Архив / 1997 / №3(13) / 

Проблемы применения устройств защитного отключения (УЗО). Требования пожарной безопасности и методы испытаний (Продолжение. Начало в № 10-12)

В настоящем разделе, написанном совместно с ведущим научным сотрудником Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны кандидатом технических наук Смирновым В. В., проблемы применения УЗО рассмотрены в аспекте обеспечения пожарной безопасности электроустановок. В разделе даны определения показателей пожарной опасности электроизоляционных материалов и рассмотрены методы их испытаний.

Анализ статистики пожаров за последние десятилетия свидетельствует о постоянном росте пожаров в России. Одновременно увеличиваются экономические потери от них, растет количество жертв.

Доля пожаров, обусловленных электротехническими причинами, составляет свыше 20 %, количество пожаров, возникших по указанным причинам за последние пять лет возросло на 17%. За девять месяцев 1996 г. только в жилом секторе зарегистрировано 17218 пожаров по причине воспламенения кабелей и проводов. Постоянно возрастает число пожаров от телевизоров, холодильников, электронагревательных и других бытовых электрических приборов.

Несмотря на огромное число пожаров в России (около 330 тысяч ежегодно), многомиллиардные потери и рост погибших при пожарах, важность осуществления эффективной борьбы с пожарами пока не осознается многими руководителями ведомств. До сих пор в России отсутствует в полном объеме нормативно-техническая база, обеспечивающая использование высокоэффективных защитных устройств – УЗО, которые являются единственными устройствами, обеспечивающими не только защиту человека от поражения электрическим током, но и предотвращающими пожары в электроустановках. В большинстве случаев воспламенение оболочки и изоляции провода происходит при корот-ком замыкании токоведущих жил. УЗО, реагируя на утечку тока на землю, заблаговременно до развития утечки в короткое замыкание, отключают электро-приемник от источника питания.

В целях решения задачи снижения количества пожаров в России была принята Федеральная целевая программа «Пожарная безопасность и социальная защита», в которой в разделе 4.1 «Снижение пожар-ной опасности зданий, сооружений и готовой продукции» с учетом важности рассматриваемой проблемы, предусмотрено задание по освоению и сопровождению производства, монтажа и эксплуатации в электросетях жилых и общественных зданий устройств защитного отключения.

Очевидно, что острота проблемы, связанная с пожарами в жилом секторе (их доля составляет около 80% от общего количества), может быть значительно снижена за счет массового внедрения УЗО. Однако более 10 лет вопрос о серийном производстве высококачественных, отвечающих мировым стандартам устройств не решается.
Для решения аналогичной проблемы в странах Западной Европы в шестидесятые годы было развернуто производство и массовое внедрение УЗО. Анализ статистических данных ряда стран Европы за несколько последних десятилетий по учету пожаров, возникших по электро-техническим причинам, показывает, что несмотря на многократное увеличение количества бытовых электроприборов, а следовательно и возникающих в них неисправностей, количество пожаров резко снизилось.

Ввод в действие с 1995 г. группы стандартов России на электроустановки зданий, гармонизированных со стандартами МЭК, подготовил основание для обязательной установки УЗО в электроустановках жилых и общественных зданий.

В этой связи представляется целесообразным на основе анализа опыта эксплуатации электроустановок, оснащенных в настоящее время УЗО, провести исследование эффективности их действия в плане повышения пожарной безопасности, а также оценить достаточность требований, касающихся применения УЗО, заложенных в нормативно-технические документы. По результатам такого исследования должны быть подготовлены предложения по дополнению и изменению требований, касающихся технических параметров УЗО, их монтажа и эксплуатации.

Существующая в стране система разработки нормативно-технических документов как правило, предусматривает большое количество организаций-разработчиков, при этом координация их работы над документами недостаточно эффективна. В результате в технические условия вводится неоправдано большое количество различных требований на изделия и методов их испытаний. При этом закладываемые в технические условия требования по пожарной безопасности, как правило, не отражают необходимый уровень оценки пожарной опасности изделия.

Опыт работы по изучению пожаров от электротехнических изделий показывает, что в подавляющем большинстве случаев причинами высокой пожарной опасности изделий являются несовершенство требований пожарной безопасности и низкое качество применяемых материалов и комплектующих.

Что же касается международных нормативных документов – прежде всего стандартов международной электротехнической комиссии – МЭК, то необходимо отметить, что ранее Публикации МЭК служили для специалистов ориентиром, помогали определить направле-ние работы. Однако специалисты, используя материалы МЭК, всегда помнили о важном указании, приводимом в преамбуле к каждому стандарту МЭК – а именно, что они не могут заменить действующие в каждой стране национальные государственные стандарты и другие обязательные к соблюдению нормативные материалы.

В наши дни, при прямом внедрении в России Публикаций МЭК в качестве государственных стандартов эти ограничения сняты. Эффект, достигнутый таким решением, еще предстоит оценить специалистам, хотя очевидно, что в каждой стране есть свои традиции и особенности технических решений и разные возможности обеспечения пожарной безопасности изделий, которые обязательно должны быть учтены при состав-лении нормативных документов.

Отличия и особенности отечественных отраслей промышленности, выпускающих электро-технические изделия, по сравнению с аналогичными отраслями ведущих западных стран, заключаются прежде всего в ограничении выбора конструкционных и изоляционных материалов, низком качестве комплектующих элементов и изделий электронной техники. Тогда как ведущие зарубежные фирмы всегда располагали значительным количеством разнообразных видов пластмасс, для изготовления электротехнических изделий, в нашей стране до недавнего времени использовалось не более 10-15 видов. Не лучше обстоят дела и с проводниковыми материалами – например, комплектующие элементы, особенно подвижные, вместо серебросодержащей металлокерамики чаще всего выполняются из латуни и меди.

В условиях, когда конструкционные материалы изделий не соответствуют международным требованиям, а выпуск продукции, вследствие недостаточного насыщения нашего рынка отечественными приборами, не может быть остановлен, предлагается альтернативный путь обеспечения пожарной безопасности электротехнических изделий, сформулированный в ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования». Стандартом определяются принципы оценки вероятности возникновения загорания в (от) изделии (я) в характерных пожароопасных режимах (хотя бы на стадии подготовки выпуска изделия). Следующим этапом должна быть разработка рекомендаций по доведению уровня пожарной безопасности изделий до допустимого значения путем повышения надежности схемных решений, более рационального выбора материалов и комплектующих и использования защитных устройств.

В основном, как уже отмечалось, высокая степень пожарной опасности изделий связана с несовершенством противопожарных требований действующих нормативно-технических документов.

Международная электротехническая комиссия в 1983 году выпустила стандарт МЭК 755-83 на УЗО, а в 1995 г. в качестве национального стандарта России принят ГОСТ Р 50807-95 «Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током», являющийся, по существу, переводом вышеуказанного стандарта МЭК. В настоящее время этот стандарт является основным нормативным документом, по которому должны проводиться сертификационные испытания УЗО. Говоря о несовершенстве противопожарных требований, как одной из основных причин пожарной опасности изделий, хотелось бы на примере упомянутого выше стандарта показать конкретные его недостатки.

В стандарте не учтены реальные отклонения от номинального напряжения электрической сети (в том числе и в аварийных режимах).

Соответствие функциональных характеристик УЗО изложенным в стандарте требованиям проверяется только при условии нормальной эксплуатации устройства, что вносит элемент неопределенности в достаточность этих испытаний.

Отсутствие требований к электроизоляционным и конструкционным пластическим материалам привело к необходимости испытывать эти материалы на соответствие требованиям изложенным, в других стандартах, – например, в ГОСТ Р МЭК 335-1-94 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний», область применения которого ограничена бытовыми электрическими приборами.

Значительные номинальные токи УЗО накладывают более жесткие требования на материалы. Так, при испытании «нагретой проволокой» температура проволочной петли по ГОСТ Р МЭК 335-1-94 равна 850 oС, в то время как Публикация МЭК 1008-91 «Управляемые дифференциальным током автоматические выключатели без встроенной защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Основные нормы» предусматривает аналогичное испытание, но проволочной петлей с температурой 960 оС. Кроме того, по причине использования в электрических сетях России кабелей и проводов с алюминиевыми жилами, требуется также проведение испытаний изоляционного материала, применяемого в конструкции контактного зажима, на стойкость к воз-действию тепловой энергии, выделяемой в переходном сопротивлении контактных соединений.

Для оценки пожарной опасности разрабатываемых УЗО авторы считают необходимым учитывать требования следующих стандартов:

-ГОСТ 27473-87 (МЭК 112-79) «Материалы электроизоляционные твердые. Метод определения сравнительного и контрольного индексов трекингостойкости во влажной среде»
-ГОСТ 27483-87 (МЭК 695-2-1-80) «Испытания на пожароопасность. Методы испытания нагретой проволокой»
-ГОСТ& 27924-88 (МЭК 695-2-3-84) «Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания на плохой контакт при помощи накальных элементов»
-ГОСТ 28779-90 (МЭК 707-81) «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения воспламеняемости под воз-действием источника зажигания»
-ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».
-Публикация МЭК 1008-90 «Управляемые дифференциальным током автоматические выключатели без встроенной защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Основные нормы»
-Публикация МЭК 1009-91 «Управляемые дифференциальным током автоматические выключатели со встроенной защитой от сверхтоков бытового и аналогичного назначения (АВДТ)».

Основными требованиями пожарной безопасности, предъявляемыми к электроизоляционным и конструкционным материалам, используемым в УЗО, следует считать:

- теплостойкость к воздействию давлением шарика;
- стойкость к воспламенению нагретой проволокой;
- стойкость к воздействию тепловой энергии, выделяемой в переходном сопротивлении контактных соединений.
- трекингостойкость;
- стойкость к воспламенению пламенем горелки.

Показатели пожарной опасности определяются путем испытания стандартных образцов электроизоляционных материалов или образцов в составе деталей, комплектующих УЗО.

Рассмотрим кратко основные методы испытаний.

Метод испытания давлением шарика (теплостойкость)

Неметаллические и изоляционные материалы проверяют, подвергая образцы соответствующих частей УЗО воздействию давлением шарика с помощью специального устройства.

Перед началом проведения испытаний образец выдерживают в течение 24 ч. в атмосфере с температурой от 15 Со до 35 Со и относительной влажностью от 45 до 75%.

Образец размещают в термокамере на подставке таким образом, чтобы его верхняя поверхность была расположена горизонтально, и давят на эту поверхность с силой 20 Н посредством стального шарика, диаметром 5 мм. Толщина образца должна быть не менее 2,5 мм; при необходимости образцы накладывают друг на друга до достижения требуемой толщины.

Испытания проводят в термокамере, в которой поддерживают температуру:

(75 ± 5) оС - для наружных частей УЗО;
(125±2) оС - для частей УЗО, удерживающих токоведущие части, а также используемых в качестве дополнительной или усиленной изоляции.

Перед началом испытания испытательное устройство доводят до указанной выше температуры.

Через один час устройство удаляют, а образец охлаждают до температуры помещения путем погружения его на 10 сек. в воду, имеющую температуру, не превышающую значение температуры окружающей среды. Измеряют диаметр отпечатка шарика. Диаметр отпечатка не должен превышать 2 мм.

 

Метод испытания на стойкость к зажиганию нагретой проволокой

Испытания изделий нагретой проволокой позволяют моделировать тепловые нагрузки, причиной которых могут стать такие источники тепла или зажигания, как элементы накаливания, перегруженные резисторы или контактные соединения.

Испытания позволяют установить, что:

проволока, нагретая до определенной температуры, не вызывает воспламенения образца;
горючие элементы образца, которые могут быть воспламенены нагретой проволокой, имеют ограниченную продолжительность горения.

Температура проволочной петли должна составлять:

(650 ± 10) оС - для частей изделия из изоляционных и конструкционных материалов;
(960 ± 10) оС - для частей изделия из изоляционных и конструкционных материалов, удерживающих токоведущие части.

Образец считают выдержавшим испытание, если:

- отсутствует открытое пламя;
- горение и свечение образца прекращается в течение 30 сек после устранения источника зажигания.

Испытания на стойкость к плохому контакту.

Методика испытаний определена в ГОСТ 27924-88 (МЭК 695-2-3-84).

При определенных условиях электрические контактные соединения можно рассматривать как источник теплоты. Описанный в стандарте метод позволяет моделировать такие электрические соединения.

В ходе проведения испытаний оценивают пожарную опасность соединения с учетом конструкции и значения тока, проходящего через него в нормальных условиях эксплуатации.

Образец считают выдержавшим испытание, если:

- отсутствует открытое пламя и свечение образца;
- пламя затухает в течение 30 сек. после воспламенения.

Метод определения трекингостойкости твердых электро-изоляционных материалов.

Методика испытаний определена в ГОСТ 27473-87 (МЭК 112-79).

Предложенный метод испытания позволяет определить относительное сопротивление твердых электроизоляционных материалов образованию токопроводящих мостиков при напряжении 250 В для 2-полюсных УЗО и 400 В – для 4-полюсных УЗО.

Поверхность между испытательными электродами смачивают каплями испытательного раствора через интервал времени (30 ± 5) сек.

При заданном значении напряжения проводят испытание до тех пор, пока не будет нанесено 50 капель раствора или пока не произойдет замыкания между электродами.

Образцы должны выдерживать воздействие 50-ти капель без замыкания между электродами.

Метод определения стойкости к воспламенению пламенем горелки (метод  FV)

Методика испытаний определена в ГОСТ 28779-90 (МЭК 707-81).

Метод предназначен для  оценки материалов на воспламеняемость, т.е. способность материала гореть с образованием пламени.

Испытание при вертикально  расположенном образце позволяет более точно определить ограниченное распространение горения вследствие угасания пламени.

Свойства образцов при испытаниях оценивают в зависимости от:

- времени горения;
- времени тления;
- появления расплавленных капель или горящих частиц.

Материал считают выдержавшим испытание, если:

- для  наружных частей из неметаллических материалов,  для частей изделия, удерживающих токоведущие части и поддерживающие соединения  в определенном положении, материал соответствует классу FV0, а для других частей из неметаллических материалов – классу FV1.

Применение ряда стандартизованных источников зажигания с фиксированной мощностью тепловыделения, но различных по своей природе, позволяет моделировать реальные условия эксплуатации изделий.

К параметрам и конструкции устройств защитного отключения в силу чрезвычайно ответственного назначения последних, а именно – защиты жизни и имущества граждан, предъявляются крайне  жесткие требования, что очевидно из вышеизложенного материала. Требования пожарной безопасности и методы испытаний, описанные в данной статье, включены в подготовленные в настоящее время к изданию Нормы государственной противопожарной службы МВД России (НПБ) «Устройства защитного отключения. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний». Следует отметить, что предварительный анализ выпускаемых отечественной промышленностью УЗО показывает, что только АСТРО*УЗО производства ОАО «Технопарк-Центр» в полной мере отвечает указанным нормам.

Николай Душкин, Владимир Монаков