Гармонизация национальных противопожарных норм в части испытания электрооборудования на пожарную опасность

Page 1

Page 2

142

пожарная безопасность

Гармонизация национальных
противопожарных норм
в части испытания
электрооборудования
на пожарную опасность

УДК 614.841.415

Смелков

д.т.н., профессор,

главный научный

сотрудник ФГБУ

ВНИИПО МЧС РФ

Назаров

заместитель начальника

отдела ФГБУ ВНИИПО

МЧС РФ

Пехотиков

к.т.н., ведущий научный

сотрудник ФГБУ

ВНИИПО МЧС РФ

Ключевые

слова

электрооборудование,

пожарная опасность,

вероятностная оценка

риска, гармонизация

норм

статье

впервые

излагаются

основные

положения

проекта

модифицированно

го

стандарта

IEC 60695-1-12: 2015 «

Испытание

на

пожароопасность

Руководство

по

оценке

пожарной

опасности

электротехнической

продукции

Системы

по

жарной

безопасности

».

Рассматриваются

этапы

процесса

разработки

системы

пожарной

безопасности

(

СПБ

приводятся

критерии

оценки

противопожарных

требований

их

соответствия

СПБ

электротехнических

изделий

объекта

Од

ним

из

важных

рассмотренных

разделов

работы

является

метод

вероятностной

оценки

пожарного

риска

Ранее

вероятностные

методики

связанные

оценкой

пожарной

опасности

электрооборудования

стандартах

Международной

элек

тротехнической

комиссии

(

МЭК

)

не

использовались

Разработка

данного

стан

дарта

способствует

гармонизации

международных

межгосударственных

под

ходов

части

оценки

вероятности

возникновения

пожаров

от

электроизделий

татистические данные свидетельствуют о том, что почти треть

всех пожаров в России (в 2017 году — 32,2%) происходит от

электроустановок, из них наибольшее количество приходится

на кабельные линии и электропроводки (в 2017 году — 69,4%).

Свою задачу по снижению числа пожаров от электрооборудования

и, в первую очередь, от электропроводок — самого массового и самого

пожароопасного вида электроустановок — ФГБУ ВНИИПО МЧС России

(далее ВНИИПО) видит в двух аспектах:

– участие в исследованиях совместно с отраслевыми организациями

по разработке электрооборудования, включая кабельную продукцию

повышенной надежности и пожарной безопасности;

– участие в разработке, гармонизации, актуализации и модернизации

нормативных документов на противопожарные требования и методы

оценки пожарной опасности.

Об участии института в разработке нового поколения кабелей, не

распространяющих горение, с низким дымо-газовыделением при горе-

нии (НГ-LS), огнестойких (НГ-FR), с низкой коррозионной активностью

(НГ-HF) и низкой токсичностью продуктов горения (НГ-LTх) мы уже ранее

информировали читателей журнала в своих публикациях [1]. В данной

статье рассматриваются результаты деятельности института по совмест-

ной разработке в рамках Международной электротехнической комиссии

(МЭК) стандарта IEC60695-1-12 [2].

Для полноты изложения — небольшая информация об участии инсти-

тута в работе Международной электротехнической комиссии. МЭК в на-

стоящее время объединяет более 170 стран и входит в число наиболее

крупных общественных организаций мира. Ассоциированных полноправ-

ных стран-членов МЭК, имеющих право не только участвовать в засе-

даниях и обсуждениях стандартов, но и голосовать за их принятие (или

отвод) сейчас около 80-ти. В это число уже много лет уверенно входит

и Россия, поэтому вполне логично, что наши нормативные документы

должны быть гармонизированы с соответствующими международными

стандартами, особенно в части качества электротехнической продукции

и, прежде всего, ее безопасности. Однако при этом стандарты на при-

Page 3

143

менение электротехнических изделий могут и отли-

чаться от зарубежных, так как они должны опираться

на отечественные технические регламенты (законы),

учитывающие национальные особенности страны,

уровень развития ее энергетики и электротехниче-

ской промышленности, традиции нормирования, про-

ектирования, монтажа и т.п.

Разработка стандартов в МЭК осуществляется Тех-

ническими комитетами (ТК), которых сейчас более 130

и они делятся на горизонтальные (по видам продук-

ции) и вертикальные, решения которых обязательны

для всех комитетов. Россия, в лице ВНИИПО, актив-

но участвует в работе вертикального комитета ТК89

«Испытания на пожарную опасность». В советские

времена один из авторов этой статьи (Смелков Г.И.)

в рамках участия в работе ТК являлся Председателем

постоянной советской части ТК89 МЭК. Сейчас все

упростилось, и ряд специалистов-электриков отдела

«Пожарной безопасности электрических изделий» ин-

ститута (в том числе авторы статьи) являются экспер-

тами этого комитета, а всю организационную работу

электротехнических комитетов страны возглавляет

и осуществляет РосМЭК при Росстандарте.

Авторы по заданию руководства ТК89 МЭК приня-

ли активное участие в разработке одного из наиболее

важных разделов «Вероятностная оценка пожарно-

го риска» международного стандарта IEC 60695-1-

12:2015 [2]. После одобрения и принятия междуна-

родного стандарта МЭК в соответствии с Программой

национальной стандартизации России и Программой

межгосударственной стандартизации был подготов-

лен проект межгосударственного стандарта ГОСТ IEC

60695-1-12-2015 [3].

Аутентичный перевод стандарта МЭК был вы-

полнен экспертами института д.т.н. Веревкиным В.Н.

и к.т.н. Михайловой Е.Д., которым авторы, пользуясь

случаем, выражают свою искреннюю признатель-

ность.

Текст подготовленного проекта межгосударствен-

ного стандарта является модифицированным по от-

ношению к международному стандарту [2]. В него вне-

сен ряд изменений в соответствии с требованиями

ГОСТ 1.2-2015 [4] и ГОСТ 1.3-2014 [5], а также в связи

с необходимостью адаптации стандарта к действую-

щей нормативной базе.

Модификация проекта стандарта по отношению

к международному стандарту заключается в следу-

ющем:

– изменено название стандарта;

– изменен раздел «Нормативные ссылки»;

– изменен статус Приложения А (Вероятностная

оценка пожарного риска) с информационного на

обязательное;

– изменена редакция и стилистика изложения

отдельных положений стандарта;

– исключены отдельные абзацы и приложения, не

содержащие нормативных требований или ссы-

лающиеся на источники, не являющиеся межгосу-

дарственными нормативными документами (При-

ложение Б. Перечень технических отклонений

с разъяснениями причин их внесения).

Наибольшее внимание в проекте уделяется требо-

ваниям, правилам и рекомендациям по оценке пожар-

ной опасности электротехнической продукции и си-

стемам по обеспечению ее пожарной безопасности.

Пример блок-схемы, иллюстрирующий один из

возможных процессов разработки системы, показан

на рисунке 1.

Разработка системы пожарной безопасности

обычно осуществляется в тех случаях, когда ее обе-

спечение не достигается только выполнением нор-

мативных требований и/или когда она может прово-

диться параллельно с выполнением нормативных

требований, например, чтобы обосновать с научных

позиций необходимость таких требований или не-

обходимость улучшения показателей пожарной без-

опасности изделий.

Рис

. 1.

Блок

схема

иллюстрирующая

пример

процесса

разработки

проекта

пожарной

безопасности

примене

нии

главному

проекту

строительной

инфраструктуре

Определение назначения проекта плана

пожарной безопасности

Идентификация целей, требований

и критериев соответствия

Идентификация опасностей

Описание проекта плана пожарной

безопасности

Выбор сценариев пожара

и сценариев поведения

Выбор инженерных методов

Оценка предложенного плана пожарной

безопасности

Окончательный проект

Да

Разработка плана

Соблюдены ли кри-

терии соот ветствия?

Нет

№

1 (52) 2019

Page 4

144

При разработке систем в широком диапазоне

могут быть использованы различные физико-ма-

тематические модели, характеризующие процесс воз-

никновения и развития пожара, исходя из теплофи-

зических и химических свойств горящих материалов:

температуры горения, скорости выгорания и распро-

странения пламени, дымообразующей способности,

токсичности продуктов горения и других свойств

и факторов. Глубина проработки особенно важна,

когда речь идет о безопасности людей: при опреде-

ленном пожаре, конкретных условиях распростране-

ния горения, исходя из конструктивно-планировочных

особенностей объекта и связанных с этим ожидаемых

условий эвакуации людей и, конечно, с обязательным

учетом возможных сценариев возникновения и разви-

тия пожара.

Как видно из рисунка, оценка корректности и эф-

фективности разработанной системы пожарной без-

опасности производится путем ответа на вопрос: со-

блюдены ли критерии соответствия установленным

требованиям?

Критерии соответствия являются количественны-

ми техническими показателями, направленными на

обеспечение надежности и эффективности изделия.

Они могут быть явными и не явными.

Примером явного критерия соответствия может

быть способность изделия сохранять свою работо-

способность (огнестойкость) в условиях огневого воз-

действия в течение заданного промежутка времени.

Неявные критерии соответствия основываются на

нормативных требованиях, статистических данных или

на вычисленных (путем экстраполяции) прогнозах.

Входящие в блок-схему сценарии пожара чаще

всего связаны с идентификацией опасностей, описа-

нием блока событий, приводящих к возникновению

пожара, и позволяют оценить эффективность мер

защиты, направленных на предотвращение, управ-

ление или ограничение появления опасных факто-

ров пожара и его последствий.

При разработке систем пожарной безопасности

рекомендуется использовать данные, получаемые

при испытаниях электротехнических изделий и по-

зволяющие с помощью методов прогнозирования

дать им оценку с учетом условий применения.

Из этого следует, что:

– при испытаниях в условиях контролируемого (по

программе) огневого воздействия функциональ-

ные электротехнические свойства изделия должны

сохраняться в течение заданного непрерывного

интервала времени;

– количественные показатели воздействующих фак-

торов должны соответствовать сценарию пожара,

реальному монтажу и сложившейся практике;

– при испытаниях должна воссоздаваться среда,

воспроизводящая условия, в которой изделие

применяется.

Ключевые концепции разработки СПБ состоят

в том, что все изделия подлежат последователь-

ной оценке условий каждого прогнозируемого по-

жара и каждого сценария, при этом, в отличии от

единственного критериального положения «да/

нет» предписывающих правил, оценка поведения

изделий на пожаре должна основываться на моно-

тонных функциональных зависимостях от времени

или дискретных многоточечных данных, свидетель-

ствующих о реакции изделия на прогнозируемое

воздействие пожара.

Электротехнические изделия на объекте могут

явиться как источником возникновения пожара (нель-

зя говорить «причиной пожара», подробно об этом

в [6]), так и его «жертвами». В первом случае оце-

нивать продукцию можно путем расчета вероятности

возникновения пожара, исходя из статистического

анализа данных в сочетании с данными о характере

начала и развития последующего пожара. Методика

расчета вероятности возникновения пожара от элек-

тротехнического изделия представлена ниже.

Обычно загорание электрических изделий вызы-

вают наиболее мощные (энергоемкие) компоненты.

Стандарт устанавливает четыре типа причин загора-

ний (таблица 1):

– аномальное повышение температуры;

– короткое замыкание;

– искрение и дугообразование;

– сверхток.

К сожалению, в национальной нормативной до-

кументации отсутствуют градации электрических

причин пожаров. В инструкции по заполнению ста-

тистических листов о пожарах указывается лишь це-

лый ряд обстоятельств, способствующих появлению

причины пожара: недостатки конструкции и изготов-

ления изделий, нарушения правил монтажа и т.п. [6].

Следует напомнить, что применительно к электро-

установкам причиной пожара следует считать явле-

ние (обстоятельство), которое привело к созданию

аварийного режима в электроизделии (или сети),

приводящего к появлению источника зажигания, вы-

зывающего возгорание.

Приведенная таблица международного стандарта

показывает, как сложно дать однозначное толкование

терминам «явление» и «причина»: в первой строке

второго столбца «сверхток» — причина, в последней

строке первого столбца «сверхток» — явление. Что-

бы разобраться в этом, необходимо, как уже отмеча-

лось ранее, учитывать, что «причина пожара» — это

одно из множества явлений, непосредственно вызы-

вающее появление (возникновение источника зажи-

гания), а все предшествующие явления — это обсто-

ятельства, способствующие возникновению пожара.

В этом плане во второй строке было бы правильно

поменять местами «короткое замыкание» и «прямой

контакт подвижных электропроводящих деталей», так

как этот прямой контакт — не причина пожара, а одно

из обстоятельств, способствующих появлению корот-

кого замыкания. Но авторы оставили эту таблицу без

изменения, чтобы наши специалисты могли сами со-

ставить свое мнение по данному вопросу.

Когда загорание электротехнического изделия рас-

сматривается как следствие пожара, то при разработ-

ке системы пожарной безопасности его учитывают как

любой другой горючий материал или продукт. Однако

внешнее воздействие пожара может привести к воз-

никновению аварийного режима в электротехниче-

ском изделии, при котором в развивающийся пожар

поступает дополнительная энергия, и такую возмож-

ность тоже следует принимать во внимание.

ПОЖАРНАЯ

БЕЗОПАСНОСТЬ

Page 5

145

Методика оценки пожарного риска (за основу взят

ГОСТ 12.1.004-91 [7]) отражает комплексный подход,

включающий вероятностные методы, основанные на

стохастичности физико-химических явлений, способ-

ствующих зажиганию, а также детерминированные

методы, основанные на прямых измерениях, вклю-

чая сравнение результатов, полученных методами

стандартных испытаний.

Условия пожаробезопасности и вероятность воз-

никновения пожара

определяется из выражения:

ign

< 10

-6

(1)

где

— вероятность (на одно изделие в течение

года) возникновения характерного аварийного пожа-

роопасного режима (неисправности) в составной ча-

сти изделия (рассчитывается статистически на осно-

ве накопленных данных);

— вероятность того, что

значение характеристического электротехнического

параметра характерного аварийного режима (элек-

тротехнической неисправности, например, короткого

замыкания, сетевых (по току) перегрузок или пере-

ходного сопротивления) лежит в диапазоне пожа-

роопасных значений;

— вероятность несрабаты-

вания (аппарата) защиты (электрической, тепловой

и т.п.);

ign

— вероятность того, что горючий материал

достигает критической температуры либо загорается

(на основе экспериментальных данных).

Если существует количество (

) определенных по-

жароопасных режимов, характерных для функциони-

рования электротехнического изделия, то:

= 1 –



= 1



1 – (

ign

)



(2)

Вероятность

получают из статистического ана-

лиза данных, накопленных испытательными лабо-

раториями предприятий-изготовителей и эксплуата-

ционных служб. Она может быть определена через

общую интенсивность отказов изделия с введением

коэффициента, учитывающего долю пожароопасных

отказов.

Вероятность

рассчитывается следующим об-

разом: характерный пожароопасный режим изделия

определяется соответствующим характеристическим

электротехническим параметром. Например, пожа-

роопасный режим может быть обусловлен коротким

замыканием, тогда характерным пожароопасным

значением является ток короткого замыкания. Но

только в определенном диапазоне токов короткого

замыкания возможен пожароопасный режим (воз-

можно загорание).

Пожароопасные диапазоны для данного параметра

определяются в ходе экспериментальных исследова-

ний, связанных с оценкой

. При этом определяются

максимальное и минимальное пожароопасные значе-

ния характерного электротехнического параметра.

Табл. 1. Основные явления, приводящие к зажиганию электротехнической продукции

Явление

Причина

Основные последствия

Аномальный

рост температуры.

Примечание

Для некоторых

видов продукции

тепловыделение

возможно в нор-

мальном режиме

эксплуатации.

Сверхток в проводнике.
Плохой контакт.
Токи утечки (нагревание вследствие потери

изолирующих свойств).
Дефекты компонентов, деталей или взаи-

мосвязанных систем (например, вентиля-

ции).
Механические повреждения электрических

контактов или деталей изоляции.
Заклинивание вала двигателя (затормо-

женный ротор).
Преждевременное термостарение.

Устройства защиты

сразу не срабатывают (кроме

специальной защиты).
Могут сработать с запаздыванием. Температура

растет постепенно, время от времени и очень

медленно.
Значительный нагрев и скопление выделений при

зажигании приводит к мгновенному включению

продукции в пожар.
Накопление и распространение горючих газов

в воздухе может привести к зажиганию или взры-

ву, особенно в герметичной оболочке.
Заторможенный двигатель (ротор) из-за перегре-

ва обмотки может затлеть или воспламениться.

Короткое

замыкание

Прямой контакт подвижных электропрово-

дящих деталей, находящихся под различ-

ным напряжением (ослабление клемм, по-

падание инородных тел и т.п.). Постепенное

ухудшение электроизоляционных свойств

некоторых компонентов. Возникновение не-

ожиданного дефекта в какой-либо части.

Срабатывают устройства защиты

Мгновенно увеличивается локальная температура.
Возможно свечение, выделение дыма и горючих

газов.
Образование искр и выброс раскаленных частиц

металлов.

Искрение и дуго-

образование.

Примечание

В некоторых элек-

троустановках

возникновение дуги

и искровых раз-

рядов возможно

в нормальном ре-

жиме эксплуатации.

Происходит из-за внешних воздействий на

оборудование (при перенапряжении в сети,

при воздействиях на подвижные части или

при их сближении и т.п.). От внутренних

неисправностей, возникающих вследствие

естественного износа компонентов, а также

проявления скрытых дефектов или раз-

рушения компонентов, вызванных экстре-

мальными режимами работы оборудования

и электрических цепей.

Устройства защиты

могут не срабатывать.

Возможно возгорание горючих веществ и взрыв

взрывоопасной смеси.
Образование раскаленных искр и электрических

дуг, сопровождающееся свечением.
Возможно выделение дыма и горение пламенем.

Сверхток

Повреждение в электрической цепи.

Могут не срабатывать устройства защиты

Механическое повреждение или структурное изменение, вызванное любым из четырех явлений, может привести к одному или не-

скольким из других трех явлений.

Устройства защиты могут быть тепловыми, механическими, электрическими или электронными.

№

1 (52) 2019

Page 6

146

В общем случае:

= [

haz(max)

–

haz(min)

] / [

op(max)

–

op(min)

], (3)

где

— диапазон пожароопасных значений выбран-

ного характерного электротехнического параметра

(например, электрического тока или переходного

сопротивления);

— диапазон рабочих значений

параметра;

haz(max)

haz(min)

— максимальное и мини-

мальное пожароопасные значения выбранного ха-

рактерного электротехнического параметра;

op(max)

op(min)

— максимальное и минимальное рабочие

значения параметра.

Вероятность несрабатывания электрической за-

щиты

определяется на основании данных по ее

надежности. При отсутствии электрической или дру-

гой предотвращающей загорание защиты значение

принимается равным единице.

Показатель

ign

в формуле (2) — это вероятность

того, что горючий материал становится пожароопас-

ным либо достигает критического состояния, либо

загорается, что устанавливается экспериментально.

В зависимости от типа электротехнического изде-

лия критический режим может определяться разны-

ми условиями, например, образованием определен-

ного количества дыма или достижением критической

температуры.

При использовании в качестве пожароопасного

критерия дискретного показателя (воспламенение,

появление дыма и др.) выполняются лабораторные

испытания для определения

ign

вероятность того, что дискретный показатель

отказа будет получен в условиях:

= 1,

(4)

и расчет выполняется по следующей формуле:

ign

(5)

где

— количество испытаний, в которых наблюдал-

ся отказ;

— полное количество испытаний.

В случаях, когда вероятность отказа определяет-

ся как непрерывная функция (например, температу-

ры), вместо критерия «да/нет» вклад этой вероятно-

сти принимается как:

ign



(

(6)

где



(

) — вероятность;

— аргумент функции вы-

бранной плотности вероятности.

Например, в случае температурного критерия:

–

= —,

(7)



/ √

где

— среднее арифметическое значение темпе-

ратур

, то есть:

= —



N
i

= 1

(8)

где

— максимальное измеренное значение темпе-

ратуры изделия в

-том испытании;

— критическая

температура испытываемого горючего материала;

— общее количество испытаний;



— средне квад-

ра тичное отклонение экспериментальных данных:

____________________



N
i

= 1

(

–

)



√

—.

(9)

– 1

Примечание

При исследовании конструкционных

изоляционных материалов критическая температура

принимается равной 80% от термодинамического

значения температуры зажигания.

Изделие считается удовлетворяющим требовани-

ям стандарта, если оно прошло испытание в харак-

терном пожароопасном режиме —

ign

и интеграль-

ная расчетная вероятность возникновения пожара

в нем (от него) —

не превышает 10

-6

на одно из-

делие в год. В случае, когда

, больше 10

-6

, прини-

мается решение о том, нужно ли модифицировать

(доработать) электротехническое изделие или снять

его с производства.

ВЫВОДЫ

На базе проведенных специалистами ВНИИПО МЧС

РФ работ сформулированы основные положения

методологии расчета величины вероятности возник-

новения пожара от электротехнического изделия,

которые могут быть использованы при интегральной

оценке риска возникновения пожара на объекте в со-

ответствии с требованиями Технического регламента

«О требованиях пожарной безопасности» № 123-ФЗ

от 22.07.2008 г.

Практическая апробация методики позволила

внести предложения в международный стандарт

IEC 60695-1-12:2015 в виде раздела «Вероятностная

оценка пожарного риска», который был единогласно

принят экспертами ТК 89 МЭК, а затем одобрен Цен-

тральным офисом Международной электротехниче-

ской комиссии.

В соответствии с Программой национальной

стандартизации России был также подготовлен про-

ект гармонизированного стандарта ГОСТ IEC 60695-

1-12-2015, который является модифицированным по

отношению к международному стандарту, в связи

с необходимостью адаптации стандарта к действую-

щей нормативной базе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Каменский М.К., Смелков Г.И. и др. О применении

на объектах кабелей с повышенными показателями

надежности и пожарной безопасности // ЭЛЕКТРО-

ЭНЕРГИЯ. Передача и распределение, 2015, № 1(28).

С. 74–81.

2. IEC 60695-1-12:2015. Fire hazard testing. Part 1–12:

Guidance for assessing the hazard of electrotechnical

products. Fire safety engineering, MOD.

3. IEC 60695-1-12:2015(МЭК 60695-1-12:2015). Испытания

на пожарную опасность. Часть 1–12. Руководство по

оценке пожарной опасности электротехнической про-

дукции. Техника пожарной безопасности.

4. ГОСТ 1.2-2015. Межгосударственная система стандар-

тизации (МГСС). Стандарты межгосударственные, пра-

вила и рекомендации по межгосударственной стандар-

тизации. Правила разработки, принятия, обновления

и отмены.

5. ГОСТ 1.3-2014. Межгосударственная система стан-

дартизации (МГСС). Стандарты межгосударственные.

Правила разработки на основе международных и реги-

ональных стандартов.

6. Смелков Г.И., Рябиков А.И., Дмитриева Т.М. Электриче-

ские источники зажигания и причины пожаров // Пожар-

ная безопасность, 2016, № 3. С. 145–149.

7. ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности тру-

да (ССБТ). Пожарная безопасность. Общие требования.

ПОЖАРНАЯ

БЕЗОПАСНОСТЬ

Оригинал статьи: Гармонизация национальных противопожарных норм в части испытания электрооборудования на пожарную опасность

Ключевые слова: электрооборудование, пожарная опасность, вероятностная оценка риска, гармонизация норм

Читать онлайн

В статье впервые излагаются основные положения проекта модифицированного стандарта IEC 60695-1-12: 2015 «Испытание на пожароопасность. Руководство по оценке пожарной опасности электротехнической продукции. Системы пожарной безопасности». Рассматриваются этапы процесса разработки системы пожарной безопасности (СПБ), приводятся критерии оценки противопожарных требований и их соответствия СПБ электротехнических изделий объекта. Одним из важных рассмотренных разделов работы является метод вероятностной оценки пожарного риска. Ранее вероятностные методики, связанные с оценкой пожарной опасности электрооборудования, в стандартах Международной электротехнической комиссии (МЭК) не использовались. Разработка данного стандарта способствует гармонизации международных и межгосударственных подходов в части оценки вероятности возникновения пожаров от электроизделий.