Спецвыпуск RusCable Insider #344
Эталон испытаний. Почему испытательный центр ВНИИКП считается контрольной точкой проверки качества
Авторы:
М.К. Каменский, канд. техн. наук, зав. лабораторией ОАО "ВНИИКП";
И.Б. Пешков, д-р техн. наук, проф., председатель Совета директоров ОАО "ВНИИКП"
По оценке специалистов службы пожарной безопасности России электрические кабели и провода по основным составляющим пожарной опасности, таких как количество пожаров, размер материального ущерба и число погибших занимают первое место в ранге пожарной опасности среди электротехнических изделий (табл. 1). Поэтому требования по показателям пожарной безопасности к кабельной продукции становятся все более жесткими.
Если до середины 80-х годов прошлого столетия основным требованием пожарной безопасности было нераспространение горения одиночным образцом кабеля при испытании по стандарту МЭК 332-1 (ГОСТ 12176-76), то в настоящее время Федеральными нормами пожарной безопасности НПБ 248-97 предъявляется широкий комплекс требований. К числу этих требований относятся, в частности, нераспространение горения кабелей, проложенных пучком; нормирование дымообразования и выделения хлористого водорода при горении и тлении; коррозионная активность и токсичность продуктов горения. Для отдельных категорий кабелей, которые должны функционировать в условиях пожара, базовым требованием является огнестойкость. Следует отметить, что практически все требования по пожарной безопасности кабелей в настоящее время в нормативной базе РФ основаны на нормах стандартов МЭК, за исключением требований по токсичности.
Практика показала, что использование на электростанциях и других энерговооруженных предприятиях (металлургических заводах, автозаводах, метро) кабелей общепромышленного назначения, которые удовлетворяют только требованиям по нераспространению горения для одиночного кабеля, было сопряжено со значительным числом ежегодных пожаров, приводящих к большому ущербу. Поэтому в 1984-1986 годах в Советском Союзе ВНИИ кабельной промышленности были разработаны кабельные изделия массового применения, которые не распространяют горение при групповой прокладке в кабельных сооружениях. Первоначально такие кабели и провода применялись на атомных электростанциях, однако затем эти кабельные изделия, удовлетворяющие требованиям стандарта МЭК 332-3, были использованы и в других областях техники. В обозначения марок кабелей такого типа введен индекс "НГ".
Таблица 1. Ранг пожарной опасности электротехнических изделий
Изделие |
Ранг (место) по числу пожаров |
Ранг (место) по размеру ущерба |
Ранг (место) по числу погибших |
Сумма рангов (мест) |
Коэффициент значимости пожарной опасности |
Ранг пожарной опасности изделия |
Автовыключатель |
12 |
12 |
13 |
37 |
0,11 |
11 |
Трансформатор |
9 |
8 |
8 |
25 |
0,16 |
8 |
Холодильник |
7 |
6 |
9 |
22 |
0,18 |
7 |
Вводный щит |
4 |
3 |
5 |
12 |
0,33 |
4 |
Выключатель |
5 |
5 |
6 |
16 |
0,25 |
5 |
Кабель, провод |
1 |
1 |
2 |
4 |
1,02 |
1 |
Кондиционер |
15 |
16 |
16 |
47 |
0,085 |
14 |
Магнитофон, приемник |
10 |
11 |
10 |
31 |
0,13 |
9 |
Электроплитка |
6 |
9 |
3 |
18 |
0,22 |
6 |
Телевизор |
3 |
4 |
4 |
11 |
0,36 |
3 |
Электрокамин |
2 |
2 |
1 |
5 |
0,8 |
2 |
Электродвигатель |
11 |
13 |
12 |
36 |
0,11 |
10 |
Электросветильник |
8 |
10 |
7 |
25 |
0,16 |
8 |
Электроутюг |
14 |
14 |
14 |
42 |
0,095 |
12 |
Электробытовая машина |
13 |
7 |
11 |
31 |
0,13 |
9 |
ЭВМ |
16 |
15 |
15 |
46 |
0,087 |
13 |
Основные пути снижения горючести кабельного изделия, которые используются при конструировании, показаны на рис. 1. Выбор материалов пониженной горючести при конструировании кабелей, не распространяющих горение, является основным техническим приемом, однако с учетом областей применения кабелей и уровня требований по пожарной безопасности все шире используется введение дополнительных элементов конструкции. Особенно это характерно для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена или других горючих изоляционных материалов.
Рис. 1. Основные пути снижения горючести кабельного изделия
В качестве критерия соответствия кабелей требованиям по нераспространению горения по стандарту МЭК 332-3 (категория А, F/R и A,F) принято значение эквивалентного кислородного индекса КИэкв, которое было экспериментально определено для кабелей с изоляцией и оболочкой из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката или других галогеносодержащих полимерных материалов. Как видно из данных, приведенных на рис. 2, значение КИэкв должно быть не менее 29. Это значение в большинстве случаев достижимо при использовании в качестве оболочки ПВХ композиции с кислородным индексом 32 и более.
Рис. 2. Результаты испытаний кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката с различными значениями КИэкв на нераспространение горения
Значение эквивалентного кислородного индекса для кабелей определяется как
где:
vi - объем i-го материала в кабеле, л/м;
n - число полимерных материалов в конструкции кабеля;
КИi - кислородный индекс i-го материала.
Рассчитанные значения КИэкв и сам критерий КИэкв характерны для кабелей с оболочкой из ПВХ-пластиката с высокими значениями выделения хлористого водорода при горении (24%). При использовании безгалогенных полимерных композиций и ПВХ-пластикатов с низким выделением хлористого водорода при горении этот критерий является недостаточным. Здесь должна использоваться совокупность других параметров, характеризующих горючесть материалов.
Кабели исполнения "НГ" изготавливались в СССР и СНГ в течение 18 лет, их объем производства в конце 80-х годов достигал 30 тыс. км/год. Для производства кабелей этого типа ежегодно использовалось около 7 тыс. т ПВХ-пластиката. Производство таких кабелей хотя и в значительно меньших объемах продолжается до сих пор, однако на смену этим кабелям быстро приходят современные типы кабелей, не распространяющих горение.
В конце 90-х годов в связи с широким использованием в СНГ микропроцессорной техники, компьютеризацией технических процессов и офисных помещений возникла проблема снижения коррозионной активности продуктов дымо-газовыделения при горении кабелей. Выделение большого количества дыма при горении кабелей с поливинилхлоридной или резиновой изоляцией стало препятствием для использования средств пожаротушения. Поэтому наряду с созданием специальных полимерных композиций, не содержащих галогенов, была поставлена задача максимально улучшить ПВХ-композиции с целью обеспечения снижения дымообразования и выделения хлористого водорода при горении.
Фирмой "Проминвест Пластик" (Украина) и ВНИИ кабельной промышленности были разработаны три типа композиций пониженной пожарной опасности для изоляции, заполнения и оболочки для новой серии кабелей, не распространяющих горение с пониженным дымо- и газовыделением. По основным показателям эти материалы соответствуют стандартным пластикатам, рекомендованным МЭК 60502-1, но при этом имеют лучшие показатели морозостойкости, что имеет принципиальное значение для условий применения кабельной продукции в России. Эти композиции по сравнению с традиционно используемыми аналогичными материалами имеют более высокие значения кислородного индекса; пониженные параметры дымообразования при низких значениях массовой доли хлористого водорода, выделяющегося при горении; меньшую удельную теплоту сгорания. В обозначениях кабельной продукции с применением новых композиций пониженной пожарной опасности используется индекс "НГ-LS" (LS-low smoke).
Для кабелей, предназначенных для эксплуатации в сооружениях с закрытым объемом, например, кабельные коммуникации в метро, в жилых и общественных зданиях, нормирован показатель токсичности продуктов горения по ГОСТ 12.1.044. При горении ПВХ-композиций выделяются такие токсичные вещества, как CO, CO2, HCl, альдегиды, фенолы. Установлено, что эти композиции, применяемые для кабелей типа "НГ-LS", относятся по показателю "токсичность продуктов горения" к группе малоопасных веществ, что позволило согласовать с надзорными органами применение этих кабелей в московском метрополитене.
Благодаря низкой дымообразующей способности новых ПВХ композиций изоляции и оболочки кабелей "НГ-LS" указанные кабели удовлетворяют стандартам МЭК 61034-2 по оптической плотности дыма при испытании в режимах горения и тления. На рис. 4 показано изменение интенсивности светового потока при испытаниях кабелей типа "НГ-LS" в камере объемом 27 м3. Испытания проводились в сравнении с ранее широко используемыми кабелями типа "НГ", а также кабелями типа "НГ-НF" с использованием композиций, не содержащих галогенов (НГ-halogen free). Из рис. 4 видно, что кабели типа "НГ-LS" по показателю "оптическая плотность дыма" значительно превосходят кабели типа "НГ", соответствуя современным требованиям, хотя и уступают кабелям типа "НГ-HF". Широко применяемые до сих пор кабели типа "НГ" относятся к так называемым "высокодымным" кабелям и стандарту МЭК 61034-2 не соответствуют. Кабели типа "НГ-LS" включают в себя силовые кабели на напряжение до 6 кВ включительно, контрольные кабели, кабели управления и малогабаритные и все шире используются потребителями. Номенклатура таких кабельных изделий непрерывно расширяется.
Использование не распространяющих горения кабелей исполнения "НГ-LS" позволяет значительно снизить риск пожара в кабельных сооружениях, о чем свидетельствуют результаты огневых испытаний кабельных потоков проложенных в кабельном туннеле, представленных на рис. 3. Из приведенных графиков видно, что область 2, в которой пожарная нагрузка является критичной и при которой происходит распространение горения, для кабелей исполнения "НГ-LS" весьма незначительна. Это свительствует о том, что при прокладке таких кабелей в большинстве случаев применение дополнительных мер по огнезащите не требуется.
Рис. 3. Зависимость распространения горения от пожарной нагрузки в кабельном сооружении
Рис. 4. Изменение интенсивности светового потока при испытании кабелей различных типов на оптическую плотность дыма при горении
Для ряда отраслей техники требуются кабели и провода, не выделяющие при пожаре хлористый водород. В первую очередь это относится к атомным электростанциям, где пожар на одном блоке может привести к выходу всей аппаратуры управления на соседних блоках в результате воздействия выделяющихся коррозионно-активных газов. В настоящее время ОАО "ВНИИКП" совместно с кабельными заводами создана серия силовых, контрольных и специальных типов кабелей, предназначенных для эксплуатации в гермозоне атомных электростанций.
Отличительной особенностью кабелей безгалогенных является то, что полимерные материалы для изоляции, оболочки и других элементов конструкции при горении выделяют галогеносодержащие газы в пересчете на НСl в количестве не более чем 5 мr/г. При этом для них установлены показатели коррозионной активности продуктов дымо-, газовыделения по стандарту МЭК 60754, часть 2, которые приведены в таблице 2.
Таблица 2. Показатели коррозионной активности продуктов горения безгалогенных материалов
Наименование показателя |
Нормированные значения |
Метод испытания |
Выделение галогеносодержащих газов в пересчете на HCl % |
≤ 0,5 |
МЭК 60754, часть 1 |
Проводимость водного раствора с адсорбированными газами, мS/мм |
≤ 10 |
МЭК 60754, часть 2 |
Кислотное число рН |
≥ 4,3 |
МЭК 60754, часть 2 |
Фактически измеренные значения проводимости водного раствора с адсорбированными газообразными продуктами горения для материалов изоляции и оболочки кабелей российского производства составляют 4,5 - 8,5 μS/мм, а ρН - 5,0-6,2.
Основные типы не содержащих галогенов, освоенные в производстве на российских кабельных заводах и уровень достигнутых показателей по нераспространению горения представлены в таблице 3.
Таблица 3. Основные типы не распространяющих горение и огнестойких отечественных кабелей, не содержащих галогенов
Наименование кабеля |
Обозначение марок кабеля |
Нормированные характеристики нераспространения горения и огнестойкости |
Кабели силовые на напряжение до 0,6/1 кВ (ТУ 16.К71-304-2001) |
ППГнг-НF ПБПнг-НF ПвПГнг-НF ПвБПнг-НF |
МЭК 60332-3-22, категория А F |
МЭК 60332-3-22, категория А F для кабелей сечением жил до 35 мм2 МЭК 60332-3-23, категория В - для кабелей с сечением жил больше 35 мм2 |
||
Кабели контрольные (ТУ 16.К71-304-2001) |
КППГнг-НF КППГЭнг-НF |
МЭК 60332-3-22, категория А F |
Кабели контрольные термо-радиоционностойкие (ТУ 16.К71-320-2002) |
КпоПЭнг-НF КПоЭПЭнг-НF КПоПЭнг-FRHF КПоЭПЭнг-FRHF |
МЭК 60332-3-22, категория А F |
МЭК 60332-3-22, категория А F МЭК 60331-23, 90 мин. |
||
Кабели измерительные терморадиоционностойкие (ТУ 16.К71-2001) |
КПЭТИнг-FRHF |
МЭК 60332-3-23, категория В МЭК 60331-23, 30 мин. |
В таблице 3 огнестойкие кабели, эксплуатация которых продолжается в условиях пожара, имеют индекс FRHF (FRHF - flame retordans halogen free).
В таблице 4 приведено сравнение некоторых характеристик не распространяющих горение кабелей типов "НГ-LS" и "НГ-НF".
Таблица 4. Сравнение характеристик кабелей типов "НГ-LS" и "НГ-HF"
Наименование характеристик кабеля |
Значения характеристик |
|
типы исполнения кабелей |
||
"НГ-LS" |
"НГ-НF" |
|
1. Нераспространяющие горения при прокладке пучком по МЭК 60332-3, МЭК 60332-3 |
категории А F/R A F |
категории A F B |
2. Оптическая плотность дыма при испытании по МЭК 61034-1. Сохранение светопропускания, % |
68-75 |
80-90 |
3. Коррозионная активность газообразных продуктов горения: - выделение HCl, % - проводимость водного р-ра, мS/мм - кислотное число рН |
≤15 - 3,2-3,5 |
≤0,5 4,5-8,5 5,0-6,2 |
4. Токсичность по ГОСТ 12.1.044, HCl50 |
(130-169)/МО |
51/УО |
Из приведенных данных видно, что нераспространение у кабелей "НГ-LS" достигается по самым высоким нормативам стандарт (МЭК 60332-3, категория А F/R), в то время как у основной группы безгалогенных кабелей малых сечений гарантированы нормы по стандарту МЭК 60332-3, категория А F, а для кабелей больших сечений (50 мм2 и выше) - только категория В.
Показатели коррозионной активности по стандарту МЭК 60754-2 гарантированы только для кабелей, не содержащих галогенов.
Показатели дымовыделения хотя у обоих типов кабелей соответствуют стандарту МЭК 61034, ч. 2, однако у кабелей типа "НГ-НF" уровень гарантированных показателей выше.
В настоящее время силовые и контрольные кабели исполнения "НГ-LS" примерно в 2 раза дороже кабелей общепромышленного исполнения, а кабели исполнения "НГ-НF" - в 3,5 - 4 раза, хотя по мере увеличения объемов потребления кабельной продукции эта разница в цене по сравнению с кабелями общепромышленного применения будет сохраняться.
Таблица 5. Области применения кабелей нового поколения с улучшенными показателями пожарной безопасности
Кабели исполнения "НГ-LS" |
Кабели исполнения "HГ-HF" |
Огнестойкие кабели "HГ-FRHF" |
нормированные в НТД на кабели и в ведомственных нормах |
||
1. Системы АЭС нормальной эксплуатации и важных для безопасности, расположенные вне гермозоны.
2. Метрополитены. 3. Электропроводки в жилых и общественных зданиях. |
1. Системы АЭС внутри гермозоны. |
1. Системы безопасности АЭС. |
требуется разработка федеральных норм и правил |
||
1.Электроустановки общественных культурных и спортивных сооружений.
2. Электроустановки в детских садах, школах. |
1. Цепи систем пожарной сигнализации.
2. Цепи питания пожарных насосов. 3. Цепи аварийного освещения. 4. Цепи питания установок дымоудаления. 5. Цепи внутренней радиосети. 6. Цепи питания пассажирских и пожарных лифтов. 7. Цепи питания вентиляторов запасных выходов. 8. Цепи питания электроустановок в больницах, операционных, отделениях. |
С учетом достигнутого уровня показателей пожарной опасности и эксплуатационных свойств кабелей нового поколения в России нормированы некоторые области их применения. В таблице 5 показано, что кабели исполнения "НГ-LS" уже имеют более широкие области применения, чем кабели типа "НГ-НF" и кабели огнестойкого исполнения на основе безгалогенных материалов и термических барьеров из слюдосодержащих лент. При этом пока все нормы носят ведомственный характер.
Дальнейшее развитие производства всех типов кабелей с улучшенными показателями пожарной опасности сдерживается неразвитостью нормативной базы по применению кабелей. Отсутствие федеральных норм, определяющих применимость как не содержащих галогенов, так и огнестойкость препятствует созданию отечественных безгалогенных кабельных композиций и кабелей широкого использования на их основе.
Из табл. 5 очевидно также, что требуется разработка федеральных норм и правил по применению кабелей, не содержащих галогенов и огнестойких в областях, ограниченных пунктиром. Применение указанных кабелей в этих областях в европейских странах определено как национальными нормами, так и гармонизированными документами комитета по стандартизации в области электротехники и директивами Европарламента.
Таким образом, можно констатировать следующее:
освоено отечественное промышленное производство кабелей серии "HГ-LS" с улучшенными показателями пожарной безопасности на базе ПВХ-композиций с пониженным дымо- и газовыделением;
согласованы области применения кабелей для объектов атомной энергетики, метрополитенов, жилых и общественных зданий;
для систем атомных электростанций, расположенных в гермозоне, освоено производство кабелей на основе полимерных композиций, не содержащих галогенов;
на основе кабелей, не содержащих галогенов, созданы огнестойкие кабели, для систем безопасности АЭС; в качестве термического барьера в огнестойких кабелях используется слюдосодержащая лента;
дальнейшее развитие производства кабелей, не содержащих галогенов, и кабелей огнестойкого исполнения сдерживается отсутствием в России федеральных норм и правил по применению кабелей этих типов.
|
|||||||||