос-
пользоваться интервальной оценкой по табличной функции Лапласа
156]. Для этого на основании данных, полученных в ходе проведения
испытаний, представляющих собой набор значений температур в
контрольных точках пяти образцов, вычисляется средняя температу-
ра Т и ее среднеквадратичное отклонение а по формулам:
ср
где N — количество образцов; 7) — измеренное значение температуры в
контрольной точке, °C.
Достаточность количества образцов ./У для расчета вероятности QB
определяется из выражения
197
Глава третья Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
S ±1
a k 2J’
(3.12)
где Zq — квантиль нормального распределения в зависимости от заданной
доверительной вероятности q\8 — допустимая относительная погрешность,
Ло — ожидаемое значение нормированного допуска:
. _ Тср Ткр
0 а
где Т — критическая температура материала, °C.
Если условие (3.12) не выполняется, то увеличивают количество
образцов Nи продолжают испытания.
При выполнении условия (3.12) испытания в пожароопасных рс
жимах прекращают.
Вероятность достижения критической температуры Г р (см. табл. 3.1)
в характерных пожароопасных режимах вычисляется по формуле
где Ф (А) — табулированная функция Лапласа; h — точечное значс
ние аргумента функции Лапласа:
h = (TQp-TKp)/o.
Таблица 3.1
Значения критических температур 7 для некоторых видов
горючих изоляционных материалов
Материал Температура, °C Материал Температура, °C
Гетинакс 228 Полипропилен 260
Текстолит 286 Полиметилметакрилат 170
Полиэтилен высокого давления 272 Полиамид (капрон) 170
Полиэтилен низкого давления 245 Поликарбонат 418
Поливинилхлорид 312 Фенопласт 497
Примечание. В качестве Гр принято 0,8 температуры воспламенения изоляционною
материала.
198
3.2. Оценка пожарной опасности электротехнических изделий
Для точечной оценки принимают наихудшую из оценок.
Верхняя доверительная граница задаваемого уравнения q для по-
казателя Q\ вычисляется по формуле
<2; = Ф(Я-),
I дс величина Н* вычисляется по найденной оценке h по формуле
Н‘ =h + Z--^dl+-h2 .
q JN N 2
Квантиль нормального закона распределения Zq определяется по
шданной вероятности q из таблиц функции нормального распреде-
ления.
Примечание. При \h\ >10 и |ZT| >10 результат следует считать абсолютным,
в в расчете использовать предельные значения, указанные в соответствую-
щих таблицах нормального распределения.
Вероятность возникновения пожара Qn с учетом точечной оценки
и верхней доверительной границы (/определяют по формулам:
(3.13)
Изделие соответствует требованиям пожарной безопасности, если
СТ <1-IO'61/год.
Если (Г >1-10‘6 1/год, но £п<1-10’6 1/год, то необходимо провести
дополнительные испытания для увеличения достоверности оценки
показателя Qn.
Если Q'n >1-10’6 1/год, и 2п>110 б 1/год, то требования пожарной
безопасности не выполняются.
199
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности
электропроводок
Открыто проложенные провода и кабели. Формулы (3.9), (3.10) хи
растеризуют общий подход к оценке пожарной опасности элсюри
технических изделий. Для решения практических задач они должны
быть конкретизированы. В рамках данной работы, посвященной п iv
чению пожарной опасности электропроводок, целесообразно п игр
вую очередь рассмотреть наиболее опасный их вид — открыто при
ложенные электропроводки установочными проводами и кабелями
В этом случае вероятность возникновения пожара Qn будет связана i
тремя основными ситуациями:
— загоранием собственной изоляции кабельного изделия oi
сверхтоков перегрузки или дуги КЗ;
Q2 — загоранием материалов опорных поверхностей, отложнп
шихся веществ и поддерживающих конструкций электропроводки <н
дуги КЗ;
(93 — зажиганием горючих материалов образующимися при КЗ чп
стицами металлов.
Приведенные вероятности в общем случае взаимосвязаны, i с
возможность возникновения пожара от них представляет совместный
события. Для вывода общей формулы оценки пожарной опасноеiи
электропроводок рассмотрим отдельные составляющие Q}, Q2 и (7,
В частных случаях будут иметь место условия:
a) Qj=Q2=O; Q3*0 — электрическая защита своевременно отключи ш
аварийный участок; загорания изоляции и опорной поверхности и ci
Частицы образовались и могут вызвать загорание с вероятностью (?,;
б) С2=23; — имеет место загорание изоляции (С, *0), но при
водка проложена по негорючему основанию и частицы при КЗ нс по
падали на горючие материалы;
в) Q1=Q3=0; (?2*0 - загорание изоляции не произошло; чаши
цы металла не образовались либо не попали на горючие материалы
Произошло загорание, например, от дугового разряда, несущей кон
струкпии (основания, по которому проложена электропроводка, чн>
может иметь место при грубом нарушении правил монтажа).
200
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности электропроводок
Рассмотрим каждую из составляющих вероятности Qn, причем для
их записи может быть использовано общее исходное выражение (3.9):
Q, = Q Q Q Q Q Q , (3.14)
где Goc и 0пи можно принять равными единице, так как основные виды изо-
линии — горючие материалы всегда присутствуют; 2пр — вероятность воз-
никновения пожароопасного аварийного режима в электропроводке при ее
длине равной /э.
Поскольку аварийные режимы (КЗ и перегрузка) наиболее часто
являются совместными событиями, то
Q = Q + Q —Q Q (3.15)
*--п,р *~пер ^пер^к х 7
Причиной появления воспламеняющего импульса в электропро-
водках является тепловое воздействие на изоляцию токов КЗ или
перегрузки, которое в значительной степени зависит от надежности
электрической защиты и значения токов КЗ (перегрузки). Поэтому
произведение вероятностей QH3 Qn з QB для данного конкретного слу-
чи» можно записать в виде
али+(1-еи,3)а:и, (злб)
где Q’u„ и Q’M — соответственно вероятность появления воспламеняю-
щею импульса в случае отказа и в случае срабатывания электрической
нициты.
Так как воспламеняющий импульс связан со сверхтоком / (при
К З или перегрузке), то вероятность появления воспламеняющего им-
пульса является условной вероятностью возникновения сверхтока:
Ute /и, /12 — нижнее и верхнее значения пожароопасных токов при отказе
шектрозашиты; 122 — верхнее значение сверхтока при срабатывании элек-
цюзащиты; Q'B и Q” — соответственно вероятность зажигания изоляции в
201
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
пожароопасных диапазонах тока в цепи в случае срабатывания и отказа
электрической защиты; Q'n, и £',3 — вероятность появления диапазонов пожа-
роопасных сверхтоков при отказе и срабатывании электрической защиты.
Для определения входящих в выражение (3.17) сомножителей
бп,з и вп,з рассмотрим схему питающей электропроводки, в которой
произошло КЗ. Если пренебречь сопротивлением контакта в точке
замыкания, то параметры цепи, определяющие значение тока КЗ /к,
будут следующие: С7ф — номинальное фазное напряжение вторичной
обмотки трансформатора; г , гл(Г) — активные сопротивления транс-
форматора и линии до места КЗ; х , хл(1) — индуктивные сопротивле-
ния трансформатора и линии электропроводки.
Ток КЗ определяется по формуле
где I — длина линии от источника питания.
при l = L,IK=Iaia=I
При 1 = 0,1к=1
где L — длина всей линии.
Так как хл(1)= xol, гл(1)=г0(1), где х0 и г0 — индуктивное и активное
сопротивление единицы длины линии, то
(3.18)
т. е. при (х^, г?, х0, r0) = const значение тока КЗ будет определяться
удалением точки замыкания от источника питания. Математически
точку КЗ можно представить как некоторую координату х, случайно
202
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности электропроводок
распределенную по оси О, L. Плотность распределения такой вероят-
ности будет равномерной [57]:
V'x (О-
— при 0 < х < L\
(3.19)
О при х < 0 и х > L.
Зная плотность распределения у (Г), можно определить плотность
распределения / по формуле [54]
в.
f'W *
где Д//) есть функция (3.18) с подстановкой — характерной величины (в
нашем случае = L/2).
Но в силу (3.19)
у/(х)
W4»
= -24
dl
2
=const,
т. e. величина появления тока КЗ любой кратности /к также имеет
равномерное распределение. Тогда дифференциальная плотность
распределения токов КЗ
V/ (I ) =-----J <1 <1 ,
т V к 7 г г 01 к 02 ’
2 02 2 01
где /02 — 701 — область возможных значений аварийных токов.
Значения аварийных токов, при которых возможно зажигание
изоляции, лежат в диапазоне /и< / < /12, если защита неисправна (за-
трублена), и 1п< 1с< 122, если защита правильно выбрана и работо-
способна. Исходя из равновероятной возможности существования в
203
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
сетях этих кратностей токов (например, с вероятностью Р), Qn з може i
быть определена как отношение площадей прямоугольников:
Qi = : sc = (/12 - Z,,) Р/ (4 - 4 ) Р=
‘02 ‘01
где 5вос, 5. — площади прямоугольников с одной стороной, равной Р, и сто
ронами /12 — /п (диапазон свсрхтоков, приводящих к загоранию изоляции);
/02 — 701 — полный диапазон кратностей сверхтока в цепи.
Следовательно, вероятность попадания токов КЗ в воспламеняю
щую область при несрабатывании (неисправности, загрублении) за-
щиты составит
е;.=я<=^.
'02 ‘01
и соответственно при срабатывании защиты
/j" _ Лг ~ А1
т _ г ’
‘02 ‘01
где границы /н, /|2, 122 определяются экспериментально по кривым, общий
вид которых представлен на рис. 3.1, а /01 и /02 для данного участка цепи —
расчетом.
Рис. 3.1. Зависимость вероятности вос-
пламенения изоляции провода от ава-
рийного тока:
7 — при неисправной (загрубленной)
защите;
2 — при исправной защите
Фактически значения токов /и, 1Х2, Л2 для некоторых марок про-
водов, защищаемых автоматическими выключателями, могут быть
определены по кривым, представленным на некоторых рисунках
204
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности электропроводок
гл. 1, (например, рис. 1.10 и 1.11. Значения вероятностей Q'B и Q" при-
нимают по экспериментальным зависимостям или определяют как
отношение числа воспламенений к числу опытов (при конкретном
значении тока в цепи в диапазоне пожароопасных значений).
Подставляя в (3.14) значения (3.15), (3.16), (3.17), окончательно
получаем:
q=(бпеР
(3.20)
। де Ы'пз и Д/"3 — пожароопасные диапазоны сверхтоков при отказе и сраба-
। ывании защиты; Д/с — диапазон сверхтоков в данной цепи.
Полученное выражение позволяет определить вероятность воз-
никновения пожара (загорания) изоляции проводника при возник-
новении в нем КЗ и перегрузки. Однако в реальных условиях раздель-
ная статистика пожаров от КЗ и перегрузок часто отсутствует; обычно
известна или задается интенсивность потока отказов кабельного из-
делия при эксплуатации Ак и.
Вероятность (2к 3 должна учитывать как аппаратную надежность
электрической защиты, так и надежность ее функционирования. Ве-
роятность QH з можно выразить через соответствующие интенсивно-
сти потока отказов: эксплуатационную Аэ, связанную с возможными
в эксплуатации загрублениями, и рабочую Ар, зависящую от отказов
незагрубленных аппаратов защиты. Тогда вероятность срабатывания
шщиты (затрубленной и незагрубленной) Qc 3+с н 3 можно записать как
су мму условных вероятностей, отражающих срабатывание затрублен-
ной Qc з и незагрубленной Qc н з защиты:
О + Q . + Q . ,
*^с,з+с,н,з *^з,з/с,з,з Хгз,н,з/с,н,з ’
где <233/С33~ вероятность срабатывания неправильно выбранной защиты
при условии, что защита затрублена; С3 н 3/с н 3 — вероятность срабатывания
правильно выбранной защиты при условии, что защита не затрублена.
(3.21)
Испытания на надежность электрорадиоэлементов, многие из
которых относятся к восстанавливаемым системам, показали, что
205
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
распределение времени наработки на отказ чаще всего подчиняется
экспоненциальному закону распределения, так как, во-первых, обна-
ружение неисправностей осуществляется, как правило, рядом после-
довательных проверок, а, во-вторых, восстановление основных ви-
дов отказов производится достаточно быстро. Тогда уравнение (3.21)
запишется (опуская сложный индекс Q . = Q) в следующем виде:
Q = е-^‘=ре-^+ е-лр‘ _ре-^' t (3.22)
где Q — вероятность срабатывания защиты (затрубленной и незагрублеп
ной); Р — вероятность загрубления защиты (устанавливается обследован и
ем); t — текущее время работы; Ар — рабочая (аппаратная) интенсивность
отказов защиты; Аэ — эксплуатационная интенсивность отказов аппаратон
защиты; Аз — интенсивность отказов затрубленной защиты.
С точки зрения пожарной опасности наиболее тяжелым является
случай, когда Q принимает наименьшее значение в зависимости от /’
и Аз. Для нахождения минимального значения Q необходимо найти
такое значение функции Аз = , при котором выражение (3.22)
имеет минимум.
Анализ показывает, что Л3 стремится к Азтах при полном загрублс-
нии защиты, когда Р -> 1. Исходное выражение (3.22), при Аэ = Азтах и
Р = 1 запишется в виде
Q = е~^=ек"
max t
откуда А = А
J э з max
Значения эксплуатационной интенсивности потока отказов А,
при промежуточных значения Р получим из (3.22), вынеся за
скобки е рГ:
(3.23)
Так как А > А , то разность А — А > 0 и соответственно
з, max р7 А з, max р
С увеличением t (t >104 ч) величиной ре~^ж^‘ можно пренебречь.
Тогда (3.23) после некоторых преобразований запишется так:
206
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности электропроводок
e’A’f=e“A₽t (i-p),
или, после логарифмирования, при 0 < Р< 1:
-Лэ, = -А,/ + 1п(1-Р); А = Ар-Ь(1~Р). (3.24)
В условиях реальной непрерывной эксплуатации аппаратов защи-
ты в течение 1,5—2 лет t = 104 ч, поэтому вычитаемым в (3.24) можно
пренебречь. В этом случае Aj» А , Q из (3.22) Q = ё ₽, т. е. даже в усло-
виях сравнительно непродолжительной эксплуатации вероятность
срабатывания затрубленной защиты обусловлена в основном рабочей
(заводской) интенсивностью отказов.
Учитывая, что рассматриваемые электротехнические устройства
являются высоконадежными системами, можно упростить выраже-
ние (3.22), разложив ё р‘ в ряд и ограничившись первыми двумя его
членами [58]: 0=1 — Ар/.
Подставляя это выражение и, соответственно, QH з = 1 — Q, а также
0пр = V в формулу (3.20), получаем значение вероятности загора-
ния изоляции при аварийном режиме:
а=<.-М-о,аг., Ат,)] <3-25>
Д/с
При наличии раздельной статистики случаев отказов электричес-
ких проводок от КЗ и перегрузки более строгое значение Лк и имеет
вид
Л = Л + Л -ЛА.
к,и к лер к пер
Вероятность загорания материалов опорных поверхностей, по
которым прокладываются электропроводки, 02 определим из (3.9),
исходя из допущения, что источником зажигания является электри-
ческая дуга, которая образуется при КЗ токопроводящих жил и непо-
средственно воздействует на горючий материал (0п и = 1):
(3.26)
L К J D,И
207
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Вероятность воспламенения горючего материала при условии во i
никновения дуги выражается формулой
где бд — вероятность возникновения дуги; /,, /2 — области значений токов
КЗ, при которых наблюдаются образование дуги и выброс частиц (условно
можно принять/, =/01 и /2 = /02); (2в(/, - 4-4>)— вероятность воспламенения
горючих материалов, примыкаюших к месту КЗ или находящихся в радиа
ционном поле дуги.
Поскольку способность дуги зажигать горючие материалы мало
зависит от значения тока КЗ (температура во всем диапазоне токов
остается достаточной для воспламенения большинства горючих вс
ществ), можно принять
ев(/1</^/2)«Свл,
где QBa — вероятность загорания от дуги.
Так как вероятность возникновения дуги
2д(/1</к</2)»2д(/01</к</02)=1,
то Qs и = QB д и окончательно
а=а^а.сен,3. (з.27>
Вероятность зажигания горючих материалов частицами металла
получим из анализа основного уравнения вероятности возникнове-
ния пожара от электроустановок (3.9):
а=а=а,с2п,Ра.3еп.за.иа • (здх >
Особенностью условий возникновения пожара в данном случае
является то, что источник зажигания (частица) образуется в электри-
ческой сети и связан с ее параметрами, а наличие горючей среды за-
висит от характера помещения и технологического процесса произ-
водства. Примем, что горючая среда в помещении уже имеется,т. с.
<?гс=1. Вероятность ее зажигания частицами QB будет зависеть oi
степени горючести составляющих ее материалов (табл. 2.5). Приве-
208
3.3. Вероятностная оценка пожарной опасности электропроводок
денные в таблице вероятности приняты на основании комплексной
оценки пожарной опасности веществ, при которой учитываются па-
раметры, характеризующие критические условия их воспламенения,
а также способность к распространению горения.
Вероятность возникновения частиц определяется произведением
вероятностей Qn pQH 3Qn 3. Основной вид аварийного режима, при ко-
тором образуются частицы, — это КЗ, поэтому в силу (3.15) и (3.26)
еп,Р=ел <3-29)
где 1з — длина открытой незащищенной части электропроводки.
Исследования показывают, что частицы металла при КЗ образу-
ются практически во всем диапазоне токов КЗ, в том числе и при на-
личии исправной электрической защиты, поэтому
Q =Q =1-
^н,з &п,з
Возможность развития загорания горючего материала, вызванного
частицей, в пожар на объекте, как уже отмечалось в разд. 2.5, опреде-
ляется вероятностью отказа системы пожаротушения 2тз.
Значение вероятности Qn и характеризует взаимосвязь между коли-
чеством частиц, образовавшихся при КЗ в электропроводке и попав-
ших в горючий материал. Определяется Qn и по табл. 2.4 в зависимо-
сти от высоты монтажа проводов над уровнем горючего материала и
горизонтального удаления материала от электропроводки. С учетом
оговоренных условий уравнение (3.28) примет вид
(з.зо>
Математическое выражение для (2п и может быть получено из вы-
ражения, приведенного в разд. 2.4.
Так как все три вероятности—вероятность загорания изоляции элек-
тропроводки при КЗ (?,, вероятность зажигания основания, по которо-
му прокладывается электропроводка, 0, и вероятность зажигания го-
рючих материалов частицами металлов при КЗ Q3 — взаимосвязаны,т. е.
возможность возникновения пожара от них представляет совместные
события, то общая формула вероятности будет иметь вид [54]
209
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
q„=q1+q2+Qi-Q&-Q2Q3-q& +aaa > (з.зи
или окончательно
3 3
еп=Ей-с32(е,)+Пе1>
i=i i=i
где i — вид ситуации, представляющей пожарную опасность.
Определив по формулам (3.20), (3.25), (3.27) и (3.30) значения нс
роятностей (2,, Q2, Q3 и подставив их в (3.31), получим выражение,
дающее комплексную оценку вероятности возникновения пожара 01
электропроводки.
3.4. Методические рекомендации по расчету
вероятности возникновения пожара от электропроводок
Рассмотренные в разд. 3.2 вероятностные методы оценки пожар
ной опасности являются общими для большинства видов электри-
ческих изделий, исходя из стохастичности явлений, вызывающих их
отказ и возгорание. Этот раздел явился, следуя известному принципу
«от общего — к частному», необходимой базой для подготовки чита-
теля к переходу на следующий уровень: разд. 3.3 — электропроводка,
как один из видов электроустановок.
В этом разделе дается необходимая конкретизация понятий и пара-
метров, влияющих на пожарную опасность электропроводок и пока-
заны этапы и компоненты комплексной оценки пожарной опасное
ти электропроводок. Однако математическое выражение (3.31) для
расчета вероятности возникновения пожара, несмотря на его очевид-
ные достоинства (объективность, полноту охвата компонентов и др.),
оказалось достаточно сложным для практического использования
Поэтому в последующие годы, уже после выхода предыдущего из-
дания книги, проводились работы по усовершенствованию и упро-
щению методики путем введения в нее эмпирических величин и за-
висимостей.
210
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
В данном разделе приводятся разработанные в отделе «Пожарной
безопасности электроустановок» ВНИИПО МВД СССР под руко-
водством автора с участием специалистов отдела и ряда энергети-
ческих организаций страны (ВНИИ кабельной промышленности,
ВНИИпроектэлектромонтаж, Средазтехэнерго и др.) методические
рекомендации по определению вероятности возникновения пожара
от электропроводок на объекте [60]. Рекомендации были согласова-
ны Главным управлением пожарной охраны страны и утверждены ру-
ководством института. И хотя с момента утверждения Рекомендаций
прошло почти 20 лет, они не устарели, не потеряли актуальности и
новизны, так как аналогичных исследований в данном направлении
больше не проводилось.
3.4.1. Общие положения
Методические рекомендации распространяются на выполненные
в соответствии с требованиями гл. 2.1; 2.3; 7.4 ПУЭ [1] электропро-
водки, проложенные проводами и кабелями открыто или в трубах, на
лотках и коробах, а также кабельные линии напряжением до 1 кВ и
предназначены для определения вероятности возникновения и раз-
вития в них пожара.
Вероятность возникновения загорания определяется на осно-
ве данных об эксплуатационной надежности электрооборудования,
электрической защиты, изоляции проводов и кабелей. Вероятность
распространения огня по трассе рассчитывается в зависимости от те-
плоты сгорания кабелей и проводов, занимаемого ими объема и вер-
тикального или горизонтального расположения.
Способ прокладки кабелей и проводов считается удовлетворяю-
щим требованиям пожарной безопасности, если значение вероятно-
сти возникновения пожара в результате неисправности электропро-
водки (кабельной линии) Qn в год не превышает МО'6.
Методические рекомендации предусматривают испытания в це-
лях определения вероятности воспламенения кабелей и проводов от
сверхтока, для которых такие данные отсутствуют.
Вероятность возникновения пожара от частиц металлов, образую-
щихся в стальных трубных электропроводках при прожоге их стенок
211
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
дуговым разрядом, учитывается только для случая прокладки в трубе
изолированных проводов. При прокладке в трубе кабелей этот пока
затель не учитывается.
3.4.2. Определение вероятности возникновения пожара
Вероятность пожара от электросети определяется по формуле
а=ж(1-а)> (з.з2)
где Q3 — вероятность загорания электросети; 2р — вероятность распростри
нения огня; QT — вероятность тушения автоматической установкой пожаро
тушения (АУП).
При отсутствии на объекте установок автоматического пожароту
шения вероятность QT принимается равной 0.
В случае применения АУП величина QT берется из проекта как вс
роятность безотказной работы за время целевого функционирования
установки. В соответствии с ГОСТ Р 50680-92 [59] значение Qr в на
шем примере принимается равным 0,924.
Вероятность загорания электросети или горючего материала зоны
Q3 вычисляется по формуле
е3=еиев, (з.зз>
где QH — вероятность появления источника зажигания в горючем материале;
Qa — вероятность воспламенения горючего материала при попадании в нею
источника зажигания (берется из табл. 3.2 — для пожароопасных зон и и i
раздела 3.3 для проводов и кабелей в нормальных зонах).
Вероятность появления источника зажигания QKk в горючем мате-
риале от одного /с-го кабеля или провода рассчитывается по формуле
Qak = Qn,pkQa,3kQn»k > (3.34)
где Qn — вероятность возникновения пожароопасного аварийного режима
в к-м кабеле электросети; Qn зк — вероятность того, что величина характер
ного пожароопасного параметра лежит в диапазоне пожароопасных значе
ний; Qnitk — вероятность попадания в горючую среду (на горючий материй.1!
212
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Таблица 3.2
Вероятность воспламенения горючих материалов QB
в зависимости от группы их горючести
Группа горючести материалов и веществ Определение материала и вещества Средняя по группе вероятность воспламенения
Трудногорючие Вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные само- стоятельно гореть после его удаления 0,08
Горючие Вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоя- тельно гореть после его удаления 0,37
Легковоспламеня- ющиеся Горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от крат- ковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энер- гией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.) 0,84
ыектросети или помещения) зажигающих частиц, образующихся при дуго-
вом коротком замыкании и перегрузке.
Для прокладки, имеющей п кабелей, величина С)л вычисляется по
формуле
a=i-fl(i-aj- (з.з5)
Вероятность возникновения пожароопасного аварийного режима
и Л-м кабеле электропроводки рассчитывается из уравнения
а,Р к=[i - с - еи,и ^о,з,н *)0 - а,з к)] бо,з * > (з.зб)
|де QHHk — вероятность неисправности нагрузки, приводящей к пожаро-
опасной ситуации в к -м кабеле; Qo з нк — вероятность отказа защиты нагруз-
ки к-го кабеля; 2изА — вероятность возникновения короткого замыкания
вследствие выхода из строя изоляции к-го кабеля; Qo зк — вероятность отказа
шщиты к-го кабеля.
213
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Вероятность неисправности нагрузки, приводящей к пожарной
ситуации, определяется на основе данных о надежности потребите-
лей электроэнергии (нагрузки):
О-Сб,и)^н> (3 37)
А
где 26н — вероятность безотказной работы нагрузки (по стандартам и ТУ на
конкретные виды электрооборудования); Ан — количество критериев отказа
нагрузки (определяется по результатам испытания на надежность конкрет-
ных электроизделий); NH — количество критериев отказа нагрузки, влияю
щих на пожарную опасность.
Перечень критериев отказа электрооборудования, влияющих на по-
жарную опасность
• Короткое замыкание в питающих кабелях и проводках
• Перегрузка проводников
• Обрыв фазы электродвигателя
• Сваривание электрических контактов коммутационной и защитной аппаратуры
• Обрыв в одной фазе электродвигателя параллельного провода
• Пробой межфазовой изоляции обмотки статора электродвигателя
• Замыкание обмотки на корпус электродвигателя, магнитопровод трансформато-
ра и т.п.
• Отказ подшипника во вращающихся электрических машинах
• Разрушение контактных колец
• Межвитковос замыкание в индуктивных обмотках трансформаторов, соленои-
дов, электромагнитов, дросселей и т.п.
• Прожог или нагрев защитной оболочки электрической дугой
• Повышение переходного сопротивления контакта (разборного, разъемного и не-
разборного)
• Отказ элементов электрической защиты
• Отказ встроенных регуляторов и ограничителей температуры
• Пробой конденсаторов и полупроводниковых приборов
• Превышение допустимого значения тока утечки
• Затормаживание подвижной части пускателя, контактора и т. п.
• Рост температуры на элементах электрооборудования выше допустимой
• Воспламенение отдельных элементов электрооборудования
• Утечка тока по поверхности изоляции
214
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Значение вероятности 0 за время t определяется по одной из
формул:
а.н=^';
2б,н=^'/г;
Q6^e-"^p
(3.38)
где Л — интенсивность отказов; Т — наработка на отказ или средняя нара-
ботка до первого отказа; Р — приемочное значение вероятности безотказной
работы за время /и.
Вероятность Qo i кк вычисляются по уравнению
бо,з,н* = (бн,з* + вз,зк ~ 2н,зквз,зк ) > (3.39)
где QK.. — вероятность неисправности защиты к -го кабеля; Q ik — вероят-
ность загрубления или отсутствия защиты к -го кабеля.
Вероятность отказа защиты к -го кабеля Q03k определяется также
по формуле (3.39).
Вероятности отказа защиты нагрузки Q03H(t и отказа защиты кабе-
ля Qo з к принимаются равными 1, если электрическая защита сильно
затрублена или неисправна.
В общем случае вероятность загрубления или отсутствия защиты
рассчитывается по результатам обследования групп реальных объ-
ектов:
где /из — количество затрубленных аппаратов электрической защиты в цепях
кабелей (проводов); па — количество аппаратов защиты, подвергаемых про-
верке.
Для правильно выбранной защиты определяется вероятность ее
неисправности Q :
eH,3 = i-e6,3l (з-40)
215
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
где 26э — вероятность безотказной работы электрической защиты (берется
по стандартам и ТУ на конкретные аппараты защиты из ряда значений 0,85;
0,90; 0,925; 0,950).
Вероятность Qq з может быть определена по одной из формул (3.38),
где Л, Ти Р для конкретного типа аппарата защиты берутся из стан-
дарта или ТУ.
Вероятность возникновения короткого замыкания вследствие на
рушения изоляции в процессе эксплуатации кабелей и проводов рас-
считывается на основе статистических данных по формуле
бизА = f*. О-4"
где L — общая длина обследованных кабелей, м; а — количество коротких
замыканий в течение одного года в обследованных кабелях; / — длина кабеля
в прокладке, для которой определяется пожарная опасность, м.
Для кабелей отечественного производства, по данным ОАО «Мо
сковская городская электросетевая компания», в Москве в 2007 г. oi •
ношение а/р= 0,124 О-4.
Вероятность Qn з А того, что величина характерного пожароопасно
го параметра лежит в диапазоне пожароопасных значений, вычисли
ется по формуле
2п,з А
Аг А1
Л — Аи
где /кз — максимальное значение тока короткого замыкания в кабеле (про
воде); Z01 — длительно допустимый ток для кабеля (провода); /12 — со-
ответственно минимальное и максимальное пожароопасное значение токи
КЗ, протекающего по кабелю (проводу).
Значения токов Z , /12 определяются экспериментально в порядке,
изложенном в подразд. 3.4.3. Для кабелей АВВГ и проводов АПВ с
поливинилхлоридной изоляцией они представлены на рис. 3.2.
216
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Рис. 3.2. Зависимость вероятности воспламенения кабеля (провода) от крат-
ности сверхтока:
/()| — допустимый длительный ток; — минимальное пожароопасное зна-
чение кратности сверхтока; Zl2 — максимальное пожароопасное значение
кратности сверхтока, а — провод АПВ; 8 — кабель АВВГ 3x16
Значение величины тока короткого замыкания /ю в сети (для наи-
более частого случая — однофазное КЗ) определяется по формуле:
КЗ
zn+zT’
। де (7ф — фазное напряжение; Zn — полное сопротивление фазного и нулево-
го проводов; ZT — расчетное сопротивление трансформатора при однофаз-
ном КЗ;
Zn=ylx2n + ^,
где хп; гп — соответственно полное индуктивное и активное сопротивления
петли проводов (кабелей) «фаза-ноль».
Вероятность попадания частиц металлов, образующихся при КЗ
н к-м кабеле, (проводе) на горючий материал пожароопасной зоны
определяется вероятностью Qnilk и выбирается из табл. 3.3 в зависи-
мости от расстояния горючего материала до кабеля.
217
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
3
а
4»
я
S
>Х
X
т
2
о.
г
л
X
X
i
1
I
2
tu
s
о
гг
х
5
я
а
г
1
Л
а
о
х
н
X
а
а
И
Вероятность попадания источника зажигания Qn на расстояние, м 10 и более 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0000*0 0,0000 0,0000
0,0000 0000*0 0,0000 0,0000 0,0100 L 0,0100 0,0100 0,0199 0,0395 0,0397 0,0587
90 0000*0 0,0000 0,0000 0,0100 0,0297 0,0586 0,0591 0,0490 0,1588 0,1238 0,2171
Г* 0000‘0 0000*0 0,0397 0,0776 0,1417 0,2008 0,3341 0,2326 0,3647 0,4202 0,4461
40 0,0000 0,0588 0,1598 0,2900 0,3875 1 0,4584 0,6816 0,5542 0,6567 0,6662 0,7030
in 0,0493 0,2428 0,4181 0,6528 0,7669 0,8407 0,9378 0,9013 0,9215 0,9316 0,9220
’’Г 0,5228 0,6607 0,8826 0,9604 0,9844 0,9932 0,9975 0,9982 0,9961 0,9962 0,9957
СП СП 0,9903 0,9995 0,99997 0,99999 ^4 0,99999 0,99998 96666'0
0- 2,25 1—< ^ч 1—ч (Ч
Высота расположения электропроводки над горючим материалом, м о,1 гч m я- «с 40 г» ОО О
218
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Для электропроводок в трубах значения Qn и определяются в зависи-
мости от толщины стенки трубы и сечения жилы провода по табл. 1.16.
Если толщина стенки трубы для данного сечения провода меньше
указанной в табл. 1.16, то Qn нк = 1; если больше, то Qn нк = 0.
Вероятность 2и появления источника зажигания в электропровод-
ке или горючем материале пожароопасной зоны от п кабелей опреде-
ляется по формуле (3.35).
3.4.3. Испытания кабельных изделий на воспламенение при воздей-
ствии сверхтока
Испытанию на воспламенение подвергаются образцы кабелей и
проводов, по которым отсутствуют сведения о способности к вос-
пламенению их изоляции и защитной оболочки (или контактирую-
щего с ними горючего материала) при протекании по жилам тока,
превышающего длительно допустимый. По результатам испытания
строится зависимость вероятности воспламенения QB от кратности
протекающего тока и, одновременно, определяют минимальное /п и
максимальное 1п значения величин сверхтоков, способных вызвать
воспламенение образцов кабелей (проводов).
Длина образцов кабельных изделий составляет (1±0,01) м.
На концах образцов удаляют изоляцию для обеспечения возмож-
ности подключения их к источнику тока и соединению токопроводя-
щих жил между собой для образования непрерывной цепи.
Образцы кабелей (проводов) должны отвечать требованиям соот-
ветствующих стандартов и ТУ и не иметь повреждений изоляции и
оболочек.
Испытания проводятся на 10 образцах при каждой выбранной
кратности сверхтока.
Экспериментальная установка (рис. 3.3) включает в себя группу
трансформаторов, позволяющих регулировать протекающий по об-
разцу электрический ток. Напряжение, ток и мощность, выделяемая
в образце при протекании по нему сверхтока, регистрируется с помо-
щью измерительного комплекта.
Перед началом испытаний на вторичные клеммы трансформато-
ров устанавливается перемычка и с помощью регулятора выставля-
219
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Рис. 3.3. Электрическая схема
экспериментальной установки:
ИК — измерительный комплем
К-505;
Т — трансформатор сварочнып
ТД-500;
ТТ — трансформатор тока УТТ;
RK — сопротивление нагрузки
(балластный реостат);
R — образец испытуемого кабель
ного изделия
ется необходимое значение сверхтока кратностью 3,5; 4,0; 5,0; 10.0;
15,0; 18,0; 20,0; 25,0 от длительно допустимого значения.
Образец необходимо установить на ровном основании из электро
изоляционного негорючего материала.
В процессе испытаний регистрируется появление и отсутствие
воспламенения провода (кабеля). По полученным эксперименталь
ным данным определяется частота воспламенения, которая с опредс
ленными допущениями принимается за вероятность воспламенения
провода или кабеля.
По результатам испытаний строится зависимость вероятное! и
воспламенения изоляции от тока и определяются минимальное /и и
максимальное /12 пожароопасные значения токов, вызывающих за
жигание кабелей.
Вероятность воспламенения при г-й кратности вычисляется по
формуле
где /и. — количество воспламенившихся образцов; и. — количество исследуе
мых образцов.
220
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Вероятность воспламенения к-го кабеля рассчитывается по фор-
муле
a*
где q — количество кратностей сверхтока, для которых определяется среднее
шачение вероятности воспламенения изоляции. Количество интервалов
кратности выбирается по условию минимизации ошибки.
3.4.4. Определение вероятности распространения огня по кабельно-
му потоку
Вероятность распространения огня Qp на участках между огнепре-
I радительными перегородками вычисляется в зависимости от тепло-
। ы сгорания горючего материала W, заключенного в групповой про-
кладке кабелей и проводов, приходящейся на единицу длины трассы
злектрической сети.
Для этого определяется теплота сгорания W и объем V, занимае-
мый единицей длины (1 м) кабельной прокладки.
Общеизвестно, что распространение пламени по горючему мате-
риалу (в данном случае — кабельному потоку) возможно только в том
случае, когда тепловыделение в очаге горения будет превышать те-
нлопотери из него. Оба показателя, кроме вида горючего материала
(определяемого маркой кабеля), зависят от размеров очага горения,
который принято оценивать через объем горючей массы кабелей в
прокладке, а в упрощенном виде через объем кабельной прокладки.
На основании изложенного, в расчете вероятностей распростра-
нения огня по групповой прокладке кабелей и проводов Qp исходят
из теплоты сгорания горючего материала (потока кабелей, заключен-
ного в единице длины прокладки) W. которая определяется по вы-
ражению
Я /=1
|дс W. — теплота сгорания 1 пог. м кабеля /-го типоразмера (определяется по
|6()|; п — общее количество кабелей в прокладке.
221
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
Объем, занимаемый кабельной прокладкой, рассчитывается по
формуле
V=SL,
где L — длина трассы электрической сети, равная 1 м; S — площадь, занп
маемая кабельной прокладкой в поперечном сечении.
Величина S вычисляется по уравнению
5 = [<р • «ср + Яср (лср -1)] [<Zcp -N+ Яср (N-1)] ,
где Нср — среднее расстояние между рядами кабелей по вертикали в попереч-
ном сечении прокладки; H^d — для однорядной прокладки; d — сред
ний диаметр п кабелей в прокладке; Д.р — средняя величина воздушного за
зора между кабелями (пучками) в рядах; я — среднее количество кабелей
на полках.
Величина Я может быть определена по формуле
где В к — средняя величина воздушного зазора в к-м ряду кабелей; N — ко
личество рядов (полок) в кабельной прокладке.
Наличие или отсутствие распространения горения определяется
по удельной теплоте сгорания кабельной прокладки У, которая рас
считывается по соотношению
У= W/V\
<р-^+Др(^-1)Н^+Мл,~1)] L'
Значения удельной теплоты сгорания кабельных потоков распро
страняющих горение, приведены в табл. 3.4.
222
3.4. Методические рекомендации по расчету вероятности возникновения пожара
от электропроводок
Таблица 3.4
Характеристики кабельных потоков, распространяющих горение
№ п/п Тип кабеля в потоке Вид прокладки потока Количество рядов, слоев кабелей или рядов пучков кабелей в по- токе, шт. Удельная теплота сгорания кабельных потоков, рас- пространяющих горение, кДж/м3
У -106 пип
1 Общепро- мышленного исполнения Вертикальная 1 3,56 16,80
2 и более 0,46 16,80
Горизонтальная 2 и более 0,75 8,40
2 Кабель испол- нения нг Вертикальная 2 и более 2,00 4,50
Горизонтальная 2 и более 2,50 4,00
3 Кабель с ог- незащитным покрытием Вертикальная 2 и более 0,75 16,80
Горизонтальная 2 и более 1,25 8,4
Примечания:
1. Не распространяющими горение считаются прокладки одиночных проводов
и кабелей, находящихся на расстоянии не менее 300 мм от соседних кабелей и про-
водов [60].
2. Данные соотношения справедливы для начальной стадии пожара, когда тем-
пература воздуха, окружающего кабели, не превышает 60 °C. Их нельзя использовать
для определения возможности распространения горения при Т > 60 °C.
3. Результаты, полученные с использованием табличных данных, не являются
основанием для отмены автоматического пожаротушения, требуемого соответству-
ющими нормативными документами.
4. В таблице приводятся характеристики кабелей и огнезащитных составов, ис-
пользуемых при проведении исследований в соответствии с [60].
Вероятность распространения огня Qp (см. 3.32) принимается
равной 0, если рассчитанная удельная теплота сгорания кабельной
прокладки У меньше минимального или больше максимального зна-
чения, взятого из табл. 3.4. В противном случае вероятность распро-
странения огня принимается равной 1.
Для электропроводок в коробе типа КП вероятность Qp определя-
ется по рис. 3.4 в зависимости от коэффициента заполнения короба
П, вычисляемого по формуле
223
Глава третья. Вероятностно-статистический метод оценки пожарной опасности
электротехнических издений
п=
п
к=1
S
где S, — сечение А>го кабеля; 5 — сечение короба; п — количество кабелей,
проложенных в коробе.
Короба со снятыми крышками приравниваются к лоткам.
Рис. 3.4. Зависимое и.
вероятности распро
странения огня в ко
робе от коэффициента
заполнения короба
224
4.1. Общие сведения
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
Определение причастности к пожарам
аварийных режимов в электропроводках
4.1. Общие сведения
В соответствии со статистическими данными, приведенными в
гл.1, КЗ в электроустановках и, в частности, в электропроводках яв-
ляется наиболее частой причиной пожаров. Пожарная опасность КЗ
связана с весьма значительными температурами нагрева токоведущих
частей и изоляции в зоне замыкания (2000—4000 °C) вследствие ее
локальности и приходящейся в связи с этим большой удельной мощ-
ностью на единицу объема нагреваемого материала. Не отрицая вы-
сокой пожарной опасности аварийных режимов в электроустановках,
в частности КЗ в них, все же следует заметить, что еще нередки случаи
завышения процента пожаров от этого вида аварийных режимов.
Иногда это делается из-за недостаточной квалификации экспер-
тов, а иногда и умышленно, поскольку ответственность по причине
пожара «от КЗ», чаще всего минимальная: либо небольшой условный
срок за халатность («не успели своевременно сменить электропро-
водку»), либо наказание административное.
В ряде случаев следственные органы вынуждены выдвигать эту
версию о причине пожара из-за желания «улучшить» показатели в
работе, снижая количество нераскрытых преступлений, связанных с
невозможностью найти фактического виновника пожара, например,
при поджогах.
Имеющийся опыт расследования дел о пожарах, а также анализ
экспертиз, выполненных различными не экспертными организация-
ми, показал, что наиболее часто ошибочные заключения экспертов
225
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
возникают при определении причастности к пожарам именно КЗ в
электропроводках. Обычно ошибка заключается в том, что в качестве
наиболее веского аргумента о возможности возникновения пожара от
КЗ выдвигается факт наличия в очаге пожара проводников со следа-
ми оплавления аварийными токами. При этом эксперты, в качестве
которых обычно привлекают инженеров-электриков предприятий, а
также сотрудников учебных и исследовательских институтов, не учи-
тывают того обстоятельства, что КЗ, оплавившее проводники, могло
возникнуть в ходе развития пожара и, следовательно, не может быть
его причиной.
Вопрос об определении причастности к пожару электроустановок
решается двумя путями. Первый — это разработка методов и проведе-
ние исследований, позволяющих выявить действительную пожарную
опасность электрических устройств (применительно к электропро-
водкам решение этих задач подробно рассмотрено в гл. 1—3); второй
путь — это создание специальных методик для исследования элек-
трических устройств, изымаемых с пожаров в качестве вещественных
доказательств, с целью определения возможной их причастности (не-
причастности) к возникновению пожара на объекте.
Особую важность и актуальность разработка научно обоснован-
ных методов исследования причин пожаров приобретает, как уже от-
мечалось выше, в борьбе с такими опасными и труднораскрываемы-
ми преступлениями, как умышленные поджоги.
Борьба с поджогами, как свидетельствуют соответствующие ин
формационные источники, является весьма сложной и актуальной
задачей для многих стран мира, в том числе и для России.
В связи с изложенным, вполне закономерными были попытки не-
которых исследователей найти методы, позволяющие на основании
объективных данных решать вопросы о причастности к пожарам раз-
личного рода электроустановок и, конечно, в первую очередь, элек-
тропроводок. Но, несмотря на актуальность вопроса, исследований в
данном направлении проводилось слишком мало.
По существу, исследования, выполненные во ВНИИПО в 70-80-е
годы при той глубине проработки вопроса и том высоком научном
уровне, который удалось им придать, в России проводились впер
226
4.1. Общие сведения
вые, а разработанные в ходе выполнения работы методы исследова-
ний проводов, изъятых в качестве вещественных доказательств, за-
щищенные пятью авторскими свидетельствами (аналогами патентов
того времени) были новыми не только в СССР, но имели и междуна-
родный приоритет.
Принято считать, что история решения проблемы исходит к 50-м
годам прошлого века, когда немецкий криминалист Шёнтаг [61] для
проводов с м:едной токопроводящей жилой, исходя из способности
меди в нагретом состоянии активно поглощать (взаимодействовать)
кислород из окружающего воздуха с образованием оксидов (СиО) и
диоксидов (Си2О) меди, предположил, что разницу в количестве этих
фаз меди, образующихся в структуре оплавленных током КЗ прово-
дников при первичных (возможная причина пожара) и вторичных
(следствие пожара) КЗ, можно использовать для определения при-
частности к пожарам аварийных режимов в проводниках.
Первичные КЗ возникают в чистой незадымленной среде, кисло-
род воздуха активно взаимодействует с расплавленной в зоне КЗ ме-
дью с образованием большого количества оксидов СиО и диоксидов
СщО меди.
При вторичных КЗ, возникающих в ходе развития пожара, задым-
ленная среда помещения бедна кислородом и взаимодействие его
с расплавленной медью затруднено или вообще невозможно и, как
следствие, образуется малое количество оксидных фаз.
В качестве аппаратурного метода, позволяющего реализовать эту
идею, предлагалась металлография.
Подобные исследования также с помощью металлографического
метода проводились в ПНР Григлевским и в ГДР Хагемайером [62].
Однако они, как и Шентаг, не дают количественных критериев диф-
ференциации, а лишь указывают, что данный способ пригоден для
анализа КЗ, возникающих в изолированных проводниках.
В 1969 году во ВНИИПО с участием автора была сделана проверка
применимости металлографического метода для решения указанной
выше задачи.
Результаты исследований показали невозможность применения
металлографического метода для оценки причастности токов КЗ к
227
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
пожарам в проводах с медными и алюминиевыми жилами. Эти метал-
лы настолько активно взаимодействуют с кислородом даже в сильно
задымленной атмосфере, что чувствительности металлографического
метода не хватает для дифференциации момента возникновения КЗ.
И, самое главное, это отмечают все исследователи, использующие
металлографический метод — полная неопределенность, связанная с
выбором места на шлифе, которое подлежит исследованию: на одном
и том же шлифе объектив микроскопа может найти сколько угодно
мест, которые на 100 % подтверждают первичность КЗ, а чуть пере-
двинув шлиф, с не меньшей точностью можно найти все признаки
вторичного КЗ.
С учетом изложенного в ходе выполнения исследований в инсти-
туте отказались от использования металлографического метода для
дифференциации момента возникновения КЗ и приступили к поис-
ку более достоверного метода, которым, как потом будет показано,
явился метод рентгеноструктурного анализа.
Хотя мы и отказались от металлографического метода, которым
пользовались немцы (в частности, В. Хагемайер в институте Крими-
налистики в г. Берлине, ГДР) нас, естественно, продолжала волно-
вать мысль: «Почему у них получается, а у нас нет? Может быть, мы
что-то не учитываем?» Все разъяснилось, когда автору в начале 70-х
годов удалось побывать в Берлине и встретиться с В. Хагемайером. Он
показал установку, на которой проводились исследования по разра-
ботке метода. Установка представляла собой небольшой стеклянный
сосуд, в котором располагались тонкие (диаметром около 1 мм) про-
водники. В сосуде по мере необходимости создавалась либо «чистая»,
либо задымленная среда. Пережигание проводников осуществлялось
небольшим током, поэтому длительность КЗ составляла несколько
секунд. За столь большое время все процессы по «насыщению» про-
водников оксидными и диоксидными фазами успевали произойти, и
эти фазы равномерно откладывались по всему небольшому сечению
пережигаемых токами КЗ проводников. Поэтому на шлифах, сде-
ланных с проводников, была видна единая картина вторичного или
первичного КЗ, в зависимости от того, был ли заполнен стеклянный
сосуд дымом или нет.
228
4.1. Общие сведения
Эти опыты ни в коей мере не могли сравниваться с реальными КЗ,
которые возникают на объектах и которые моделировались в нашем
институте на реальных установочных проводах сечением 2,5; 4 мм2 и
при напряжении 220 В. Длительность таких КЗ составляла десятые и
сотые доли секунды, в течение которых фаза СиО и Си2О не могла в
необходимых количествах сформироваться и равномерно распреде-
литься по сравнительно большим (по отношению к немецким опы-
там) сечениям токопроводящих жил.
Из сравнительно новых и интересных работ в области определения
причастности к пожарам КЗ в проводах следует отметить публикацию
[63], выполненную по заказу Северо-западной ассоциации пожарных
исследователей США в целях поиска характерных различий в металле
токопроводящих жил, оплавленных пожаром, током перегрузки и КЗ.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при внешнем теп-
ловом воздействии достаточной интенсивности может возникнуть
расплавление меди вдоль поверхности провода, при этом центральная
часть провода остается нерасплавленной. Одним из важных призна-
ков, указывающих на превалирующее воздействие внешнего темпе-
ратурного поля, является сохранность жил в местах прохода проводов
через конструкции, экранирующие тепловое излучение.
Характерным признаком оплавления жилы дутой КЗ является ло-
кальность оплавления. Образующиеся наплывы могут иметь различ-
ную форму, при этом существует резкая граница между зоной наплы-
ва и прилегающей к нему частью проводника. О наличии аварийного
режима в исследуемом участке электропроводки, по утверждению
Эттлинга, можно судить и по состоянию изоляции: при наличии
сверхтока изоляция отслаивается от жилы и легко снимается, и нао-
борот, при нагреве изоляции горячими газами на пожаре она может
размягчаться, течь, но в остальных ненагретых местах будет плотно
прилегать к проводнику.
Кроме визуальных наблюдений Эттлинг приводит некоторые
результаты металлографических исследований. Плавление при по-
жаре оставляет на шлифе, изготовленном из медной жилы провода,
«сердцевину не расплавленной меди». Электрическое же нагревание
создает большое количество газовых пустот в металле жилы провода.
229
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Однако признаки эти встречаются далеко не всегда и не имеют не-
обходимой воспроизводимости. Это наблюдение Эттлинга еще лиш-
ний раз подтверждает наше заключение о недостаточной надежности
и адекватности металлографического метода при оценке структуры
металла проводников.
На основании приведенного краткого обзора работ можно было
констатировать, что до начала исследований во ВНИИПО и отече-
ственные и зарубежные методы пожарно-технической экспертизы
электропроводок в основном были ориентированы на визуальный
анализ токопроводящих жил проводов и их изоляции. Из приборных
методов, в отдельных случаях, использовалась только металлография.
Учитывая актуальность проблемы, для ее решения вполне логич-
ными и достаточно обоснованными представлялись следующие на-
правления исследований:
а) исследование влияния на структурный и фазовый составы то
копроводящих частей, в частности жил проводов теплового воздей-
ствия аварийных токов, а также температурного режима и газовой
среды пожара;
б) разработка научно-технических и методических принципов ис-
следования причастности к пожарам электротехнических изделий;
в) разработка научно обоснованных, практически доступных,
точных и достоверных методов исследования вещественных доказа-
тельств электротехнического назначения с целью дифференцировать
момент возникновения в них аварийных режимов.
В 1970—1974 гг. были проведены поисковые исследования и раз-
работаны «Методические указания по определению причастности к
пожарам КЗ в электропроводках с медными жилами». В основу был
положен метод рентгеноструктурного анализа, который в подавляю
щем большинстве случаев и по чувствительности, и по точности, и 1 ю
воспроизводимости превосходил металлографический метод.
Предложенный метод в течение нескольких лет проходил практи-
ческую апробацию в пожарно-технических станциях страны (ныне
ИПЛ). В последующие годы апробацию методики проводили: лабо
ратория Брянского филиала ВНИИ судебных экспертиз, Научная
лаборатория пожарной безопасности МВД Народной Республики
230
4.2. Воздействие газовой атмосферы и температуры пожара на электроустановки
Болгарии совместно с институтом физики твердого тела АН НРБ и
НИИ МВД СССР. Проверка показала высокий научно-технический
уровень разработки, эффективность и достоверность основных по-
ложений методики.
После завершения апробации по инициативе МВД СССР большая
работа была проведена по внедрению Методики в криминалистичес-
кую практику не только в СССР, но и в странах бывшего социалис-
тического содружества.
Автор в течение ряда лет направлялся в командировки во все стра-
ны соцсодружества для оказания научно-методической помощи по
внедрению Методики.
Параллельно в 1972—1977 гг. была осуществлена разработка ме-
тодики по исследованию проводов с алюминиевой токопроводящей
жилой, которая прошла аналогичную апробацию.
В настоящее время изложенные в книге принципы и способы
опенки причастности к пожарам аварийных режимов в проводах с
медной и алюминиевой токопроводящей жилой продолжают оста-
ваться основополагающими при проведении пожарно-технических
экспертиз в криминалистических центрах и лабораториях страны.
Однако, естественно, приборная база за прошедшие годы существен-
но изменилась, поэтому описанная в книге рентгеновская аппарату-
ра может рассматриваться как один из возможных ее вариантов.
Появились и более поздние публикации методики [64] с использо-
ванием основных идей, заложенных в наших методах, но, к сожале-
нию, без ссылок на первоисточники.
4.2. Воздействие газовой атмосферы и температуры пожара на
электроустановки
Температурный режим пожара. Согласно ГОСТ 12.1.033-81 значение
термина «возникновение пожара» формулируется как «совокупность
процессов, приводящих к пожару». За этой лаконичной формули-
ровкой стоят сложнейшие физико-химические явления, связанные с
процессами нестационарного тепло- и массообмена, осложненного
231
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
горением. Для пожаров в закрытых объемах некоторые из параметров
могут быть определены достаточно точно (например, свойства горя-
щих материалов, размеры помещения, конструкция стен, площадь
окон, излучательная способность пламени и материалов и т. д.). Однако
целый ряд других параметров, влияющих на развитие пожара, трудно
поддается прогнозированию, так как их значения зависят от конкрет-
ной обстановки на пожаре: от конфигурации, площади поверхности
и относительного расположения горючего материала, скорости и на-
правления ветра, наружной температуры и т. п. Именно эти параметры
и определяют те отклонения, которыми температурный режим реаль-
ного пожара может отличаться от принятого во многих странах мира, в
том числе и в России, стандартного температурного режима пожара.
При анализе вещественных доказательств, изъятых с пожаров,
важно знать температуру в зоне их расположения. Ориентировочно
об этой температуре можно судить, исходя из степени разрушения
(плавления) материалов деталей установок и кабельных изделий, для
которых известны температуры их плавления или воспламенения.
Косвенная оценка температуры может быть сделана на основании
анализа состояния близлежащих строительных конструкций или по
стандартной температурной кривой, задавшись временем развития
пожара. Знание температуры, а иногда и длительности ее воздей-
ствия, позволяет:
• судить о структурных изменениях в металле проводниковых ма-
териалов и, сравнивая их с реальными, делать вывод об особенностях
воздействия пожара на изделие и о последовательности тепловых
импульсов пожара и КЗ;
• решать вопрос о целесообразности дальнейшего исследования
данного вещественного доказательства (если температура не превы-
шает критическую);
• делать вывод о возможности наложения тепловыделения самой
электроустановки и температурного воздействия пожара (что свиде-
тельствует о включенном состоянии электротехнического изделия и
возможной причастности его к пожару);
• осуществлять в лабораторных условиях моделирование явлений,
происходящих на пожаре, изучать факторы, влияющие на формиро-
232
4.2. Воздействие газовой атмосферы и температуры пожара на электроустановки
вание вещественных доказательств и оценивать адекватность модели
путем создания образцов-аналогов вещественным доказательствам;
• разрабатывать программу и проводить следственные экспери-
менты и ряд других следственных действий.
Применительно к электропроводкам, как будет показано в по-
следующих параграфах этой главы, температура пожара оказывает
существенное влияние на формирование структуры медных и алю-
миниевых жил, что используется в качестве одного из признаков
дифференциации момента возникновения КЗ. Экспериментально
установленные критические температуры пожара, при воздействии
которых на вещественные доказательства (провода) уничтожается
имеющаяся в них информация о причастности к пожару, составляют
для проводов с медными жилами 900 °C, с алюминиевыми — 400 °C.
Химический состав среды в зоне КЗ. Наряду с температурным ре-
жимом важнейшей характеристикой пожара является химический
состав атмосферы в зоне возможного разрушения электроустановок,
используемых затем в качестве вещественных доказательств при рас-
следовании причин пожаров.
Но несмотря на большое количество выполненных в этом направ-
лении исследований, многообразие условий, связанных с развитием
пожара, и различие в методиках измерения концентрации продуктов
газообмена на пожаре привели к тому, что имеющиеся данные о соста-
ве атмосферы пожара очень противоречивы и по данным В.Т Мона-
хова могут рассматриваться лишь весьма ориентировочно (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Среднее содержание кислорода и окислив углерода
в задымленных помещениях
Вид пожара или дыма Содержание, % объема
оксида углерода диоксида углерода кислорода
Пожары в подвалах 0,04-0,65 0,1-3,4 17-20
Пожары чердаков 0,2 0,1-2,7 17,7-20,7
Различные пожары 0,01-1,4 0,5-8,4 9,9-20,8
Опыты с густыми дымами 0,2-1,1 0,5-8,4 10,8-20,0
233
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроволк,ii
На задымленность помещения и его газовый состав существенное
влияние оказывают конфигурация, площадь помещений, проем
ность и аэродинамика зданий, количество и вид горючих материалов
и многие другие параметры (часто не поддающиеся учету), которые
в общем виде могут быть названы как «влияние реального факто
ра». Влияние этого фактора наглядно было показано ранее в рабо
тах ВНИИПО МВД СССР. В одном и том же опыте (в аналогичных
зонах и в одно и то же время) в двух горящих соседних помещениях
содержание кислорода различалось в 13 раз. Во столько же раз в oi
дельные моменты времени наблюдалось различие в двух зонах одной
из комнат — около пола и под потолком.
Информация о составе газовой атмосферы в момент КЗ исподi.
зуется в качестве одного из принципов определения причастное! и
к пожару аварийных режимов в электропроводках. Однако при нс
денные выше данные о значительных колебаниях газового состава и
атмосфере пожара заставили искать вещества-индикаторы, которые
даже в этих условиях позволили бы решать поставленную проблему.
В качестве одного немаловажного фактора, позволяющего суще
ственно стабилизировать состояние газовой среды на пожаре в зоне
КЗ, является локальное задымление зоны замыкания продуктами ю
рящей изоляции, которое значительно стабильнее (по плотности и
составу), чем общее задымление помещения. Поэтому определение
состава продуктов горения изоляции имело важное значение для по
иска характерных химических элементов (имеющих качественное
или количественное различие по отношению к чистому воздуху), ко
торые затем можно было бы использовать для дифференциации мо
мента возникновения КЗ.
Результаты анализа дыма горящей изоляции, осуществленною г
помощью химического масс-спектрометра типа MX-1304 на проно
дах марок АПП 2,5 и АПР 2,5, приведены в табл. 4.2.
Сравнивая полученные экспериментальные данные с химическим
составом воздуха, можно видеть, что содержание Н2 и СО, в продук
тах горения обоих видов проводниковой изоляции значительно пре
вышает содержание эти же веществ в воздухе, и наоборот, количсс гпо
свободного кислорода в дыму существенно ниже, чем в чистой с ре; ic.
234
4.2. Воздействие газовой атмосферы и температуры пожара на электроустановки
Таблица 4.2
Состав основных продуктов горящей изоляции
Марка провода и вид изоляции Содержание химического вещества, %
со2 ог COhN2 н2
ЛПП (полиэтиленовая) 7,47 8,3 83,64 0,59
ЛПР (резиновая в пропитанной хлопчатобумажной оплетке) 7,64 8,46 83,03 0,37
1аким образом, предварительные исследования показали качествен-
ную и количественную разницу в химическом составе среды, окру-
жающей зону замыкания, и позволили выявить характерные веще-
ства (О,, С, СО, СО,, Н2), которые целесообразно было бы проверить
на возможность использования их в качестве веществ-индикаторов.
Эти исследования (см. разд. 4.4) составляли второй этап поисков и
должны были показать, могут ли указанные вещества реагировать с
металлами токопроводящих жил (медью и алюминием) и способны
ли продукты этого взаимодействия сохранять информацию о среде
и проводниках, подвергавшихся короткому замыканию и пожару, в
зависимости от последовательности воздействия этих факторов. Ис-
ходя из изложенного, становится очевидным, что:
• пожар, оказывая температурное воздействие на металл провод-
ника, существенно меняет его структуру; газовая среда пожара при
определенных условиях способна внести изменения в фазовый (хи-
мический) состав металла жилы;
• эти изменения значительно усложняются, если до или в процес-
се развития пожара проводник подвергается оплавлению (темпера-
турному воздействию) током КЗ;
• разработка методов определения причастности к пожарам КЗ
в электропроводках с медными и алюминиевыми жилами возмож-
на только на основании изучения результатов сложного воздействия
па структурный и фазовый состав металла токопроводящих жил, с
одной стороны — теплового импульса КЗ и температуры пожара, а
с другой — химического состава газообразных продуктов атмосферы
пожара и горящей изоляции.
235
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
4.3. Исследование структурных изменений в медных и
алюминиевых жилах проводов при КЗ и пожаре
Общие сведения о структуре металлов и ее исследование.
В общем случае определение причастности КЗ в проводниках к по-
жарам на объектах производится по моменту возникновения КЗ отно-
сительно пожара: КЗ, предшествующие пожару, называются первич
ными (ПКЗ), а возникшие в ходе его развития — вторичными (ВКЗ).
Последовательность воздействия термических факторов на проводник
при первичном КЗ обычно складывается из следующих составляющих:
т + т + т ,
к из П ’
где Гк — температура в зоне короткого замыкания; Тт — температура горя
шей изоляции; Г — максимальная температура пожара в зоне расположе
ния проводников.
При вторичном КЗ последовательность воздействия тепловых
факторов меняется:
Т + Т + Т + Т .
п ИЗ К п
Рассмотрение характера физических явлений, происходящих в про
водниках при их нагреве от внешних и внутренних источников тепла,
целесообразно начать с изложения некоторых терминологических по-
нятий о кристаллической структуре проводниковых металлов (меди и
алюминия). Как известно, в кристаллическом веществе расположение
атомов закономерно и периодически повторяется в трех измерениях
по определенной схеме, образуя кристаллическую структуру.
Для характеристики атомной кристаллической структуры в физике
твердого тела введены такие понятия, как межплоскостное расстояние
d, кристаллографические индексы /г, к, 1м. кристаллографические оси
X, Y, Z. Точное и подробное пояснение терминов дано в [65], здесь при
водятся лишь некоторые из них, используемые в настоящей работе.
Векторы элементарных смешений — величины, характеризующие
порядок заполнения всего пространства кристаллического вещества.
Кристаллографические оси — система координат осей, связанная с
236
4.3. Исследование структурных изменений в медных и алюминиевых жилах проводов
при КЗ и пожаре
векторами элементарных смеще-
ний. Параллелепипед, образо-
ванный векторами элементарных
смещений а, Ь, с (рис. 4.1), назы-
вается примитивной ячейкой.
Влюбомкристаллечерезато-мы
можно условно провести прямые
и плоскости. Атомные плоскости,
параллельные друг другу и имею-
щие между собой одинаковые
расстояния, образуют семейст-
во идентичных плоскостей.
Расстояние между двумя иден-
тичными плоскостями называет-
ся межплоскостным расстоянием
d. (рис. 4.2). Это наиболее важная
величина, с которой в рентгено-
графии связана идентификация
<|эаз, содержащихся в металле ис-
следуемого образца, так как се-
мейства атомных плоскостей, об-
разующих решетку данной фазы,
обладают своим, характерным
только для данной решетки на-
бором значений межплоскостных
расстояний. Данные о межпло-
скостных расстояниях для раз-
личных фаз приводятся в спра-
вочной литературе.
При любом нагреве провод-
ников в зависимости от вели-
чины и длительности теплового
импульса происходит изменение
их структуры. В процессе мед-
ленного нагрева проволоки ее
Рис. 4.1. Схема пространственной
решетки:
а, в, с — векторы элементарных сме-
щений
Рис. 4.2. Схема элементарной ячейки:
X, Y,Z— кристаллографические оси;
h, к, I — кристаллографические ин-
дексы (индексы Миллера);
d — межплоскостные расстояния;
Q} и Q-, — идентичные атомные плос-
кости
237
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводки.
структура, деформированная волочением, восстанавливается пузем
возврата и рекристаллизации. Возврату подвергаются все изменения,
возникшие в деформированной структуре и связанные с флуктуанп
ей плотности дефектов структуры и их распределением. Деформиро
ванные кристаллы при возврате сохраняются почти без изменений.
Процесс рекристаллизации (продолжение процесса возврата) со
стоит из двух этапов — первичного и вторичного. При первичной ре
кристаллизации происходит зарождение новых зерен, а также их рос i
за счет деформированной структуры и поглощения мелких зерен белее
крупными. При вторичной рекристаллизации большие зерна нс зарож
даются, а их рост на первой стадии происходит очень медленно [66].
При охлаждении проводников, температура нагрева которых пре
вышала температуру их плавления, происходят процессы кристал
лизации. Кристаллизация начинается с появления зародышевых
центров в любых объемах жидкой фазы. При наличии в жидкой фазе
посторонних примесей или твердой фазы на границе раздела соз
даются хорошие условия для кристаллизации. При малой скорое i и
охлаждения не возникает напряжений в структуре и образующиеся
кристаллы имеют правильную наружную огранку.
Для исследования фазового состава и структуры веществ в настоя
щее время широко применяется рентгеноструктурный анализ. Ис
пользование рентгеновских лучей для этих целей основано на том,
что длины их волн по величине близки к межатомным расстояниям в
кристаллах и составляют 0,5—3 А, в связи с чем кристаллы являются
для рентгеновских лучей дифракционными решетками. При прохож
дении лучей через кристаллическое вещество возникает дифракци-
онная картина (ее можно фиксировать на фотопленке), максимумы
интенсивности которой удовлетворяют уравнению Вульфа—Брегга:
«А = 2d. si п0,
где А — длина волн рентгеновского излучения; в — угол скольжения рент! е
новских лучей; d — мсжплоскостное расстояние.
Это уравнение является следствием основного свойства кристал-
ла — периодичности его структуры.
238
4.3. Исследование структурных изменений в медных и алюминиевых жилах проводов
при КЗ и пожаре
Для анализа кристаллических структур, фазовый состав которых
известен, возможно рентгенографическое определение особенностей
нх строения, а также тех изменений, которые в них происходят при
внешних воздействиях. С этой точки зрения наибольший интерес
представляет определение тех изменений, которые возникают в кри-
сталлических структурах проводниковых металлов при воздействии
на них токов КЗ и температур пожара.
При некоторых видах деформации алюминиевых проводов, в том
числе, например, при оплавлении их током КЗ, происходит изме-
нение атомной структуры, выражающееся в искривлении атомных
плоскостей (проходящих через узлы атомной решетки),т. е. наруша-
ется периодичность наложения слоев. Это приводит при облучении
исследуемого образца рентгеновскими лучами к появлению на рент-
i-снограммах дифракционных пятен, а в некоторых случаях дифрак-
ционных полос («хвостов»), расположенных симметрично относи-
тельно первичного пятна.
Растяжение дифракционных пятен в радиальном направлении,
вызываемое деформацией кристаллической решетки, носит назва-
ние эффекта астеризма. На рис. 4.3 приведены снятые с алюмини-
евых жил проводов, не подвергавшихся КЗ или пожару (исходная
структура), рентгенограммы, на которых вокруг первичного пятна
видна отчетливая картина эффекта астеризма. Длинные и короткие
рефлексы («хвосты») астеризма имеют четкую симметрию относи-
тельно рентгеновских лучей. Наличие симметрии объясняется тем,
что все кристаллы, составляющие структуру жилы, при ее изготов-
лении ориентируются вдоль оси протяжки проволоки, называемой
Рис. 4.3 Рентгенограмма исходной структуры алюминиевой токопроводя-
щей жилы провода сечением 6 мм2
239
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводк и
осью текстуры. Дифракционные линии алюминия на всех рентгены
граммах сплошные и четкие. Эффект астеризма, как будет показано
ниже, является одним из основных признаков дифференциации мо
мента возникновения КЗ в алюминиевых проводах.
Для рентгенограмм, снятых с медных проводов, характерным ян
ляется возникновение отдельных рефлексов (пятен) медной фазы,
отражающих ее зернистость. В зависимости от последовательное! и
первичного действия тепловых факторов (КЗ или пожара) величина
зерен на участке оплавления будет больше (или меньше), чем в кон
трольном образце (взятом на расстоянии 0,05—0,1 м от оплавления)
(рис . 4.4 и 4.11, а).
Влияние температуры окружающей среды на структуру проводников
в месте оплавления. Оплавление проводников на объекте может бы и.
вызвано температурой пожара или током КЗ либо двумя воздейстпу
ющими факторами. Очевидно, что процессы кристаллизации метал
ла в месте оплавления в этих условиях будут протекать различным об
разом: более скоротечна кристаллизация при первичном КЗ.
На рис. 4.5 представлена микроструктура медных проводников,
оплавленных при нормальной окружающей температуре среды током
КЗ. Из нее видно, что в месте оплавления происходит образование
Рис. 4.4. Рентгенограммы медных токопроводящих жил проводов, оплан
ленных током первичного КЗ:
а — участок оплавления; б — участок, удаленный от места оплавления на 5 см
240
4.3. Исследование структурных изменений в медных и алюминиевых жилах проводов
при КЗ и пожаре
Рис. 4.5. Микроструктура медной токопроводящей жилы провода, оплав-
ленной током КЗ при нормальной температуре окружающей среды (увели-
чение в 170 раз)
трехмерных дендритов со взаимно перпендикулярными ветвями, что
соответствует общим закономерностям дендритообразования металли-
ческих фаз, имеющих гранецентрированную (как у меди) кубическую
решетку. Правильное формирование ветвей дендритов в зоне оплавле-
ния часто нарушается из-за неоднородности и ограниченности фронта
кристаллизации в связи с ускоренным ростом соседних ветвей.
Для алюминиевых проводов, оплавленных током КЗ, как уже от-
мечалось, характерно появление эффекта астеризма, который свиде-
тельствует о растяжении дифракционных пятен, вызванном резкой
деформацией кристаллической решетки. В связи с отсутствием мето-
дов количественной оценки астеризма в работе [67] была предложена
качественная оценка, учитывающая длину дифракционных лучей,
их непрерывность, а также симметрию дифракционной картины от-
носительно первичного пятна.
На рис. 4.3 была рассмотрена рентгенограмма, отражающая эф-
фект астеризма, свойственный исходной структуре алюминиевых
проводов. При оплавлении этих проводов током КЗ при нормальной
241
1
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводок
температуре картина астеризма несколько меняется, хотя симметрия
основных рефлексов сохраняется. Сами «хвосты» и пространство
между ними состоят из большого множества точечных рефлексов от-
ражения, что свидетельствует об изменении исходной структуры поя
действием сильного, но кратковременного теплового импульса, соя
даваемого током КЗ (см. рис. 4.12, а).
При оплавлении токопроводящих жил проводов током КЗ в сре-
де с повышенной температурой скорость процессов кристаллизации
по отношению к среде с нормальной температурой снижается, при
этом дендритообразование в медных жилах хотя и продолжается, по
значительно ослабевает. Возникновение дендритов наблюдается, как
правило, лишь по контуру оплавления, а в средней части оплавления
образуются кристаллы с правильной огранкой.
У алюминиевых проводов, оплавленных вторичным КЗ, по мере по-
вышения температуры окружающей среды астеризм становится все мс
нее выраженным и при Т > 150 °C уже не возникает (см. рис. 4.12, 6)
Дифракционные линии с ростом температуры приобретают точеч
ность, а затем представляют собой лишь отдельные рефлексы.
Одним из наиболее важных явлений (с точки зрения разработки
методов оценки причастности КЗ к пожару) следует считать увеличе
ние размеров зерна матричной (материнской) меди у проводов, под-
вергавшихся вторичным КЗ. Рентгенографически это определяется
по появлению на рентгенограммах, снятых с места оплавления, от-
дельных рефлексов (пятен), составляющих дифракционные линии
меди (см. рис. 4.11, а). С физической точки зрения образование такой
структуры объясняется процессами рекристаллизации, приводят,,
ми к образованию новых зерен размером около 0,01 мм.
При первичном КЗ, когда тепловой импульс дугового разряда воз
действует на относительно холодную жилу, образующаяся дендриi
ная структура дает на рентгенограмме места оплавления сплошные
(мелкозернистые) рефлексы медной фазы, которые при дальнейшем
воздействии температуры пожара продолжают оставаться более мел
кими, чем на рентгенограммах, снятых с других частей этой же жилы,
но удаленных от места оплавления более чем на 5 см (см. рис. 4.4).
Образование дендритов у медных проводов при вторичных КЗ пре
242
4.3. Исследование структурных изменений в медных и алюминиевых жилах проводов
при КЗ и пожаре
кращается при Т > 250 “С. Воздействие последующего отжига на
токопроводящую жилу, оплавленную током КЗ, представляет наи-
более типичное явление, наблюдаемое на реальном пожаре. В этих
условиях весьма актуальными явились исследования, позволяющие
уточнить устойчивость признаков, характеризующих первоначально
сложившуюся структуру.
Полученные результаты экспериментальных исследований пока-
зали, что в процессе рекристаллизации при отжиге дендриты в оплав-
ленных током КЗ медных проводах постепенно разрушаются. Од-
нако мелкозернистая структура на этом участке сохраняется вплоть
до температур 850—900 °C. Отжиг при более высоких температурах
в результате усиления рекристаллизации приводит к значительному
укрупнению зерен и полному разрушению дендритов. Приведенные
температуры пожара (до 900 °C) являются предельными, при которых
еще возможно определение причастности КЗ в медных проводах к
случаям возникновения пожаров на объектах.
Для проводов с алюминиевой токопроводящей жилой, с этой точ-
ки зрения, предельно допустимой (после КЗ) является температура
нагрева порядка 400 °C. При дальнейшем повышении температуры
отжига резко усиливаются процессы, ведущие к снятию внутренних
напряжений, возникших при кристаллизации в месте оплавления
жилы током КЗ, что выражается в ослаблении, а затем и в полном ис-
чезновении эффекта астеризма на рентгенограммах (рис. 4.6).
Таким образом, можно констатировать, что температура отжига
проводов, находящихся в зоне пожара и оплавленных током КЗ, не
превышающая 400 °C, позволяет во многих случаях характеризовать
режим и последовательность протекания термических процессов в
Рис. 4.6. Рентгенограмма алюминиевой токопроводящей жилы провода,
оплавленной первичным КЗ и подвергнутой последующему нагреву при
Т=600 °C в течение 20 мин
243
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
этой зоне и тем самым судить о первичности или вторичности ава-
рийного режима в электропроводке по отношению к пожару. В соче-
тании с другими следственными материалами это заключение может
явиться исходной базой и для определения причины пожара.
При оплавлении проводов от внешнего источника теплоты тер-
мические процессы при нагреве и при охлаждении протекают зна-
чительно медленнее по сравнению с процессами при КЗ. Количество
расплавленного металла, остающегося и кристаллизующегося в месте
оплавления после процесса кристаллизации, а также вид образующе-
гося оплавления зависят лишь от температуры нагрева и от положе-
ния проводника в пространстве относительно источника теплоты.
Высокая теплопроводность меди и алюминия, а также незначитель-
ная скорость термических процессов приводят к тому, что процессы
возврата, вызываемые нагревом, охватывают части проводника зна-
чительной протяженности.
Многочисленные исследования структуры медных проводов,
оплавленных внешними источниками теплоты (пожар, костер, куз-
нечный горн), показали, что эта структура в основном крупнозер-
нистая с постепенным уменьшением размера зерна по длине жилы
вплоть до первоначальной величины, минимальная ширина пере-
ходной зоны 5—7 см. Существенное влияние на структуру меди ока-
зывает температура отжига: при увеличении температуры величина
зерна увеличивается. Увеличение же длительности отжига при одной
и той же температуре с 20 до 40 мин (когда процессы рекристаллиза-
ции успевают завершиться) не оказывает существенного влияния на
изменение структуры.
При охлаждении проводов, оплавленных при стандартном темпе-
ратурном режиме пожара, дендритообразование, как правило, отсут-
ствует. Оно возможно, если оплавленный проводник по какой-либо
причине (например, обрушение конструкции) из зоны высокого на-
грева быстро попадает в зону с низкой температурой. Это обстоятель-
ство необходимо учитывать при отборе образцов для исследований.
У алюминиевых проводов оплавление от внешнего источника те-
плоты не вызывает эффекта астеризма (см. рис. 4.12, в), так как обра-
зующаяся структура в основном состоит из крупных зерен размером
244
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
10‘2—Ю’1 мм (на рентгенограммах видны отдельные пятна, свидетель-
ствующие о монокристаллической структуре). Ширина переходной
зоны значительна — более 0,01 м.
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов
при воздействии на них КЗ и пожара
Влияние на фазовый состав жил проводов окружающей газовой
среды. Ранее уже отмечалось, что одним из химических элементов,
содержание которого существенно изменяется в чистой и задым-
ленной на пожаре атмосфере, является кислород. Было высказано
соображение о возможности использования его в качестве индика-
тора среды, в которой происходит КЗ проводов. Для подтверждения
этой гипотезы необходимо было выяснить, существует ли различие
в количестве (или качестве) образующихся в структуре металлов то-
копроводящих жил оксидных (диоксидных) фаз, насколько велико
это различие и можно ли его дифференцировать каким-либо аппара-
турным методом. Проверка показала, что, например, алюминий на-
столько активно реагирует с кислородом, что разницы по количеству
образовавшихся оксидных фаз (в дыму и в чистой среде) не обнару-
живается. Для медных жил взаимодействие с кислородом явилось од-
ним из важнейших дифференцирующих признаков.
Взаимодействие меди с кислородом. Медь токопроводящих жил ак-
тивно взаимодействует с кислородом:
2Си + О2 -» 2СиО,
поэтому даже при нормальной температуре на поверхности токо-
проводящих жил образуется оксидная пленка СиО. При увеличении
температуры нагрева меди скорость образования пленки значитель-
но возрастает, при этом (при Т«250 °C) начинает появляться диоксид
меди Си2О. Особенно интенсивно его образование происходит при
нагреве металла выше 800 °C за счет диссоциации СиО:
4СиО -> 2Си2О + О2.
245
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропровод к л
Диоксид меди достаточно устойчив к дальнейшему температур
ному воздействию, так как температура его плавления составляет
1166 °C. Окисление меди происходит в результате двустороннсп
диффузии: с одной стороны, атомов кислорода внутрь металла, а с
другой — атомов меди к поверхности жилы [68]. Атомы кислорода,
взаимодействуя с матричной медью, первоначально образуют на по-
верхности образца слой окалины, на внутренней стороне которого
постепенно возникает СиО, кристаллы которого ориентируются та-
ким образом, что между медью и оксидом сохраняется структурное (и
том числе и размерное) соответствие. Рост кристаллов Си, О в среде
с повышенной температурой осуществляется, как уже отмечалось, в
основном за счет постепенной диссоциации окисленной меди. Зерна
диоксида меди растут только во время периодически происходящем
рекристаллизации [69]. Атомы меди, диффундируя наружу, образую!
на внешней поверхности оксидный слой, покрывающий ранее обра-
зовавшуюся окалину. Толщина этого слоя постепенно увеличивается
за счет диффузии на ее поверхности атомов меди.
Внутренний слой металла, из которого «уходят» атомы меди, ста
новится пористым, при этом связь между медью и окалиной поддер-
живается только через отдельные диффузионные пятна — «мостики».
Это обстоятельство оказывает большое влияние на снижение меха-
нических свойств оксидного слоя: при изгибе проводов он легко ра г
рушается и теряется, что затрудняет в ряде случаев использование
разработанных методов и предъявляет определенные требования к
осторожному обращению с проводами, используемыми в качестве
вещественных доказательств. На механизм двусторонней диффу
зии существенное влияние оказывает температура жилы и окисли-
тельной среды. Описанный выше механизм взаимодействия меди с
кислородом наблюдается при отсутствии температурного градиент
между жилой и средой.
При нагреве провода током КЗ температура его в зоне плавления
всегда выше температуры окружающей среды, однако градиент тем-
ператур между жилой и средой при первичных и вторичных КЗ будил
различным. Следовательно, различной будет и подвижность атомов
меди и кислорода, участвующих в двусторонней диффузии. Это об-
246
4,4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
стоятельство совместно с количественной разницей в содержании
кислорода в чистой и задымленной средах дает один из основных
признаков дифференциации момента возникновения КЗ в медных
проводах: различные соотношения в количестве фаз СиО и Си,0 в
зоне оплавления первичным или вторичным токами КЗ по сравне-
нию с контрольным образцом этого же провода, не подвергавшимся
оплавлению.
Взаимодействие алюминия с кислородом. Из химических свойств
алюминия наибольший интерес представляет его взаимодействие с
водородом и углеродом. Водород при обычных условиях не образу-
ет с алюминием стойких химических соединений. Поэтому, рассма-
1 ривая взаимодействие расплавленного током КЗ алюминия с водо-
родом окружающей среды, можно говорить лишь о его растворении
(окклюзии).
По данным Ранслея и Нойфельда растворение — процесс эндотер-
мический, поэтому растворимость водорода увеличивается с ростом
температуры металла (табл. 4.3).
Таблица 4.3
Растворимость водорода в алюминии
Температура, °C Растворимость, см3/100гА1 Температура, °C Растворимость, см3/100гА1
0 ио-7 660 0,69
300 0,001 725 1,07
500 0,0125 800 1,67
600 0,026 850 2,15
Основным источником появления водорода в образце алюминие-
вого провода в момент КЗ, очевидно, служит водород продуктов го-
рения и пиролиза изоляции провода. Роль влияния на общий баланс
водорода в алюминии другого возможного источника — паров воды
воздуха и влаги, адсорбированной алюминием в твердом состоя-
нии, — в настоящее время окончательно не установлена. При затвер-
девании алюминия наблюдается выделение растворенного в нем во-
247
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
дорода, однако значительная часть газа задерживается образующейся
оксидной пленкой.
Взаимодействие алюминия с углеродом. Другим химическим эле
ментом, способным характеризовать внешнюю среду, в которой воз
никают КЗ, является углерод, поскольку и сам углерод (сажа), и его
соединения с кислородом СО и СО2 — непременные «спутники» лю
бого пожара. Это же подтвердили и исследования химического со
става дыма горящей изоляции проводов, где было показано, что в за
дымленной среде СО и СО2 содержатся в количествах, более чем в 200
раз превышающих их содержание при нормальных условиях окружа
ющей среды (см. табл. 4.2). По данным многих исследователей, в том
числе А.И. Беляева [70], углерод может образовывать с алюминием п
твердые соединения — карбиды:
2А12О3 + 9С А14С3+6СО,
которые, впрочем, недостаточно устойчивы и могут на поверхноси!
жилы разлагаться водой с выделением газообразных продуктов (С 11 (
и др.) Расплавленный алюминий на пожаре при T=800-s-900 °C спосо
бен растворить в 100 г металла 4—12 см3 газа, состоящего из 70—80 %
Н2, 10—12 % СО и 5 % СО2; при быстром охлаждении газы не успева
ют выделяться и остаются в алюминии [71].
Окисление медных жил проводов при первичных и вторичных КЗ.
Основные требования, предъявляемые к экспериментальной установ
ке по исследованию фазовых изменений в металлах токопроводящих
жил, включают возможность моделирования среды (чистой и задым
ленной) и токов КЗ различной кратности, а также создание после
дующего отжига определенной интенсивности.
Принципиальная схема экспериментальной установки приведс
на на рис. 4.7. Основу ее составляет камера, в которой с помощью
вакуум-насоса и дымообразующего устройства можно изменять сте
пень задымления. В центре камеры установлен замыкатель вращаю
щегося типа, принцип работы которого понятен из рисунка. Элек
троснабжение установки осуществляется либо от трансформаторов
мощностью 320 (180) кВ-A, либо от сварочного трансформатор:!
ТСД-500, который используется в качестве источника питания
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
Рис. 4.7. Принципиальная электрическая схема экспериментальной уста-
новки по пережиганию проводников токами КЗ:
АВ — автоматический выключатель; Я1— R3 — ступени сопротивления;
К1-КЗ — контакты; П — проводники, пережигаемые током КЗ; Р — реле
и его контакты; М — двигатель постоянного тока; Тр — трансформатор;
КК— контактные кольца; ВБ — вращающийся барабан; ЗК— камера замы-
кателя; Л — лампа; ДК — дымообразующая камера
для имитации удаленных КЗ в сетях, питающихся от систем малой
мощности, допускающих значительное снижение напряжения в мо-
мент КЗ.
Другой способ создания вторичных КЗ заключается в предвари-
тельном замыкании двух проводников, поджигании их изоляции
и подачи на них напряжения в тот момент, когда пламя охватывает
место КЗ. Оплавленные током КЗ провода снимаются с замыкателя и
подвергаются дальнейшим исследованиям.
Рентгеноструктурные исследования медных проводов. Рентгено-
структурный анализ является одним из эффективных способов ис-
следования структурных и фазовых изменений, происходящих в
металлах под действием токов КЗ и газовой атмосферы пожара. Иден-
тификация отдельных фаз, составляющих поликристаллические ве-
щества, при рентгеноструктурном анализе может быть осуществлена
по их межплоскостным расстояниям. Порядок подготовки образцов,
условия съемки и расшифровки подробно изложены в разд. 4.5.
Проведенные длительные рентгеноструктурные исследования по-
казали, что свойство меди различным образом образовывать оксид-
248
249
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
ные и диоксидные фазы в зависимости от количества кислорода и
градиента температуры между жилой и окислительной средой в зоне
замыкания подтверждается большим статистическим материалом
(около 300 рентгенограмм) и обладает устойчивой воспроизводимо-
стью (около 80 % по вторичным и 94 % по первичным КЗ).
Характерным признаком первичных КЗ является наличие на
рентгенограммах, снятых с оплавленных участков, большого количе-
ства фаз меди СиО и Си2О по сравнению с их содержанием на вто-
ром участке, взятом за эталон, на расстоянии от первого на 5—10 см,
о чем можно судить (рис. 4.8) по увеличению на рентгенограммах
числа оксидных и диоксидныхлиний или их интенсивности (степени
почернения дифракционных линий). Это различие, как отмечалось
выше, сохраняется и при последующем отжиге при температуре до
900 °C, т. е. для большинства пожаров, происходящих в жилых домах,
на складах, базах, предприятиях торговли и других объектах, где чаще
всего требуется использование методик. Значение силы тока КЗ ока-
зывает заметное влияние на окисление меди лишь в том случае, если
она недостаточна для пережигания жилы провода или, наоборот, вы-
зывает электрический взрыв жилы, в результате которого весь рас-
плавленный металл испаряется, не образуя явно выраженных следов
оплавления в виде «шариков» на концах оплавленных жил. Во всех
Рис. 4.8. Рентгенограммы медных токопроводящих жил проводов, оплав-
ленных первичным КЗ:
а — участок оплавления (образец 1); б — контрольный образец (образец 2)
250
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
остальных случаях, несмотря на разную степень окисления меди,
дифференциация момента КЗ возможна.
Для дифференциации вторичных КЗ основными признаками, ха-
рактеризующими фазовые изменения в зоне оплавления (см. рент-
генограммы 1, рис. 4.11 ,б) по сравнению с контрольными образцами
(рентгенограммы 2), являются меньшая интенсивность и число ли-
ний СиО и Си2О. При этом следует оговориться, что для обоих ви-
дов КЗ признаки, связанные с установлением фаз СиО, иногда могут
отсутствовать из-за нарушения поверхностного слоя образца при его
отборе и транспортировке.
Таким образом, признаком дифференциации среды, в которой
происходит КЗ в медных проводах (а следовательно, и указывающим
на его причастность к пожару), является различие в содержании ок-
сидных фаз в двух зонах одного проводника — на участке оплавления
и участке, удаленном от него не менее чем на 5 см (контрольный об-
разец). Этот показатель вместе со структурными признаками лежит в
основе методики определения момента возникновения КЗ в прово-
дах с медной токопроводящей жилой.
Изменение фазового состава алюминиевых жил проводов при первич-
ных и вторичных КЗ. Содержание водорода в алюминиевых проводах,
подверженных первичным и вторичным КЗ, определялось методом
масс-спектрометрии, который благодаря высокой точности получае-
мых результатов занимает особое место среди электрических и маг-
нитных методов физического анализа.
С целью снижения возможности влияния на общий баланс водо-
рода в проводе влаги, абсорбированной образцами из воздуха, при
проведении экспериментов принимались следующие меры: опыты
по КЗ в задымленной и чистой средах проводились при постоянной
влажности воздуха; образцы проводов перед пережиганием выдержи-
вались в одной и той же среде. Это позволяло считать, что основным
фактором, формирующим количество абсорбированного алюмини-
ем водорода в опытах по КЗ в дыму и чистой среде, является водород
продуктов горения и пиролиза изоляции провода.
Полученные результаты (табл. 4.4) показывают, что среднее со-
держание Н2 в проводах, подвергавшихся вторичному КЗ без отжи-
251
Става четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Таблица 4.4
Содержание водорода в алюминиевых проводах;
при первичных и вторичных КЗ
Марка провода Параметры Интенсивность термического воздействия Среднее содержание Н2, см3/100 г А1 в среде
чистой задымленной
Без термического
АПР 2,5 //=220 В, воздействия 0,74 1,40
4=1000 А 400 °Сх10 мин 0,36 0,84
800 °Сх10 мин 0,43 0,47
Без термического
АППВ 2,5 //=220 В, воздействия 0,65 1,32
4= 1000 А 400 “СхЮ мин 0,40 0,81
800 “СхЮ мин 0,04 0,10
Без термического
АПР 2,5 (7=22 В, воздействия 0,89 1,43
/=150 А 400 “СхЮ мин 0,02 0,0
800 “СхЮ мин 0,03 0,07
Без термического
АППВ 2,5 U=22 В. воздействия 0,22 0,41
4= 150 А 400 “СхЮ мин 0,22 0,34
800 “СхЮ мин 0,21 0,13
га, примерно в 2 раза превышает его содержание в образцах после
первичного КЗ; последующий отжиг при температуре 400 °C в тече-
ние 10 мин не вносит существенной разницы в величину указанного
выше соотношения, хотя абсолютное содержание водорода в обоих
случаях уменьшается. В целом же метод определения причастности к
пожарам КЗ в алюминиевых проводах по количеству содержащегося
в них водорода хотя и является перспективным, но из-за имеющихся
в настоящее время сложностей аппаратурного плана не был включен
в окончательный вариант методики.
Количественный анализ содержания углерода, проведенный на рент
геноспектральном микроанализаторе MS-46 и спектрографе ИСП-22,
показал наличие существенного различия в содержании углерода н
образцах проводов, пережженных первичным и вторичным токами
252
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
КЗ. Проверка статистической устойчивости этого признака осущест-
влялась с помощью экспресс-анализа на углерод АН-160, обладаю-
щего достаточной точностью и большой производительностью.
Результаты экспериментальных исследований по определению
количественного содержания углерода в алюминиевых проводах по-
казали, что в ряде случаев имеют место флуктуации, связанные с раз-
личной величиной оплавлений, продолжительностью КЗ, степенью
задымления зоны замыкания и другими факторами, влияние кото-
рых можно учесть только на основе большого статистического мате-
риала. Многочисленные эксперименты позволили получить серию
кривых распределения содержания углерода в образцах для различ-
ных видов КЗ и марок проводов (рис. 4.9), по которым можно осу-
ществлять дифференциацию среды, окружающей зону замыкания.
Рис. 4.9. Диаграммы дифференциации момента возникновения КЗ в прово-
дах с алюминиевыми токопроводящими жилами:
а - АПР 2,5, / =1100 А; б - АПР 2,5, /=300 А; в - АППВ 2,5, / = 1100 А;
г — АППВ 2,5, /к=300 А; I — КЗ первично; II — КЗ вторично
253
Ечава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Таблица 4.5
Содержание углерода в алюминиевых образцах, оплавленных током КЗ
Марка провода Параметры КЗ Содержание углерода, %, при КЗ
первичном вторичном
АППВ2,5 £/=22 В, /=150 А £7=220 В, /=1100 А Меньше 0,012 Меньше 0,005 Больше 0,04 Больше 0,043
АПР2,5 £/=22 В,/=150 А £/=220 В,/=1100 А Меньше 0,01 Меньше 0,01 Больше 0,05 Больше 0,055
Примечание. Каждое значение величины содержания углерода является средним из
100 опытов.
Установлено, что среднеарифметическое значение содержания угле-
рода в проводах, оплавленных первичным КЗ, в 2—5 раз ниже, чем
при вторичном замыкании (табл. 4.5). Даже при десятикратном изме-
нении тока КЗ граница критических значений содержания углерода,
характеризующих окружающую среду, изменяется незначительно (в
основном в сторону увеличения), что, видимо, связано с более вы-
сокой температурой зоны оплавления и лучшими условиями раство-
рения газов СО и СО2 в алюминии. Содержание углерода в проводах
с резиновой изоляцией несколько выше при тех же значениях токов
КЗ и сечений), чем в проводах с изоляцией из ПВХ.
Существенное влияние на величину содержания углерода в про-
водах оказывает температура отжига, при которой провод может ока-
заться на пожаре. С ростом температуры как при первичном, так и при
вторичном КЗ наблюдается снижение содержания углерода в месте
оплавления (табл. 4.6), что объясняется выжиганием С, а также экс-
тракцией СО и СО2. Продолжительность отжига оказывает меньшее
влияние на содержание углерода, чем температура. Предельно до-
пустимой температурой, воздействие которой еще позволяет делать
оценку среды в зоне замыкания, следует считать 400 °C (при средней
длительности отжига 20—30 мин).
Таким образом, количество углерода, содержащегося в проводах,
оплавленных током КЗ, может нести информацию о причастности
КЗ к пожару.
254
4.4. Фазовые изменения в токопроводящих жилах проводов при воздействии на них КЗ
и пожара
Таблица 4.6
Содержание углерода в зоне оплавления проводов
и последующего отжига в течение 20 мин
Вид КЗ Сечение провода, мм2 Кратность тока КЗ Содержание С, %, при температуре отжига, °C
20 100 250 350
АПВ
Первичное 2,5 10 0,019 0,018 0,009 0,001
4,0 0,017 0,016 0,011 0,002
6,0 0,017 0,017 0,012 0,003
2,5 15 0.02 0,019 0,012 0,003
4,0 0,021 0,020 0,014 0,004
6,0 0,018 0,017 0,010 0,002
Вторичное 2,5 10 0,049 0,048 0,026 0,003
4,0 0,047 0,043 0,026 0,002
6,0 0,041 0,040 0,022 0,004
2,5 15 0,052 0,051 0,026 0,007
4,0 0,049 0,047 0,027 0,005
6,0 0,045 0,044 0,021 0,006
АПР
Первичное 2,5 10 0,019 0,016 0,009 0,003
4,0 0,020 0,019 0,001 0,003
6,0 0,019 0,018 0,009 0,004
2,5 15 0,025 0,022 0,014 0,005
4,0 0,021 0,020 0,015 0,003
6,0 0,021 0,019 0,014 0,005
Вторичное 2,5 10 0,062 0,061 0,028 0,003
4,0 0,057 0,055 0,020 0,002
6,0 0,056 0,052 0,023 0,004
2,5 15 0,07 0,068 0,023 0,006
4,0 0,065 0,061 0,024 0,002
6,0 0,058 0,056 0,019 0,001
Примечание. Каждое значение является средней величиной из пяти опытов.
255
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
4.5. Методика дифференциации момента возникновения КЗ
в проводах с медными жилами
Методика предназначена для определения причастности к пожару
КЗ в открыто проложенных проводах с медными жилами независимо
от их сечения и количества проволок в жиле, подвергавшихся воздей-
ствию пожара при температуре не более 900 °C.
Методика не распространяется на кабели и электропроводки, про-
ложенные в электромонтажной погонажной арматуре.
Основным критерием первичности (или вторичности) КЗ при ис-
следовании оплавленных проводников (веществе иных доказательств)
рентгеноструктурным методом является различие в структуре и в сте-
пени окисления отдельных участков проводников, что связано с раз-
личной последовательностью термических воздействий на них пожа-
ра Г и токов КЗ Г, а также разницей в характере окружающей среды
в момент КЗ.
Рентгеноструктурные исследования проводников.
Подготовка образцов. Из изъятого для рентгеноструктурных ис
следований проводника изготавливаются образцы: с места оплав
ления (образец 1) длиной 10 мм; контрольный образец на удалении
50—100 мм от первого (образец 2) длиной 15 мм (рис. 4.10, а).
Образцы, площадь сечения которых превышает 1,5 мм2, подвер
гаются механической обработке (например, стачиваются напильни
ком), при этом места, подлежащие исследованию, не обрабатывают
ся с целью сохранения поверхностных окисных пленок (рис. 4.10, б).
Рис. 4.10. Схема подготовки образцов провода для рентгеноструктурного ис
следования:
а — изъятие образцов; б — подготовка образца большого сечения
Стачиваемая часть
^СЗона исследования
256
4.5. Методика дифференциации момента возникновения КЗ в проводах с медными жилами
В проводниках, состоящих из многопроволочных жил, общим сече-
нием более 1,5 мм2 исследуются проволочки, отделяемые от общей
жилы вместе с частью оплавления. Перед проведением рентгено-
съемки образцы промываются в спирте.
Аппаратура и условия съемки рентгенограмм. Как уже отмечалось
в начале главы, описанная в первом издании книги аппаратура для
рентгеноструктурных исследований в камерах Дебая-Шеррера, в на-
стоящее время существенно модернизирована, причем модернизация
в первую очередь коснулась упрощения для исследователя проблемы
идентификации оксидных и диоксидных фаз меди, например, с по-
мощью аппарата «Радиан».
Более современной является и аппаратура для определения со-
держащихся в проводниковых материалах большинства химических
элементов или их соединений, образующихся в проводниках при КЗ
или пожаре (установка «Реном»).
И все же автор счел целесообразным оставить в этом издании
краткое описание режима съемки рентгенограмм и их расшифровки,
во-первых, потому, что установки с камерами Дебая-Шеррера в до-
статочном количестве продолжают находиться в эксплуатации, при
этом наглядность полученных результатов и точность не уступают со-
временным, а во-вторых, и это главное, метод дает возможность про-
водить не только фазовый, но структурный анализ проводниковых
материалов, что не позволяют установки «Реном» и «Радиан».
С описанием рентгеновских установок нового поколения можно
ознакомиться в соответствующих литературных источниках.
При выполнении рентгеноструктурных исследований на установ-
ке с фотографической регистрацией в камерах Дебая-Шеррера реко-
мендуется применять асимметричный метод съемки без вращения
образца (для оценки зернистости) и с вращением (для оценки интен-
сивности). Режим работы установки (рабочий ток трубки, напряже-
ние) в каждом конкретном случае определяется экспериментатором.
Съемка рентгенограмм с первого и второго образцов одного провода
должна производиться в одной и той же камере и в одинаковых усло-
виях. Проявление рентгенограмм, снятых с обоих образцов, произво-
дится одновременно.
257
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводка\
Расшифровка рентгенограмм. Расшифровка рентгенограмм можс i
быть проведена путем расчета или с помощью ключа-эталона. При
большом количестве исследуемых образцов рекомендуется испод ьзо
вать метод эталона, поскольку фазовый состав исследуемых образцов
в основном известен.
Оценка интенсивности линий на рентгенограммах производится
визуально по десятибалльной шкале или с помощью микрофотомс i
ра. Если линия имеет неодинаковую интенсивность по всей длине,
что обычно связано с крупнозернистостью данной фазы или с плохои
юстировкой образца, то в расчет принимают интенсивность самоп
яркой части линии.
Признаки первичности КЗ. При сравнении рентгенограмм, сня тых
с образцов 1 и 2, имеют место следующие признаки:
а) дифракционные пятна, составляющие линии Си (при съемке
без вращения), на рентгенограмме образца 1 имеют меньшие размс
ры, чем на рентгенограмме образца 2;
б) более высокая интенсивность линий Си2О на рентгенограмме
образца 1, чем на рентгенограмме образца 2;
в) более высокая интенсивность линий СиО (в случае ее присутш
вия) на рентгенограмме образца 1, чем на рентгенограмме образца 2
Признаки вторичности КЗ. При сравнении рентгенограмм, снятых
с образцов 1 и 2, имеют место следующие признаки (рис. 4.11):
а) на рентгенограмме образца 1 линии Си обладают большей ин
тенсивностью, чем на рентгенограмме образца 2;
б) дифракционные пятна, составляющие линии Си (при съемке
без вращения), на рентгенограмме образца 1 имеют большую вели
чину, чем на рентгенограмме образца 2;
в) интенсивность линий Си2О и СиО (если эта фаза имеется) ii.i
рентгенограмме оплавленного образца (фото 3) меньше, чем на pen i
генограмме контрольного образца (фото 4).
Дифференциацию момента возникновения КЗ по приведенным
признакам рекомендуется проводить в соответствии с данными н
табл. 4.7, при этом следует учитывать, что дифференциация момен i.i
возникновения КЗ, несмотря на высокий процент воспроизводима
ти признаков, все же остается величиной вероятностной.
258
4.5. Методика дифференциации момента возникновения КЗ в проводах с медными жилами
Рис. 4.11. Рентгенограммы медной токопроводящей жилы провода при вто-
ричном КЗ, снятые с оплавленного образца (1 и 3) и контрольного (2, 4):
а — без вращения; б — с вращением
Поэтому при установлении первичности КЗ наибольшей досто-
верностью будут обладать результаты рентгеноструктурных исследо-
ваний проводников, при которых одновременно совпадают, как ми-
нимум, два наиболее значимых признака:
• размер дифракционных пятен, составляющих линии меди на
рентгенограмме с первого участка меньше, чем на втором участке
(98 %);
• интенсивность линий СиО и Си2О на первом участке больше,
чем на втором (94 %).
259
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Таблица 4.7
Признаки дифференциации момента возникновения КЗ
в проводах с медными жилами
Анализируемый признак Соотношение исследуемого признака на рентгенограммах образцов 1 и 2 Режим съемки Вид КЗ Статистиче- ская воспро- изводимость признака, %
Размер дифрак- ционных пятен Рп, составляю- щих линии меди Си рСи рСи «1 «2 Без вращения Первичное 98
рСи рСи «1 «2 То же Вторичное 82
Интенсивность,/ линий меди С вращением То же 93
Интенсивность линий СиО и Си2О jrCuO < jrCuO , ^yCl^O То же н 77
J1CuO>J2CuO; ^yCii2O ^yCu^O — Первичное 94
Примечание. Статистическая воспроизводимость признака приведена по результа-
там лабораторных исследований, выполненных при отработке методики в институ-
тах АН Болгарии.
При вторичном КЗ наиболее надежными являются признаки:
• размер дифракционных пятен, составляющих линии меди на рент-
генограмме, снятой с первого участка, больше, чем на втором (82 %);
• интенсивность линий меди — на первом участке больше, чем на
втором (93 %).
Необходимо также принимать во внимание, что признаки, связан-
ные с установлением фазы, СиО, могут отсутствовать из-за наруше-
ния поверхностного слоя образца при его отборе и транспортировке.
Признаком, свидетельствующим об оплавлении проводника тем-
пературой пожара, является идентичность рентгенограмм образцов I
и 2. В этом случае дифференциация первичности (вторичности) КЗ
не представляется возможной.
260
4.6. Методика дифференциации момента возникновения КЗ в проводах
с алюминиевыми жилами
4.6. Методика дифференциации момента возникновения КЗ
в проводах с алюминиевыми жилами
Основные положения методики разработаны для исследования
электропроводок из алюминиевых проводников различных марок
рентгеноструктурным и кулонометрическим методами. При рент-
геноструктурном анализе исследуются провода сечением жилы до
25 мм2, проложенные открыто, непосредственно по основаниям, а
также в арматуре (ЭПА).
Кулонометрическим методом исследуются провода сечением до
4 мм2, проложенные только открыто. Непосредственно методика
применима для проводов, которые подвергались воздействию КЗ в
сети при различных напряжениях и токах, а также последующему на-
греву на пожаре до температуры не более 400 °C.
В целях наиболее точного проведения экспертизы по дифферен-
циации момента КЗ в алюминиевых проводах исследование осущест-
вляется в несколько этапов, при этом одни методы последовательно
уточняются и дополняются другими (табл. 4.8).
Окончательное определение момента возникновения КЗ в алю-
миниевых проводах производится по совокупности признаков, под-
твержденных различными методами.
Подготовка образцов для рентгеноструктурного анализа. Получен-
ные образцы, имеющие характерные оплавления, перед проведени-
ем исследований очищаются от остатков изоляции и промываются
в спирте. При этом особое внимание следует обратить на то, чтобы
исследуемое место проводника не подвергалось механическому воз-
действию. Место оплавления на проводниках больших сечений не
стачивается.
Проведение рентгеноструктурных исследований. Рентгеноструктур-
ные исследования проводятся на различных рентгеновских аппара-
тах с фотографической регистрацией дифракционной картины. При
этом используются рентгеновские трубки с медным анодом с фильт-
ром или без фильтра. В качестве фильтра применяется никелевая
фольга толщиной 0,006—0,008 мм. Съемка проводится без вращения
образца на рентгеновских пленках типов РТ и РМ.
261
4.6. Методика дифференциации момента возникновения КЗ в проводах
с алюминиевыми жилами
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Таблица 4.8
Последовательность исследования алюминиевых проводов
и возможные его результаты
Последовательность методов исследования Возможные результаты Выводы
Визуальный осмотр Локальное оплавление с резко выраженными формами Оплавление вызвано токами КЗ с образованием электрической дуги
Локальные взрывы и «срезы» ме- талла проводников без оплавле- ния незначительны Воздействие тока КЗ без разрыва жилы
Оплавление, значительное по длине Оплавление вызвано тем- пературным воздействием пожара
Ре нтге но структур н ые исследования Наличие эффекта астеризма на малых углах отражения рентгено- грамм Оплавление вызвано током КЗ с разрывом токопрово- дящей жилы
Астеризм выражен четко КЗ первичное
Астеризм выражен слабо, размыт, иногда отсутствует КЗ вторичное
Астеризм отсутствует. Интерфе- ренционная картина соответству- ет исходному проводу. Дифрак- ционные линии выражены четко, в большинстве случаев имеют точечное строение Воздействие тока КЗ без разрыва жилы
Наличие интерференционных пя- тен на рентгенограммах. Явление астеризма не наблюдается. Диф- ракционные линии отсутствуют или выражены очень слабо Оплавление вызвано тем- пературным воздействием пожара
Астеризм отсутствует. Интерфе- ренционная картина соответству- ет структуре исходного провода Структура исходных про- водов
Кулонометрический анализ на углерод Содержание углерода в месте оплавления, %: АППВ 0,012 и менее КЗ первичное
АППВ 0,045 и более КЗ вторичное
АПР 0,015 и менее КЗ первичное
АПР 0,05 и более КЗ вторичное
Режим съемки и время экспозиции в каждом конкретном случае
определяются исследователем. С увеличением сечения образца вре-
мя экспозиции увеличивается.
Анализ рентгенограмм при определении причины оплавления жилы.
Полученные рентгенограммы подвергают тщательному анализу. Осо-
бенно внимательно необходимо исследовать область рентгенограмм,
относящуюся к малым углам отражения (рис. 4.12).
Наличие эффекта астеризма (четко выраженного — рис . 4.12, а,
нечеткого — рис. 4.12, б) свидетельствует о том, что причиной оплав-
ления проводника является КЗ. Это не характерно для оплавления,
вызванного температурой пожара (рис. 4.13, в).
Таким образом, указанные качественные различия в рентгено-
граммах позволяют сделать вывод о причастности КЗ к оплавлению
проводника и о необходимости дальнейшего проведения экспертизы
уже с целью установления момента КЗ.
Рис. 4.12. Рентгенограммы алюминиевых токопроводящих жил проводов,
оплавленных различными источниками теплоты:
а — первичным КЗ; б — вторичным КЗ; в — пламенем костра
262
263
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
Определение момента возникновения КЗ. Рентгеноструктурные ис
следования проводятся по тем же рентгенограммам, которые исполь-
зовались для определения причин оплавления проводников.
Признаком первичности КЗ является наличие на рентгенограм
ме четко выраженного эффекта астеризма на малых углах отражения
(рис. 4.12, а).
При вторичном КЗ эффект астеризма размытый, выражен слабо,
иногда совсем отсутствует (рис. 4.12, б).
При воздействии на провода тока КЗ без разрыва токопроводящей
жилы образуется интерференционная картина, аналогичная картине и
исходном проводе, поэтому такие образцы не подлежат исследованию.
Кулонометрический метод. Одним из методов оценки причастнос-
ти КЗ в алюминиевых проводах к возникновению пожара является
количественный анализ алюминиевых проводников на содержание
углерода в месте оплавления.
Определение содержания углерода может быть выполнено различ
ными методами, в том числе методами аналитической химии, спек
тральным анализом и т.п.
Автор для отработки методики использовал достаточно точный и
выскопроизводительный экспресс-анализатор на углерод АН-160,
принцип работы которого основан на методе кулонометрическою
титрования.
Перед проведением анализа на углерод производится дополни-
тельная и более тщательная по сравнению с рентгеноструктурны мп
исследованиями обработка образцов, с целью очистки их от продук-
тов горения.
С помощью спирта обезжиривают проводники и полностью уда
ляют следы копоти. Затем от образца отрезают оплавленные участки
(по кромке оплавления), которые тщательно взвешивают на анали
тических весах с точностью до десятых долей миллиграмма. Далее
выполняется окончательная промывка образцов дистиллированной
водой (с последующим прокаливанием их в течение 1 ч в сушильном
шкафу при температуре 100 °C).
Полностью подготовленные образцы алюминиевых проводон
укладывают в специальные керамические лодочки, которые перед
264
4.6. Методика дифференциации момента возникновения КЗ в проводах
с алюминиевыми жилами
проведением анализа предварительно прокаливают при температуре
700—800 °C во избежание ошибки, вносимой углеродом лодочки в
общий баланс СО2, образующегося при горении образца.
Для обеспечения полного сгорания образцов в печи в лодочку
добавляют плавень — химически чистое олово. Количество плавня
обычно составляет 20—25 % массы образца. Однако, учитывая, что
некоторое количество углерода попадает с плавнем в печь, при об-
работке результатов следует внести соответствующую поправку, ко-
торую устанавливают по показанию приборов АН-160 при сжигании
порции плавня в предварительно обезжиренной лодочке. Сжигание
образца с плавнем производится в зоне, где температура составляет
1250 °C. Учитывая конструктивные особенности прибора, получен-
ное содержание углерода пересчитывается на стандартную навеску
в 50 мг:
(Л-^)500
т
где к — суммарное содержание углерода в образце, %; к, — содержание угле-
рода в плавне, %; т — масса образца, мг; 500 — коэффициент пересчета.
Определение характера среды в момент КЗ производится по кри-
вым на рис. 4.9, характеризующим отношение вероятностей появле-
ния различного содержания углерода в опытах по КЗ в чистой и за-
дымленной средах. Если полученное содержание углерода попадает
за пределы логарифмического отрезка кривой,т. е. в зону стопроцент-
ной достоверности суждения о характере среды, то момент возник-
новения КЗ может быть дифференцирован однозначно. В области
логарифмической кривой дифференциация момента КЗ может быть
осуществлена лишь с определенной степенью достоверности, ука-
занной на оси ординат.
265
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
4.7. Принципы определения причастности
к пожарам электротехнических изделий
Проведенные исследования, которые кроме рассмотренных в
книге работ по электропроводкам обобщают также материалы по-
исковых исследований по нагревательным приборам и светотехни-
ческим устройствам, показали, что, несмотря на многообразие элек-
тротехнических устройств, можно выделить два основных принципа
дифференциации момента возникновения в них аварийных режимов
(относительно пожара) (рис. 4.13).
Первый принцип — установление характера среды в зоне аварийного
режима электроустановки. Определение характера среды, окружаю-
щей электрическое изделие или его элементы в момент возникнове-
ния в них аварийного режима, осуществляется путем поиска и иден-
тификации характерных веществ-индикаторов, образующихся при
взаимодействии этих элементов со средой.
Например, для проводов с медными жилами интересующими нас
элементами будут сами оплавленные током КЗ жилы, а характерны-
ми веществами — индикаторами среды будут СиО и Си2О. По коли-
честву этих фаз, образующихся при взаимодействии расплавленной
меди с кислородом окружающей среды можно установить первич-
ность или вторичность КЗ по отношению к пожару, а в сочетании с
другими данными по определению причины пожара — и причаст-
ность их к пожару.
Для оплавленных током вторичного КЗ алюминиевых проводов
повышенное содержание водорода и (или) углерода по сравнению
с содержанием этих элементов при оплавлении проводов в чистой
среде свидетельствует о том, что в момент КЗ среда была задымлена
развившимся пожаром, возникшим от другой причины,т. е. это за-
мыкание было вторичным.
Второй принцип — установление степени нагрева деталей (узлов)
электротехнических изделий в момент возникновения в них аварийно-
го режима. Оценка степени нагрева детали электротехнического из
делия в момент возникновения в нем аварийного режима позволяе i
установить следующее: была ли эта деталь нагрета температурой по
266
4.7. Принципы определения причастности к пожарам электротехнических изделий
Рис. 4.13. Основные принципы разработки методов определения причастности к пожарам
аварийных режимов в электротехнических устройствах:
АР— аварийный режим; ПАР, ВАР— первичный, вторичный аварийные режимы; ВИ—вешества-индикаторы;
ЭУ— электротехнические устройства; ВД— образцы; ФЯ-физические явления; РП— размер пятен (зерна);
J— интенсивность линий
267
Глава четвертая. Определение причастности к пожарам аварийных режимов в электропроводках
жара, или ее нагрев соответствовал эксплуатационной температуре,
или температура соответствовала суммарному нагреву от тепловыде-
ления изделия и пожара. В отличие от первого принципа в данном
случае индикаторами являются физические явления — изменение
структуры кристаллической решетки, возникновение электрическо! о
пробоя (например, стекла лопатки в лампе накаливания), появление
протяженных прожогов трубы дуговым разрядом (в электропровод-
ках со стальными трубами и др.), которые могут иметь место только и
условиях какого-то одного вида КЗ, например вторичного.
Поскольку в реальных условиях на пожаре действуют одновремен
но оба фактора — изменяются химический состав среды и температур, i
нагрева деталей электротехнических устройств, то вполне естественно,
что анализ образцов необходимо вести с одновременным учетом обоих
принципов, что и предусмотрено в приведенных в книге методиках.
Кроме двух основных принципов дифференциации момента во i
никновения аварийного режима (основными они называются потому,
что предусматривают исследования непосредственно самих обра i
цов — вещественных доказательств) существуют косвенные методы
оценки причастности к пожарам электротехнических устройств, исходя
из определения возможности (вероятности) возникновения от них по
жаров в данных конкретных условиях. К ним могут быть отнесены все
рассмотренные в гл. 1 и 2 книги методы оценки пожарной опасное! и
различных видов электропроводок и частиц металлов при КЗ, а также
методы оценки пожарной опасности электроустановок других видов.
Дополнительным принципом определения причастности к пожа
рам аварийных режимов в электроустановках может являться прямая
фиксация с помощью автоматических и электронных устройств пер
вичности возникновения на объекте КЗ (перегрузки) или пожара.
268
Глава пятая
Пожарная опасность электрических вводов
5.1. Пожары от вводов и ответвлений
Как уже отмечалось в гл. I, по статистическим данным, в стране
ежегодно от электрических вводных устройств (ВУ) происходит бо-
лее 3000 пожаров (более 7 % к общему числу пожаров от электроуста-
новок), что в течение последних десяти лет стабильно ставит их по
количеству пожаров на 3-е место.
В соответствии с ПУЭ под ВУ понимается совокупность конструк-
ций, аппаратов, приборов, устанавливаемых на вводе питающей ли-
нии в здание или в его обособленную часть.
Если на щите ВУ располагаются также аппараты и приборы от-
ходящих линий, то такое устройство называется вводно-распредели-
тельным (ВРУ) или распределительным пунктом (щитом) - РП.
Наибольшее количество пожаров в ВУ (75—80 %) происходит в
жилом секторе; 8—9 % — в промышленности и 7—8 % — на объектах
торговли.
Существенная доля пожаров в вводных устройствах жилого секто-
ра приходится на населенные пункты в сельской местности, дачно-
садоводческие кооперативы и товарищества, присоединяемые в час-
ти электроснабжения к воздушным линиям электропередачи (ВЛ),
а также от вводов на объектах сельскохозяйственного назначения:
фермах, складах, хранилищах и т.п.
В качестве вводного устройства (ВУ) на указанных объектах чаще
всего используется щиток, на котором устанавливаются аппараты за-
щиты (плавкие предохранители, автоматические выключатели), счет-
чики электроэнергии (для жилых домов) и коммутационные аппараты.
269
Глава пятая. Пожарная опасность электрических вводов
Практика показывает, что на местах при подготовке первичных
статистических материалов часто к пожарам от вводов относят и по
жары, возникающие от электрических дуг и частиц металлов, обра
зующихся при КЗ в проводах отпайки (ответвления) — участка воз
душной сети от изоляторов, установленных на опоре (столбе) ВЛ, ло
изоляторов ввода.
Причиной пожаров в вводных щитах и ответвлениях к ВУ от ВЛ
очень часто являются большие переходные сопротивления («плохой
контакт»), который, как правило, является следствием нарушения
технологии монтажа, при этом одинаково опасной может быть как
очень слабая, так и чрезмерно сильная затяжка болтовых (винтовых)
соединений при подсоединении токопроводящих жил к аппаратуре
В последнем случае возможно повреждение жилы.
Особенно опасно такое повреждение для алюминиевых жил, по
скольку место повреждения начинает быстро покрываться оксиднои
пленкой, существенно увеличивающей переходное сопротивление
контактного соединения. Дальнейший механизм возникновения
пожара от «плохого контакта» описан в разд. 5.2 применительно к
возникновению пожара от скруток проводов. Для профилактики
таких пожаров целесообразно кратко напомнить основные требова
ния, предъявляемые ПУЭ к вводам. Поскольку причины пожаров и
пожарно-профилактические рекомендации для ответвлений и вводов
разные, целесообразно рассмотреть эти вопросы раздельно.
Для начала обозначим некоторые термины и сокращения, кото
рые использованы в разделе.
ВЛИ — воздушная линия (ВЛ) электропередачи напряжением до
1 кВ, выполненная с применением самонесущих изолированных
проводов (СИП).
СИП — скрученные в жгут изолированные жилы, причем несущая
жила может быть как изолированной, так и неизолированной. Изо
ляция СИП должна изготавливаться из трудносгораемого светоста
билизированного синтетического материала, стойкого к ультрафио
летовому излучению и воздействию озона.
Ответвление от ВЛ к вводу - участок от опоры магистрали или ли
нейного ответвления до зажима (изолятора ввода).
270
5.2. Противопожарные требования к ответвлениям ВЛ
Вводом от воздушной линии электропередачи называется элек-
тропроводка, соединяющая ответвления от ВЛ с внутренней электро-
проводкой, считая от изоляторов, установленных на наружной по-
верхности (стене, крыше) здания или сооружения, до зажимов ВУ.
5.2. Противопожарные требования к ответвлениям
(отпайкам) ВЛ
В соответствии с ПУЭ пожарная профилактика ответвлений ВЛ
направлена на предотвращение аварийных режимов: обрывов и КЗ в
проводах, которые могут сопровождаться различными пожароопасны-
ми проявлениями: разлетом горящих и раскаленных капель металлов,
падением фазных проводов на заземленные предметы с последующим
их разогревом током замыкания на землю и возгоранием и т.п. В этих
случаях пожарная безопасность ответвлений регламентируется четырь-
мя основными требованиями: допустимыми расстояниями горизон-
тального и вертикального сближения проводов с землей, элементами
здания и проводами линий связи, радио, телефона и т.п.; допустимым
сближением проводов в точках их крепления к изоляторам опоры и
ввода; минимально допустимым сечением проводов ответвления в за-
висимости от материала токопроводящей жилы и защитой ответвлений
(для наиболее ответственных объектов) от грозовых перенапряжений.
Рассмотрим более подробно эти требования, поскольку правиль-
ность их соблюдения можно проверить при профилактических об-
следованиях ВЛ, ответвлений и вводов (табл. 5.1).
Единственная трудность, которая здесь имеется, это, как видно из
табл. 5.1, различные значения допустимых сближений для некоторых
нормируемых параметров, которые содержатся в двух действующих
главах ПУЭ (гл. 2.1 и гл. 2.4).
Обычно в таких случаях принято руководствоваться нормативным
документом более позднего времени выпуска. Однако поскольку
гл. 2.1 тоже не отменена, то, с точки зрения пожарной безопасности,
более правильно руководствоваться той нормой, которая обеспечи-
вает большую степень безопасности.
271
Глава пятая. Пожарная опасность электрических вводов
Таблица 5.1
Минимально допустимые расстояния сближения между проводами
ответвлений с землей, с зелеными насаждениями и элементами зданий
Нормируемый параметр — расстояние Допустимые расстояния сближения (по вертикали) от изолированных проводов и СИП, м (гл. 2.4 ПУЭ-7 изд.)
До зеленых насаждений (по горизонтали) 0,5(1') 0,5(1')
На ответвлениях к вводам: - до тротуаров и пешеходных дорожек - до поверхности земли 3,5 2,5 (2,75')
До крыш зданий и сооружений 2,5
При прокладке по стенам зданий при горизон- тальной прокладке: - над окном, входной дверью - под балконом, окном карнизом - до земли При вертикальной прокладке: - до окна - до балкона, входной двери 0,3; 0,52 0.5; 1.02 2,5; 2,752 0,5; 0,752 1,0; 1,02
По горизонтали: - до балконов, террас и окон - до глухих стен зданий и сооружений - до зеленых насаждений - между СИП и стеной здания или сооружения 1,0 (1,5‘) 0,2 (1.01) 0,5 (1,0') 0,06
1 Для неизолированных проводов.
2 Требования действующей гл. 2.1 ПУЭ-6 изд
Правила устройства электроустановок разрешают применять для
ответвлений как изолированные, так и неизолированные провода. В
районах с одноэтажной застройкой (наиболее распространенный вид
в сельской местности) ответвления рекомендуется выполнять про-
водами с атмосферостойкой изоляцией. Допустимые по механиче-
ской прочности сечения изолированных проводов в новой главе 2.4
ПУЭ 7-го издания рекомендуется принимать не менее 16 мм2, при
этом, поскольку не указывается вид металла (медь или алюминий),
можно предполагать, что требование адекватно для обоих видов то-
копроводящих жил.
272
5.2. Противопожарные требования к ответвлениям ВЛ
Как показывает практика, наиболее типичным нарушением ПУЭ
в этой части является использование для отпаек установочных про-
водов типа АПВ или ПВ сечением значительно ниже нормируемого
(обычно берут 4—6 мм2).
Наиболее пожароопасными узлами ответвлений являются места
их соединения с вводами, поскольку они, как правило, выполняются
обычной скруткой. В процессе эксплуатации скрутка (контакт токо-
проводящих жил между собой) быстро ослабевает, растет переходное
сопротивление соединения и, как следствие, — его перегрев. В свою
очередь перегрев вызывает ускоренный рост оксидной пленки (осо-
бенно заметно это проявляется при использовании алюминиевых
проводов), которая еще более увеличивает переходное сопротивле-
ние и перегрев соединения. В сравнительно короткое время количе-
ство контактных точек в скрутке проводов, имеющих металлический
контакт, уменьшается; плотность тока возрастает, и при включении
на объекте наиболее мощных потребителей в скрутке может возник-
нуть искрение, которое способно вызвать значительный нагрев про-
водов и воспламенение изоляции.
Особую пожарную опасность представляет скрутка проводов, вы-
полненная из разнородных металлов, например меди и алюминия
— биметаллические соединения, в которых коррозия (окисление)
поверхности токопроводящих жил существенно ускоряется под дей-
ствием электрохимических явлений, всегда имеющих место при со-
прикосновении двух различных металлов.
Для предотвращения пожаров, вызванных некачественным сое-
динением проводов, ПУЭ рекомендуют выполнять эти соединения с
помощью специальных соединительных зажимов или сваркой.
Соединение проводов из различных металлов и разных сечений
рекомендуется выполнять при помощи переходных зажимов только в
петлях на анкерных опорах, поскольку и сами зажимы, и провода, на
которых они установлены, не должны испытывать механических уси-
лий. Крепление проводов на опоре ВЛИ для ответвлений к вводу и на
самом вводе выполняются с помощью натяжных зажимов. Соедине-
ние проводов в пролете ответвления к вводу не допускается.
273
Глава пятая. Пожарная опасность электрических вводов
5.3. Противопожарные требования к вводам и ВУ
Существует два основных вида вводов от ВЛ в здания, разрешен
ных ПУЭ: один из них — рекомендуемый (через стену в изоляционн и х
трубах); другой - допускается через крыши в стальных трубах (для
зданий небольшой высоты, чтобы создать необходимое расстояние
от проводов до поверхности земли). Оба вида вводов должны исклю
чать попадание воды внутрь труб, поэтому провода обычно подвод я i
снизу.
При применении стальных труб на вводах их входные и выходные
отверстия должны быть закрыты диэлектрическим втулками с отвср
стиями для раздельного ввода проводов с целью предотвращения но
вреждения провода при монтаже и эксплуатации, а также герметича
ции трубы от попадания в нее влаги.
ПУЭ устанавливает следующие основные противопожарные трс
бования к вводам в части выбора допустимых расстояний сближения
проводов и выбора расстояний приближения их к земле и частям зда
ния.
Расстояние от проводов перед вводом и проводов ввода до поверх
ности земли должно быть не менее 2,75 м.
Расстояние между проводами у изоляторов ввода, а также от про
водов до выступающих частей здания (свеса крыши и т. п.) должно
быть не менее 0,2 м.
Для вводов, выполненных через крыши в стальных трубах, рас
стояние по вертикали от проводов ответвления к вводу и проводов
ввода до крыши должно быть не менее 2,5 м, а для зданий небольшой
высоты, на крышах которых исключено пребывание людей, указан
ные расстояния в свету допускается принимать не менее 0,5 м. 11рн
этом расстояние от проводов до поверхности земли должно быть нс
менее 2,75 м.
Очень важным противопожарным требованием, которое хотелж ь
бы особо подчеркнуть, является требование о необходимости ycia
новки снаружи здания аппаратов защиты, защищающих провода
ввода со стороны ответвления. Это требование вытекает из п. 7.1 ..’-I
ПУЭ: аппарат зашиты должен быть одновременно и аппаратом
274
5.3. Противопожарные требования к вводам и ВУ
управления. Роль такого аппарата может выполнять автоматический
выключатель. Правда, п. 7.1.22 ПУЭ - 7 изд. Допускает возможность
не устанавливать при ответвлениях от ВЛ на вводах в здания вводное
устройство (если расчетный ток в ответвлениях менее 25 А, а расстоя-
ние от ответвления до щитка, выполняющего функцию ВУ, не более
3 м). Однако такая экономия вряд ли оправдана.
Во-первых, необходимо учитывать, что защитно-управляющий
аппарат со стороны ответвления обеспечивает защиту всей аппа-
ратуры электрощита (включая электросчетчик) от внутренних (для
электрощита) аварийных режимов, а во-вторых, создает несомнен-
ные удобства в обслуживании ВУ и всей электросети объекта, давая
возможность его «обесточивания» не отключая магистральной линии
электроснабжения, что очень важно, так как при этом не затрагива-
ются интересы других электропотребителей.
Участок сети от ввода до ВУ должен выполняться гибким медным
кабелем, не распространяющим горение, сечением в соответствии
с расчетной нагрузкой объекта, но не менее 4 мм2, проложенным в
стальной трубе, при этом должны быть выполнены требования по
обеспечению надежного контактного соединения с проводами ответ-
вления.
Одним из важных противопожарных требований, предъявляемых
к самим вводам и распределительным щитам, является следующее —
их конструкция должна исключать возможность распространения
горения за его пределы, а также из слаботочного отсека в сильноточ-
ный, и наоборот.
В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть, что строгое со-
блюдение действующих правил позволит значительно снизить по-
жарную опасность вводов.
275
Глава шестая
Требования пожарной безопасности к электропроводкам
6.1. Нормативные требования
Требования и практические рекомендации по снижению пожар
ной опасности конкретных видов электропроводок приводятся по
многих разделах и подразделах книги: 1.4.3—1.4.5; 2.4; 2.5; 2.6 и др.
Однако, как уже отмечалось выше, завершение книги задержи па
лось в связи с ожиданием утверждения и публикации главного проз и-
вопожарного нормативного документа страны — Федерального за ко
на РФ (№123-Ф3) «Технический регламент о требованиях пожар! юн
безопасности» (далее — «Технический регламент», или ТР №123-Ф 1)
[72].
Но это ожидание не было пассивным: все научные подразделе-
ния института в оперативном порядке разрабатывали и готовили к
утверждению национальные стандарты и своды правил, на которые
этот «Технический регламент» будет опираться — подзаконные акн.1
(нормы).
В основу разрабатываемых стандартов были положены прошедш i к-
десятилетнюю практическую апробацию Нормы пожарной безопас
ности (НПБ). Ссылки на новые стандарты имеются в разд. 1.5.
В данной главе (разд. 6.1) основное внимание уделялось требо
ваниям, изложенным в собственно ТР №123-Ф3 [72], в ГОСТ I’
50571.15-97 «Электропроводки» [14] и в СП 31-110-2003 [24].
В разд. 6.2 приведены рекомендации по выполнению электропро
водок, которые пока не вошли в нормы федерального уровня, но они
востребованы на практике, в монтажных организациях и исполыу
ются в виде отраслевых НТД.
276
6.1. Нормативные требования
Требования ГОСТ Р 50571.15-97 [14]
Анализ норм целесообразно начать с самого «старого» из пере-
численных нормативных документов, который, несмотря на его со-
лидный возраст (вступил в действие в России с 1997 г.), как показа-
ла преподавательская практика автора, недостаточно известен даже
специалистам электроэнергетических служб и предприятий.
Ценность стандарта в том, что он пришел к нам из Международной
электротехнической комиссии (МЭК 364-5-52-93), которая сегод-
ня объединяет 155 стран и, следовательно, стандарт учитывает весь
огромный опыт, накопленный в этих странах по электропроводкам.
Как видно из преамбулы, у стандарта очень высокие «полномо-
чия». Его требования должны учитываться «при разработке и пере-
смотре стандартов, норм и правил на устройство, испытания, серти-
фикацию и эксплуатацию электроустановок зданий».
Применительно к электропроводкам, констатируется, что проти-
вопожарные требования «определяются типом используемых прово-
дов и кабелей, способом их монтажа и прокладки, внешними воздей-
ствующими факторами, средствами ограничения распространения
горения, условиями сближения электропроводок с другими инже-
нерными сетями и сооружениями, а также условиями обеспечения
их технического обслуживания».
Вместе с тем в стандарте содержится ряд требований и положений,
отличающихся от требований ПУЭ. Рассмотрим некоторые из отли-
чий, приведенных в стандарте, которые необходимо учитывать в про-
ектной и электромонтажной практике.
Требование: «Изолированные провода допускается прокладывать
только в трубах, коробах и на изоляторах. Не допускается прокла-
дывать изолированные провода скрыто под штукатуркой, в бетоне,
в кирпичной кладке, в пустотах строительных конструкций, а также
открыто по поверхности стен, потолков, на лотках, на тросах и других
конструкциях. В этом случае должны применяться изолированные
провода с защитной оболочкой или кабели».
Пояснение. К изолированным относятся провода, которые име-
ют только одну изоляцию, т. е. у них отсутствует общая оболочка. Из
«старых» марок проводов типичными представителями этого класса
277
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
были провода ППВ (провод плоский с ПВХ-изоляцией и медной жи-
лой) и АППВ — то же, но с алюминиевой жилой. Все «хрущевские»
жилые пятиэтажки были выполнены с использованием этих прово-
дов. Их прокладывали и скрыто в штробах под штукатуркой, и в ще-
лях между плитами перекрытий, и открыто на роликах. ПУЭ такую
прокладку не запрещали (см. табл. 2.12 ПУЭ [1]. Теперь требования к
выбору проводов и способу их прокладки, в зависимости от их кон-
струкции (наличия или отсутствия защитной оболочки), существен-
но усиливаются.
Требование: «Не рекомендуется применять пайку при соединении
проводников силовых цепей».
Пояснение. Соединение проводов методом скрутки всегда было за-
прещено нормами, хотя и сейчас продолжает широко применяться на
бытовом уровне. Преподаватели в энергетических вузах очень образ-
но комментировали этот запрет: «Скручиваешь провода холодными
пассатижами, потом это место скрутки будет горячим». Действитель-
но, после «скрутки», в ходе эксплуатации под действием различного
рода физико-химических факторов (нагрев-охлаждение, воздействие
окружающей среды, электролитичекие процессы в металлах и т.п.)
прочность сцепления между проводниками нарушается, образуют-
ся зазоры и, как следствие, — «плохой» контакт. Место соединения
начинает нагреваться (подробно этот механизм описан в разд. 5.2).
Для правильного выполнения соединения проводников скрутку ре-
комендовалось закрепить пайкой.
Теперь же для проводников силовых цепей, исходя из требований
стандарта, пайка попадает в разряд не рекомендуемых соединений.
Конечно, стандарт не разъясняет причины введения такого ограниче-
ния. Можно лишь предположительно указать на существование двух
причин. Первая — возможная потеря механической прочности сое-
динения. Температура плавления олова 232 °C. Допустимый по ПУЭ
нагрев жил кабелей и проводов с ПВХ изоляцией при КЗ (150 °C) за
счет размягчения олова существенно ослабляет паянные соединения.
Вторая причина — появление различного рода электролитических
процессов в разнородных металлах (например, медь-олово), приво-
дящих к разрушению контактирующих поверхностей, повышению
278
6.1. Нормативные требования
переходного сопротивления между ними и, как следствие, к их пере-
греву.
Основное противопожарное требование стандарта, предъявляе-
мое к контактным соединениям, заключается в том, чтобы темпера-
тура соединений при нормальном режиме эксплуатации не превы-
шали нормируемой величины и не ухудшала изоляции проводников,
соединенных между собой или соприкасающихся с ними.
С учетом высказанных в стандарте ограничений основными спо-
собами соединения проводников между собой следует считать все
виды винтовых и болтовых соединений с использованием монтаж-
ных плат и колодок, опрессовку и сварку. При выборе способа соеди-
нения, стандарт предписывает учитывать:
• условия среды и класс пожаровзрывоопасной зоны;
• материал проводника и его изоляцию;
• количество и форму проволок, формирующих проводник;
• сечение проводника;
• количество проводников, которые будут соединяться вместе.
Большое внимание в ГОСТ Р 50571.15-97 уделено проблеме огра-
ничения распространения горения вдоль кабельных линий и через
кабельные проходки, выполненные в строительных конструкциях.
Основные противопожарные требования стандарта к кабельным
проходкам были изложены в подразд. 1.5.4. В данном разделе излага-
ются требования к электропроводкам в зоне проходки.
«Электропроводки, выполненные в трубах, специальных каналах,
коробах, шинопроводами или шинами, которые проходят через эле-
менты конструкций зданий, имеющие установленную огнестойкость,
должны иметь внутреннее уплотнение, обеспечивающее ту же огне-
стойкость, что и соответствующие элементы конструкции здания.
Электропроводки в трубах и коробах, в которых применены ма-
териалы, соответствующие требованиям стандарта по нераспростра-
нению огня и имеющие максимальное внутреннее сечение не более
710 мм2, допускается нс уплотнять изнутри при следующих условиях:
• электропроводка имеет степень защиты не ниже 1РЗЗ;
• любое оконцевание электропроводки имеет степень защиты не
ниже 1РЗЗ».
279
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Применяемые в проходках заделочные материалы должны быть со-
вместимы с материалами электропроводки и должны допускать тепло-
вые перемещения ее элементов без снижения качества уплотнения.
В ПУЭ, как уже отмечалось, к заделочным материалам дополни-
тельно предъявляется требование, чтобы заделка выполнялась лег-
коудаляемой массой, допускающей замену и дополнительную про-
кладку новых проводов и кабелей.
Несмотря на многообразие противопожарных требований, предъ-
являемых ГОСТ Р 50571.15-97 к электропроводкам, основным все же
остается регламентация способности электропроводки противосто-
ять распространению горения. Именно этот показатель, в конечном
счете, определяет масштабы пожара, причиненный им ущерб и дру-
гие негативные явления и обстоятельства, связанные с нарушением
электроснабжения на объекте отдельных электропотребителей и объ-
екта в целом.
Стандарт предусматривает три основных способа, обеспечиваю-
щих ограничение распространения горения по электропроводкам:
• использование специальных типов проводов и кабелей;
• использование не распространяющей горение погонажной ар-
матуры;
• использование огнезащитных кабельных покрытий (ОКП).
Эти способы уже частично упоминались и цитировались в разд. 1.5
(подразд. 1.5.1; 1.5.2; 1.5.3). В данном разделе, посвященном противо-
пожарным нормам, целесообразно изложить требования в контексте
самого стандарта.
«В электроустановках, где имеются особые условия пожароопас-
ности, может быть необходимым применение специальных типов
проводов и кабелей.
Применение кабелей, не соответствующих как минимум требо-
ваниям стандартов по ограничению их способности распростра-
нять горение, должно быть ограничено до небольших отрезков для
подсоединения электроприборов к постоянным сетям электро
проводки и в любом случае не должно допускаться для прокладки
между помещениями, разделенными огнезащитными перегород-
ками.
280
6.1. Нормативные требования
Элементы электропроводки, кроме кабелей, которые не соответ-
ствуют 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 или защищены
(покрыты, окрашены) негорючими материалами».
В качестве комментариев к этим требованиям можно отметить
следующее:
а) Под специальными типами проводов и кабелей, в отличие от
терминологии, использовавшейся в советские времена, здесь пони-
маются несекретные (как было раньше, например, «спецобъект»), а
вполне мирные и очень нужные виды кабельных изделий понижен-
ной пожарной опасности, о которых уже говорилось в разд. 1.5: нг,
нг-LS, нг-HF, нг-FR, нг-LTx и др.
б) Термин «оболочка из несгораемых материалов», в данном слу-
чае, включает в себя жесткую погонажную электромонтажную арма-
туру (трубы, короба, электроплинтусы и др.), предназначенную для
прокладки в ней проводов и кабелей. Правильно выбранная, имею-
щая сертификат соответствия арматура — многофункциональна. Она
снижает горючесть прокладываемых в ней проводов, обеспечивает
их электрическую и механическую защиту и, кроме того, улучшает
эстетику электропроводок, поскольку цвет арматуры можно выбрать
любой (под цвет обоев, мебели и т.п.), а аккуратно выполненная про-
кладка арматуры вдоль архитектурных линий (стен, проемов окон,
дверей и т.п.) делает электропроводку малозаметной.
Что касается требования о негорючести материала оболочки (арма-
туры), то в полной мере этому требованию на сегодняшний день могут
соответствовать только металлические оболочки, керамика и асбоце-
мент. Пластмассы, из которых сейчас в основном изготавливают ар-
матуру, относятся к классу не распространяющих горение ,т. е. условно
не горючих. На «хорошем» пожаре эта арматура будет гореть, конечно,
сопротивляясь, но гореть будет. Ее пожарно-профилактическое на-
значение — препятствовать возникновению и развитию пожара в на-
чальной его стадии. И хотя работников пожарной охраны требование
стандарта об использовании только «негорючих оболочек» полностью
281
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
устраивает, однако арматура эта, как правило, дорогая, очень неудоб-
ная в монтаже и абсолютно неэстетичная. Поэтому применяется она
редко, когда другие виды электропроводок не могут быть применены.
Будущее, особенно в жилищном строительстве, за пластмассами, об-
ладающими низкой горючестью (на уровне трудногорючих по [32]), а в
сочетании с другими компонентами и — огнестойкостью.
в) Третий путь снижения пожарной опасности электропроводок
и кабельных линий, как видно из стандарта, — использование «не-
горючих» красок. Хорошее требование, но термин нужно взять в ка-
вычки, поскольку, как и в случае электромонтажной арматуры, на
сегодняшний день — трудновыполнимое, т. к. «негорючих» красок
очень и очень мало. Очевидно, была допущена ошибка при переводе
термина. Более правильно было бы записать, используя терминоло-
гию Технического регламента (ТР № 123-ФЗ), что огнезащитные кра-
ски должны отвечать требованиям пожарной безопасности в соответ-
ствии с методами, установленными нормативными документами по
пожарной безопасности.
Требования СП 31-110-2003 [24]
Свод правил (СП) [24] был введен в действие с 01.01.2004 г. вме-
сто устаревших норм ВСН 59-88. В введении отмечается, что СП вы-
полнен с целью конкретизации и развития требований нормативных
документов и «является настольной книгой проектировщиков и мон-
тажников электроустановок жилых и общественных зданий...».
Нужно сказать, что авторы-составители этого нормативного до-
кумента «угадали», назвав документ «Сводом правил», потому что в
2003 г., когда документ разрабатывался еще не было известно, что сво-
ды правил и национальные стандарты будут являться основными под-
законными нормативными документами, на которые будут опираться
разрабатываемые в стране в ранге законов технические регламенты.
Основные требования к электропроводкам, в том числе и проти-
вопожарные, прописаны в гл. 14.СП. Самым важным является тре-
бование по ограничению способности кабельных изделий на объек-
тах распространять горение: внутренние электрические сети должны
быть не распространяющими горение и выполняться кабелями и
282
6.1. Нормативные требования
проводами с медными жилам и в соответствии с требованиями ПУЭ
(гл. 2.1, изд. 6-е; гл 7.1, изд. 7-е). Первая часть этого пункта идентична
требованиям ГОСТ 50571.15 (там же были показаны и пути решения
этой проблемы). Вторая часть - новая: нормы требуют в жилых и об-
щественных зданиях, где происходит наибольшее количество пожа-
ров, отказаться от применения проводов с алюминиевыми жилами.
Достоинством Свода правил является то, что в нем, впервые из
всех действующих нормативных документов, допустимые виды и
способы прокладки электропроводок увязаны с группой горючести
строительных материалов оснований (по СНиП 21-01-97* [73]), по
которым эти электропроводки будут проложены.
«В зданиях со строительными конструкциями, выполненными из
негорючих (НГ) и слабогорючих материалов (группа Г1), допускается
несменяемая замоноличенная прокладка групповых сетей в бороздах
стен, перегородок, перекрытий, под штукатуркой, в слое подготовки
пола или в пустотах строительных конструкций, выполняемая кабе-
лем или проводами в защитной оболочке1. Применение несменяемой
замоноличенной прокладки проводов и кабелей в панелях стен, пере-
городок и перекрытий, выполненной при их изготовлении или выпол-
ненной в монтажных стыках при монтаже зданий, не допускается.
В зданиях со строительными конструкциями, выполненными
из горючих материалов групп Г2 и (или) ГЗ, допускается: открытая
прокладка одиночных кабелей и проводов в защитной оболочке
медными жилам и сечением не более 6 мм2 в ПВХ изоляции в ис-
полнении нг или нг-LS без подкладки; скрытая прокладка под шту-
катуркой кабелей и проводов в защитной оболочке с медными жи-
лами сечением не более 6 мм2 в исполнении нг или нг-LS по намету
штукатурки». Идея объединения требований к электропроводкам
и пяти видам групп горючести материалов оснований, принятых
СНиП 21-01-97*, впервые была предложена Евгением Михайло-
вичем Феськовым, бывшим в то время директором ВНИИпроект-
1 Под проводами в защитной оболочке понимаются изолированные провода в об-
щей оболочке, обеспечивающей механическую защиту в соответствии с условиями
применения.
283
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
электромонтажа, при разработке им проекта гл. 2.1. ПУЭ 7-го из-
дания с участием Росэлектромонтажа.
Хотя проект гл. 2.1 был согласован с надзорными органами, в свя-
зи с начавшейся реорганизацией всей нормативной деятельности и
стране в соответствии с Федеральным законом «О техническом регу-
лировании», к сожалению, эта глава ПУЭ так и не была издана.
В обобщенном виде способы выполнения электропроводок в за-
висимости от вида зданий представлены в табл. 6.1.
Как и в ранее действующих нормативных документах, в СП запре-
щается совместная прокладка в одной трубе (канале) взаиморезерви-
руемых линий электроприемников противопожарных устройств ра-
бочего и эвакуационного освещения и системы сигнализации.
Допускается их совместная прокладка в одном коробе или лотке
при наличии разделительной в противопожарном отношении пере-
городки с огнестойкостью не менее EI45, при этом кабели и провода
не должны выступать за пределы перегородки.
В качестве недостатков, содержащихся в СП, следует отметить не-
правильное толкование в нем требований п. 7.1.38 ПУЭ-7 изд., в части
прокладки электропроводок за негорючими подвесными потолками.
В гл. 7.1 ПУЭ речь идет о негорючих трубах и коробах, под которыми
обычно понимают металлическую погонажную арматуру, т. к. керами-
ка и асбоцемент для этих целей — экзотика и почти не применяются.
Вп. 14.15 СП-31-110 записано: «...в удовлетворяющих требовани
ям пожарной безопасности неметаллических трубах и неметалличе-
ских коробах...» — это явное противоречие ПУЭ. Так, ПУЭ требует,
чтобы материал арматуры был негорючим, а СП говорит, что армату
ра должна быть неметаллической. Негорючую пластмассовую арма
туру не выпускают. Значит, остается керамика и асбоцемент, которые
тоже практически не используются.
В первоначальной редакции этого пункта, в подготовке которой
автор принимал непосредственное участие, запись соответствовала
ПУЭ. В последующем без согласования с ним она была изменена.
Это обстоятельство должно учитываться специалистами про-
ектных организаций, проектирующих электропроводки, проклады
ваемые за подвесными потолками. Необходимо принимать во вни-
284
6.1. Нормативные требования
Таблица 6.1
Способы выполнения групповых сетей в зданиях
Здания Способ выполнения групповых сетей
открыто скрыто
Крупнопанельные полносборные из железобетонных конструкций и ИЗ монолитного желе- зобетона В коробах, специаль- ных коробах, удовлет- воряющих требовани- ям ГОСТ Р 53313-2009 В пустотах строительных кон- струкций: - не распространяющими горение кабелями и изолированными про- водами в защитной оболочке; - в каналах строительных кон- струкций — кабелями и изолиро- ванными проводами в защитной оболочке; - в замоноличенных трубах — изо- лированными проводами
С блочными и кир- пичными стенами, гипсо- и шлакобе- тонными перего- родками и перекры- тиями из пустотных железобетонных плит В коробах, специаль- ных коробах, удовлет- воряющих требовани- ям ГОСТ Р 53313-2009 В пустотах строительных кон- струкций: - не распространяющими горение кабелями и изолированными про- водами в защитной оболочке; - в каналах строительных кон- струкций, под слоем штукатурки, штробах, в слое подготовки пола - кабелями и изолированными проводами в защитной оболочке с ПВХ изоляцией
Из деревянных и других конструкций из горючих материа- лов не ниже группы горючести ГЗ по СНиП 21-01 В коробах, специ- альных коробах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р 53313-2009. Допускается про- кладка одиночным кабелем с медными жилами сечением не более 6 мм2, не распространяющими горение без подкладки В металлических трубах — кабе- лем и изолированными проводам в защитной оболочке. Под слоем штукатурки — не рас- пространяющим горение кабелем и изолированными проводами в защитной оболочке, по намету штукатурки
285
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
мание, что даже имеющая сертификат пожарной безопасности так
называемая «не распространяющая горение» арматура выполнена
из фактически горючего ПВХ материала и способна противостоять
распространению горения лишь на начальной стадии пожара. Вно-
сить дополнительную горючую нагрузку за подвесной потолок в виде
пластмассовой погонажной арматуры не целесообразно.
Требования «Технического регламента...» №123-Ф3 [72]
«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» яв-
ляется Федеральным законом и поэтому возглавляет рейтинг норматив-
ных документов, регламентирующих противопожарные требования.
Вступивший в действие с 1 мая 2009 года Федеральный закон
«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»,
естественно, не мог не обратить внимание на это обстоятельство и,
несмотря на многогранность и многопрофильность направлений де-
ятельности пожарной охраны, уделил электропроводкам несколько
статей, при этом ряд требований объединен с требованиями к другим
видам электроустановок. Обзор этих требований целесообразно про-
водить со ссылками на конкретные статьи ТР, излагая материал близ-
ко к тексту или цитируя его.
Статья 82,
«1. Электроустановки зданий, сооружений и строений (следова-
тельно, и электропроводки — прим, авт.) должны соответствовать
классу пожаровзрывоопасной зоны, в которой они установлены, а
также категории и группе горючей смеси.
2. Кабели и провода систем противопожарной защиты, средств
обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны, систем
обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей
при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации, аварийной
вентиляции и противодымной защиты, автоматического пожаро-
тушения, внутреннего противопожарного водопровода, лифтов для
транспортирования пожарных подразделений пожарной охраны в
зданиях, сооружениях и строениях должны сохранять работоспособ-
ность в условиях пожара в течение времени, необходимого для пол-
ной эвакуации людей в безопасную зону.
286
6.1. Нормативные требования
3. Кабели от трансформаторных подстанций резервных источ-
ников питания до вводно-распределительных устройств должны
прокладываться в раздельных огнестойких каналах или иметь огне-
защиту.
6. Разводка кабелей и проводов от поэтажных распределительных
щитков до помещений должна осуществляться в каналах из негорю-
чих строительных конструкций или погонажной арматуре, соответ-
ствующих требованиям пожарной безопасности.
7. Горизонтальные и вертикальные каналы для прокладки элек-
трокабелей и проводов в зданиях, сооружениях и строениях должны
иметь защиту от распространения пожара. В местах прохождения ка-
бельных каналов, коробов, кабелей и проводов через строительные
конструкции с нормируемым пределом огнестойкости должны быть
предусмотрены кабельные проходки с пределом огнестойкости не
ниже предела огнестойкости данных конструкций.
8. Кабели, прокладываемые открыто, должны быть не распростра-
няющими горение.»
Пояснение авт. Последнее требование о снижении горючести кабе-
лей и кабельных линий, способное существенно снизить количество
и масштабы пожаров (а, следовательно, и потери от них — людские и
материальные), как не однократно отмечалось выше, — самое важное
и распространяется на все объекты не зависимо от их принадлежно-
сти, социального статуса, формы собственности и т.п.
«13. Правила применения электрооборудования в зависимости от
степени его взрывопожарной и пожарной опасности в зданиях, со-
оружениях и строениях различного назначения, а также показатели
пожарной опасности электрооборудования и методы их определения
устанавливаются федеральными законами о технических регламен-
тах для данной продукции и (или) нормативными документами по
пожарной безопасности.»
Пояснение авт. В соответствии с ГОСТ Р 50571.1-93 [74] термин
«электрооборудование» полностью распространяется и на кабельные
изделия; показатели пожарной опасности кабелей (проводов) и мето-
ды их определения изложены в нормативной документации, описан-
ной в разд. 1.5 и гл. 6.
287
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Статья 142
«4. Электротехническая продукция должна быть стойкой к воз-
никновению и распространению горения при аварийных режимах
работы (коротком замыкании, перегрузках).»
Статья 143
«1. Электрооборудование должно быть стойким к возникновению
и распространению горения.»
Пояснение авт. Требования этих пунктов в определенной степени
повторяют и дополняют друг друга как в части требований к электро-
технической продукции, так и к электрооборудованию. В то же время
они близки к требованию п. 8 статьи 82 (в части кабельных линий и
электропроводок).»
Статья 143
«2. Вероятность возникновения пожара в электрооборудовании не
должна превышать одну миллионную в год.»
Пояснение авт. Процессы возникновения аварийных режимов в
электроустановках, как это неоднократно отмечалось в книге, нося i
случайный (стохастический) характер. Такой же случайный характер
носят и процессы возгорания кабельных изделий при этих аварийных
режимах. Поэтому тот факт, что Технический регламент на уровне за-
кона подтвердил лигитимность использования вероятностных мето-
дов при оценке пожарной опасности электрооборудования, создас!
реальную базу для их дальнейшего развития, совершенствования и
применения (см. гл. 3).
Статья 146
«1. Подтверждение соответствия продукции требованиям пожар
ной безопасности осуществляется по схемам обязательного под
тверждения соответствия требованиям пожарной безопасности (да
лее — схемы), каждая из которых представляет собой полный набор
операций и условий их выполнения. Схемы могут включать одну или
несколько операций, результаты которых необходимы для подтверж
дения соответствия продукции установленным требованиям.
7. Схемы...применяются...для подтверждения соответствия требо
ваниям пожарной безопасности:...
12) средств огнезащиты;
288
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
13)...кабельных проходок, кабельных коробов, каналов и труб из
полимерных материалов для прокладки кабелей...;
16).„электрических кабелей.»
Пояснение авт. Ранее в стране существовал перечень продукции,
подлежащей обязательной сертификации на пожарную безопас-
ность. Перечень разрабатывался в МЧС России и согласовывался с
Госстандартом. Теперь этот перечень прописан в ст. 146 Федераль-
ного закона. Указанная в статье продукция либо в связи с ее особой
пожарной опасностью (электрические кабели, короба и т.п.), либо
важного значения в качестве средств пассивной противопожарной
защиты (огнезащитные краски — ОКП, кабельные проходки и т.п.)
подлежат обязательной сертификации.
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению
и применению электропроводок
В данном разделе автор счел целесообразным привести некоторые
результаты научных исследований, которые пока не вошли в норма-
тивные документы федерального уровня, но могут быть полезными
при их разработке, а также при выборе пожарно-профилактических
компенсационных мероприятий для конкретных объектов.
6.2.1. Выбор способов прокладки электропроводок
по условиям пожарной безопасности
Идея объединить в одной таблице способы прокладки проводов
и кабелей по ГОСТ Р 50571.15 (левая часть табл. 6.2) с данными по
группам горючести материалов строительных конструкций (основа-
ний), по которым эти электропроводки проложены, принадлежала,
как уже отмечалось, Е.М. Феськову при разработке им проекта гл. 2.1
для ПУЭ — 7 издания по заказу Росэлектромонтажа (Е.Ф. Хомиц-
кий). Основные противопожарные требования по определению воз-
можной области применения каждого вида электропроводок, исхода
из группы горючести материала основания в табл. 6.2, разработаны
автором.
289
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Способы прокладки кабелей и проводов
по условиям пожарной безопасности
Таблица 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ П Г2 гз Г4
1 Пров( ложе!- ныхк ТОМ 41 тепло матер эда в трубах 1НЫХ в строг онструкция «еле содерж изоляциони малы про- ггель- х, в ащих ые Металлические трубы Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + + + + +
2 Кабел ложе? ныхк ТОМ 41 тепло матер и в трубах, ных в строг онструкция теле содерж изоляциони налы лро- 1тель- х, в ащие ые Металлические трубы Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + + + + + + 4
3 Провода в трубах, открыто проложен- ных по строительным конструкциям Металлические трубы Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + + + + + +2 + 1
290
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ П Г2 гз Г4
ЗА Кабели в трубах, от- Металлические трубы + + + + -
крыто проложенных по строительным конструкциям Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + +' + +
4 Провода в коробах, Металлические короба + + + + —
открыто проле ных по строит конструкциям )ЖСН- ельным Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + +2 + +
4А Кабели в коробах, Металлические короба + + + + —
открыто проле ных по строит конструкциям эжен- ельным Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + + ’ + +
291
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ П Г2 гз Г4
5 Провода в трубах, про- ложенных в строи- тельных конструкциях замоноличенно Металлические и неме- таллические трубы +
5А Кабели в трубах, про- ложенных в строи- тельных конструкциях замоноличенно +
11 Провода в за! оболочке и кг открыто прол ныс по строи' конструкция - на стене ЦИТНОЙ 1бели ожен- гельным л: + -1- +' +2
ПА - на потолке + + +' +2
292
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ И Г2 гз Г4
12 - на неперфориро- ванных лотках + + +‘
13 - на перфорирован- ных лотках + + 4-'
14 - на полках (консо- лях), закрепленных горизонтально или вертикально + + 4-1
15 - на клицах 4- + + 4-
|- •7
16 - на лотках лест- ничного типа + + +' 4-2 —
НН
НИ ЛИ
293
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
нг п Г2 гз Г4
17 Провода в защита оболочке и кабелт струне, полосе и т открыто распался ные по строитель! конструкциям (в) 6 1 ой на росе, сен- тым + + +1 +2
18 Провода на изоляторах + + + +
21 Проводг оболочк проложе тотах ст] констру 1 в защр е и каб( иные в зоитель кций //////// 1ТНОЙ 5ЛИ, пус- ных 1 +‘
22 Провода в трубах, про- Металлические трубы + + + — —
ложен hi строите; струкци 1 >ix в пустотах 1БНЫХ кон- й Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + +
294
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ Г1 Г2 гз Г4
22А Кабели в трубах, про- ложенных в пустотах строительных кон- струкций S Металлические трубы Неметаллические трубы Металлические трубы с локализационной способностью + + + + + + + + + + + +
23 Провода в глухих кс робах, проложенны пустотах строитель? конструкций ^///////////////////////А )- X в 1ЫХ Металлические короба Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + + + + +
ж £ ж
«4
23А Кабели в глухих кор бах, проложенных е пустотах строитель? конструкций )О- 1ЫХ 1 Металлические короба Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + + + + + + +
77/77777/777777/7777/7777/ 77/
24 Провода в глухих коробах, проложен- ных в строительных конструкциях замоно- личенно Металлические и неме- таллические короба +
295
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
нг п Г2 гз Г4
24А Кабели в глухих коробах, проложен- ных в строительных конструкциях замоно- личенно * Ж Металлические и неме- таллические короба +
25 Кабели проложенные: - за подвесным по- толком '////^///////, +1 +1 — — -
- в двойных полах +1 +1
31 Провода в коробах, открыто проложен- ных по строительным конструкциям: - горизонтально Металлические короба Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + + + + + +2 + +
296
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ П Г2 гз Г4
32 - вертикально Металлические короба + + + + -
Неметаллические короба + + + +2 -
ZZ Металлические короба
с локализационной
ШИПП способностью + + + + +
31А Кабели в коробах,
открыто проложен-
ных по строительным
конструкциям:
- горизонтально
Металлические короба + + + + —
Неметаллические короба + + + +1 —
1 © Металлические короба
с локализационной
— способностью + + + + +
32А - вертикально
lllllllllllllllll
33 Провода в коробах, Металлические короба + + + + —
проложенных в строи- Неметаллические короба + +
тельных конструкциях
заподлицо Металлические короба
с локализационной
способностью + + + + +
297
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ П Г2 гз Г4
ЗЗА Кабели в коробах, проложенных в строи- тельных конструкциях заподлицо Металлические короба Неметаллические короба Металлические короба с локализационной способностью + + + + + + + +' + + +2 + +
34 Провода в г шенных koi од зоб ве- ах Металлические короба Неметаллические короба + + + + + + + + +
34А Кабели в подвешенных коробах Металлические короба Неметаллические короба + + + + + + + + +
298
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная: арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
НГ Г1 Г2 ГЗ Г4
51 Провода в защити оболочке и кабели проложенные в ст тельных конструкт в том числе содерл ших теплоизоляци ные материалы эй эои- 1ИЯХ, <а- он- + +
52 Провода в защитной оболочке и кабели, проложенные в строи- тельных конструкциях замоноличенно +
61 Кабели в неметалли- ческих трубах, проло- женных в земле '///////////А +
299
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Окончание табл. 6.2
Справочный номер Способ прокладки по ГОСТ Р 50571.15 Погонажная арматура Группа горючести ма- териалов строительных конструкций по ГОСТ 30244
нг п Г2 ГЗ Г4
62 Кабели, проложенные в земле +
WWW
63 Кабели, проложенные в земле с дополни- тельной механической зашитой +
WWW^
81 Кабели, проложе в воде иные +
rnrrllllllHnWi
' Кабели (провода в защитной оболочке) с индексом нг (не распространяющие
горение), нг-LS (не распространяющие горение — с низким дымо- и газовыделени
ем), нг-HF (безгалогенные), нг-FR (огнестойкие).
2 Кабели (провода в защитной оболочке) с индексом нг (не распространяющие
горение), нг-LS с сечением жил не более 6 мм2 (медь) и не более 10 мм2 (алюминий),
нг-HF (безгалогенные), нг-FR (огнестойкие).
Обозначения'.
НГ — негорючий материал; П — слабогорючие материалы; Г2 — умеренногорю
чие материалы; ГЗ — нормальногорючие материалы; Г4 — сильногорючие материи
лы.
6.2.2. Рекомендации по применению проводов и кабелей
в электропроводках пожароопасных зон
В данном подразделе излагаются некоторые выдержки из «Ин-
струкции по монтажу электрооборудования в пожароопасных зонах»
И 1.2-08, изданной Ассоциацией «Росэлектромонтаж», в подготовке ко-
торой кроме автора принимали участие Е.М. Феськов и В.В. Петрищен-
ко. Приводимые противопожарные требования разработаны автором.
6.2.2.1. Для электропроводок в пожароопасных зонах всех классов
в сухих и влажных помещениях, на специальных кабельных эстакадах
и в блоках, а также на открытом воздухе рекомендуется применять не
распространяющие горение провода и кабели (исполнения нг):
• нг — (не распространяющие горение) — в зоне класса П-Ш;
• нг-LS — («Low smoke» — не распространяющие горение и с низ-
ким дымо- и газовыделением) — в пожароопасных зонах всех классов;
• нг-HF — («Holohen free» - не распространяющие горение с от-
сутствием в продуктах горения коррозионно-активных веществ, без-
галогенные) — в пожароопасных зонах всех классов;
• нг-FR - (« Fire resistance» — не распространяющие горение, ог-
нестойкие — в пожароопасных зонах всех классов.
Индекс нг присваивается маркам кабелей, соответствующих клас-
су ПРГП1 по пределу распространения горения (ГОСТ 53315-2009).
Эти провода и кабели испытываются по ГОСТ Р МЭК 60332-3-(части
21, 22)-2005 и могут прокладываться открыто одиночно, однослойно,
многослойно и пучком.
Кабели, исполнения нг-LS предназначены для общепромышлен-
ного применения (включая пожароопасные зоны) и электроснабже-
ния установок с прокладкой в кабельных сооружениях и помещениях,
в том числе для использования в системах атомных станций нормаль-
ной эксплуатации, расположенных вне гермозоны.
Для кабелей исполнения нг-HF, кроме области применения, ука-
занной выше для кабелей нг-LS, предпочтение отдается для объектов
социального назначения, общественных, культурных (с массовым
пребыванием людей), а также в системах АЭС внутри гермозоны.
Огнестойкие кабели исполнения нг-FRHF предназначены для функ-
ционирования во время пожара всех видов пожарной техники,
301
300
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
устройств противопожарной защиты, а также систем, обеспечиваю-
щих безопасную эвакуацию людей из горящего объекта. На АЭС эти
кабели могут быть использованы в системах безопасности АЭС.
6.2.2.2. В пожароопасных зонах всех классов кабели и провода с
оболочками и наружными защитными шлангами из полиэтилена лю-
бых видов применять запрещается. Допускается применение кабелей
исполнения нг по категории А (ГОСТ Р МЭК60 332-3(21,22)-2005) с
изоляцией из сшитого полиэтилена (индекса Пв).
6.2.2.3. В пожароопасных зонах, за исключением складских, до-
пускается открытая одиночная прокладка электропроводок в не рас-
пространяющих горение ПВХ трубах (имеющих сертификат пожарной
безопасности), выполненных по основанию из негорючих (нг) или
слабогорючих (Г1) материалов (по СНиП 21-01-97*). Электропровод-
ки в трубах из полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) могут прокла-
дываться только скрыто, замоноличенно в негорючем материале.
6.2.2.4. В музеях, картинных галереях, библиотеках, архивах и дру-
гих хранилищах государственного значения следует применять про-
вода и кабели только с медными жилами.
6.2.2.5. В пожароопасных зонах всех классов могут применяться
провода и кабели класса ПРГП1 (по ГОСТ Р 53315-2009), выдержав-
шие испытание по ГОСТ Р МЭК60332-3-(21,22)-2005 и имеющие
сертификат пожарной безопасности.
Возможна одиночная или групповая прокладка кабелей: одно-
слойно, многослойно, пучками или рядами. Минимально допусти-
мые расстояния сближения кабелей в групповых прокладках — в со-
ответствии с требованиями [1, 61]. При проектировании групповых
прокладок необходимо введение соответствующих поправочных ко-
эффициентов на количество работающих рядом кабелей.1
6.2.2.6. Элементы электропроводок (короба, трубы), предназна-
ченные для прокладки в них проводов и кабелей в пожароопасной
зоне класса П-1, должны быть выполнены из негорючих материалов
1 Групповые прокладки силовых кабелей могут выполняться только однослойно
с соблюдением зазоров между кабелями и их рядами в соответствии с требованиями
ПУЭ [1].
302
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
со степенью их защиты не ниже 1Р4х. Допускается в пределах одного
помещения каждого этажа открытая прокладка по негорючим (нг) и
горючим группы Г1 строительным конструкциям в пожароопасных
зонах (кроме складских помещений) электропроводок в удовлетво-
ряющей требованиям ГОСТ Р 53313-2009 пластмассовой арматуре со
степенью защиты не ниже 1Р4х.
6.2.2.7. При прокладке сквозь строительные конструкции труб и
коробов с кабелями и проводами, зазоры между строительной кон-
струкцией и трубой (коробом) должны быть уплотнены негорючими
легкоразрушаемыми материалами с пределом огнестойкости не ме-
нее огнестойкости пересекаемой конструкции. Такая же проходка
должна быть установлена внутри коробов.
Свободные концы труб, коробов и пустот строительных конструк-
ций, в которых проложены провода и кабели, должны быть уплотне-
ны (загерметизированны) легко удаляемым негорючим материалом.
6.2.2.8. Выбор видов электропроводок и способов прокладки про-
водов и кабелей осуществляется в соответствии с табл. 6.3.
6.2.2.9. В коробах кабели и провода, не распространяющие горе-
ния, следует прокладывать многослойными пучками с упорядочен-
ным или произвольным (россыпью) взаимным расположением. Сум-
ма площадей поперечных сечений кабелей и проводов, рассчитанных
по их наружным диаметрам, для удобства монтажа не должна превы-
шать 40 % площади поперечного сечения короба в свету. При этом
свободные торцы коробов с выходящими из них кабелями и прово-
дами должны иметь противопожарное уплотнение (см. п. 6.2.2.7).
С точки зрения пожарной безопасности, степень заполнения объ-
ема короба (трубы) кабельными изделиями должна составлять не ме-
нее (30-35) %.
6.2.2.10. При прокладке в коробах кабелей класса горючести
ПРГО1, ПРГП2-4 с суммарным заполнением сечения короба менее
30 % внутри его по всей длине после укладки кабелей, наносятся ог-
незащитные составы (краски), а через каждые 10 м на вертикальных
участках и 20 м — на горизонтальных устанавливаются огнестойкие
уплотнения (огнезащитные пояса) с пределом огнестойкости не ме-
нее EIT45 с плотным прилеганием к стенкам короба. Такие же уплот-
303
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Таблица 6.3
Виды электропроводок и способы их и монтажа
по условию пожарной безопасности
Провода и кабели Способ монтажа
С непосредствен- ным креплением В металличе- ских В металлических коробах В нераспространяю- щей горение пласт- массовой арматуре На лотках и крон- штейнах На тросе
трубах и специальных коробах трубах с лока- лизационной способностью
Изолированные провода — — + +' — — —
Изолирован- ные провода в защитной обо- лочке и кабели Много- жильные — + + +1 - - -
Одно- жильные — + + +' - - —
Кабели в исполнении «нг» - LS, HF, FR + + + + + +
Примечание: Специальный короб — короб прямоугольного сечения, предназначен-
ный для прокладки проводов и кабелей, не имеющий съемных или открывающихся
крышек.
Обозначения:
«+» — разрешается;
«+1» — разрешается при условии выполнения противопожарных мероприятий, пре-
пятствующих распространению горения внутри короба (см. 6.2.2.7);
«—» — не разрешается;
— не применяется или обычно в практике не используется.
нения выполняются на разветвлениях коробов, в местах их ввода в
электрические шкафы, щиты и др. оборудование.
При прокладке в коробах кабелей исполнения нг (А) (нг-LS; нг-
HF) — по ГОСТ Р МЭК 60332-3-(21,22)-2005 защита от распростра-
нения огня внутри короба осуществляется только путем выполнения
кабельных проходок в местах прохода коробов сквозь строительные
конструкции.
304
6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Конкретные способы выполнения проходок должны быть указа-
ны в проекте.
6.2.3. Преимущественные области применения кабельных изделий
в зависимости от показателей их пожарной опасности
В настоящее время в мировой практике выработан единый подход
к оценке показателей пожарной безопасности электрических кабе-
лей. Основные показатели, характеризующие их пожарную безопас-
ность, объединены в гармонизированном документе Европейского
комитета по стандартизации в области электротехники (CENELEC)
и серии стандартов Международной электротехнической комиссии
(МЭК).
С учетом того, что показатели пожарной безопасности реализо-
ваны в требованиях на кабельные изделия частично или в совокуп-
ности, то существующая номенклатура кабелей и проводов по степе-
ни реализации в ней требований классифицирована на следующие
основные группы, представленные на схеме (рис. 6.1).
Как уже отмечалось, многообразие типов кабельных изделий, по
показателям пожарной безопасности, требует регламентирования
области их применения. Установление преимущественных областей
применения кабельных изделий с учетом их показателей пожарной
безопасности должно упорядочить выбор и применение кабелей и
проводов, что позволит повысить пожарную безопасность на объек-
тах их использования.
Настоящие рекомендации по применению кабельных изделий
(табл. 6.4) содержат информацию о типе кабельного изделия, его ис-
полнении, условном обозначении типового представителя, классе
пожарной опасности и преимущественной области применения.
Разработка рекомендаций выполнялась во ВНИИПО МЧС Рос-
сии под руководством автора при участии А.И. Рябикова, в тес-
ном взаимодействии и при активном участии заместителя началь-
ника отдела силовых кабелей ВНИИ кабельной промышленности
ОАО «ВНИИКП», канд. техн, наук М.К. Каменского.
305
КАБЕЛИ ДЛЯ ОТКРЫТОЙ ПРОКЛАДКИ В КАБЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
I ~ I
ГАЛОГЕНОСОДЕРЖАЩИЕ -----> БЕЗГАЛОГЕННЫЕ
Кабели, не распространяющие горение, по нормам для одиночного образца (общепромышленное исполнение) Нормы ГОСТ Р МЭК 60332 1
Кабели, не распространяющие горение Нормы ГОСТ Р МЭК
в групповой прокладке 60332-3
(исполнение нг) категории А и В
Кабели, не Нормы
распространяющие горение в групповой прокладке, не выде- ляющие коррозион- ГОСТ Р МЭК 60332-3 категории А,В,С ГОСТ Р МЭК 60754-2 ГОСТ Р МЭК 61034-2
ноактивных газов
(исполнение HF)
Кабели, не распространяющие горение, в групповой прокладке с пониженным дымогазовыделением (исполнение LS) Нормы ГОСТ Р МЭК 60332-3-21 категории А ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 61034-2
Кабели, не распространяющие горение в групповой прокладке, огнестойкие (исполнение FR) Нормы ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 категории А,В,С ГОСТ Р МЭК 60332-3-23 категории А и В ГОСТ Р МЭК 60331 ГОСТ Р МЭК 60754-2 ГОСТ Р МЭК 61034-2
Рис. 6.1. Классификация кабельных изделий по показателям пожарной безопасности
(рекомендации ОАО «ВНИИКП»)
Таблица 6.4
Преимущественные области применения кабельных изделий
в зависимости от их показателей пожарной опасности
Ъш кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности [26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
1. Кабели и провода общепромышленного исполнения (не распространяющие горение при одиночной прокладке)
1.1. Провода и кабели силовые и контрольные с поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией и ПВХ оболочкой бронированные и небронированные ГОСТ Р МЭК 60332-1-1 ГОСТ Р МЭК 60332-1-2 ГОСТ Р МЭК 60332-1-3 ГОСТ Р МЭК 60332-2-1 ГОСТ Р МЭК 60332-2-2 01.8.2.3.4 ГОСТ 16442-80 ГОСТ 1508-78 ТУ 16.705.169-80 ТУ 16.505.856-75 ГОСТ 6323-79 Для одиночной про- кладки в кабельных сооружениях и произ- водственных помеще- ниях. При групповой про- кладке — обязательное применение средств пассивной (огнезащи- та) или активной (пожаротушение) за- щиты
1.2. Кабели силовые и контрольные с резиновой изоляцией в резиновой или ПВХ оболочке ГОСТ 433-73 ГОСТ 1508-78
1 В обозначении «класса пожарной опасности» первым показателем является предел распространения горения (01
или 02) для кабельного изделия испытанного одиночно, или П1-П4 — для групповой прокладки; вторым — предел огне-
стойкости; третьим — показатель коррозионной активности; четвертым — показатель токсичности, пятым — показатель
о дымообразо вания.
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам I 6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.4
Тип кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности [26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
1.3. Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией со свинцовой или алюминиевой обо- лочкой в ПВХ защитном шланге или бронирован- ные с защитным покровом БГ, БШв ГОСТ Р МЭК 60332-1-1 ГОСТ Р МЭК 60332-1-2 ГОСТ Р МЭК 60332-1-3 ГОСТ Р МЭК 60332-2-1 ГОСТ Р МЭК 60332-2-2 01.8.2.3.4 ГОСТ 18410-73 Тоже
1.4. Кабели силовые с изоляцией из сшитого по- лиэтилена в ПВХ оболоч- ке, бронированные и не бронированные ТУ 16. К71-277-98
1.5. Кабели телефонные и связи с полиэтиленовой или поливинилхлоридной изоляцией в оболочке из поливинилхлоридного пластиката (номенклатура согласно приложению табл Ш) ГОСТ Р 51311-99 ТУ 16-705.433-86 ГОСТ Р 51312-99
Продолжение табл. 6.4
Тйп кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности [26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
2. Кабели, не распространяющие горение при групповой прокладке
2.1. Кабели силовые и контрольные с полиэти- леновой или ПВХ изоля- цией в оболочке из ПВХ пластиката пониженной горючести. Исполнение нг ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 П1.8.2.3.4 П2.8.2.3.4 Технические условия завода изготовителя Для групповой про- кладки в кабельных сооружениях наружных (открытых) электроус- тановок (кабельных эстакадах, галереях). Не допускается приме- нение в кабельных помещениях промыш- ленных предприятий, жилых и общественных зданий.
2.2. Кабели связи с полиэ- тиленовой или поливи- нилхлоридной изоляцией в оболочке или защитном шланге из поливинилх- лоридного пластиката пониженной горючести. Исполнение нг (номен- клатура согласно приложе- нию табл. П.2) ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 60332-24 ГОСТ Р МЭК 60332-25 П1.8.2.3.4 П2.8.2.3.4 П3.8.2.3.4 П4.8.2.3.4 ГОСТ Р 51311-99 ГОСТ Р 51312-99
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам I 6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.4
Тйп кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности (26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
2.3. Кабели силовые, контрольные, малогаба- ритные и управления с изоляцией и оболочкой из композиций пониженной пожарной опасности. Исполнение нг-LS (номенклатура согласно приложению табл. П.З) ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 61034-2 П1.8.2.2.2 П2.8.2.2.2 ТУ 16.К71-310-2001 ТУ 16.К71-090-2002 Для групповой про- кладки в кабельных сооружениях и по- мещениях внутренних электроустановок, в том числе в жилых и общественных зданий
2.4. кабели связи с изо- ляцией из композиций пониженной пожарной опасности. Исполнение нг-LS (номенклатура согласно приложению табл. П.4) ТУ 16.К71-348-2005 ТУ 16.К71-349-2005 ТУ 16.К71-367-2006 ТУ 16.К71-368-2006
Продолжение табл. 6.4
Тйп кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности (26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
2.5. Кабели силовые, контрольные, управле- ния и малогабаритные с изоляцией и оболочкой из полимерных композиций, не содержащих галогенов. Исполнение нг-HF (номенклатура согласно приложению табл. П. 5) ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 60754-2 П1.8.1.2.1 П2.8.1.2.1 ТУ 16.К71-304-2001 ТУ 16.К71-341-2004 ТУ 16.К71-338-2004 ТУ 16.К71-336-2004 ТУ 16.К71-374-2006 В гермозоне АЭС, для групповой прокладки в помещениях оснащен- ных компьютерной и микропроцессорной техникой; в зданиях и сооружениях с мас- совым пребыванием людей; в детских садах, школах, больницах, зрелищных и спортив- ных комплексах
2.6. Кабели связи с изо- ляцией из полимерных композиций, не содержа- щих галогенов. Исполнение нг-HF (но- менклатура согласно при- ложению табл.П. 6) ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 60332-24 ГОСТ Р МЭК 60332-25 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 60754-2 П1.8.1.2.1 П2.8.1.2.1 ПЗ.8.1.2.1 П4.8.1.2.1 ТУ 16.К71-377-2007
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам I 6.2. Рекомендации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Продолжение табл. 6.4
Тип кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности [26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
3. Кабели огнестойкие, сохраняющие работоспособность в условиях воздействия пламени
3.1. Кабели исполнения нг-FRLS ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60331 П1.1.2.2.2 П2.1.2.2.2 ТУ 16.К71-339-2004 ТУ 16.К71-337-2004 Для цепей питания электроприем ников, функционирующих при пожаре, в том числе систем противо- пожарной защиты; систем безопасности АЭС; операционных и реанимационно- анестезиологических отделений больниц и стационаров
3.2. Кабели исполнения нг-FRHF ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 60332-23 ГОСТ Р МЭК 60332-24 ГОСТ Р МЭК 60332-25 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 60754-2 ГОСТ Р МЭК 60331 П1.1.1.2.1 П2.1.1.2.1 П3.1.1.2.1 П4.1.1.2.1 ТУ 16.К03.038-2003
Продолжение табл. 6.4
Тйп кабельного изделия Метод испытаний Класс1 пожарной опасности [26] Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие Преимущественная область применения
4. Кабели безопасности, сохраняющие работоспособность (пожаростойкость) в условиях воздействия стандартного температурного режима пожара
4.1. Кабели силовые, кон- трольные, термопарные, нагревательные, термочув- ствительные с минераль- ной изоляцией. Исполнение нг-FR ГОСТ Р МЭК 60332-21 ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 60754-2 ГОСТ Р МЭК 60331 DIN 4102 П1.1.1.2.2 Технические условия завода изготовителя Для цепей питания электроприемников: - пожарной сигнализа- ции, системы опове- щения и управления эвакуацией людей; - системы пожароту- шения; - аварийного освеще- ния; - дымоудаления; - цепей бесперебойного энергоснабжения
4.2. Кабели силовые и кон- трольные с минеральной изоляцией. Исполнение — КМЖ (КМИ) (номенклатура со- гласно приложению табл. П.7) П1.1.1.1.1 ТУ 16-505.870-75 ТУ 870-75 ТУ 16.К03.038-2003
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам 6.2. Рекоме ндации по выбору, выполнению и применению электропроводок
Глава шестая. Требования пожарной безопасности к электропроводкам
Окончание табл. 6.4
Преимущественная область применения 5. Провода и кабели, не распространяющие горение малоопасные по токсичности продуктов горения В жилых, обшест- ъсммыл, админи- стративных, зданиях школ, детских садах, больницах и других объектах социального назначения с массовым пребыванием людей В жилых, общест- венных, админи- стративных, зданиях школ, детских садах, больницах и других объектах социального назначения с массовым пребыванием людей, в помещениях, где предъявляются повы- шенные требования к теплостойкости изоля- ции (например, сауны)
Примеры норматив- ной документации на кабельное изделие ТУ 3551-386- 00217053-2008 ТУ 3551-390- 00217053-2008
Класс1 пожарной опасности [26] П1.8.2.1.2 П1.8.1.1.1
Метод испытаний ГОСТ Р МЭК 60332-22 ГОСТ 12.1.044-89 ГОСТ Р МЭК 61034-2 ГОСТ Р МЭК 60331-22 ГОСТ 12.1.044-89 ГОСТ Р МЭК 60754-1 ГОСТ Р МЭК 60754-2
Тйп кабельного изделия 5.1. Провода устано- вочные и кабели с изо- ляцией и оболочкой из поливинилхлоридных композиций пониженной пожарной опасности с низкой токсичностью про- дуктов горения. Исполнение нг-LSLTx (номенклатура согласно приложению табл. П.8) 5.2. Провода установочные и кабели теплостойкие с изоляцией и оболочкой из кремнийорганической резины, не содержащие галогенов. Исполнение нг-HFLTx (номенклатура согласно приложению табл. П. 8)
314
ПРИЛОЖЕНИЕ
Примеры основных типов кабелей нового поколения
с улучшенными противопожарными свойствами
Таблица П. 1
Кабели, не распространяющие горение при одиночной прокладке
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели телефонные с по- лиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке ТПВ, ТПВБГ ГОСТ Р 51311-99
Кабели связи телефонные КТМППЭКШв, КТМППЭЗКШв, КТАПВ, ктппвэз, КТАПВТ, КТППЭБбШв, КТППЭЗБбШв ТУ 16-705.4333-86
Провода телефонные распре- делительные ТРВ ТУ 16.К04.005-89
Кабели телефонные станци- онные ТСВ ТУ 16.К71-005-87
Провод кроссовый станцион- ный с изоляцией из поливи- нилхлоридного пластиката пксв ТУ 16.К71-80-90
Кабели связи телефонные ТППШв, ТППКШв, ТППБбШв ТУ 16.К71-200-94
315
Приложение
Окончание табл. П. 1
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтилено- вой изоляцией в пластмассо- вой оболочке СБВГ, СБВБГ, СБПБбШв, СБЗПБбШв ГОСТ Р 51312-99
Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтилено- вой изоляцией, с водобло- кирующими материалами, в пластмассовой оболочке СБВБэВ, СБВБВ ТУ 16.К71-353-2005
Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтилено- вой изоляцией в металличе- ской оболочке с гидрофоб- ным заполнением СБПЗАШв ТУ 16.К71-297-2000
Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтилено- вой изоляцией, с водобло- кирующими материалами, в алюминиевой оболочке СБВБАШв ТУ 16.К71-354-2005
Кабели связи вводносоедини- тельные СЭК, ВСЭК ТУ 16.К18-013-82
Кабели симметричные для цифровых систем передачи КССПВ-3, КССПВ-4, КССПВ-5 ТУ 16.71-281-99
Кабели симметричные экра- нированные для цифровых систем передачи КССПЭфВ-3, КССПЭфВ-4, КССПЭфВ-5 ТУ 16.К71-324-2002
Кабель симметричный для цифровых систем передачи категории 5е КССПВ-5е ТУ 16.К71-360-2005
Кабели телефонной связи и радиофикации однопарные ПРВВ ТУ 16.705.450-86
316
Приложение
Таблица П. 2
Кабели связи, не распространяющие горение при групповой прокладке
(исполнение нг)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели телефонные с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке ТПВнг ГОСТ Р 51311-99
Кабели телефонные станционные ТСВнг ТУ 16.К71-005-87
Кабели связи телефонные ТППШнг, ТППКШнг, ТППБбШнг ТУ 16.К71-200-94
Кабели телефонной связи и радиофи- кации однопарные ПРВВМнг ТУ 16.705.450-86
Кабели для сигнализации и блоки- ровки с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке СБВГнг, СБВБГнг, СБПБбШвнг ГОСТ Р 51312-99
Таблица П. 3
Основные типы не распространяющих горение кабелей на основе
ПВХ композиций пониженной пожарной опасности (исполнение нг-LS)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели силовые на напряжение 0,6/1 кВ ВВГнг-LS, АВВГнг-LS, ВБбШнг-LS, АВБбШнг-LS ТУ 16.К71-310-2001
АВВГнг-LS, ВВГнг-LS, АВБбШвнг-LS, ВБбШвнг-LS ТУ16.К71-322-2002
АПвВнг-LS, IlBBHr(A)-LS, AIlBE6LLlHr(A)-LS, ПвБбШнг(А)-Б8 ТУ 16. К71-277-98
П вВГнг-LS, АПвВГнг-LS, ВБВнг-LS, АВБВнг-LS ТУ 16. К71-090-2002
Кабели силовые на напряжение 3 кВ ВБВнг-LS, АВБВнг-LS
Кабели силовые на напряжение 6 и 10 кВ СБВнг-LS, АСБВнг-LS ЦСБВнг- LS, ЦАСБВнг-LS
ПвВнг(А)-Е8, АПвВнг(А) -LS ТУ 16.К71-343-2004
Кабели силовые на напряжение 10 кВ IlBBHr-LS(A), ПвВнг-Е8(В) ТУ 16. К71-025-96
317
Приложение
Окончание табл _ П. 3
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели силовые на на- пряжение 10,20, 35 кВ ПвВнг-LS, АПвВнг-LS ТУ 16.К71-335-2004
Кабели контрольные КВВГнг-LS, КВВГЭнг-LS
Кабели управления КУГВВнг-LS, КУГ-ВЭВнг-LS КУГВВЭнг-LS ТУ 16.К71-310-2001
Кабели малогабарит- ные КМПВнг-LS, КМПВЭнг-LS КМПЭВнг-LS, КМПЭВЭнг-LS
Таблица П.4
Кабели связи, не распространяющие горение при групповой прокладке ла
основе ПВХ композиций пониженной пожарной опасности (исполнение кг-LS)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабель телефонный, не распро- страняющий горение, с низким дымо- и газовыделением ТПВнг-LS ТУ 16.К71-348- 2005
Кабель телефонный станционный, не распространяющий горение, с низким дымо- и газовыделением ТСВнг-LS ТУ 16.К71-349- 2005
Кабели для сигнализации и блокировки с многопроволочны- ми токопроводящими жилами, с полиэтиленовой изоляцией, с водоблокирующими материалами, в пластмассовой оболочке СБМВБэВнг- LS, СБМВБВнг- LS, СБМВБэВБбШвнг- LS, СБМВБВБбШвнг- LS ТУ 16.К71-367- 2006
Кабели для сигнализации и блокировки с многопроволочны- ми токопроводящими жилами, с полиэтиленовой изоляцией, с водоблокирующими материалами, в алюминиевой оболочке СБМВБАШвнг- LS, СБМВБАБвШвнг- LS ТУ 16.К71-368-2006
Кабели для сигнализации и блоки- ровки с полиэтиленовой изоляци- ей в оболочке из поливинилхло- ридного пластиката пониженной пожарной опасности СБВнг- LS ТУ 16.К71-369- 2006
318
Приложение
Таблица П.5
Основные типы не распространяющих горение при групповой прокладке
кабелей на основе полимерных композиций, не содержащих галогенов
(исполнение нг-HF)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели силовые на напряжение 0,6/1 кВ ППГнг-HF, ПБбПнг-HF, ПвПГнг-HF ТУ 16.К71-304-2001
ПвПнг(А) -HF ТУ 16.К71-341-2004
Кабели силовые на напряжение 6 и 10 кВ ПвПнг(А) -HF ТУ 16. К71-343-2004
Кабели контрольные КППГнг-HF, КППГЭнг-HF, КПБбПнг-HF ТУ 16.К71-3-4-2001
Кабели для систем сигнализации КПЭПнг-HF, КГПЭПнг-HF ТУ 16.К71-338-2004
Кабели управления КУГППнг-HF, КУГППЭнг-HF, КУГППЭПнг-HF, КУГПЭПнг-HF, КУГЭППнг-HF, КУГЭППЭнг-HF, КУГЭППЭПнг-HF
Кабели контрольные терморадиационно- стойкие КПоПЭнг-HF, КПоЭПЭнг-HF ТУ 16.К71-320-2002
Кабели радиочастот- ные РК50, РК75, РК 100 в исполнении нг-HF ТУ 16.К71-336-2004
Таблица П.6
Кабели связи, не распространяющие горение при групповой прокладке
на основе полимерных композиций, не содержащих галогенов
(исполнение нг-HF)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели для сигнали- зации и блокировки, не распространяю- щие горение, в обо- лочке из полимерной композиции, не со- держащей галогенов СБПнг-HF, СБППнг- HF, СБэПнг- HF, СБПэПнг- HF, СБПБбПнг- HF, СБППБбПнг- HF, СБэПБбПнг- HF, СБПэПБбПнг- HF ТУ 16.К71-369-2006
319
Приложение
Таблица П.7
Кабели безопасности, сохраняющие работоспособность (пожаростойкость)
в условиях воздействия стандартного температурного режима пожара
(исполнение нг-LS, HF, FR, LsTx)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели силовые и контроль- ные с минеральной изоляцией, огнестойкие КМЖ, KMO-FR ТУ 16-505.870-75 ТУ 16.К03.038-2003
Кабели нагревостойкие с мине- ральной изоляцией в металличе- ских оболочках КНМСС, КНМСпС, КНМСпСп, КНМСН, КНМСпН, кнмснх-н, КНМСпНХ-Н, КНМС2С, КНМСп2С, КНМСЗС, КНМСпЗС ТУ 16-505.564-75
Кабели нагревостойкие с мине- ральной изоляцией в металличе- ских оболочках КНМСпНХ-Н, кнмсм ТУ 16.К71-122-91
Кабели термопарные с мине- ральной изоляцией КТМС(ХА), КТМСп(ХА), КТМС(ХА), КТМСп(ХА) ТУ 16-505.757-75
Кабели термопарные с мине- ральной изоляцией КТМСМ(ХК), КТМСМ(ХА), КТМСпМ(ХК), КТМСпМ(ХА) ТУ 16-705.037-78
Кабели нагревостойкие с мине- ральной изоляцией в металличе- ских оболочках КНМССпС ТУ 16-705.124-79
Кабели нагревостойкие с мине- ральной изоляцией в стальной оболочке твистированные кнмсст, КНМССТ-А, КНМСпСпТ, КНМСпСпТ-А ТУ 16.К03.10-89
Кабели термоэлектродные с ми- неральной изоляцией в медной оболочке КТММ-М-МН, КТММОК-КР, КТММ-М-МН-К-КР, ктмм-зм-мн, КТММ-2М-К-КР, КТММ-2К-2КР, КТММ-2М-2МН ТУ 16-705.299-83
320
Приложение
Окончание табл. П. 7
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Кабели комбинированные с минеральной изоляцией ККТМС(ХК-2М), ККТМС(ХК-2МС) ТУ 16.К71-101-90
Кабель в медной оболочке с минеральной изоляцией, охлаж- даемый КММО ТУ 16-705.319-84
Кабели термочувствительные КТЧС(С) ТУ 16-505.413-73
Таблица П.8
Провода и кабели малоопасные по токсичности продуктов горения
(исполнение нг-LSTx)
Наименование кабелей Обозначение марок кабеля Нормативная документация
Провода и кабели с поливи- нилхлоридной изоляцией, не распространяющие горение, с низким дымо- и газовыде- лением, малоопасные по ток- сичности продуктов горения ПуВнг-LSLTx, ПуВВнг- LSLTx, ПуГВнг- LSLTx, ПуГВВнг- LSLTx, КуВВнг- LSLTx ТУ 3551-386-00217053-2008
Провода и кабели теплостой- кие с изоляцией и оболочкой из кремнийорганической резины, не распространяю- щие горение, малоопасные по токсичности продуктов горения ПуРкОнг-HFLTx, КуРРкОнг- HFLTx ТУ 3551-390-00217053-2008
321
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. — 6-е
изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 640 с.
2. Калитвянский В.И. Общие закономерности теплового старения по-
лимерных диэлектриков // Электричество. — 1955. — № 5. — С. 14-18.
3. Ильченко Н.С. Исследование электрического старения и возмож-
ностей повышения срока службы полимерных диэлектрических мате-
риалов при действии частичных разрядов: Автореф. дис. ... д-ра техн,
наук. — Киев, 1975. — 43 с.
4. Блантер С.Г., Суд И.И. Электрооборудование для нефтяной про-
мышленности. — М.: Недра, 1976. — 36 с.
5. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроуста-
новок. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2002 — 378 с.
6. Schulz Н. Strombelastbarkeitelektrischen Seitungen. — Elektro-Anyeiger,
1976. - Bd. 29, № 9. - S. 213-215.
7. Зельдович Я.Б. Теория зажигания газов накаленной поверхностью
// ЖЭТФ. - 1939. - Т. 9. - Вып. 2. - С. 1530-1534.
8. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической
кинетике. — М.: Наука, 1967. — 240 с.
9. Гришин А.М., Субботин А.Н. Математическое моделирование неко-
торых нестационарных аэротермохимических явлений // Сб. тр. ТГУ. —
Томск: ТГУ, 1973. -281 с.
10. Теоретические основы зажигания твердых горючих материалов
частицами металлов / Александров А.А., Смелков Г.И., Субботин А.Н.
и др. // Пожарная профилактика в электроустановках: Сб. тр. — М.:
ВНИИПО МВД СССР, 1979. - С. 35-42.
322
Список использованной литературы
11. loschifora S.O. O'shima Fiji Sekiyn Jakkachi // J. Jap. Perol. Inst.,
1979. - Vol. 22, № 1. - P. 64-66.
12. Таев И.С. Электрические контакты и дугогасительные устройства
аппаратов низкого напряжения. — М.: Энергия, 1973. — 427 с.
13. ГОСТ Р МЭК 60695-1-1-2003. Руководство по оценке пожарной
опасности электротехнической продукции. Основные положения.
14. ГОСТ Р 50571.15-97 (МЭК 364-5-52-93). Электроустановки зда-
ний. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Гл. 52. Электропро-
водки.
15. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности ве-
ществ. — М.: Химия, 1979. — 423 с.
16. СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства.
17. ГОСТ Р 53313-2009. Изделия погонажные электромонтажные.
Требования пожарной безопасности. Методы испытаний.
18. Временная методика по определению пожарной опасности элек-
тропроводок в пластмассовых трубах. — М.: ВНИИПО МВД СССР,
1972. - 12 с.
19. Технический циркуляр № 3-2/89. Область применения пластмассо-
вых труб для прокладки проводов и кабелей // НПО «Электромонтаж».
20. Смелков Г.И., Поединцев И.Ф., Гришин Е.В. Методика определения
пожарной опасности кабелей. — М.: ВНИИПО МВД СССР, 1978. — 13 с.
21. ГОСТ Р 53315-2009. Кабельные изделия. Требования пожарной
безопасности.
22. ГОСТ Р МЭК 60332-1-2-2007. Испытание на нераспространение
горения одиночного вертикально расположенного изолированного про-
вода или кабеля. Проведение испытания при воздействии пламени газо-
вой горелки мощностью 1 кВт с предварительным смешиванием газов.
23. ГОСТ Р МЭК 60332-3-(части 21, 22, 23, 24, 25)-2005. Испытание
электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени.
Распространение пламени по вертикально расположенным групповым
прокладкам проводов и кабелей. Категории, соответственно, частям:
21-AF/R; 22-А; 23-В; 24-С; 25-D.
24. СП 31-110-2003. Свод правил по проектированию и строительству.
Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных
зданий.
323
Список использованной литературы
Список использованной литературы
25. ГОСТ Р МЭК 60331 - (части 11, 21, 23, 25) - 2003. Испытание
электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени
Сохранение работоспособности. Проведение испытаний и требования к
ним. Часть И. Испытательное оборудование; Часть 21. Кабели наноми-
нальное напряжение до 0,6/1,0 кВ включительно.
26. ГОСТ Р.. (проект). Кабели силовые с пластмассовой изоляцией па
номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Общие технические условия.
'll. IEC 60695-10-2-2003. Fire hazard testing — Part 10-2: Abnormal
heat — Ball pressure fest.
28. ГОСТ 27483-87 (МЭК 695-2-1-80). Испытания на пожарную опас
ность. Методы испытаний. Испытание нагретой проволокой.
29. ГОСТ 28779-90. Материалы электроизоляционные твердые. Мс
тоды определения воспламеняемости под воздействием источника за
жигания.
30. ГОСТ Р 53310-2009. Проходки кабельные, вводы герметичные и
проходы шинопроводов. Требования пожарной безопасности. Методы
испытаний на огнестойкость.
31. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испыта
ний на огнестойкость. Общие требования.
32. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и маге
риалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
33. ГОСТ Р 53311-2009. Покрытия кабельные огнезащитные. Методы
определения огнезащитной эффективности.
34. ГОСТ 29127-91 (ИСО 7111-87). Пластмассы. Термогравиметриче-
ский анализ полимеров. Метод сканирования по температурам.
35. Идентификация твердых веществ, материалов и средств огне за
щиты при испытаниях на пожарную опасность. — М.: ВНИИПО МЧС
РФ, 2004. - 32 с.
36. Горение порошкообразных металлов в активных средах / Почил
П.Ф., Логачев В.С., Мальцев В.М. и др. — М.: Наука, 1972. — 294 с.
37. Fridman R., Macek A. 9th Symposium (Int.) on Combustion I In
Combustion Institute. Pittsburg, 1967. — P. 203.
38. Аэров М.Э., Тодес O.M. Гидравлические и тепловые основы ра-
боты аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. — М
Химия, 1968. — 510 с.
324
39. Зельдович Я.Б., Воеводский В.В. Тепловой взрыв и распространение
пламени в газах. — М.: Изд. Моск, механического ин-та, 1947. — 342 с.
40. Гришин А.М., Субботин А.Н. О сопряженном теплообмене между
нагретыми инертными телами и реакционноспособной средой// Тепло-
и массоперенос: Сб. — Минск: Наука и техника, 1972. — Т. 2. — Ч. И. —
С. 286-294.
41. Конторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого
топлива. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. — 114 с.
42. Некоторые аспекты горения крупных алюминиевых частиц в воз-
душном потоке / Смелков Г.И., Александров А.А., Пехотиков В.А. и
др. Ц ФГВ. - 1978. - № 5. - С. 33-37.
43. Пацкевич И.Р., Деев Г.Ф. Поверхностные явления в сварочных
процессах — М.: Металлургия, 1974. — 122 с.
44. ГОСТ 16442-80*. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией.
Технические условия.
45. Ищенко Ю.Л., Дюргеров Н.Г. О механизме периодических замыка-
ний дугового промежутка и стабильности при сварке короткой дугой //
Сварочное производство. — 1963. — № 9. — С. 10-13.
46. Соболев Н.П. Исследование электрического взрыва тонких про-
волочек//ЖЭТФ. - 1947. -Т. 17. - Вып. 2. - С. 1143-1152.
47. Заруба И.И. Электрический взрыв как причина разбрызгивания
металла //Автоматическая сварка. — 1970. — № 3. — С. 11 — 14.
48. Купчина Э.М., Хейфец М.И. К вопросу о дроблении жидкости ско-
ростным потоком газа// ИФЖ. — 1970. — Т. 19. — С. 10—13.
49. Altman D., Grant A.F. Jr. Thermal theory of solidpropellant ignition by
hafWires, Forth Symposium on Combustion, Baltimore, 1953. — P. 158—161.
50. Гришин A.M. Об одном видоизменении метода М.Е. Швеца //
ИФЖ. - 1970. - Т. 19, № 1. - С. 84-93.
51. Кравченко В.С., Серов В.И. Искробезопасность электрических це-
пей — М.: Наука, 1976. — 206 с.
52. Монахов В.Т. Методика определения вероятности возникнове-
ния пожара в пожароопасном узле (элементе) объекта. — М.: ВНИИПО
МВД СССР, 1979. - 6 с.
53. Попов Б.Г., Веревкин В.Н. Статическое электричество в химиче-
ской промышленности. — 2-е изд. — М.: Химия, 1977. — 308 с.
325
Список использованной литературы
54. Гмурман В.Е. Введение в теорию вероятностей и математическую
статистику. — М.: Высшая школа, 1963. — 238 с.
55. Гук Ю.Б., Лосев Э.А. Оценка надежности электроустановок. — М.:
Энергия, 1974. — 198 с.
56. Совершенствование методов вероятностной оценки пожарной
опасности электрических изделий / Смелков Г.И., Пехотиков В.А.,
Тескин О.И., Оберфельд ЕЯ. // Пожаровзрывобезопасность. — М.:
ВНИИПО МВД России. - 1995. - № 3. - С. 5-10.
57. Арлей Н., Бух К. Введение в теорию вероятностей и математиче-
скую статистику. — М.: Изд-во иностр, лит-ры, 1951. — 246 с.
58. Сборник задач по теории надежности / Половко А.М. и др. — М.:
Советское радио, 1972. — 407 с.
59. ГОСТ 50680-94. Установки водяного пожаротушения автоматиче-
ские. Общие технические требования. Методы испытаний.
60. Определение вероятности пожара от кабелей и проводов элек-
трических сетей: Методические рекомендации. — М.: ВНИИПО МВД
СССР, 1990. - 40 с.
61. Schontag A. Archivfur Kriminologie, 115 Bd., Munchen, 1956. — S. 66.
62. Hagemuer W. Die metallographische Untersuchung von Kupferleitern
als Method zur Unterscheidung zwischen primaren und sekundaren
Kurzschlussen // Schriftenreihe der Deutsch Volkspolizei. — 1963. — №7—12.
-S. 1160-1170.
63. Ettling B.V. Electrical wiring in Bulling Fires // Fire Technoljgy. —
1978.- 14, №4,-P. 317-325.
64. Исследование медных и алюминиевых проводников в зонах ко-
роткого замыкания и термического воздействия / Митричев Л.С. и др. —
М.: ВНИИПО МВД ССР, 1986.
65. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. — М.: Изд-во ино-
стран. лит-ры, 1961. — 529 с.
66. Канн Э. Физическое металловедение — М.: Наука, 1970. — 487 с.
67. Кашолкин Б.И. Исследование пожарной опасности аварийных режи-
мов в электрических проводках и разработка методов определения момента
их возникновения: Автореф. дис...канд. техн. наук. — М., 1976. — 20 с.
68. Архаров В.И. Окисление металлов. — М.: Металлургиздат, 1945. —
170 с.
326
Список использованной литературы
69. Мищенко М.Т. Исследование процессов окисления меди и рост
кристаллов закиси меди: Автореф. дис...канд. физ.-мат. наук. — Львов,
1952. - 28 с.
70. Беляев А.И. Электрометаллургия алюминия. — М.: Металлургиз-
дат, 1953. — 720 с.
71. Фукс В. Металлография алюминия и его сплавов. — М.: Главн.
ред. литерат. по цвета, металлургии, 1957. — 259 с.
72. Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожар-
ной безопасности», № 123-ФЗ. — М.: ФГУ ВНИИПО, 2008. — 157 с.
73. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
74. ГОСТ Р 50571.1-93 (МЭК 364-1-72, МЭК 364-2-70). Электроуста-
новки зданий. Основные положения.
75. ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытания на
горючесть.
327
ООО «КАБЕЛЬ» — издатель журнала «КАБЕЛЬ-news»,
сборника «Иностранные аналоги российской
кабельно-проводниковой продукции»
приглашает к сотрудничеству авторов.
По вопросам распространения и продажи изданий обращайтесь:
тел./факс: +7 (495) 645-12-21, 229-33-36
e-mail: info@kabel-news.ru
Научно-техническое издание
Герман Иванович СМЕЛКОВ
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДОК
Редактор Е. Н. Гусева
Корректор А. К. Курамшов
Компьютерная верстка и иллюстрации А. М. Савельевой
Подписано в печать 28.05.2009
Формат 60x84 '/ю. Бумага офсетная. Гарнитура Newton
Печать офсетная, Усл. печ. л. 19,1. Тираж 10000. Заказ 9171
Издательство ООО «КАБЕЛЬ»
111123, Россия, г. Москва, Электродный проезд, д. 6, офис 14
Тел.:+7 (495) 645-12-21
Сайт: www.kabel-news.ru
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленного электронного оригинал-макета
в ООО «Рекламное Агентство «ЭйВиДжи»
105087, Россия, г. Москва, ул. Малая Почтовая, д.12, стр. 5
Тел.: +7 (499) 267-57-26