Наличие электрической защиты, выбранной в соответствии с нормами и правилами, не всегда гарантирует безопасное протекание аварийных режимов при появлении источника зажигания. Тем более что, например, автоматические выключатели имеют надежность от 0,85 до 0,95. Кроме того, защитные характеристики автоматических выключателей и плавких предохранителей имеют значительный разброс, что в ряде случаев не позволяет обеспечить время срабатывания защиты до появления пожароопасных факторов (зажигающих частиц, нагрева проводников, воспламенения газообразных продуктов разложения изоляции и т.п.). С учетом большой протяженности сетей от них, как показывает статистика, происходит до 50 % случаев загораний и пожаров.

2.1. Нагрев проводников электрическим током

Пожарная безопасность электрических сетей определяется рядом факторов: соответствием марки проводника и способа прокладки характеру и свойствам окружающей среды, в том числе и ее пожаровзрывоопасности; соответствием сечения проводников токовой нагрузке; выбором номинальных параметров аппаратов защиты от токов перегрузки и коротких замыканий; соблюдением требований монтажа, эксплуатации и т.д.

Важным фактором обеспечения пожарной безопасности электрических сетей является допустимый нормами уровень нагрева проводников.

Установившееся превышение температуры проводника зависит только от тока и может быть определено выражением

t_у = t_у.н (I/I_доп)², (2.1)

где t_у.н – допустимое превышение температуры, принятое по правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [1] для расчета длительно допустимого тока I_доп, С; I – фактический ток, А.

Допустимое превышение температуры, принятое в ПУЭ при вычислении I_доп, определяется по формуле

t_у.н = t_ж.н – t_ср.н, (2.2)

где t_ж.н – длительно допустимая температура жил проводников по нормам, С; t_ср.н – расчетная температура среды по нормам, С.

Чтобы обеспечить нормальный режим работы провода или кабеля, соединительных контактов и изоляции, а также пожарную безопасность, нагрев проводников ни при каких условиях не следует допускать выше температур, указанных в табл. 2.1. Нагрев проводников должен соответствовать данным табл. 2.1, даже и в том случае, когда расчетом установлено, что относительное старение изоляции за весь рассматриваемый период не выходит за пределы допустимого (не превышает единицы). При больших температурах могут быстро ухудшаться контакты, что обусловливает значительные переходные сопротивления и недопустимо большие местные нагревы. Все это приводит к резкому снижению механической прочности проводников, их устойчивости к КЗ, порче изоляции и ее воспламенению.

Таблица 2.1

Допустимые температуры нагрева материалов проводников

Расчетные температуры среды t_ср.н, принятые в ПУЭ для определения длительно допустимых токов в проводниках в различных условиях их прокладки, приведены в табл. 2.2. Пользуясь табл. 2.2 и установившимся превышением температуры проводника t_у, подсчитанным по формуле (2.1) для нагрузки, отличной от длительно допустимой по нормам, можно определить фактическую температуру нагрева проводника

t_ж = t_у + t_ср.н. (2.3)

Таблица 2.2

Расчетные температуры среды

2.2. Противопожарная защита электрических сетей при проектировании

Внутрицеховые сети напряжением до 1000 В рассчитывают главным образом на допустимый ток по условиям нагревания проводников и на допустимую потерю напряжения. Такие расчеты необходимы для предупреждения опасного перегрева проводников, т.е. для создания условий пожарной безопасности и обеспечения электроприемников электроэнергией надлежащего качества. По экономической плотности тока проводники таких сетей не проверяются.

Принятое сечение должно быть не меньше сечения, регламентированного условиями механической прочности для данных условий прокладки. Без этого не может быть гарантирована не только пожарная безопасность, но и электробезопасность электрических сетей, осветительной или силовой установки в целом.

При проектировании электрических сетей одновременно с выбором минимально допустимого сечения проводников выбирают номинальные параметры аппаратов защиты.

2.3. Противопожарная защита электрических сетей при монтаже и эксплуатации

Электрические сети могут быть причиной аварий, несчастных случаев и пожаров, если в процессе их монтажа не выполняются необходимые технические условия или нарушаются условия нормальной эксплуатации и ремонта. Требования к электромонтажным работам определяются действующими ПУЭ [1], инструкциями по монтажу [3, 4] и техническими условиями на приемку электромонтажных работ [5]. В основе указанных требований лежит строгое соблюдение соответствия проекту монтируемых проводов, кабелей, сечений токопроводящих жил и видов электропроводок. Особенно это важно при монтаже электрических сетей взрывоопасных зон: совершенно недопустимо производить самостоятельно (или с согласия заказчика) какую-либо замену конструкций сети; любая замена обязательно должна согласовываться с проектной организацией.

Так как на промышленных предприятиях широко применяется прокладка кабелей и проводов на лотках и в коробах, то для исключения горения по трассе электрической сети используют различные огнепреградительные устройства. Эти устройства, выполняемые в виде поясов и перегородок из огнезащитного материала, располагают по длине трассы, а также в местах ее прохода через стены и перекрытия. Эффективность таких устройств выявляют в процессе испытаний, при которых определяется их предел огнестойкости.

Следует отметить, что существующие в проектно-эксплуатационной практике конструктивные решения по устройству мест прохода электрической сети через стены и перекрытия не всегда препятствуют распространению огня. Данное обстоятельство обусловлено тем, что для заделки мест прохода кабелей и проводов применяются способы и материалы без учета особенностей передачи тепла и распространения горения в смежное от пожара помещение из-за сложности происходящего процесса: неоднородность конструкции обусловливает различные по величине тепловые потоки по токопроводящим жилам, изоляции, оболочек кабелей и огнепреградительной перегородки. Кроме того, тепловые потоки по элементам электропроводки и перегородки не стационарны и изменяются с развитием пожара.

В последнее время в России и за рубежом большое внимание уделяют созданию герметизирующих уплотнений для защиты от огня потоков кабелей и проводов в местах их прохода через стены и перекрытия. Материалы для уплотнений должны иметь длительную устойчивость в условиях пожара, не пропускать дым и огонь, сдерживать превышение температуры с противоположных сторон преграды. К таким материалам следует отнести, например, уплотнения на основе пенопласта, который сохраняет эластичность при 200 С, а при 600 С он образует на поверхности защитную кварцевую корку.

Испытания огнепреградительной перегородки, выполненной на основе этого материала, в условиях, имитирующих реальный пожар, показали, что поверхность перегородки выдерживала 1000 С в течение нескольких минут, а огонь и дым не распространялись в течение 1 ч. Исследованиями установлены толщины пенопласта, обеспечивающие защиту в течение 60, 90 и 120 мин.

Испытаниям подвергались также плиты из ячеистого бетона и огнезащитных составов ОПК (ТУ10-666-81) и ВПМ-2 (ТУ10-1626-77). Часть испытанных образцов имела дополнительное покрытие выходящих из перегородки участков кабелей огнезащитным составом ОПК. Предназначенные для испытаний образцы воспроизводили места прохода одиночных или пучком вплотную друг к другу кабелей через стены и перекрытия. Выходящие из перегородки участки кабелей покрывались составом ОПК.

В результате испытаний образцов выявлено, что использование составов ОПК и ВПМ-2 для заполнения зазоров дает аналогичные результаты по огнестойкости. Применение ОПК и ВПМ-2 позволяет обеспечить предел огнестойкости прохода кабелей и проводов через стену 0,75 ч при толщине огнепреградительной перегородки 0,2 м. С уменьшением толщины перегородки предел огнестойкости уменьшается. Если толщина преграды мала, то повысить предел огнестойкости можно путем покрытия выходящих из перегородки участков кабелей огнезащитным составом ОПК на участке не менее 0,1 м.

Анализ результатов испытаний показал, что на величину предела огнестойкости определенное влияние оказывает сечение токопроводящих жил кабеля: чем больше сечение жил, тем меньше предел огнестойкости.

При переходе кабелей и проводов через перекрытие они находятся в худших температурных условиях, чем при переходе через стену. Из-за того, что перекрытие имеет небольшую толщину, затрудняется защита проходящих через него кабелей и проводов. Положительный результат в этом случае был достигнут за счет дополнительного покрытия выходящих из перекрытия участков кабелей составом ОПК на длину не менее 0,1 м. Предел огнестойкости при этом повышается в два раза.

Таким образом, испытания показали, что:

на вероятность пожара от кабелей и проводов оказывает влияние наличие огнезащитных поясов и перегородок;

применение огнезащитных поясов менее эффективно, чем перегородок;

эффективность огнезащитных свойств поясов зависит от их длины;

с увеличением длины пояса и толщины перегородки скорость распространения горения уменьшается;

применение огнезащитной перегородки уменьшает скорость распространения горения по кабелям и проводам по сравнению с поясами длиной 2,0 м на два порядка (более чем в 118 раз);

предел огнестойкости огнепреградительной перегородки при проходе кабелей пучком через перекрытия по сравнению со стеной несколько снижается;

повышение предела огнестойкости возможно путем покрытия огнезащитным составом выходящих из перегородки участков кабелей и проводов на длине не менее 0,1 м;

применение для огнепреградительной перегородки материалов с коэффициентом теплопроводности 0,5-0,3 Втм^-1 К^-1 при небольших перегрузках приводит к перегреву изоляции кабелей и проводов и повышению скорости ее старения.

Электропроводка во взрывоопасных зонах должна монтироваться особенно тщательно и надежно. Во взрывоопасных зонах всех классов наиболее надежной является электропроводка в стальных водогазопроводных трубах с соответствующим антикоррозийным покрытием. Такие проводки являются взрывонепроницаемыми или повышенной надежности против взрыва.

Однако применение стальных труб допустимо только в случае технической и нормативной обоснованности. Во взрывоопасных зонах электропроводки должны прокладываться в стальных обыкновенных трубах по ГОСТ 3262–75. Тонкостенные и некондиционные водогазопроводные трубы во взрывоопасных зонах применять не допускается.

Соединения труб между собой, с патрубками фитингов, коробок и светильников, а также с аппаратурой и вводными коробками электродвигателей должны быть выполнены только на трубной цилиндрической резьбе. Все резьбовые соединения должны иметь не менее пяти неповрежденных ниток резьбы с подмоткой на резьбу ленты ФУМ (фторлинового уплотнительного материала).

Для ответвлений и соединений проводов и кабелей, для протягивания проводов в стальных трубах должны применяться взрывозащищенные коробки серии КВП (пластмассовые) или В (чугунные, например: КПП – проходная прямая; КТО – тройниковая ответвительная; КПЛ – проходная разделительная для локальных испытаний и др.).

2.4. Профилактика пожаров на вводах электрических сетей в здания и сооружения

Вводом от воздушной линии электропередачи называется электропроводка, соединяющая ответвление от воздушной линии электропередачи с внутренней электропроводкой считая от изоляторов, установленных на наружной поверхности (стене, крыше) здания или сооружения, до зажимов вводного устройства. В качестве вводного устройства чаще используется щиток, на котором устанавливаются аппараты защиты (плавкие предохранители, автоматические выключатели), счетчики электроэнергии (для жилых домов) и коммутационные аппараты (рубильники, выключатели и т.п.).

Основными причинами возникновения пожаров от тепловых действий электрического тока на вводах и вводных устройствах зданий и сооружений являются нарушения нормативных требований [1].

Пожарная безопасность ответвлений регламентируется: допустимыми расстояниями горизонтального 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 зависимости от материала токопроводящей жилы; защитой ответвления (для наиболее ответственных объектов) от грозовых перенапряжений.

Правила разрешают применять на ответвлениях к вводам как изолированные, так и неизолированные (голые) провода; в районах с одноэтажной застройкой ответвления выполняются проводами с атмосферной изоляцией. Допустимые по механической прочности сечения проводов приведены в табл. 2.3.

Наиболее типичным нарушением правил является использование для отпаек обычных установочных проводов типа АПВ или АПР сечением 4-6 мм², что значительно ниже требуемой величины (16 мм²). Наиболее пожароопасными узлами ответвлений являются места их соединений с вводами, поскольку они, как правило, выполняются обычной скруткой, которая в процессе эксплуатации быстро ослабевает, растет переходное сопротивление соединения и наступает перегрев.

В свою очередь, перегрев вызывает ускоренный рост окисной пленки (особенно это заметно при использовании алюминиевых проводов), которая еще больше увеличивает переходное сопротивление и перегрев соединения скруткой. Все это может вызвать в скрутке искрение, которое может привести к значительному нагреву проводов и воспламенению изоляции.

Особую пожарную опасность представляет скрутка проводов, выполненная из проводов с разнородным металлом, в которых окисление поверхности токопроводящих жил существенно убыстряется под действием электрохимических явлений. Поэтому для предотвращения загораний и пожаров, вызванных некачественным соединением проводов, эти соединения должны выполняться с помощью специальных зажимов или сварки. Однопроволочные провода допускается соединять скруткой, но обязательно с последующей пайкой места соединения.

Соединение проводов из различных металлов и разных сечений выполняется только на опорах при помощи специальных переходных зажимов (например, типов: ЩДК-2В, ЩДК-2Б, ЩДК-2А, ОАС-1, ОАС-2 и др.). Зажимы типа ОАС являются прогрессивной конструкцией, обеспечивают хороший электрический контакт между стальными и алюминиевыми проводами, высокую механическую прочность и герметичность соединения.

Таблица 2.3