Пожарная безопасность электроустановок

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

     Концепция обеспечения пожарной безопасности электротехнических изделий.
     Анализ статистических данных показывает, что ежегодно в России происходит более 50000 пожаров от электрических изделий, что составляет 20,5 % от общего количества пожаров в стране. Чаще всего пожары от электроустановок возникают в жилом секторе - 70-75 %. На промышленных объектах ежегодно возникает около 7 % пожаров, по масштабу последствий и ущербу они занимают значительное место.
     В наиболее общем виде концепция обеспечения пожарной безопасности (ПБ) электрических изделий основана на двух крупных направлениях - предотвращении пожара от электроустановок и тушении пожара в случае его возникновения (с учетом специфики электроустановок, находящихся под напряжением).
     Наиболее действенный и перспективный путь снижения пожарной опасности электроустановок заключается в предотвращении (профилактике) пожаров. Основные способы снижения пожарной опасности электрических изделий (рис. 1) включают в себя:

- активные средства, которые непосредственно влияют на предотвращение аварийных пожароопасных ситуаций;
- пассивные средства, которые предусматривают целый комплекс мер, а именно - разработку НТД, методов испытаний и их проведения, рекомендаций, организационных мероприятий и соответствующих конструктивных решений.

Рис. 1. Способы снижения пожарной опасности электрических изделий.

     Отечественные требования по обеспечению пожарной безопасности электротехнических изделий разработаны с использованию международного опыта [1- 6]. Базовой публикацией в этой части является стандарт МЭК 695-1-1 [1], где для оценки пожарной опасности рассматривают: конструкция изделия, комплектующие и их надежность, пожароопасные свойства материалов.
     В соответствии с МЭК 695-1-1[1] цель работы по обеспечению пожарной безопасности - это снижение до минимума вероятности возникновения пожаров при аварийных режимах работы. В стандарте МЭК понятие "вероятность" используется, но не установлен количественный критерий и не разработан метод оценки вероятности возникновения пожара.
     Эти проблемы решены в России при разработке научно-технической концепции оценки и обеспечения пожарной безопасности электрических изделий. Концепция включает в себя два крупных раздела: оценка возможности загорания и оценка последствий пожара (рис. 2).

Рис.2. Концепция определения пожарной опасности электрических изделий.

     Вопросы оценки последствий пожара затрагивают решение таких задач, как определение вероятности воздействия опасных факторов пожара на человека и оценку показателей опасности: дымообразующую способность горящих материалов электроизделия, а также токсичность и коррозионная активность продуктов горения. В настоящее время эти вопросы пока не нашли достаточно подробного отражения в российских нормативных документах. Поэтому особое внимание уделено профилактике пожаров, т.е. действует принцип "нет пожара - нет последствий".
     Оценка возможности возникновения пожара отражает комплексный подход, включающий использование вероятностных методов, исходя из стохастичности физико-химических явлений, способствующих зажиганию, а также детерминистических методов, основанных на прямых измерениях и сравнении полученных результатов с допустимыми по нормам.
     Величина допустимой вероятности возникновения пожара определена ГОСТ 12.1.004-91 [7] и составляет 1·10-6 на одно изделие в год. Вероятность возникновения характерного пожароопасного режима Qп определяют статистически по данным испытательных лабораторий предприятий-изготовителей и эксплуатационных служб.
     При наличии соответствующих справочных данных указанная величина может быть определена через общую интенсивность отказов изделия с введением коэффициента, учитывающего долю пожароопасных отказов.
     Пожароопасный режим изделия характеризуется значением электротехнического параметра, при котором возможно появление признаков загорания. Например, характерный пожароопасный режим - короткое замыкание (КЗ); характерный электротехнический фактор этого режима - КЗ. При этом учитывают, что зажигание изделия возможно только в определенном диапазоне токов КЗ.
     Вероятность несрабатывания электрической защиты изделий определяют на основании данных по ее надежности аналогичным образом. Если в качестве критерия возникновения пожароопасного режима используют достижение горючим материалом критической температуры, то ее величину принимают на уровне 80% температуры воспламенения исследуемого изоляционного (конструкционного) материала. Изделие считают удовлетворяющим требованиям пожарной безопасности, если из расчета вероятности возникновения пожара. В том случае, если, принимают решение о доработке конструкции электротехнического изделия.
     В ГОСТ 12.1.004-91 [7] приведена "Методика оценки вероятности возникновения пожара в (от) электрических изделиях", которая прошла длительную, почти двадцатилетнюю практическую апробацию. В настоящее время она внедрена в тринадцати государственных стандартах и более двадцати технических условиях на различные виды электротехнической продукции, в том числе приборы электроотопительные, светильники, звонки электрические и др.

     Термины и определения.
     Кабельное изделие - электротехническое изделие, предназначенное для передачи по нему электрической энергии, электрических сигналов информации или служащее для изготовления обмоток электрических устройств, отличающееся гибкостью (ГОСТ 15845-80 [8]).
     Электрический кабель - кабельное изделие, содержащее одну или более изолированных жил (проводников), заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в который может входить броня, и пригодное, в частности, для прокладки в земле и под водой (ГОСТ 15845-80 [8]).
     Электрический провод - кабельное изделие, содержащее одну или несколько скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься легкая неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка из волокнистых материалов или проволоки, и не предназначенное, как правило, для прокладки в земле (ГОСТ 15845-80 [8]).
     Электрический шнур - провод с изолированными жилами повышенной гибкости, служащий для соединения с подвижными устройствами (ГОСТ 15845-80 [8]).
     Кабельная проходка - изделие или сборная конструкция, предназначенные для выполнения прохода электрических кабелей (кабельных линий) через стены, перегородки и перекрытия и включающие заделочные материалы и (или) сборные элементы, поддерживающие конструкции, электромонтажную арматуру (трубы, короба, лотки и т.п.) и кабельные изделия (НПБ 237-97 [9]).
     Огнестойкость кабельных проходок - способность проходки в условиях стандартных испытаний в течение определенного времени выполнять свою функцию до наступления одного из предельных состояний (НПБ 237-97 [9]).
     Коэффициент снижения допустимого длительного тока - отношение величины тока нагрузки кабеля, находящегося в проходке и обеспечивающего нагрев жилы до допустимого значения, к величине допустимого длительного тока этого же кабеля (НПБ 237-97 [9]).

     Нормативно-технические требования и методы испытаний электротехнических изделий на пожарную опасность.
     Статистические данные о пожарах вследствие загораний различных видов электротехнической продукции показывают, что наибольшее их количество (более 60 %) приходится на кабельные линии и электропроводки. На втором месте (около 10 %) - бытовые электроотопительные приборы. Третье место делят вводные устройства и телевизоры.
     Обычно пожары в кабельном хозяйстве возникают вследствие:

- применения кабелей распространяющих горение и кабелей с горючими защитными покровами. Количество горючих материалов (защитные материалы и антикоррозионнные покрытия) обычно составляют 20...40 % в зависимости от конструктивного исполнения указанного изделия;
- использования способов прокладки кабелей, при которых поток кабелей распространяет и поддерживает горение;
- недостаточного качества строительно-монтажных работ, несоблюдения при монтаже требований по раскладке кабелей и перенасыщенность кабельных сооружений;
- недостаточной и малой эффективности стационарных автоматических установок обнаружения и тушения пожаров;
- невыполнения на местах противопожарных мероприятий.

     Значительное количество пожаров возникает вследствие короткого замыкания (КЗ) в кабелях и кабельной арматуре из-за механических повреждений, дефектов монтажа, старения изоляции, недопустимых перегревов при эксплуатации из-за размещения вблизи горючих поверхностей, несоблюдения плотности кабельных сооружений и т.п.
     Следует отметить, что в соответствии с требованиями ПУЭ [10] (п. 3.1.8) электрические сети должны иметь средства защиты от токов КЗ, обеспечивающие по возможности наименьшее время отключения.
     Выбор и применение аппаратов защиты регалментирован требованиями гл. 7.3, 7.4 и 3.1 ПУЭ [10]. Наиболее часто применяют такие аппараты защиты, как плавкие предохранители, воздушные автоматические выключатели (автоматы), реле и устройства защитного отключения (УЗО). В работе [10] приведено описание конструкций УЗО, а также основные требования к устройству и рекомендации по выбору оптимального варианта.
     Электроизделия, технические характеристики которых в значительной мере определяют пожарную безопасность электроустанвок, включены в перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации. Так, обязательной сертификации подлежат следующие кабели (кроме кабелей, прокладываемых в земле, бетоне и под водой):

- силовые для стационарной прокладки на напряжение до 1 кВ;
- силовые для стационарной прокладки на напряжение от 1 кВ и выше;
- силовые с пропитанной бумажной изоляцией (кроме кабелей с защитными покровами типов "Б", "Бл", "Б2л", "Бв", "Б2лШп", "К2л", "К", "Шп");
- силовые гибкие общего назначения;
- шахтные;
- силовые гибкие специализированного назначения, кабели многожильные гибкие подвесные только в оболочке из поливинилхлоридного пластиката;
- нагревательные (в том числе провода);
- управления;
- контрольные (кроме кабелей с защитным покрытием типа "Б");
- для сигнализации и блокировки;
- городские телефонные;
- оптические (только с оболочкой, не распространяющей горение);
- не распространяющие горение (включая кабели с индексом "нг" и "н" и другие подобные), для прокладки в пучке.

     Кроме того, обязательной сертификации подлежат:

- кабельные короба и каналы, трубы для прокладки кабелей и изолированных проводов из полимерных материалов;
- кабельные проходки и герметичные кабельные вводы (материалы, изделия или сборные конструкции);
- холодильники и морозильники бытовые;
- электрогирлянды елочные;
- устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током, используемые в электрических сетях переменного тока с номинальным напряжением не выше 440 В и номинальным током не более 200 А.

     Требования к указанным электрическим изделиям в большинстве стран определяют с учетом рекомендаций МЭК. Международные документы носят, как правило, рекомендательный характер. Поэтому каждая страна, в т.ч. и Россия, используя общую идеологию, разрабатывает свои регламенты, учитывающие национальные особенности.
     В России действует несколько основополагающих стандартов в области безопасности для групп однородной продукции, разработанных, как правило, прямым внедрением международных публикаций МЭК. К ним относятся ГОСТ 12176 (МЭК 331 и МЭК 332), ГОСТ 27570 (МЭК 335), ГОСТ 12.1.006 (МЭК 650), ГОСТ 50377 (МЭК 950) и некоторые другие. Анализ указанных стандартов показал, что их использование для сертификации изделий на пожарную безопасность не всегда возможно и целесообразно ввиду ряда причин:

- не всегда учитывается более низкий уровень качества электроэнергии в России и особенностей систем электроснабжения и электросетей;
- не конкретизированы наиболее характерные аварийные пожароопасные режимы для более узких групп однородной продукции;
- не учитываются различные подходы и отношение людей к эксплуатации и профилактике электроизделий и т.п.

     Поэтому одним из основных направлений работ при организации сертификационных испытаний является разработка нормативно-технической базы, в которой установлены:

- технические требования, позволяющие обеспечивать качество продукции на уровне мировых стандартов;
- методы испытаний, с помощью которых подтверждается соответствие испытываемой продукции данным требованиям.

     Нормативные документы предусматривают проведение испытаний изделий в наиболее вероятных аварийных пожароопасных режимах, оценку качества примененных в конструкциях изделий электроизоляционных материалов, проведение огневых испытаний образцов продукции, расчет вероятности возникновения пожара.
     При разработке документов учитывались последние достижения в указанной области, а также вопросы взаимодействия и взаимозависимостей отдельных компонентов в составе электроэнергетической системы. Так, например, рассматривая вопрос пожарной безопасности электропроводок, наряду с критериями пожарной опасности соответственно проводов и кабелей, учтены способы их прокладки, конструкционные особенности электропроводки, влияние электрической защиты и другие факторы. Как уже отмечалось исходя из статистики пожаров, основная доля загораний приходится на кабели и провода. При разработке НД для сертификационных испытаний кабельных изделий выбраны следующие направления (рис. 3):

Рис. 3. Направления разработки нормативной документации.

     В состав нормативной базы для сертификации электроизделий входят следующие основные документы: ГОСТ 12.2.007.14, ГОСТ 16092, ГОСТ 18404.0, ГОСТ 18410, ГОСТ 1508, ГОСТ 24334, ГОСТ 26411, ГОСТ Р МЭК 60335-2-24, ГОСТ Р МЭК 335-1, ГОСТ Р 51312, ГОСТ Р 51311, НПБ 179, НПБ 234, НПБ 237, НПБ 243, НПБ 246, НПБ 248.
     Рассмотрим основные положения некоторых из указанных выше документов.

     НПБ 248-97 "Кабели и провода" [12] .
     Нормативный документ (НД) устанавливает показатели пожарной опасности и методы испытаний кабелей и проводов. С учетом требований МЭК 331 и 332, а также ГОСТ 12176, в данных нормах сформулированы следующие показатели:

- предел распространения горения одиночным кабелем (проводом);
- предел распространения горения пучком кабелей (проводов);
- предел пожаростойкости кабеля (провода);
- коррозионная активность продуктов горения;
- токсичность продуктов горения полимерных материалов кабеля (провода).

     В документе впервые сформулирована классификация кабелей и проводов по показателям пожарной опасности и определены критерии их оценки (см. таблицу).

     Методы испытаний в целом также соответствуют международным рекомендациям, однако, имеется ряд новаций в части определения пожаростойкости токовременных характеристик ПО кабелей и способов определения коррозионной активности, а также токсичности продуктов горения.

     НПБ 242-97 "Классификация и методы определения пожарной опасности электрических кабельных линий" [13].
     НД устанавливает классификацию и методы определения пожарной опасности (ПО) электрических кабельных линий.
     Кабельная линия (КЛ) - это сооружение, включающее поток кабелей с наличием соединительных муфт, крепежными деталями и т.п., которое имеет иные качественные характеристики с точки зрения распространения горения и других показателей ПО по сравнению с собственно кабельными изделиями.
     При классификации кабельных линий по степени их ПО за основу приняты два показателя - предел распространения горения и пожаростойкость линии. Понимается, что предел распространения горения - это максимальное расстояние в любую сторону от зоны действия источника зажигания, на которое распространяется горение. В свою очередь предел пожаростойкости - это минимальное время, в течение которого кабельная линия выполняет свои функции в условиях пожара.     В настоящее время экономически нецелесообразно определять показатель распространения горения экспериментальным путем. Поэтому в документе предложен расчетный метод определения показателя. Расчет основан на большом массиве экспериментальных исследований, проведенных совместно с Средазтехэнерго в 1980-90 годах.
     Принцип определения показателя заключается в сравнении расчетной удельной теплоты сгорания кабельной линии с экспериментально установленными предельными значениями. Так, способность распространять горение определяется по величине удельного количества теплоты сгорания КЛ, указанного в таблице.

     НПБ 237-97 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость кабельных проходок и герметичных кабельных вводов" (с изменениями № 1) [9] и НПБ 238-97 "Огнезащитные кабельные покрытия" (с изменениями № 1) [14].
     Применение электромонтажной арматуры и огнезащитных кабельных покрытий (ОКП) для снижения пожарной опасности кабелей обусловлено следующими требованиями ГОСТ Р 50571.15-97 [15] "Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Гл. 52. Электропроводки":

"Элементы электропроводки, кроме кабелей, которые не соответствуют, как минимум, требованиям соответствующих стандартов по способности распространять горение, но во всех других отношениях соответствующие требованиям стандартов, должны быть помещены полностью в оболочку из несгораемых материалов (Примечание: - это и есть арматура) или защищены (покрыты, окрашены) негорючими материалами (Примечание: - использование огнезащитных составов)."

     Требования к электромонтажной арматуре изложены в НПБ 237-97 [9]. Основным требованием к электромонтажной арматуре (кроме кабелей) является нераспространение горения.
     Испытания на огнезащитную эффективность (для получения на ОКП сертификата "Пожарной безопасности") включают три основных показателя:

- допустимый длительный ток нагрузки;
- предел распространения горения;
- термическую стойкость.

     При нанесении на кабель огнезащитного состава замедляются процессы теплообмена, поэтому при эксплуатации возможен перегрев кабеля. Основной путь борьбы с этим негативным явлением - уменьшение тока нагрузки. Нормы предусматривают, чтобы это уменьшение не превысило 2 %. Для этого введен коэффициент снижения допустимых длительных токов нагрузки (КТ.Н.). Физический смысл коэффициента КТ.Н. заключается в том, что он определяет необходимость и степень снижения токов нагрузки на проводники, покрытые ОКП, с целью исключения их перегрева и преждевременного разрушения изоляции.

     НПБ 237-97 "Кабельные проходки" [9] .
     Масштаб развития пожара в кабельных линиях во многом определяется правильным выполнением проходов кабелей через строительные конструкции.
Нормы устанавливают следующие предельные состояния проходки, характеризующие потерю огнестойкости:

- потеря теплоизолирующей способности (I), вследствие повышения температуры на не обогреваемой поверхности заделочного материала - по ГОСТ 30247.1-94;
- потеря целостности (Е) в результате образования в конструкции проходки сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую зону проникают продукты горения и (или) пламя;
- достижение критической температуры нагрева материала оболочек кабелей в необогреваемой зоне проходки (Т), составляющей:
для поливинилхлорида - 145 °С
для резины - 120 °С
для полиэтилена - 110 °С.

     Обозначение предела огнестойкости кабельной проходки состоит из условных обозначений нормируемых предельных состояний и цифры, соответствующей времени (в минутах) достижения одного из этих состояний (например, I,Е 90/Т60). За предел огнестойкости принимают время с начала проведения стандартных испытаний кабельной проходки до наступления одного из предельных состояний, первого по времени.

     Нормативно-методическая литература:

     1. МЭК 695-1-1. Руководство по подготовке требований и спецификаций испытаний по оценке пожарной опасности электронных изделий. Общее руководство. 1982г.
     2. ГОСТ 27483-87 (МЭК 695-2-1-80). Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания нагретой проволокой. -М.:Изд-во стандартов 1987, -12с.
     3. ГОСТ 27484-87 (МЭК 695-2-2-80). Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания горелкой с игольчатым пламенем. -М.: Изд-во стантартов, 1988, -8с.
     4. МЭК 695-2-3-84. Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Определение плохого контакта.
     5. МЭК 695-2-1/0. Испытания на пожароопасность. Методика испытаний нагретой проволокой. Общие положения.
     6. ГОСТ Р 50377-92 (МЭК 950). Безопасность оборудования информационных технологий, включая электрическое конторское оборудование. -М.: Изд-во стандартов, 1993, -148с.
     7. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. -М: Изд-во стандартов, 1992,-77с.
     8. ГОСТ 15845-80. Изделия кабельные. Термины и определения.
     9. НПБ 237-97. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость кабельных проходок и герметичных кабельных вводов (с изменениями № 1).
     10. ПУЭ. Правила устройства электроустановок.
     11. Смелков Г.И., В.Н.Черкасов, В.Н.Верёвкин и др., Классификация в области применения электроустановок в пожароопасных зонах: Справочное пособие. - М.: ВНИИПО, 2001. - 112 с.
     12. НПБ 248-97. Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний (с изменением № 1).
     13. НПБ 242-97. Классификация и методы определения пожарной опасности электрических кабельных линий.
     14. НПБ 238-97. Огнезащитные кабельные покрытия (с изменениями № 1).
     15. ГОСТ Р 50571.15-97. Электроустановки зданий.
     16. ГОСТ 12176-89. Кабели, провода, шнуры. Методы проверки на нераспространение горения.
     17.ГОСТ 20.57.406-81. КССК. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний. М.: ГК СССР по стандартам. 1988 г.
     18. НПБ 247-97. Электронные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний.
     19. ГОСТ 12.2.020-76. ССБТ. Электрооборудование взрывозащищенное. Классификация. Маркировка.
     20. ГОСТ 14254-96. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP).