К вопросу обоснования норм в области обеспечения пожарной безопасности кабельных потоков городских коллекторов

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

К вопросу обоснования
норм в области обеспечения
пожарной безопасности
кабельных потоков
городских коллекторов

Герман СМЕЛКОВ, д.т.н., профессор,

Алексей РЯБИКОВ, начальник отдела,

Татьяна ДМИТРИЕВА, старший научный сотрудник,

ФГБУ ВНИИПО МЧС России

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В журнале «КАБЕЛЬ-news» неоднократно осве-

щались вопросы, связанные с высокой пожарной
опасностью электрических изделий, и в первую оче-
редь кабельной продукции. Актуальной была эта
проблема и в минувшем 2013 году, так как по пред-
варительным данным более 65% пожаров, связанных
с электроустановками, и более 80% ущерба от них
приходятся на электропроводки и кабельные линии.

Институт в рамках своей функциональной на-

правленности принимает активное участие в разра-
ботке средств и методов по сдерживанию (снизить
пока не удаётся) роста количества пожаров от ка-
бельных изделий.* Одними из важных направлений
этой деятельности наряду с созданием надёжных
и пожаробезопасных кабельных изделий являются
разработка, обоснование и совершенствование нор-
мативной базы, регламентирующей требования по-
жарной безопасности, предъявляемые к кабельной
продукции на этапе её выпуска, а также в процессе
монтажа и эксплуатации.

В пожарном деле особое признание имеют нор-

мы, объективность и эффективность которых дока-
зана при проведении пожарных (огневых) испыта-
ний.

Для лучшего понимания пожарной терминологии

авторы сочли целесообразным дать описание неко-
торых принятых в международной практике [1] тер-
минов, характеризующих масштаб испытаний.

Пожарное испытание

—

испытание, при кото-

ром производят измерения параметров пожара и их
изменения или устанавливают результаты воздей-
ствия пожара на объект испытаний. В результате ис-
пытания может определяться огнестойкость образца
или стойкость его к воспламенению.

Полномасштабные пожарные испытания

—

испытания, воспроизводящие определённую обста-
новку в реальном масштабе, с реальными объекта-
ми в их реальном размещении и применении их в
обычной среде.

В таких пожарных испытаниях обычно оценива-

ется,

применяется ли продукция в соответствии с

положениями, заложенными в нормировании или в
соответствии с принятой практикой.

Крупномасштабные пожарные испытания —

пожарные испытания, которые невозможно прово-
дить в типовом лабораторном шкафу, они прово-
дятся на испытуемых образцах больших размеров
(свыше 3 м).

Маломасштабное пожарное испытание

—

по-

жарное испытание, проводимое на образцах, раз-
мер которых не превышает 1 м.

В данной статье приводятся результаты крупно-

масштабных пожарных испытаний кабельных пото-
ков применительно к городским коммуникационным
коллекторам.

Коммуникационные коллекторы часто называют

системами жизнеобеспечения города, так как в них
расположены различного рода инженерные ком-
муникации: кабельные потоки (высоковольтные и
низковольтные кабели, кабели собственных нужд,

* Журнал «КАБЕЛЬ-news», № 6 (ноябрь-декабрь), 2013 г.

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

слаботочные кабели связи и сигнализации, включая
оптические и др.), трубопроводы горячей и холодной
воды, систем теплоснабжения, воздуховоды венти-
ляции и дымоудаления.

Целью работы было проведение эксперименталь-

ных исследований для обоснования требований по-
жарной безопасности, предъявляемых к кабельным
изделиям, прокладываемым в коллекторах, а также
к применению систем пожаротушения. Было приня-
то решение, что экспериментальные исследования
по определению распространения горения должны
быть проведены на горизонтальной кабельной про-
кладке, состоящей из кабелей, не распространяю-
щих горение, исполнения «нг-LS», которые наиболее
часто закладываются в проекты.

В соответствии с разработанной «Методикой

оценки влияния типа кабельной продукции на раз-
витие пожара и его тушение в кабельном тоннеле»
предусматривалось:
• определение возможности возникновения горе-

ния по кабелям с индексами «нг-LS» при их гори-
зонтальной прокладке в кабельном коллекторе;

• исследования процесса развития пожара в ка-

бельном тоннеле при прокладке кабелей с ин-
дексами «нг-LS» при воздействии внешнего ис-
точника воспламенения;

• определение эффективности применения гори-

зонтальных перегородок для предотвращения
распространения пожара;

• оценка эффективности тушения кабелей.

Исследования проводились на эксперименталь-

ном стенде ФГБУ ВНИИПО МЧС России «Кабель-
ный тоннель» при следующих условиях окружающей
среды:
• температура воздуха — 20

С;

• атмосферное давление — 760 мм рт. ст.;
• влажность воздуха — 80%.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Испытательное и измерительное оборудование

Экспериментальный стенд «Кабельный тон-

нель» представляет собой два металлических сва-
ренных в длину между собой морских контейнера
общим размером 24,0х2,40х2,40 м, установленных
на бетонной плите высотой 0,2 м.

По обеим сторонам стенда размещены полки,

выполненные из металлических уголков 0,05х0,05 м,
предназначенные для укладки кабелей. Расстояние
от пола до верхней полки — 1,9 м, ширина полок —
0,5 м, длина экспериментального участка стенда —
5 м. Количество полок по высоте — 7 шт., высота
от пола до первой полки — 0,4 м, расстояние между
полками — 0,25 м.

В качестве модельного очага пожара (МОП) ис-

пользован заполненный легковоспламеняющейся
жидкостью (ЛВЖ) металлический противень раз-

мером 0,50х0,50х0,15 м, толщина стенки — 0,003 м.
МОП расположен на полу тоннеля под нижней пол-
кой с кабелями связи в конце кабельного потока на
расстоянии от открытого проёма тоннеля до центра
МОП 4 м.

На дно противня, для его охлаждения, залива-

лась вода слоем 2 см и сверху 10 л керосина. Объём
ЛВЖ, при выборе источника зажигания, рассчиты-
вался исходя из возможной модели возникновения и
развития пожара в кабельном потоке коммуникацион-
ного коллектора.

В соответствии со статистикой из возможных причин

пожаров в коллекторах наибольшую опасность пред-
ставляют загорания, вызванные коротким замыкани-
ем (КЗ) в силовых кабелях или «занесением внеш-
него источника огня» (работа с паяльной лампой,
возгорание посторонних материалов, использование
открытого огня для работ и т.п.), с последующим рас-
пространением огня по кабелям вдоль коллектора и
одновременно в верхнюю его часть, где устанавли-
вается наиболее высокая температура, активизиру-
ющая процесс горения.

Для имитации таких источников зажигания (ИЗ) и

был принят эквивалентный источник в виде пламени
горящей в противне ЛВЖ.

Расчёт эквивалентной мощности ИЗ произво-

дился для кабелей связи: например, кабель марки
ТПВнг-LS 30х2х0,5 (не распространяющий горение
по категории А ГОСТ IEC 60332-3-22-2005 в количе-
стве 55 отрезков).

Предполагалось, что загорание этих кабелей про-

изошло от дугового разряда и частиц металла, обра-
зующихся при КЗ в силовых кабелях или в одной из
кабельных муфт, расположенных на верхних полках.

Тепловыделение от сгорания 1 м кабеля ТПВнг-LS

составляет 4,43 МДж, а общее тепловыделение
55 отрезков — 243,6 МДж. Согласно испытаниям,
проведённым ВНИИПО МЧС России, среднеста-
тистическая длина выгорания кабелей составила
1,3 метра, при этом общее тепловыделение пучка
кабелей — 316,7 МДж. Тепловыделение от сгорания
материалов муфты имеет небольшую долю этого
тепла, и им можно пренебречь.

При использовании в качестве источника зажига-

ния керосина массой

теплота сгорания

должна

соответствовать горючей нагрузке кабелей Q

каб

= Q

/ Q

к.уд.

; Q

= Q

каб

;

= Q

каб

/ Q

к.уд.

где Q

к.уд.

— удельная теплота сгорания керосина,

равная 41,8 МДж/кг.

Таким образом, тепловыделение сгоревших ка-

белей эквивалентно сгоранию 7,58 кг (9,6 л) керо-
сина (при удельной плотности осветительного керо-
сина 0,79 кг/л). За источник зажигания принималось
10 л (7,9 кг) керосина.

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

При скорости выгорания слоя

керосина в противне 1,25 мм/
мин общая длительность горе-
ния (при толщине слоя керосина
40 мм) составила 32 мин, а мощ-
ность тепловыделения равна
171,8 кВт, что более чем в 8 раз
превышало величину мощности
стандартной горелки по ГОСТ
IEC 60332-3-(21-25)-2011 [2].

В целях обеспечения огне-

стойкости самого тоннеля при
проведении испытания снаружи
предусматривалось его ороше-
ние водой из внешнего трубо-
провода. Установка состояла из
питающего и распределительно-
го трубопроводов. Подвод воды
к установкам наружного ороше-
ния и внутреннего пожаротушения осуществлялся
от пожарной машины.

На расстоянии 0,05 м от потолка стенда внутри тон-

неля был смонтирован распределительный трубопро-
вод DN 65 длиной 24 м. Для тушения пожара использо-
вались два распылителя типа «Аквамастер-Горизонт»,
расстояние между распылителями — 3 м. Расстоя-
ние от розетки распылителя до потолка — 0,2 м, рас-
стояние от распылителя до верхней полки — 0,7 м.

При работе установки пожаротушения маномет-

ром измерялось давление у диктующего распыли-
теля.

Контрольно-измерительная аппаратура вклю-

чала в себя:

термоэлектрические преобразователи

(термопары) типа ТП-0198/1 для установки на жилу

Рис. 1. Схема установки термопары в кабель

1 — оболочка кабеля; 2 — металлическая жила ка-
беля; 3 — термопара.

кабеля (рис. 1), диаметр проволоки — 0,27 мм, ра-
бочая длина — 200 мм, длина кабеля — 1500 мм,
диапазон измерений — от 0 до 850°С; термоэлек-
трические преобразователи (термопары) типа ТХА
008-023.3, диаметр проволоки — 0,8 мм, диапа-
зон измерений — от 0 до 1300

С; технологический

многоканальный измеритель-регулятор ИРТМ 2402/
МЗЕх-2; прибор измерения и регистрации темпе-
ратур ГСП А650М-002-04, диапазон измерения —
0—1300°С, цена деления — 10°С, погрешность реги-
страции ±0,5%; секундомер типа СОС Ир-2б-2-000,
диапазон измерения — 60 мин, 60 с, цена деления —
1 с, погрешность измерения — 0,5 с; манометр типа
МЗМ, класс точности — 0,4, диапазон измерения —
0—100 кгс/см

, цена деления — 0,4 кгс/см

; кинока-

мера Canon Power Shot S315.

На рис. 2 представлена схема расположения тер-

моэлектрических преобразователей.

В качестве питателя системы орошения и пожа-

ротушения водой использовался пожарный автомо-
биль АЦ 40, расход (подача) воды — 40 л/с.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ

Объект испытаний представляет собой кабель-

ный поток, расположенный на семи полках по одной
стороне тоннеля. Длина отрезков кабелей — 5 м.

Горючая нагрузка около 7 литров на метр кабель-

ной линии (на каждой полке).

Размещение кабелей представлено на рис. 3.
Термопары Т1—Т6 и Т10—Т12 располагались

поверх кабелей. Термопары Т7—Т9 были введены
в кабель до металлической жилы (рис. 1, 2), место
ввода изолировано эпоксидным клеем с толщиной
слоя не более 2 мм. Тер мопары Т13—Т15 были рас-
положены на расстоянии 0,2 м от потолка.

Полки I, II — одножильные, силовые кабели типа

АПвВнг-LS 1x120-10. Кабели были сформированы в

Рис. 2. Схема расположения термопар

Трубопровод

Распылители

МОП

1000

1500

3000

Полки с

кабельной

укладкой

1500

5000

500

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

Полки III, IV — силовые кабели типа АВБбШнг-LS

4x95-1, АВВГнг-LS 4x70-1 уложены в один слой с за-
зором в половину диаметра кабеля, общая ширина
прокладки — 0,35 мм.

Полка V — контрольные кабели типа КВБбШнг

14x1,0, АКВВГнг-LS 27x2,5, КВВГнг-LS 37x1,5. Про-
кладка кабелей двухслойная без зазоров. Общая
ширина прокладки — 0,35 мм.

Полки VI, VII — кабели связи типа ТППШнг

20x2x0,64, ОКЛМ-0,2-12. На полках VI, VII кабели
уложены в металлические перфорированные лотки.

В качестве рассечек между полками I—IV исполь-

зованы плиты АЦЭИД размером 150х500х6 мм.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ОЦЕНКА

РЕЗУЛЬТАТОВ

Измерение температур осуществлялось в про-

цессе испытаний от момента зажигания МОП до
прекращения пламенного горения (в том числе и при
работе установки пожаротушения).

МОП поджигался факелом. С этого момента осу-

ществлялось измерение времени испытания, темпе-
ратур в объёме тоннеля и на кабелях, проводились
фото- и видеосъёмка.

По результатам испытаний устанавливалась воз-

можность или невозможность распространения го-
рения при горизонтальном расположении испытыва-
емых кабелей.

Результат испытаний считался положительным,

если обугленная или повреждённая пламенем часть
любого образца кабеля не превышала 2,5 м от края
противня источника зажигания.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Результаты испытаний приведены в табл. 1—3.

Динамика изменения температурного режима на ка-
белях (Т1—Т15) приведена на рис. 4 и 5, максималь-
ные температуры — в табл. 2.

Рис. 3. Размещение кабелей в тоннеле

полки I, II — силовые кабели переменного тока на-
пряжением 10 кВ;
полки III, IV — силовые кабели переменного тока на-
пряжением 1 кВ;
полка V — контрольные кабели;
полки VI, VII — кабели связи;
Т1—Т15 — термопары.

Табл. 1. Максимальные значения величин контролируемых параметров

Фиксируемый параметр

Величина показателя

Примечание

Время полного выгорания керосина, с

1980

—

Время свободного горения кабеля, с

6048

—

Время включения установки пожаротушения

—

Установка пожаротушения не

включалась

Время полного тушения кабеля, с

—

Длина повреждённой части кабеля, мм:

I полка

—

II полка

700

III полка

1200

IV полка

1400

V полка

1200

VI полка

1300

VII полка

700

пучки по три. В пучках они уложены треугольником.
Общая ширина прокладки — 0,35 мм.

Трубопровод

Распылитель

Плита АЦЭИД 1500х500х6

500

700

МОП

1900

Page 6

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

Как видно из рис. 4, указан-

ные в табл. 3 максимальные тем-
пературы на стенде достигались
в зависимости от места установ-
ки термопары в разное от начала
испытаний время, но имеется и
момент общего — максимум, ко-
торый пришёлся на период с 11
до 17 мин с начала испытаний на
полках, расположенных над ис-
точником зажигания.

Абсолютный максимум тем-

пературы (900

С) был получен

на VII кабельной полке — на обо-
лочке кабелей связи, поскольку
на эти кабели непосредственно
воздействовало пламя горящего
керосина. Температура на обо-
лочке кабеля и его жиле зависит
от многих параметров пожара,
и прежде всего от степени по-
вреждения огнём кабеля, по-
этому чёткой зависимости здесь
(табл. 3) установить не удалось: в
одном случае температура боль-
ше на оболочке, чем на жиле, в
другом — наоборот, или эти тем-
пературы одинаковы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнены крупномасштаб-

ные экспериментальные иссле-
дования процесса возникнове-
ния и распространения горения
кабелей исполнения «нг-LS» в
кабельном коллекторе.

Главный и положительный

результат исследования заклю-
чается в том, что максимальное

Рис. 4. График зависимости температуры в объёме кабельного

тоннеля и на кабелях от времени горения кабелей.

Термопары 7—15

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

Табл. 2. Максимальные значения температур горящих кабелей

Термопара

Максимальное значение температур

при горении кабелей,

Термопара

Максимальное значение температур

при горении кабелей,

Т1

900

Т9

78,2

Т2

600

Т10

187,8

Т3

Т11

176,2

Т4

Т12

49,2

Т5

Т13

249,4

Т6

Т14

31,0

Т7

146,4

Т15

29,7

Т8

161,9

Табл. 3. Температуры нагрева оболочек и жил кабелей АПвВнг-LS

1х120-10 кВ

Время от начала

опыта, мин

Оболочка

Жила

№ термо-

пары

Температура,

№ термо-

пары

Температура,

188

140

180

160

100

120

0:00:00

ТП15

ТП14

ТП12

ТП13

ТП11

ТП9

ТП10

ТП8

ТП7

300

250

200

150

100

Время, ч:мин:с

0:14:24

0:28:48

0:43:12

0:57:36

1:12:00

1:26:24

1:40:48

емперат

ура,

Page 7

«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru

распространение пламени
по кабельному потоку в ус-
ловиях свободного горения
до полного самостоятельно-
го затухания пламени ока-
залось существенно ниже
установленного методикой
допустимого значения 2,5 м
(раздел 2) и составило 1,4 м.
При этом использование си-
стемы пожаротушения не
потребовалось. Этот резуль-
тат очень важен, так как он
подтвердил мнение и авто-
ров статьи, и разработчиков
кабелей — специалистов
ВНИИКП — о том, что кабели
в исполнении «нг-LS» катего-
рии (А) даже при суммарной
горючей нагрузке, располо-
женной в туннеле на 7 пол-
ках, около 40 л/м, в опреде-
лённых методикой условиях
теплового воздействия спо-
собны противостоять распространению горения ка-
бельного потока при наличии на полках продольных
горизонтальных огнестойких перегородок (в данном
случае были использованы плиты АЦЭИД).

Таким образом, показана эффективность исполь-

зования в коллекторах огнестойких перегородок
между кабельными полками. Перегородки должны
выступать за пределы крайних кабелей на полке не
менее чем на 100 мм с обеих сторон. В местах сты-
ка элементов горизонтальных перегородок, а также
стыка этих перегородок и стен коллектора не долж-
но быть видимых зазоров.

Исследованы процесс и температурный режим

развития пожара в туннеле при воздействии на
кабели внешнего источника зажигания, энергия
которого в 8 раз превышала энергию стандартизо-
ванной газовой горелки (20,5 кВт), используемой
при сертификационных испытаниях по определе-
нию категории кабелей по нераспространению го-
рения.

Вместе с тем проведённые исследования следу-

ет считать лишь одним из этапов в серии крупно-
масштабных и маломасштабных (лабораторных)
испытаний, которые должны послужить осно-
ванием для корректировки действующих норм.
В перспективе эти исследования будут продол-
жены в направлении оценки влияния на способ-
ность кабелей противостоять распространению
горения с учётом воздействия следующих факто-
ров:
• увеличения объёма горючей массы кабелей на

полках;

• предварительного нагрева кабелей токовой на-

грузкой;

• имитации воздействия на оболочки кабелей ча-

стиц металлов и дугового разряда при КЗ;

• увеличения мощности источника зажигания и др.

Обстоятельствами, сдерживающими проведение

крупномасштабных экспериментов по обоснованию
нормативных требований, являются: с одной сто-
роны, высокая цена кабельных изделий, подверга-
ющихся в ходе испытаний разрушающим огневым
воздействиям, а с другой — пассивность заинтере-
сованных министерств и ведомств в организации и
финансировании этих работ.

Авторы статьи выражают благодарность сотруд-

никам института Е.Ю. Романовой, В.А. Былинкину,
Л.М. Мешману и Р.Ю. Губину, принимавшим участие
в подготовке экспериментального стенда и проведе-
нии испытаний.

ЛИТЕРАТУРА

Международный стандарт ISO 13943. Пожар-
ная безопасность. Словарь. Второе издание.
2008-10-15.

2. Испытания электрических и оптических кабелей

в условиях воздействия пламени. Распростра-
нение пламени по вертикально расположенным
пучкам

проводов или кабелей. Категории соот-

ветственно частям: 21-AF/R; 22-A; 23-B; 24-C;
25-D.

Актуально

ÏÎÆÀÐÍÀß ÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

В стандарте из-за ошибки перевода неправильно ис-

пользован термин «пучок». Более правильно в данном
случае использовать термин «групповая прокладка».

Рис. 5. График зависимости температуры в кабельном тоннеле

от времени горения кабелей. Термопары 1—6

100

емперат

ура,

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

ТП1

ТП2

ТП3

ТП4

ТП5

ТП6

Время, мин

Оригинал статьи: К вопросу обоснования норм в области обеспечения пожарной безопасности кабельных потоков городских коллекторов

Читать онлайн

В журнале «КАБЕЛЬ-news» неоднократно освещались вопросы, связанные с высокой пожарной опасностью электрических изделий, и в первую очередь кабельной продукции. Актуальной была эта
проблема и в минувшем 2013 году, так как по предварительным данным более 65% пожаров, связанных с электроустановками, и более 80% ущерба от них приходятся на электропроводки и кабельные линии.