Пожарная безопасность электрических изделий в свете требований Международной электротехнической комиссии
 
Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Пожарная безопасность электрических изделий в свете требований Международной электротехнической комиссии

С 21 по 25 апреля с.г. в Берлине состоялось заседание рабочих групп ТК 89 Международной электротехнической комиссии (МЭК) «Испытания электрооборудования на пожарную безопасность», на котором были рассмотрены важные вопросы международной стандартизации противопожарных требований и методов испытания готовой электротехнической продукции при её обращении в рамках ВТО.

Актуальность проблемы подтверждается большим, имеющим ежегодную тенденцию прироста количеством пожаров от электрических изделий как в России, так и в большинстве зарубежных стран. Общие статистические данные по количеству пожаров в России от электрических изделий, ущербу от них и числу погибших на пожарах людей представлены в табл. 1, 2 и 3, в которых дана дифференциация этих данных по причинам пожаров и объектам их возникновения.

Табл. 1. Статистические данные по пожарам от электротехнических изделий за 2012 г. в России

Статистические материалы из табл. 2 более правильно считать как данные не по причинам, а по обстоятельствам возникновения пожаров, поскольку к причинам пожаров принято относить те явления и неисправности в электросетях или электроизделиях, которые непосредственно вызывают появление источника зажигания: короткие замыкания, перегрузки, «плохой контакт» и т.п. К сожалению, наши статистические отчёты сведения об истинных причинах пожаров не содержат.

Табл. 2. Статистические данные в России по причинам пожаров от электроизделий за 2012 г.

Пожары от электрических изделий чаще всего (74%) происходят в жилом секторе (табл. 3). Во многом это связано с самодельными электропроводками и неправильной эксплуатацией электроприборов, вследствие чего могут возникать аварийные режимы: короткие замыкания, перегрузки, перегрев контактных соединений и др. Это и приводит к возникновению пожаров.

Табл. 3. Статистические данные в России по количеству пожаров
от электроизделий на различных объектах за 2012 г.

Владение статистическими данными играет важную роль не только при анализе актуальности постановки научных исследований, но и в решении конкретных вопросов, например, оценки риска возникновения пожара на объектах. Поэтому понятен интерес, который российские специалисты (в том числе авторы данной статьи) проявляют к взаимному анализу и сравнению отечественных статистических материалов и зарубежных. Долгое время получить обобщённые зарубежные статистические данные по электрическим изделиям не удавалось.

В процессе работы сессии МЭК/ТК 89 такая возможность представилась. Состоялись встречи и переговоры с руководителем рабочей группы 12 (РГ 12) комитета, известным американским специалистом в области безопасности и стандартизации электротехнической продукции Даниэлем О'Ши (для простоты общения он просил называть его Дан), одновременно являющимся одним из руководящих сотрудников крупной страховой компании США Underwriters Laboratories Inc. (UL), о возможности подготовки совместной статьи, отражающей сравнительный анализ статистических данных США и России. Дан передал для включения в статью статистические материалы по пожарной опасности электрических изделий в жилом секторе США за период 2008-2010 гг., представленные Пожарным департаментом США (USFA), Национальной противопожарной системой (NFIRS) и Национальной ассоциацией противопожарной защиты (NFPA). К сожалению, несмотря на доброжелательность и полное единство взглядов в авторском коллективе в вопросах оценки пожарной опасности электрических изделий, разобраться в номенклатуре и точном совпадении в наименовании и видах однородной американской и российской продукции было трудно. Поэтому мы договорились, соблюдая уместную в данном случае осторожность, считать представленные в табл. 4 и 5 материалы на данном этапе информационными и рассматривать их как первую попытку дальнейшего научно-информационного сотрудничества.

Приводим лишь некоторые комментарии к табл. 4 и 5.

Из табл. 4 видно, что количество пожаров в электропроводках жилого сектора России во много раз превышает этот показатель для США, и это несмотря на существенное количественное превосходство общего числа пожаров в жилых объектах США (см. табл. 5). По нашему мнению, как уже отмечалось выше, это связано с «любовью» в России к самодельным электропроводкам и полным отсутствием в жилом секторе квалифицированного контроля за эксплуатацией электрических изделий (Госэнерго-надзор и Госпожнадзор по квартирам не ходят).

Табл. 4. Данные о количестве пожаров в жилом секторе за период 2008-2010 гг.
по видам электрических изделий в России и США

Примечание. По принятым в США рекомендациям данные округлялись до 100.

Табл. 5. Потери от пожаров, связанных с электрическими изделиями, в жилом секторе за период 2008-2010 гг. в России и США

Примечания.
1. Верхние строчки цифр — данные США, нижние — России.
2. В полученной из США информации не уточняется вид ущерба; по России приведён прямой ущерб. При пересчёте ущерба по России на доллары США был принят курс 1 долл. = 30 руб.
3. Данные представлены Пожарным департаментом США (USFA), Национальной противопожарной системой (NFIRS), Национальной ассоциацией противопожарной защиты (NFPA).

В США такой контроль осуществляют страховые компании. Контроль жёсткий, долларом, и в случае обнаружения отступлений в устройстве электросетей от норм накладываются штрафные санкции и значительно увеличиваются коэффициенты страховых взносов.

Как видно из табл. 5, в жилых домах в США среднее количество пожаров за 3 года (2008-2010 гг.) в 11,5 раза превысило аналогичный показатель для России, что, очевидно, связано с огромным жилым фондом США и соответственно огромным количеством эксплуатирующихся в нём электрических изделий. Именно такое объяснение больших потерь в США по сравнению с Россией (а не более высокое, как хотелось бы считать, качество наших изделий) представляется наиболее корректным при анализе табл. 5.

Другим очень важным направлением нашей деятельности в МЭК/ТК 89 является участие в разработке международных стандартов.

По просьбе руководства комитета авторами для международного стандарта IEC 60695-1-12 [1] на базе ГОСТ 12.1.004-91 [2] была предложена методика вероятностной оценки пожарной опасности электрических изделий и дан пример расчёта для люминесцентного светильника при различных аварийных режимах его работы. В настоящее время стандарт прошёл необходимую процедуру рассмотрения в группах ТК и разослан членам ТК — национальным комитетам — на голосование (стадия CDV). Авторы сочли целесообразным ознакомить читателей журнала с одним разделом нового международного стандарта, который после его утверждения станет обязательным и для российских производителей, желающих выйти со своей электротехнической продукцией на международный рынок в рамках ВТО.

Оценка пожарного риска в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 отражает комплексный подход, который включает использование вероятностно-статистических методов, учитывающих стохастич-ность физико-химических явлений, вызывающих отказ электрических изделий, и детерминистических методов экспертной оценки возможности их возгорания при этих отказах.

Допустимая вероятность возникновения пожара Qп определена в ГОСТ 12.1.004-91 и составляет 1•10-6 на одно изделие в год. Если в результате проверки Qп окажется больше, чем 1•10-6, то принимается решение о доработке изделия и доведения его до безопасного уровня.

Методы оценки риска возникновения пожара от электротехнических изделий, определённые в ГОСТ 12.1.004, разработаны на основании многолетних исследований и апробации в течение 20 лет расчёта вероятности и на сегодняшний день официально утверждены для использования в тринадцати национальных стандартах РФ и более чем в двадцати спецификациях на различные электротехнические изделия, включая электронагреватели, лампы и электрические звонки.

Применяется следующая формула:

Qп = Qп.р. Qп.з.Qн.з.Qв ,      (1)

где:
Qп.р. — вероятность (на единицу изделия в год) возникновения характерного аварийного режима (неисправности) в составной части изделия (рассчитывается статистически на основе накопленных данных);
Qп.з. — вероятность того, что значение характеристического электротехнического параметра характерного аварийного режима (например, ток короткого замыкания, ток перегрузки или переходное сопротивление) лежит в диапазоне пожароопасных значений;
Qн.з. — вероятность несрабатывания (аппарата) защиты (электротехнической, тепловой и т.п.);
Qв — вероятность того, что горючий материал (изоляционный или конструкционный) достигает критической температуры либо загорается (на основе экспериментальных данных).

Если существует k (количество) определённых пожароопасных режимов, характерных для функционирования электротехнического изделия, то:

Вероятность Qп.р.
Вероятность возникновения характерного пожароопасного режима Qп.р. определяют путём статистического анализа накопленных данных испытательных лабораторий предприятий-изготовителей и эксплуатационных служб.

При наличии соответствующих справочных данных Qп.р. может быть определена через общую интенсивность отказов изделия с введением коэффициента, учитывающего долю пожароопасных отказов.

Вероятность Qп.з.
Вероятность Qп.з. рассчитывается следующим образом. Характерный пожароопасный режим изделия определяется соответствующим характеристическим электротехническим параметром. Например, пожароопасный режим может быть обусловлен коротким замыканием, тогда характерным пожароопасным значением является ток короткого замыкания. Но только в определённом диапазоне токов короткого замыкания возможен пожароопасный режим (возможно загорание).

Пожароопасные диапазоны для данного параметра определяются в ходе экспериментальных исследований, связанных с оценкой Qп.з. При этом определяются максимальное и минимальное пожароопасные значения характерного электротехнического параметра.

В общем случае это:

Qп.з. = Nп / Nэ = [Xпо(max) — Хпо(min)] / [Xраб.(max) — Xраб.(min)] ,      (3)

где:
Nп — диапазон пожароопасных значений выбранного характеристического электротехнического параметра;
Nэ — диапазон рабочих значений выбранного характеристического электротехнического параметра;
Xпо (max) и Xпо (min) — максимальное и минимальное пожароопасные значения выбранного характеристического электротехнического параметра;
Xраб. (max) и Xраб. (min) — максимальное и минимальное рабочие значения параметра.

Вероятность Qн.з.
Вероятность несрабатывания электрической защиты Qн.з. определяется на основании данных по её надёжности. При отсутствии электрической или другой защиты, предотвращающей загорание, значение Qн.з. принимается равным единице.

Вероятность Qв
Это вероятность того, что горючий материал достигает критической температуры либо загорается (на основании экспериментальных данных).

В зависимости от типа электротехнического изделия критический режим может определяться разными условиями, например, появлением дыма или достижением критической температуры.

Расчет Qв при использовании дискретного критерия пожарной опасности
При использовании в качестве пожароопасного критерия дискретного показателя (воспламенение, появление дыма и др.) выполняются лабораторные испытания для определения Qв.

Qв — это вероятность, что дискретный показатель отказа будет получен в условиях равенства:

Qп.р. = Qп.э. = Qн.э. = 1.      (4)

И рассчитывается по следующей формуле:

Qв = m / n ,       (5)

где:
m — количество испытаний, в которых наблюдался положительный исход;
n — общее количество испытаний.

Qв как функция непрерывного аргумента (непрерывная функция)
В случае если вероятность отказа определяется как непрерывная функция (например, температуры) вместо критерия «да/нет» (прошёл/отказал), вклад этой вероятности принимается как:

Qв = ф(h) ,       (6)

где:
ф(h) — вероятность;
h — аргумент функции выбранной плотности вероятности.

Например, в случае температурного критерия

где Тср — среднее арифметическое значение температур, т.е.

где:
Тi — максимальное измеренное значение температуры изделия в i-м испытании;
Тк — критическая температура испытываемого горючего материала;
N — общее количество испытаний;
σ — стандартное отклонение экспериментальных данных.

Примечание. Критическая температура Тк принимается равной 80% от термодинамического значения температуры воспламенения конструкционных или изоляционных материалов изделия.

Пример. Приводится пример оценки вероятности возникновения пожара от ёмкостного пускорегули-рующего аппарата (ПРА) для люминесцентных ламп (40 Вт и 220 В).

Вероятность того, что в ПРА произойдёт сбой, который приведёт к возникновению опасного электрического режима, выражается произведением Qп.р. и Qп.э. Принимаем, что здесь не используется система защиты, следовательно, Qн.э. = 1.

Следовательно, имеем: Qп = Qп.р. х Qп.э. х Qв .

В данном примере Qв рассчитывается как вероятность достижения или превышения критической температуры Тк.

Здесь Qв — это вероятность того, что на поверхности ПРА достигается или превышается пожароопасная температура в наиболее нагретом месте (пожароопасная температура равна температуре воспламенения изоляционного материала ПРА). Она рассчитывается путём сравнения среднеарифметических измеренных температур положительного исхода со средней измеренной температурой в наиболее нагретой точке.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Рассмотрим три аномальных режима, каждый из которых может представлять пожарную опасность.

Это:

  • длительный пусковой режим;
  • режим с короткозамкнутым конденсатором;
  • длительный пусковой режим с короткозамкнутым конденсатором.

В табл. 6 приведены данные по температуре десяти испытаний, включая один из аварийных (аномальных) режимов, а именно — длительный пусковой режим.

Табл. 6. Длительный пусковой режим: температуры оболочки в наиболее нагретом месте

Расчёт. Среднее арифметическое этих температур, Тср = 375 K (θср = 102°С).

Стандартное отклонение, σ = 3,13 K.

Примечание. T — термодинамическая температура, θ — °С.

Для расчёта Qв прежде всего необходимо определить критическую опасную температуру, Тк, и затем вероятность того, будет ли она достигнута или превышена.

Тк определяют по следующей формуле:

где:
TD — температура при появлении первого дыма;
ТА — температура, при которой ПРА «выходит из строя».

В данном примере Тк равно 442,1 K (θК = 169°С).

Определяем критерий Стьюдента t, распределение вероятности, рассчитываем параметр h:

Имеется 9 степеней свободы (n-1), и критерий Стьюдента даёт практически ноль (8,34 х 10-14) для ф(h) при h, равном 67,8.

Следовательно, в данном случае Qв = 0 и, таким образом, Qп = 0.

В табл. 7 приведены экспериментальные данные для двух других аварийных режимов работы, расчёт значений h и Qв осуществляется аналогичным образом.

Табл. 7. Температура корпуса в наиболее нагретом месте при работе в аномальных режимах

Полученные данные по опасности для всех трёх аварийных режимов суммированы в табл. 8.

Табл. 8. Данные характеризующие опасность аварийных (аномальных) режимов

* Статистические данные из лабораторий предприятий-изготовителей.

Вероятность возникновения пожара от устройства ПРА, следовательно, рассчитывается так:

Qп = 1 — (1 — 0,06 x 0) х (1 — 0,1 x 0) х (1 — 0,006 x 0,000290) = 1,74 x 10-6.

Это значение больше 10-6, следовательно, прибор не может считаться безопасным (не удовлетворяет требованиям безопасности).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение несколько слов о Международной электротехнической комиссии (МЭК), объединяющей в настоящее время учёных и специалистов более 170 стран, которые участвуют в работе 118 технических комитетов (ТК).

ВНИИПО МЧС России участвует в работе МЭК около 30 лет, возглавляя российскую часть ТК 89 «Испытания электрооборудования на пожарную опасность».

Основными задачами международного научно-технического сотрудничества в области стандартизации, как определяют №184-ФЗ от 27.12.2002 [3] и Правила по стандартизации (ПР 50.1.074-2004) [4], а также Концепция развития национальной системы стандартизации, являются:

  • гармонизация международных и отечественных стандартов;
  • содействие повышению качества и конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке;
  • защита экономических интересов России при разработке и внедрении международных и национальных стандартов;
  • содействие взаимному признанию результатов сертификации продукции и услуг на международном и региональном уровнях.

Участие института в работе МЭК, как постоянного члена ТК 89, заключается в разработке международных требований и методов испытаний электрических изделий, а также в рассмотрении направляемых в наш адрес ежегодно более 30 нормативных международных документов и выдаче заключений по ним в качестве международных экспертов. При этом в своих заключениях мы стремимся отражать и поддерживать основные идеи разработанных в институте норм. В свою очередь, требования стандартов МЭК, которые можно будет рассматривать как рекомендации международного электротехнического сообщества, мы стараемся использовать при разработке НТД в рамках плановой тематики.

ЛИТЕРАТУРА
1. IEC 60695-1-12. Руководство по оценке пожарной опасности электротехнической продукции. — Техника пожарной безопасности.
2. ГОСТ Р 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.
3. Федеральный закон №184-ФЗ от 27 декабря 2002 «О техническом регулировании».
4. ПР 50.1.074-2004 «Подготовка проектов национальных государственных стандартов Российской Федерации и проектов изменений к ним к утверждению, регистрации и опубликованию. Внесение поправок в стандарты и подготовка документов для их отмены».

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно