Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

ГОСТ 31565-2012. Пожаробезопасность кабелей. Необходима коренная переработка.

Проблема пожаробезопасности кабельных изделий всегда была одной из основных проблем, стоящей перед разработчиками материалов и соответствующих кабельных изделий. Современное состояние пожаробезопасности (пожароопасности) кабельных изделий наглядным образом можно рассматривать, используя данные, приведенные в ГОСТ 31565-2012: «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности», таблица 2, типы исполнения кабельного изделия и преимущественной области применения»(1).

Таблица 1

№№
п/п
Тип исполнения кабельного изделия Преимущественная область применения
1 Без исполнения Для одиночной прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях. Групповая прокладка разрешается только в наружных электроустановках и производственных помещениях, где возможно лишь периодическое присутствие  обслуживающего персонала, при этом необходимо применять пассивную защиту
2 Кабели с индексом нг Для прокладки, с учётом объёма горючей нагрузки кабелей, в открытых кабельных сооружениях (эстакадах, галереях) наружных установок   
3 Кабели с индексом нг-LS Для прокладки, с учётом объёма горючей нагрузки кабелей , во внутренних электроустановках, а также в зданиях, сооружениях и закрытых кабельных сооружениях 
4 Кабели с индексом нг-HF Для прокладки, с учётом объёма горючей нагрузки кабелей, во внутренних электроустановках, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах
5 Кабели с индексом нг-LSLTx Для прокладки, с учётом объёма горючей нагрузки кабелей, в здания[ детских дошкольных и образовательных учреждений, специализированных домах престарелых и инвалидов, больницах, в спальных корпусах образовательных учреждений интернатного типа и детских учреждений
6 Кабели с индексом нг-HF

 Примечание. В таблицу не включены кабели огнестойкие во избежание дублирования рассматриваемых характеристик пожаробезопасности.

В настоящей работе рассмотрены недостатки и преимущества представленных в ГОСТ 31565-2012   кабельных изделий в зависимости от категорий пожаробезопасности. Практически является аксиомой, что все характеристики пожаробезопасности кабельных изделий напрямую связаны с характеристиками пожаробезопасности используемых полимерных композиций в качестве изоляции и оболочек.

Степень пожаробезопасности ПВХ пластикатов и кабелей с их использованием можно условно представить в виде ступеней,  показывающих степень повышения уровня пожаробезопасности.

Указанная последовательность повышения пожаробезопасности представлена на рис. 1. 

Рис.1.Ступени пожарной безопасности ПВХ пластикатов и кабельных изделий

 

Самую низшую ступеньку занимают ПВХ пластикаты и кабели общепромышленного назначения (ОПН). ПВХ пластикаты общепромышленного назначения в основном представлены марками И40-13А для изоляции и ОМ-40  для наружных оболочек. Они имеют относительно низкий кислородный индекс - в пределах 23-25%,  а в условиях горения и тления выделяют большое количество дыма и хлористого водорода. Кабели ОПН испытываются на нераспространение горения по методике МЭК 332-1 (испытание одиночного кабеля). Как будет показано далее эту категорию ПВХ пластикатов и соответствующих кабелей следует отнести к категории пожароопасных.

Следующая ступенька,  названная зоной «С», будет охарактеризована несколько позже.

Более высокую ступеньку занимают ПВХ пластикаты марок НГП 30-32 и 40-32, обеспечивающие кабелям способность к нераспространению горения при испытании в пучках по МЭК 332-3 по категориям В и А. Однако ПВХ пластикаты и, соответственно, кабели в условиях пожара, как указано ранее, выделяют большое количество дыма и хлористого водорода.

Ещё более значимое положение занимают ПВХ пластикаты пониженной пожароопасности типа ППИ  (для изоляции), типа ППВ  (для внутренних оболочек)  и типа ППО  (для наружных оболочек) и, соответственно,  кабели с индексом нг-LS. Разработка ПВХ пластикатов типа ПП позволила снизить выделение дыма и хлористого водорода в 2-7 раз при лучших характеристиках по нераспространению горения при испытании в пучках.

Наивысшую ступеньку пожаробезопасности должны занимать пластикаты типа ПП-МО (малоопасные) и, соответственно, кабели с индексом «нг-LSLTx». Однако эта ступенька представлена неокрашенной по причинам, которые будут разобраны позже.

Характеристики безгалогенных полиолефиновых композиций типа HF и кабелей типа нг-HF и нг-HFLTx рассматриваются в сравнении с соответствующими ПВХ пластикатами и кабелями.

Для того, чтобы более полно оценить влияние кабельных изделий на состояние с пожарами ниже приводятся некоторые данные, взятые из источников служб МЧС.

В таблице 1 представлены данные по оценке относительного влияния на пожары  различных видов электротехнических изделий.

Таблица 1. Статистика пожаров по видам электротехнических изделий по России в 1997-2012 г.г.

 

Из данных, представленных в таблице 1, видна наибольшая роль пожароопасности кабелей и проводов из всех видов электротехнических изделий.
     
Следует отметить, что по сравнению с данными за 1997 г. количество пожаров по причине кабельных изделий в 2007-2012 г.г. заметно снизилось. Это в определённой степени можно отнести и на счёт широкого применения кабелей с индексами «нг» и «нг-LS».

На рис. 2 и 3 представлены соответственно статистические данные по гибели людей при пожарах и обстановка  с пожарами в РФ по видам объектов.

Рис. 2. Гибель людей при пожарах в РФ по видам объектов

 

Рис.3. Обстановка с пожарами в РФ по видам объектов пожаров

 

Из данных  рис. 2 и 3 видно, что подавляющее место  в количестве пожаров и гибели людей происходят в зданиях жилого сектора.
     
В жилом секторе в основном используются кабели общепромышленного назначения (ОПН).  Из этого следует очевидный вывод, что соответствие кабелей ОПН требованиям МЭК 332-1 не обеспечивает требуемого уровня пожаробезопасности по нераспространению огня.
     
Следует также отметить, что рекомендация использовать групповую прокладку кабелей ОПН с дополнительной пассивной защитой является устаревшей, дорогостоящей и неэффективной.

Особое значение ПВХ пластикатов и кабелей на их основе, соответствующих требованиям ГОСТ Р МЭК 332-3 по категории «С».

Рис. 4. Важное  значение зоны «С» по МЭК 332-3.

 

На рис. 5 показано различие в объёмах производства и использования ПВХ пластикатов и кабелей.

Рис. 5. Распределение по объемам производства и использования ПВХ  пластикатов и кабелей

 

В таблице 2 представлены различия в требованиях по условиям испытаний кабелей по МЭК 332-3.

МЭК 332-3 по сложности испытаний выделяет три основные категории

Таблица 2

Категория Время воздействия горелки, мин. Насыщенность полимерным материалом, л/м
«А» 40 7
«В» 40 3,5
«С» 20 1,5

ПВХ пластикаты и кабели общепромышленного назначения повышенной пожароопасности

Очевидно, что для выполнения требований по категории «С» потребуются меньшие усилия по антипирированию соответствующих ПВХ композиций, чем для категорий «В» и «А».

Для повышения пожаробезопасных характеристик кабельных изделий  общепромышленного назначения необходимо было разработать более экономичные ПВХ пластикаты  типа ППИ ППО и ППВ.  В ОАО «ВНИИКП» были проведены соответствующие поисковые исследования, положительные результаты которых  были подтверждены совместными работами с ОАО «Владимирский химический завод».

Характеристики ПВХ пластикатов типа ППИ-НМ и ППО-НМ представлены в табл. 3 и 4 соответственно.

 Характеристики ПВХ пластикатов типа ППИ-НМ.

Таблица 3

Характеристики Марки ПВХ пластикатов
Серийная Опытные
И40-13А ППИ-40НМ ППИ-30НМ ППИ-20НМ
Прочность, МПа 19,5 20,6 17,0 15,3
Относительное удлинение,% 290 320 300 280
Температура хрупкости, оС Минус 40 Минус 40 Минус 30 Минус 20
Удельное объёмное электрическое сопротивление,Омхсм 5х1013 1х1014 1х1014 5х1013
КИ,% 24,0 28,0 29,0 30,0
Д,макс 450 270 220 190
HCl,% 36,7 24,2 17 9,5
Плотность, г/см3 1,274 1,425 1,501 1,595
Цена сырья, руб./м3 100 99 91 86

Характеристики ПВХ пластикатов типа ППО-НМ.

Таблица 4

Характеристики Марки ПВХ пластикатов
Серийная Опытные
ОМ-40 ППО-40НМ ППО-30НМ ППО-20НМ
Прочность, МПа 12,0 14,2 13,3 12,2
Относительное удлинение,% 300 310 305 280
Температура хрупкости, оС Минус 40 Минус 40 Минус 30 Минус 20
КИ,% 25,0 28,0 30,0 29,0
Д,макс 500 280 230 200
HCl,% 28,6 15,0 10,2 8,8
Плотность, г/см3 1,375 1,450 1,514 1,610
Цена сырья, руб./м3 100 111 96 92

Из результатов, приведенных в таблицах 3 и 4 видно, что ПВХ пластикаты типа ПП-НМ по сравнению с серийными ПВХ пластикатами марок И40-13А и ОМ-40 имеют повышенные характеристики по всем параметрам пожаробезопасности. Показатель негорючести КИ в пределах 28-30%  может обеспечить перевод кабельных изделий общепромышленного назначения  из категории соответствия  по ГОСТ Р МЭК 332-1  для одиночной прокладки в категорию соответствия  по ГОСТ Р МЭК 332-3(С). Показатели дымообразования и выделения хлористого водорода  обеспечивают кабелям снижение выделения дыма и HCl  в 1,5 3,5 раза в зависимости от применённых марок типа ПП-НМ. Брендом для продвижения на рынок ПВХ  пластиката типа ПП-НМ может быть «Маркана», а для кабельных изделий –  «Markana». Наилучший баланс пожаробезопасных и экономических характеристик имеют марки ППИ-30НМ и ППО-30НМ.

Преимущества и недостатки кабельных композиций по дымообразованию в условиях горения и тления

Традиционно характеристики дымообразования кабельных композиций проверялись по ГОСТ 24632-81 (ASTM E662-83). Испытания проводятся в условиях горения и тления. Существенным недостатком этого метода является то, что испытания проводятся при воздействии теплового потока только  мощностью 2,5 Вт/см2 (25кВт/м2). Испытания на дымообразование по ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов» (2) являются более информативными постольку, поскольку позволяют проводить испытания в условиях горения и тления в широком диапазоне тепловых нагрузок, характерных для различных условий пожара. В связи с этим ООО «НикПВХ» совместно с Академией ГПС МЧС России была проведена комплексная работа по сравнительной оценке серийных и опытных кабельных композиций на основе ПВХ и полиэтилена в условиях горения и тления  при плотности теплового потока 10,15, 20, 25, 30, и 35 кВт/м2.

В таблице 5 представлена классификация по дымообразованию  в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 и ASTM E-662.

ГОСТ 12.1.044-89 ASTM E-662 Характеристика
Коэффициент дымообразования, Дм, м2/кг Максимальная плотность дыма, Дмакс Дымообразующая способность
<50(Д1) <100 Малая
≥50-500(Д2) 100-280 Умеренная
>500(Д3) >280 Высокая

Примечание. Деление по ASTM – условное (предложено автором)

 Результаты представлены на рис. 6-17

 

 

Из данных, представленных на рис. 6 и 7, очевидны преимущества  ПВХ пластикатов типа ППИ-НМ и ППО-НМ по сравнению с серийными марками И40-13А и ОМ-40. Кабельные ПВХ пластикаты переводятся из категории высокодымных (Д3) в категорию умеренно дымных (Д2).

Необходимым условием для широкого использования ПВХ пластикатов в кабельных изделиях являются и зкономические показатели. Рецептурный состав ПВХ пластикатов типа ПП-НМ подобран таким образом, что себестоимость этих рецептур не выше себестоимости серийных марок.

Это позволяет назвать ПВХ пластикаты типа ПП-НМ  «народными марками», так как они предназначены для самого широкого использования при хороших экономических показателях.

Рисунок 8. И40-13А и ПЭ 153-01К в режиме горения и тления

 

Как можно было ожидать, и в условиях горения и в условиях тления изоляционная серийная рецептура на основе ПВХ выделяет дыма значительно больше, чем аналогичная композиция на основе полиэтилена. В условиях плотности теплового потока, при котором определяют максимальную плотность дыма по ASTM E-662 (25 кВт/м2), разница – примерно в 2,5 раза.

Рис.9. Дымообразование изоляционных рецептур на основе ПВХ марок И40-13А  и ППИ 30-30 в условиях горения и тления

 

На рисунке 9 показано очевидное преимущество  ПВХ пластиката ППИ 30-30 по сравнению с серийной рецептурой марки И40-13А.

Рисунок 10. Дымообразование изоляционных рецептур на основе ПВХ марок И40-13А  и ППИ 30-НМ в условиях горения и тления.

 

Опытная изоляционная рецептура марки ППИ-30НМ во  всех диапазонах тепловых нагрузок и в условиях тления и в условиях горения выделяет меньше дыма и относится по дымообразующей способности к классу умеренно дымным (Д2), а серийная марка к классу высоко дымных (Д3)..

Рисунок 11. Сравнение дымообразующей способности цифровых и нецифровых изоляционных марок ПВХ пластикатов типа ПП.

 

ППИ 1010 заметно отличаются от ППИ 30-30 в части более низкого дымодымообразования как в условиях горения, так и в условиях тления практически при всех условиях тепловой нагрузки, однако  общепринятые испытания по ASTM E-662 практически нивелируют это преимущество. Изоляционные марки типа ПП уверенно относятся к категории Д2, а цифровая марка ППИ 1010 во всём диапазоне тепловых нагрузок показывает значения по коэффициенту дымообразования значительно ниже верхнего предела (500м2/кг).

Рисунок 12.  Дымообразование шланговых рецептур на основе ПВХ марок ОМ-40  и ППО 30-НМ в условиях горения и тления.

 

Опытная шланговая рецептура марки ППО-30НМ во  всех диапазонах тепловых нагрузок и в условиях тления и в условиях горения выделяет меньше дыма и относится по дымообразующей способности к классу Д2, а серийная марка ОМ-40 - к классу Д3.

Рисунок 13. Дымообразующая способность композиций на основе ПВХ марки ППО 2010 и безгалогенной марки БГ-1для наружных оболочек кабелей.

 

В условиях горения обе композиции показали примерно одинаковый и достаточно низкий уровень дымообразования при всех значениях тепловой  нагрузки. Однако в условиях тления при тепловых нагрузках в диапазоне до 25 м2/кг дымообразующая способность безгалогенной композиции значительно выше, чем у цифровой марки ППО 2110. При тепловой нагрузке в районе 16-18 кВт/ м2  у безгалогенной композиции марки БГ-1отмечена высокая дымообразующая способность.

Рисунок 14. Дымообразующая способность изоляционных композиций на основе ПВХ пластиката марки ППИ 1110 и безгалогенной марки БГ-2.

 

Безгалогенная композиция марки БГ-2 в условиях горения имеет заметное преимущество по меньшему выделению дыма по сравнению с ПВХ композицией марки ППИ 1110, а в условиях тления наблюдается обратная картина.

Рисунок 15. Сравнение дымообразующей способности безгалогенных композиций для изоляции (БГ-1) и для оболочек кабельных изделий (БГ-2) в условиях горения и тления

 

Для подтверждения повторяемости различия дымообразования в условиях горения и тления безгалогенных композиций была проведена дополнительная работа по определению дымообразующей способности и композиции для оболочек кабельных изделий марки БГ-2. И в этом случае подтверждается более высокий уровень дымообразования безгалогенных композиций в условиях тления. Из данных, приведенных на рисунке 14 наглядно видно, что безгалогенные композицию в условиях горения выделяют относительно небольшое количество дыма, а в условиях тления выделение дыма увеличивается в 2-5 раз в зависимости от тепловой нагрузки.

Данные о значительном уровне выделения дыма безгалогенных композиций в условиях тления, представленные на рисунке 14 подтверждают ранее опубликованные подобные результаты при испытании по методу ASTM E-662(3).

Рисунок 16. Дымовыделение ПВХ пластикатов типа ППВ для внутренних оболочек в условиях горения и тления.

 

Представленные на рисунке 16 данные наглядно показывают на низкий уровень дымовыделения ПВХ пластикатов типа ППВ во всех условиях испытаний по сравнению с другими марками кабельных композиций.

Рисунок 17. Выбор оптимальной плотности теплового потока при испытании ПВХ пластикатов типа ПП в условиях тления

 

Как отмечалось ранее, испытания на дымообразование по ASTM-E662 проводятся при плотности теплового потока 25 кВт/м2. Данные, представленные на рисунке 17, показывают, что при этой тепловой нагрузке при испытаниях в режиме тления получаются заниженные характеристики дымовыделения. Более репрезентативными являются испытания при плотности теплового потока 20 кВт/м2. В частности этим можно объяснить имеющиеся случаи несовпадения результатов испытаний на дымообразование образцов материалов и кабелей с их использованием.

Проведенные исследования серийных и опытных кабельных композиций на основе поливинилхлорида и полиолефинов по определению дымообразования в условиях горения и тления при плотности теплового от 10 до 35 кВт/м2 позволяют более полно оценить этот важнейший показатель пожароопасности при выборе конкретных областей применения  кабелей на различных полимерных основах. Одним из основных выводов является то, что безгалогенные полиолефиновые композиции и кабели на их основе типа HF не обладают подавляющим преимуществом по меньшему дымовыделению в сравнении с ПВХ  пластикатами пониженной пожароопасности типа ПП и кабелями на их основе типа нг-LS.

Токсичность летучих продуктов горения

Токсичность летучих продуктов горения является второй про значимости характеристик пожароопасности после способности кабелей распространять горение. Основной причиной гибели людей при пожарах является отравление токсичными летучими продуктами горения полимерных составляющих кабельных изделий – изоляции и оболочек.

Общепризнано, что основным токсикантом в любом пожаре и, в том числе, при горении кабельных изделий является окись углерода.   

В соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» классификация материалов по значению показателя токсичности HCl50 (г/м3) при времени экспозиции 30 минут производится по следующим классам опасности:

чрезвычайно опасные      до 13,
высоко опасные                от 13 до 40,
умеренно опасные             от 40 до120,
малоопасные                     св. 120.

За многие годы работы по снижению пожаробезопасности кабельных композиций было получено не так уж много экспериментальных данных по оценке токсичности летучих продуктов горения. Это в основном  связано с высокой ценой испытаний, которые должны проводиться на биологических объектах (мышах).

Однако, тем не менее, ещё на стадии промышленного освоения  было установлено, что ПВХ пластикаты типа ПП в основном относятся к классу умеренноопасных. А для высоконаполненного ПВХ пластиката типа ППВ получили значение показателя токсичности свыше 120 г/м3 (132,9), что позволило отнести его к малоопасным (3).

Ситуация с разработкой малоопасных композиции и соответственно кабельных изделий обострилась с выходом ГОСТ Р 53315 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности», в соответствии с которым предусматривались кабели в малоопасном исполнении: «нг-LSLTx» для  кабелей с ПВХ пластикатами и «нг-HFLTx» для так называемых безгалогенных кабелей на основе полиолефинов.

При отсутствии соответствующих малоопасных материалов наличие гипотетических малоопасных кабелей в ГОСТ Р естественно создало ситуацию полной неопределённости.       Следует отметить, что срок введения ГОСТ Р 53315-2009 был установлен с 01.01.2010 с правом досрочного применения.
Начиная с 01.01.2010 г. начался переходный период,  по  «виртуальному» на первом  этапе переходу от ПВХ пластикатов типа ПП и кабелей с индексом «нг-LS» к ПВХ пластикатам малоопасным, условно ПП-МО (пониженной пожароопасности – малоопасным) или ПП-МТ ( пониженной пожароопасности – малотоксичным) или ПП-НТ ( пониженной пожароопасности – с низкой токсичность летучих продуктов горения) и соответствующим кабелям  с индексом  «нг-LSLTx».    Виртуальным   этот период назван лишь потому, что в соответствии  с  ГОСТ Р 53315 должны появиться и производиться кабели в малоопасном исполнении с использованием соответствующих малоопасных ПВХ и безгалогенных полиолефиновых композиций, которых к тому времени  ещё не было.

Все последующие годы наблюдалась естественная повышенная активность в закрытии образовавшегося пробела.

Были разработаны и опубликованы:

  • Патент на полезную модель № 103658: Кабель электрический малоопасный по токсичности продуктов горения  с приоритетом от 25.11.2010 г.(патентообладатель – ОАО «ВНИИКП»);
  • Патент на полезную модель № 129698: Кабель электрический малоопасный по токсичности продуктов горения  с приоритетом от 28.12.2012 г. (патентообладатель  ООО «Башпласт»);
  • Патент на полезную модель  №129699: Силовой кабель, не содержащий соединений свинца, малоопасный по токсичности продуктов горения  с приоритетом  от 28.12.2012 г. (патентообладатель ООО «Башпласт»);
  • Патент на полезную модель № 129700: Силовой кабель малоопасный по токсичности продуктов горения с приоритетом от 28.12.2012 г. ( патентообладатель ООО «Башпласт).

Кроме того,  появилось изменение №1 ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности» с датой введения 01.07.2011.

Одним из важнейших пунктов этого изменения  являлось введение понятия  «эквивалентный показатель токсичности продуктов горения  кабельного изделия».

Изменение №1 ГОСТ Р 533315 показывает на отсутствие полного набора кабельных материалов (для изоляции, для внутренних оболочек, для наружных оболочек), соответствующих требованиям малоопасности. Позднее понятие эквивалентности автоматически перенесено в разработанный  Межгосударственный стандарт ГОСТ 31565-2012 г. с началом  действия в Российской федерации  с 1 января 2014 г.

За последнее время объявились достаточно многочисленные заявления предприятий изготовителей кабельных изделий  о производстве и возможных поставках кабелей в исполнения «нг-LSLTx  и  даже в исполнении «нг-LSHFLTx.

К сожалению, действительность, как будет показано ниже, далеко расходится с указанными оптимистическими заявлениями.

Анализ методических особенностей проведения и оценки результатов испытаний на токсичность

Для того, чтобы понять причины несоответствия заявляемых возможностей изготовления малоопасных композиций и кабелей на их основе с одной стороны  и выявленных случаев несоответствия этому требованию с другой стороны, необходимо проанализировать методические особенности проведения испытаний в разных сертификационных центрах по определению показателя  токсичности продуктов горения полимерных материалов по ГОСТ 12.1.044-89 94, п.4.20). следует отметить, что во всех случаях проведения испытаний одинаковой была продолжительность воздействия продуктов горения на животных 30 минут, что соответствует требованиям стандарта. Однако в остальном такого единства не отмечено.

В таблицах  6-19 приведены варианты способов  обработки  результатов определения показателя токсичности  продуктов горения HCL50 материалов изоляции и оболочек кабельных изделий в разных сертификационных центрах.

Таблица 6. Вариант №1 обработки материалов испытаний (материал наружной оболочки кабеля)

№ п/п Температура испытаний, оС Время Разложения, мин. Потеря массы, г Концентрации, % об. Показатель токсичности,HCL50, г/м3
СО СО2 О2
1 550 26 7,40 0,42 2,99 17,07 108,2±1,6
2 550 25 6,49 0,37 2,96 17,18
3 550 26 7,79 0,44 3,04 16,96

         Таблица 7. Вариант №1обработки материалов испытаний (материал изоляции кабеля)

№ п/п Температура испытаний, оС Время Разложения, мин. Потеря массы, г Концентрации, % об. Показатель токсичности, HCL50, г/м3
СО СО2 О2
1 550 29 7,82 0,43 3,75 16,56 115,3±1,9
2 550 29 7,42 0,41 3,70 16,67
3 550 28 6,66 0,37 3,67 16,78

 Таблица 8. Вариант№1 обработки материалов испытаний (материал внутреннего заполнения кабеля)

№ п/п Температура испытаний, оС Время разложения, мин. Потеря массы, г Концентрации, % об. Показатель токсичности, HCL50, г/м3
СО СО2 О2
1 550 29 9,68 0,38 2,88 17,65 221,4±2,7
2 550 30 10,28 0,40 2,91 17,54
3 550 30 10,90 0,42 2,96 17,43

Из заключения протокола испытаний, представленных в  по таблицам 6-8. Эквивалентный показатель токсичности продуктов горения образца кабеля Тх=154,6 г/м3 а кабель  соответствует группе ПТПМ-1.

При рассмотрении результатов испытаний с обработкой по варианту № 1 очевидно несоответствие результатов испытаний трёх материалов: изоляции, внутренней и наружной оболочек. При практически равном уровне выделения окиси углерода (в среднем 40-41 % об.) HCL50 или сопоставимы, что вполне естественно, или различаются примерно в 2 раза, чего из приведенных данных не вытекает. Различие в потере массы не может объяснить эту разницу. Из этого следует очевидный вывод о необходимости показывать и исходную массу  испытуемых образцов, что может быть возможным объяснением таких различных результатов по количеству выделяемого  СО.

Таблица 9. Вариант № 2 обработки материалов испытаний ( материал изоляции)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
750 7 60 СО-58
СО2-498
30 95

Таблица 10. Вариант № 2 обработки материалов испытаний ( материал  внешней оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
750 9 59 СО-47
СО2-607
30 108

Таблица 11. Вариант № 2 обработки материалов испытаний  (материал  внутренней оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
750 9 47 СО-50
СО2-495
30 114

Из заключения по таблицам 9 и 10. Кабель относится к умеренно опасным (группа Т2).

Особенностями обработки результатов в варианте 2 являются: испытания проводятся в условиях горения – при 750оС и приводится массовая доля летучих веществ в мг/г. Это может говорить о том, что экспериментально не определялись условия максимального выделения окиси углерода. Обычно проводят испытания терморазложения в условиях тления, при  которых выделяется большее количество окиси углерода. Поэтому можно полагать, что показатели токсичности для испытанных материалов будут иметь меньшие значения. Кроме того непонятно почему используется показатель потери массы в мг/г, а не экспериментальный - % об. Показатель потери массы в мг/г рекомендуется использовать в соответствии с п.4.20.4.2 только при необходимости определять классификационные параметры для других значений времени экспозиции (отличных от 30 минут) без проведения испытаний на мышах. Непонятны также «круглые» цифры потери массы: 60, 59 и 47%.

При рассмотрении результатов  испытаний следует обращать внимание на различия в закладываемых числовых значениях в % об. И мг/г.

В соответствии с п. 4.20.4.2 ГОСТ 12.1.044-89 при необходимости определить классификационные параметры для других значений времени экспозиции ( не 30 минут) их вычисляют по формуле 6 HCL50= CL50СО:gCO, CL50CО – средняя смертельная концентрация СО в мг/м3, которую вычисляют по уравнению: CL50=4502+22292:t (t-время экспозиции в мин); gCO – уровень выделения СО при сгорании условно «эталонных» материалов:

для чрезвычайно опасных  -  более 360 мг/г;
для высокоопасных – 120-360 мг/г;
для умеренноопасных – 40-120 мг/г;
для малоопасных – до 40 мг/г.

Таблица 12. Вариант № 3 обработки материалов испытаний (материал для изоляции)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
550 30 7,26 63,1 30 92,9

Таблица 13. Вариант № 3 обработки материалов испытаний (материал для наружной оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
500 22 6,05 61,0 30 80,2

Таблица 14. Вариант № 3 обработки материалов испытаний (материал для внутренней оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
600 25 3,79 41,8 30 77,5

Таблица 15. Вариант № 3 обработки материалов испытаний (материал на основе безгалогенных полиолефинов  для изоляции)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
600 26 2,93 51,1 30 46,3

Таблица 16. Вариант № 3 обработки материалов испытаний (материал на основе безгалогенных полиолефинов  для наружной оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
600 30 3,95 56,3 30 55,5

При оформлении результатов по варианту № 3 отсутствуют данные по выделению окиси и двуокиси кислорода.

Таблица 17. Вариант № 4 обработки материалов испытаний (материал для изоляции)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
650 20 69 СО=37
СО2=480
30 68

Таблица 18. Вариант № 4 обработки материалов испытаний (материал для наружной оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы, % Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
650 20 67 СО=42
СО2=610
30 84

Таблица 19. Вариант № 4 обработки материалов испытаний (материал для внутренней оболочки)

Температура испытания, оС Время разложения (горения) образца, мин Потеря массы,
%
Массовая доля летучих веществ, мг/г Продолжительность экспозиции животных, мин Показатель токсичности, HCL50, г/м3
750 20 46 СО=57
СО2=1076
30 78

Анализ вариантов обработки испытаний в разных испытательных центрах материалов по определению показателя токсичности продуктов горения изоляции и оболочек кабельных изделий показывает в целом:

1. Отсутствие единого подхода,
2. Неполная информативность представленных в протоколах материалов испытаний, в частности, необходимо дополнительно давать массу исходного образца.
3. Массовую долю летучих веществ СО и СО 2  необходимо приводить в обязательном порядке, желательно также  и О2 и давать в процентах, как это предусмотрено в ГОСТ12.1.044-89.

Исходя из  изложенного, можно сделать вывод – проблема создания малоопасных композиций типа ПП-МО или ПП-МТ и кабелей с индексом «нг-LSLTx  до сих пор нельзя считать решённой, а все заявления  на имеющиеся «решения» требуют тщательной и многократной перепроверки.

Очевидно, что и введение послаблений в виде «эквивалентности»  не решило проблему.

Кроме того,  требуется  тщательная проверка  полученных и выданными разными организациями «положительных» решений по малоопасности композиций и кабельных изделий.

В проблеме создания кабельных композиций в малоопасном исполнении следует дополнительно выделить ещё один важнейший аспект.
Традиционно проблема малоопасности кабельных композиций и изделий рассматривается как поступательное развитие на новую ступень композиций и кабелей пониженной пожароопасности. Однако в действительности, как это хорошо всем известно и было закреплено в  Р 53315-2009, на практике применяются композиции и кабели различной степени пожаробезопасности.

В настоящее время необходимо рассматривать проблему малоопасности композиций и кабелей на их основе в гораздо более широком аспекте. При подготовке изменений ГОСТ 31565-2012 необходимо помимо прочих изменений и дополнений ввести дополнительные категории малоопасных кабелей. Это наглядно можно показать на примере силовых кабелей типа ВВГ.

1. ВВГ-LTx  - силовой кабель малоопасный для одиночной прокладки на базе серийных ПВХ пластикатов с кислородным индексом 23-25%.

2. ВВГ нг-LS(С)LTx – силовой кабель малоопасный для одиночной прокладки на базе ПВХ пластикатов пониженной пожароопасности  типа ПП-НМ с кислородным индексом 27-30%.

3. ВВГ нг-LTx – силовой кабель малоопасный не распространяющий горение для прокладки в пучках.

4. ВВГ нг-LSLTx – силовой кабель малоопасный пониженной пожароопасности (уже предусмотрен рассматриваемым ГОСТ).

5.ВВГ нг-LSLTx-M – силовой кабель малоопасный пониженной пожапроопасности, модифицированный (показатель малоопасности достигается без использования эквивалентного показателя токсичности).

Примечание. Пластикаты по п.п. 1-5 находятся  на стадии разработки.

Противостояние композиций на основе ПВХ и безгалогенных полиолефиновых и соответствующих кабелей на их основе

В течение длительного времени считалось аксиомой,  что там,где требуется повышенная негорючесть, необходимо использовать композиции на основе ПВХ, которые уже по своей химической природе обладают меньшей горючестью по сравнению с композициями на основе ПО. Однако в конце семидесятыз, начале восьмидесятых годов прошлого столетия в Европе появилось новое направление работ по кабельным композициям пониженной пожароопасности – создание безгалогенных композиций на основе полиолефинов. В самом названии было заложено два основных смысловых значения. Во-первых, в отличие от ранее проводимых работ по снижению горючести композиций на основе полиолефинов вместо галогенсодержащих антипиренов (как правило, имеющих в своём составе атомы хлора или брома) начали применять гидроокиси алюминия или магния. Основной гасящий эффект в таких композициях заключается в выделении гидратированной воды из гидроокисей и снижении температуры в зоне горения. Во-вторых, такие композиции дистанцировались от традиционных кабельных композиций на основе ПВХ, которые выделяютв большом количестве чёрный дыми токсичный газ - хлоистый водород, обладающий резким раздражающим запахом, а при контакте с парами воды образуется соляная кислота, имеющая высокую коррозионную активность.

Однако при самых активных работах по развитию указанного направления, разработчикам рецептур на безгалогенных композициях в течение первых лет, (а позднее оказалось и  многих лет) не удавалось обеспечивать кабельным изделиям такой же степени негорючести, которая уже была достигнута у кабелей на основе ПВХ. В результате была выдвинута теория, заключающаяся в том, что при пожаре не так важно как горят кабели, а отсутствие большой задымленности, чтобы бала возможность людям покинуть опасную зону. Также подчёркивалась большая токсичность воздушной среды при горении кабелей на основе ПВХ из-за выделения хлористого водорода.

Принципиальные недостатки такого подхода подробно рассмотрены  в ранее опубликованной обзорной работе (4). Было показано, что основной причиной более высокой горючести безгалогенных полиолефиновых композиций является большее (в 2-3 раза) тепловыделение по сравнению с с ПВХ композициями  пониженной пожароопасности типа ПП. Количество выделяющегося хлористого водорода, выделяющегося в условиях пожара снижено в 2-5 раз по сравнению с с серийными пластикатами и  кабелями на их основе. Также при испытаниях по ASTM E 662-83 было показано значительное выделение дыма из полиолефиновых безгалогенных  композициях в условиях тления. Следует отметить, что при пожаре  происходит значительное уменьшение концентрации  кислорода в воздухе и условия тления могут стать определяющими. Данная ситуация практически уже отражена в межгосударственном стандарте ГОСТ 31565-2012. Для кабелей HF снижение видимости по показателю дымообразования допускается до 40%, а для кабелей нг-LS – до 50%.

При выборе композиций не следует забывать о принципе: цена-качество. Цена безгалогенных коипозиций по крайней мере в 1,5 раза выше цены ПВХ пластикатов пониженной пожароопасности. Такое обстоятельство выгодно для производителей и трейдеров, но отнюдь не для проектировщиков и потребителей.

В дополнение следует отметить один из существенных недостатков, допущенном в указанном ГОСТ. Требования по показателю коррозионной активности подразделяются только на две части – для кабелей на основе безгалогенных полиолефинов и кабелей на основе ПВХ. Тем самым проигнорировано одно из важнейших преимуществ кабелей нг-LS по снижению выделения хлористого водорода в ПВХ пластикатах пониженной пожарной опасности. По сравнению с серийными ПВХ пластикатами количество выделяющегося хлористого водорода в условиях пожара снижено в 3-5 раз. Поэтому следует и в этой части корректировать графу ГОСТ по показателю коррозионной активности введя значение по хлористому водороду – не более 15 %.

Рекомендации по внесению изменений в межгосударственный стандарт ГОСТ 31565-2012 «кабельные изделия. Требования пожарной безопасности»

Таблица 20

№№ п/п Тип исполнения кабельного изделия Рекомендации по применению и изменениям
1 Без исполнения Для одиночной прокладки
Недопущение применения в массовом жилищном строительстве
Исполнение нг(C)- LS Для одиночной прокладки в массовом жилищном строительстве взамен кабелей без исполнения с проведением испытаний на нераспространение горения по категории (С)
Исполнение нг(С)-
LSLTх
Для одиночной прокладки в массовом жилищном строительстве взамен кабелей без исполнения. ( после разработки ПВХ пластикатов общепромышленного исполнения в малоопасном варианте)
2 Кабели с индексом нг Для групповой  прокладки, Изменения.  Постепенное вытеснение кабелями с индексом нг-LS
3 Кабели с индексом нг-LS Для групповой  прокладки в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах
5 Кабели с индексом
нг-HF
Ограниченное применение из-за более высокой (в 2-3 раза по сравнению с кабелями нг-LS) токсичности летучих продуктов горения
5 Кабели с индексом нг-LSLTx Для прокладки  в детских дошкольных и образовательных учреждений, специализированных домах престарелых и инвалидов, больницах, в спальных корпусах образовательных учреждений интернатного типа и детских учреждений. Для прокладки  в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах, метро и т.д.
6 Кабели с индексом
нг-LSLTx-M
Для прокладки в  детских дошкольных и образовательных учреждений, домах престарелых и инвалидов, больницах, в спальных корпусах образовательных учреждений интернатного типа и детских учреждений. Для прокладки  в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах, метро и  (после разработки  малоопасных ПВХ пластикатов без использования понятия эквивалентности).
6 Кабели нг-HFLTx Исключить. Нет каких-либо предпосылок поднять уровень показателя HCL50 c 55-65 до свыше 120г/м3.

 

Выводы

1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности» имеет принципиальные недостатки, вследствие чего сохраняется высокий уровень пожароопасности в жилом секторе по вине кабельных изделий.

2..Целый ряд рекомендаций по областям применения кабелей различного вида исполнения требует пересмотра и уточнений.   

Заключение

1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности» требует коренной переработки.

2. Необходимо параллельно организовать работу по соответствующей подготовки изменений к ФЗ 123.

ЛИТЕРАТУРА

1. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 31565. Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности.
2. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов
3.Николаев В.Г., Каменский М.К., Кулёв Д.Х., Дикерман Д.Н. Поливинилхлоридные пластикаты для кабелей с повышенной пожаробезопасностью.//Кабели и провода. – 1998. - №3-4. – С. 11-15.
4. Николаев В.Г. Сравнительная оценка современных поливинилхлоридных пластикатов и безгалогенных композиций на основе полиолефинов.//Кабели и провода. -  2010 - №5. – С. – 19-26.

Обсуждают на форуме (11)

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно