Проблемы применения кабельных изделий с токопроводящими жилами из сплавов алюминия в жилых и общественных зданиях

Page 1
background image

Page 2
background image

120

пожарная безопасность

Проблемы применения  
кабельных изделий 
с токопроводящими жилами 
из сплавов алюминия в жилых 
и общественных зданиях

УДК

 621.31:614.84

В

 

соответствии

 

с

 

приказами

 

Министра

 

энергетики

 

Российской

 

Федерации

  

А

.

В

Новака

 

от

 16 

октября

 2017 

года

 

 968  [1]  

и

 

от

 20 

декабря

 2017 

года

 

 1196 [2] 

в

 

действующие

 

нормы

 

на

 

электропроводки

 

были

 

внесены

 

необхо

-

димые

 

изменения

и

 

алюминий

но

 

уже

 

модернизированный

в

 

виде

 

сплавов

 

8030 

и

 8176,  

возвращается

 

для

 

применения

 

в

 

электропроводках

 

жилых

и

 

общественных

 

зданий

.  

В

 

приложении

 

к

 

Приказу

 [1] 

учитываются

 

виды

сетей

 

и

 

условия

 

применения

 

новых

 

видов

 

кабельных

 

изделий

В

 

представ

-

ленной

 

работе

 

излагаются

 

результаты

 

выполненных

 

в

 

ФГБУ

 

ВНИИПО

 

МЧС

 

России

 

исследований

которые

 

предшествовали

 

и

в

 

определенной

 

мере

,

способствовали

 

появлению

 

данных

 

приказов

.

Ключевые

 

слова

:

кабельные

 

изделия

 

с

 

токопроводящими

 

жи

-

лами

 

из

 

сплавов

 

алюминия

свойства

 

матери

-

ала

температура

 

нагрева

 

контактных

 

соеди

-

нений

пожарная

 

опасность

 

частиц

 

металлов

практическая

 

реализация

 

результатов

 

иссле

-

дований

изменения

 

в

 

нормативной

 

базе

Keywords:

cables with aluminum alloy conductors, material 
properties, heating temperature of contact 
connections, 

 re hazard of metal particles, 

practical implementation of research results, 
changes in the regulatory framework

Смелков

 

Г

.

И

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

заслуженный

 

деятель

 

науки

главный

 

науч

 

ный

 

сотрудник

 

отдела

 3.3 

ФГБУ

 

ВНИИПО

 

МЧС

 

РФ

Пехотиков

 

В

.

А

.,

к

.

т

.

н

., 

ведущий

 

науч

 

ный

 

сотрудник

 

отдела

 3.3 

ФГБУ

 

ВНИИПО

 

МЧС

 

РФ

Рябиков

 

А

.

И

., 

начальник

 

отдела

 3.3 

ФГБУ

 

ВНИИПО

 

МЧС

 

РФ

Назаров

 

А

.

А

., 

заместитель

 

началь

 

ника

 

отдела

 3.3 

ФГБУ

 

ВНИИПО

 

МЧС

 

РФ

Каменский

 

М

.

К

.,

к

.

т

.

н

., 

заместитель

 

начальника

 

отделения

 

кабелей

 

энергетического

 

назначения

 

ОАО

 «

ВНИИКП

»

СОСТОЯНИЕ

И

 

АКТУАЛЬНОСТЬ

 

ПРОБЛЕМЫ

Современное

 

состояние

 

экономики

 

страны

 

диктует

 

необходимость

 

поиска

 

и

 

использования

 

в

 

различ

-

ных

 

отраслях

особенно

 

в

 

строительной

 

индустрии

 

и

 

энергетике

 

страны

более

 

экономичных

 

материа

-

лов

инженерного

 

оборудования

в

 

том

 

числе

 

элек

-

тротехнических

 

изделий

В

 

первую

 

очередь

 

речь

 

идет

 

о

 

кабельной

 

продукции

Ведь

 

высокая

 

стои

-

мость

 

меди

идущей

 

на

 

изготовление

 

токопроводя

-

щих

 

жил

  (

ТПЖ

кабелей

ведет

 

к

 

существенным

 

за

-

тратам

 

и

 

удорожанию

 

объектов

.

Анализ

 

причин

побудивших

в

 

свое

 

время

ограничить

 

применение

 

кабелей

 

с

 

алюминиевыми

 

жилами

показал

что

 

основными

 

причинами

вли

-

яющими

 

на

 

отказ

 

электропроводок

является

 

ряд

 

факторов

таких

 

как

 

жесткость

 

алюминиевых

 

ТПЖ

 

и

 

их

 

склонность

 

к

 

излому

 

при

 

монтажных

 

изгибах

.

Кроме

 

этого

 

имеет

 

место

 

нестабильность

 

кон

-

тактных

 

соединений

 

кабелей

 

с

 

алюминиевыми

 

жи

-

лами

 

в

 

электроизделиях

которая

 

обусловлена

 

раз

-

личными

 

значениями

 

коэффициентов

 

линейного

 

расширения

 

при

 

нагреве

 

металлов

 

контактируемых

 

элементов

а

 

также

 

ползучестью

 

алюминия

из

-

за

 

чего

 

возникает

 

потребность

 

периодического

 

обслу

-

живания

 

контактных

 

соединений

.

Существенный

 

вклад

 

в

 

ограничение

 

областей

 

применения

 

ТПЖ

 

из

 

электротехнического

 

алюми

-

ния

 

вносит

 

также

 

повышенная

 

скорость

 

их

 

окис

-

ления

 

и

как

 

следствие

ухудшение

 

контактных

 

со

-

единений

 

и

 

высокая

 

зажигательная

 

способность

 

горящих

 

капель

 

алюминия

возникающих

 

при

 

корот

-

ком

 

замыкании

 (

КЗ

).


Page 3
background image

121

Международный

 

опыт

 

подтверждает

 

роль

 

при

-

веденных

 

факторов

 

на

 

надежность

 

электропрово

-

док

При

 

этом

в

 

США

 

был

 

сделан

 

вывод

 

о

 

целесо

-

образности

 

замены

 

электропроводок

выполненных

 

кабелями

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

алюминия

и

 

произведен

 

пере

-

ход

 

на

 

применение

 

кабелей

 

не

 

с

 

медными

 

жилами

а

 

с

 

жилами

 

из

 

сплавов

 

алюминия

 

за

 

счет

 

примене

-

ния

 

целого

 

ряда

 

добавок

существенно

 

улучшаю

-

щих

 

их

 

свойства

Сегодня

 

в

 

США

 

это

 

основной

 

тип

 

электропроводок

 

в

 

зданиях

.

Учитывая

 

изложенное

компания

  «

РУСАЛ

» — 

один

 

из

 

крупнейших

 

мировых

 

производителей

 

алю

-

миния

обратилась

 

к

 

Президенту

 

страны

 (

письмо

 

от

 

11.10.2015 

г

 01-20-192/28) 

с

 

просьбой

 

поручить

 

Правительству

 

Российской

 

Федерации

 

разрабо

-

тать

 

с

 

участием

 

заинтересованных

 

организаций

 

комплекс

 

первоочередных

 

мер

 

поэтапного

 

увели

-

чения

 

годового

 

производства

 

алюминия

 

в

 

стране

 

и

 

его

 

внедрения

 

в

 

различных

 

отраслях

 

промышлен

-

ности

 

и

 

объектах

 

экономики

 

страны

.

В

 

числе

 

мер

 

государственной

 

поддержки

 

раз

-

вития

 

производств

 

было

 

названо

 

предложение

 

о

 

внесении

 

изменения

 

в

 «

Правила

 

устройства

 

элек

-

троустановок

», 

о

 

разрешении

 

использования

 

элек

-

тропроводки

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

алюминиевых

 

сплавов

 

при

 

строительстве

 

зданий

.

Президент

 

страны

 

поручил

 

своей

 

резолюцией

 

премьер

-

министру

 

и

 

Министру

 

энергетики

 

рассмо

-

треть

 

и

 

разработать

 

конкретные

 

меры

 

по

 

реализа

-

ции

 

указанных

 

предложений

Во

 

исполнение

 

дан

-

ного

 

решения

 

компания

 «

РУСАЛ

» 

разработала

 

два

 

типа

 

алюминиевых

 

сплавов

существенно

 

улучша

-

ющих

 

физико

-

механические

 

свойства

 

жил

Жилы

 

из

 

этих

 

сплавов

 

изготовляются

 

на

 

основе

 

алюми

-

ния

 

с

 

применением

  (

в

 

долях

 

одного

 

процента

до

-

бавок

 

в

 

виде

 

кремния

железа

цинка

магния

 

и

 

меди

 

и

 

маркируются

 

под

 

наименованием

 — 

сплавы

 8030 

и

 8176. 

Ниже

 

приводятся

 

результаты

 

исследований

 

ВНИИПО

 

в

 

части

 

оценки

 

пожарной

 

опасности

 

электропроводок

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

алюминиевых

 

сплавов

включающие

 

исследования

 

динамики

 

изменения

 

электрических

 

сопротивлений

 

контактных

 

соедине

-

ний

 

и

 

оценку

 

пожарной

 

опасности

 

частиц

 

металлов

образующихся

 

при

 

коротком

 

замыкании

  (

КЗ

этих

 

жил

.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

 

ИССЛЕДОВАНИЯ

 

ДИНАМИКИ

 

ИЗМЕНЕНИЯ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

 

СОПРОТИВЛЕНИЯ

 

И

 

ТЕМПЕРАТУР

 

НАГРЕВА

 

КОНТАКТНЫХ

 

СОЕДИНЕНИЙ

 

ТПЖ

 

ИЗ

 

АЛЮМИНИЕВЫХ

 

СПЛАВОВ

 

С

 

ЗАЖИМНЫМИ

 

УСТРОЙСТВАМИ

 

ЭЛЕКТРОУСТАНОВОЧНЫХ

 

ИЗДЕЛИЙ

 

В

 

ЗАВИСИМОСТИ

 

ОТ

 

ТОКА

 

НАГРУЗКИ

Целью

 

настоящих

 

исследований

 

явилась

 

экспери

-

ментальная

 

проверка

 

соответствия

 

контактных

 

со

-

единений

 

для

 

подключения

 

кабелей

 

с

 

токопроводя

-

щими

 

жилами

 

из

 

алюминиевых

 

сплавов

 

марок

 8030 

и

 8176 

требованиям

 

ГОСТ

 10434-82 [3]. 

В

 

соответствие

с

 

п

. 2.2.3 

стандарта

 

электриче

-

ское

 

сопротивление

 

контактных

 

соединений

  (

кро

-

ме

 

сварных

 

и

 

паяных

), 

прошедших

 

испытание

 

на

 

соответствие

 

требованиям

 

стандартов

 

и

 

другой

 

технической

 

документации

 

по

 

методике

указанной

 

в

 

ГОСТ

 17441-84 [4], 

не

 

должно

 

превышать

 

началь

-

ное

 

значение

 

более

 

чем

 

в

 1,5 

раза

Наибольшая

 

допустимая

 

температура

 

контакт

-

ных

 

соединений

 

классов

 1 

и

 2 

при

 

протекании

 

номинального

  (

длительно

 

допустимого

тока

 

для

 

проводников

 

из

 

алюминия

 

и

 

его

 

сплавов

в

 

соот

-

ветствии

 

с

 

п

. 2.2.4 

вышеуказанного

 

стандарта

не

 

должна

 

превышать

 

в

 

установках

 

до

 1000 

В

 — 95°

С

Токовые

 

нагрузки

 

проводников

 

при

 

этом

 

прини

-

мают

 

в

 

соответствии

 

с

  «

Правилами

 

устройства

 

электроустановок

», 

а

 

также

 

по

 

стандартам

 

или

 

техническим

 

условиям

 

на

 

конкретные

 

виды

 

элек

-

тротехнических

 

устройств

.

В

 

соответствии

 

с

 

этими

 

условиями

 

максималь

-

ные

 

значения

 

токов

при

 

которых

 

определялись

 

характеристики

 

контактных

 

соединений

 

в

 

устано

-

вившемся

 

тепловом

 

режиме

принимались

 

исходя

 

из

 

значений

 

длительно

 

допустимого

 

тока

 

электро

-

установочных

 

изделий

 

и

 

аппаратов

 

защиты

постав

-

ленных

 

на

 

испытания

так

 

как

 

величины

 

длительно

 

допустимых

 

токовых

 

нагрузок

 

проводников

 

из

 

спла

-

вов

 

сечений

 2,5 

мм

2

 

и

 4 

мм

2

 

превышают

 

указанные

 

параметры

 

изделий

 10 

А

 

и

 16 

А

.

Методика

 

проведения

 

исследований

Задачей

 

исследований

 

является

 

определение

 

значений

 

электрического

 

сопротивления

  (

показате

-

лей

 

падения

 

напряжения

в

 

контактных

 

соединениях

 

электротехнических

 

установочных

 

изделий

 

базовых

 

типов

 

и

 

предельных

 

температур

 

нагрева

 

в

 

устано

-

вившемся

 

тепловом

 

режиме

 

при

 

заданных

 

параме

-

трах

 

протекающего

 

через

 

контактные

 

соединения

 

электрического

 

тока

 

и

 

усилиях

 

затяжки

 

контактных

 

пластин

 

для

 

ТПЖ

 

из

 

сплавов

 8030 

и

 8176. 

Для

 

проведения

 

исследований

 

были

 

использова

-

ны

 10 

типоразмеров

 

электротехнических

 

установоч

-

ных

 

изделий

 

базовых

 

типов

 (

бытовых

 

розеток

 

и

 

вы

-

ключателей

 

различных

 

фирм

-

производителей

 

на

 

номинальные

 

токи

 10 

А

 

и

 16 

А

). 

Мощность

 

тепловыделения

 

от

 

одиночного

  «

пло

-

хого

 

контакта

» 

в

 

электрической

 

цепи

учитывая

что

 

падение

 

напряжения

 

контактного

 

перехода

 

устойчи

-

во

 

воспроизводится

 

в

 

широком

 

диапазоне

 

измене

-

ния

 

тока

 

и

 

зависит

 

в

 

основном

 

от

 

свойств

 

матери

-

алов

образующих

 

контакт

может

 

быть

 

рас

c

читана

 

методом

указанным

 

в

 

работе

 [5]. 

Стенд

 

для

 

проведения

 

исследований

 

включал

 

регулируемый

 

стабилизированный

 

источник

 

пита

-

ния

 

постоянного

 

тока

измерительные

 

приборы

 

для

 

определения

 

падения

 

напряжения

 

и

 

величины

 

про

-

текающего

 

тока

 

через

 

контактные

 

соединения

а

 

так

-

же

 

тепловизор

 

и

 

др

.

Электроустановочные

 

изделия

 

и

 

аппараты

 

защи

-

ты

 

были

 

сгруппированы

 

по

 

значениям

 

номинально

-

го

 

тока

 

и

 

через

 

контактные

 

соединения

 

с

 

помощью

 

исследуемых

 

проводов

 

с

 

ТПЖ

 

одного

 

сечения

 

по

-

следовательно

 

подключены

 

к

 

источнику

 

питания

На

 

рисунке

 1 

представлена

 

схема

 

внешних

 

соединений

 

при

 

испытании

 

изделий

 

для

 

сечения

 

жил

 2,5 

мм

2

 

про

-

 3 (48) 2018


Page 4
background image

122

водов

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

сплавов

 

алюми

-

ния

 

марок

 8030 

и

 8176. 

Аналогичные

 

схемы

 

собраны

 

для

 

проводов

 

с

 

сечением

 

ТПЖ

 

равным

 4 

мм

2

.

В

 

соответствии

 

с

 

требовани

-

ями

 

ГОСТ

 17441-84 

при

 

прове

-

дении

 

экспериментов

 

длина

 

ис

-

пытываемых

 

проводников

 

была

 

принята

 

равной

 250 

мм

а

 

из

-

мерительный

 

ток

 

нагрузки

 — 

не

 

более

 0,3 

от

 

длительно

 

допусти

-

мого

 

тока

 

проводника

.

В

 

процессе

 

испытаний

 

паде

-

ние

 

напряжения

 

контактного

 

пе

-

рехода

 

измерялось

 

цифровым

 

милливольтметром

 

с

 

базовой

 

по

-

грешностью

 0,03% (

рисунок

 2). 

Изменение

 

тока

 

нагрузки

 

произ

-

водилось

 

ступенями

 

в

 

зависимо

-

сти

 

от

 

величины

 

номинального

 

тока

 

изделий

.

В

 

соответствии

 

с

 

требова

-

ниями

 

ГОСТ

 17441-84 

затяжка

 

винтовых

 

контактных

 

соединений

 

производилась

 

моментными

 

тарированными

 

отвертками

Величи

-

на

 

крутящего

 

момента

в

 

соответствии

 

с

 

таблицей

 9 

стандарта

принималась

:

 

для

 

диаметра

 

резьбы

 

М

3 — (0,5±0,2) 

Н

·

м

;

 

для

 

диаметра

 

резьбы

 

М

4 — (1,2±0,2) 

Н

·

м

.

На

 

основании

 

измеренных

 

значений

 

протекающе

-

го

 

тока

 

и

 

падения

 

напряжения

 

в

 

контактном

 

соедине

-

нии

 

были

 

рассчитаны

 

величины

 

сопротивлений

 

кон

-

тактов

 

в

 

исходном

 — 

R

ИСХ

 («

холодном

 

состоянии

») 

и

 

при

 

максимальном

 

нагреве

  (

длительно

 

допусти

-

мым

 

током

) — 

R

M

АХ

.

Результаты

 

испытаний

Проведенные

 

испытания

 

показали

что

 

переход

-

ные

 

электрические

 

сопротивления

 

в

 

контактных

 

со

-

единениях

 

с

 

ТПЖ

выполненными

 

из

 

сплавов

 8030 

и

 8176, 

в

 

установившемся

 

тепловом

 

режиме

 

состав

-

ляют

 

величины

 

одного

 

порядка

 

и

 

принципиальных

 

отличий

 

не

 

имеют

Таким

 

образом

с

 

точки

 

зрения

 

по

-

лученных

 

значений

 

кратностей

 

переходных

 

сопротив

-

лений

 

контактных

 

соединений

 (

п

. 2.2.3 

ГОСТ

 10434-82) 

и

 

их

 

температур

 

в

 

установившемся

 

тепловом

 

режиме

 

(

п

. 2.2.4) 

при

 

токе

 

электрической

 

цепи

соответствую

-

щему

 

номинальному

 

току

 

электроустановочных

 

изде

-

лий

контактные

 

соединения

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

сплавов

 8030 

и

 8176 

в

 

достаточной

 

степени

 

аналогичны

Контактные

 

соединения

  (

для

 

двух

 

автоматов

из

 

двенадцати

 

исследуемых

 

изделий

 

испытаний

 

не

 

вы

-

держали

  (

контакты

 

этих

 

изделий

 

не

 

пригодны

 

для

 

работы

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

алюминиевых

 

сплавов

 

и

 

требуют

 

модернизации

). 

При

 

этом

 

сечение

 

проводников

 

не

 

по

-

влияло

 

на

 

общую

 

тенденцию

 

полученных

 

результатов

.

 

В

 

ходе

 

проведения

 

исследований

 

отмечено

что

 

контактные

 

соединения

 

вилок

 

и

 

розеток

выполнен

-

ные

 

проводом

 

с

 

сечением

 

ТПЖ

 

равным

 4 

мм

2

явля

-

ются

 

не

 

вполне

 

надежными

так

 

как

 

диаметр

 

и

 

глуби

-

на

 

гнезд

 

контактов

а

 

также

 

крепление

 

жилы

 

винтом

 

М

3, 

не

 

обеспечивают

 

должного

 

качества

 

соединения

.

Таким

 

образом

по

 

результатам

 

выполненной

 

работы

 

можно

 

констатировать

 

то

что

 

выполнение

 

монтажа

 

электроустановочных

 

изделий

 

в

 

жилых

 

и

 

общественных

 

зданиях

 

проводами

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

алю

-

миниевых

 

сплавов

 

возможно

 

либо

 

при

 

внедрении

 

специальных

 

типов

 

электроустановочных

 

изделий

 

с

 

улучшенными

 

свойствами

 

контактных

 

групп

 

для

 

данного

 

типа

 

проводов

либо

 

при

 

использовании

 

до

-

полнительных

 

технических

 

средств

 

при

 

монтаже

 

су

-

ществующих

 

электроустановочных

 

изделий

которые

 

должны

 

иметь

 

соответствующую

 

маркировку

 

и

 

ин

-

струкцию

 

по

 

монтажу

.

Проблемой

 

модернизации

 

присоединительных

 

контактных

 

элементов

 

зажимов

 

электроустановоч

-

ных

 

изделий

 

и

 

усовершенствованием

 

технологии

 

монтажа

 

занимались

 

специалисты

 

ассоциации

 «

Рос

-

электро

 

монтаж

». 

По

 

имеющимся

 

у

 

нас

 

сведениям

многие

 

вопросы

 

в

 

этой

 

части

 

ими

 

уже

 

решены

.

Большие

 

и

 

положительные

 

испытания

 

контакт

-

ных

 

соединений

 

на

 

нагрев

 

кабе

-

лей

 

с

 

ТПЖ

 

из

 

сплавов

 

алюми

-

ния

 

были

 

также

 

выполнены

 

во

ВНИИКП

 [6]. 

Исследования

про

-

водимые

 

при

 

длительном

 

непре

-

рывном

 

и

 

циклическом

 

нагреве

показали

 

устойчивость

 

таких

 

со

-

единений

а

 

температура

 

контак

-

тов

 

не

 

превысила

 

нормируемую

 

величину

 

по

 

ГОСТ

10434-82.

 

 

 

 

 

ИСТОЧНИК

ПИТАНИЯ

+

-

8030

8030

 

8030

8030

8176

8176

8176

1

2

3

9

10

Рис

. 1. 

Схема

 

внешних

 

соединений

 

испытываемых

 

изделий

 (

розетки

 

и

 

вы

-

ключатели

для

 

сечения

 

ТПЖ

 S = 2,5 

мм

2

: 1 — 

источник

 

питания

 

СИП

 30

М

2–9 — 

электроустановочные

 

изделия

 (

розетки

выключатели

); 10 — 

клемм

-

ная

 

колодка

; 8030, 8176 — 

марки

 

сплавов

 

ТПЖ

  

проводов

Рис

. 2. 

Схема

 

измерения

 

падения

 

напряжения

 

контактного

 

соединения

ПОЖАРНАЯ 

БЕЗОПАСНОСТЬ


Page 5
background image

123

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ

 

ИССЛЕДОВАНИЯ

 

ПОЖАРНОЙ

 

ОПАСНОСТИ

 

ЧАСТИЦ

 

МЕТАЛЛОВ

ОБРАЗУЮЩИХСЯ

 

ПРИ

 

КОРОТКОМ

 

ЗАМЫКАНИИ

 

В

 

ЭЛЕКТРОПРОВОДКАХ

 

С

 

ТПЖ

 

ИЗ

 

МЕДИ

АЛЮМИНИЯ

 

И

 

ЕГО

 

СПЛАВОВ

 8030 

И

 8176

Пожарная

 

опасность

 

частиц

 

металлов

образующихся

 

при

 

КЗ

Ранее

 

выполненные

 

институтом

 

исследования

 

показали

что

 

алюминиевые

 

частицы

 

значительно

 

опаснее

 

медных

так

 

как

 

один

 

грамм

 

алюминия

 

при

 

сгорании

 

выделяет

 

в

 11 

раз

 

больше

 

теплоты

чем

 

в

 

аналогичных

 

условиях

 1 

г

 

меди

 [7]. 

При

 

этом

 

не

-

обходимо

 

учитывать

 

и

 

тот

 

факт

что

 

медные

 

части

-

цы

в

 

отличие

 

от

 

алюминиевых

при

 

атмосферном

 

давлении

 

даже

 

при

 

высоких

 

температурах

 

не

 

горят

 

в

 

воздухе

.

Тепловая

 

энергия

 

частицы

 

является

 

одним

 

из

 

ос

-

новных

 

критериев

 

ее

 

пожарной

 

опасности

Запас

 

те

-

пловой

 

энергии

 

частицы

 

Q

 (

Дж

приближенно

 

может

 

быть

 

определен

 

из

 

выражения

:

 

Q

 = 

C

 · 

m

 · (

T

 – 

T

0

) + 

q

 · 

m

, (1)

где

 

C

 — 

удельная

 

теплоемкость

Дж

/(

кг

·°

С

); 

m

 — 

мас

-

са

 

частицы

кг

T

 — 

температура

 

частицы

, °

С

T

0

 — 

температура

 

окружающей

 

среды

, °

С

q

 — 

удельная

 

теплота

 

фазового

 

превращения

Дж

/

кг

.

Было

 

показано

что

 

размеры

 

разлетающихся

 

час

 

тиц

 

составляют

 

от

 

нескольких

 

микрон

 

до

 3 

мм

температура

 

нагрева

 — 

от

 2000°

С

 

до

 2700°

С

ско

-

рость

 

разлета

 — 

до

 10 

м

/

с

 

и

 

продолжительность

 

горения

 

в

 

зависимости

 

от

 

диаметра

 

частицы

 

со

-

ставляет

 

от

 2 

до

 12 

с

Эти

 

частицы

 

способны

 

зажечь

 

многие

 

твердые

 

материалы

 

даже

 

при

 

падении

 

с

 

вы

-

соты

 

до

 50 

м

 [8].

Физическая

 

модель

 

процесса

 

горения

 3-

мил

-

лиметровых

 

алюминиевых

 

частиц

разработанная

 

авторами

 

и

 

опубликованная

 

ранее

 

в

 

журнале

 «

Фи

-

зика

 

горения

 

и

 

взрыва

» 

Академии

 

наук

 

СССР

 [9], 

основана

 

на

 

установленных

 

экспериментально

 

двух

 

температурных

 

стадиях

 

процесса

вы

 

со

-

котем

 

пе

 

ра

 

турного

 (2600÷2700°

С

и

 

низкотемпера

-

турного

 (2050÷2100°

С

горения

  (

рисунок

 3), 

при

 

этом

 

вторая

 

стадия

как

 

было

 

показано

 

авторами

имеет

 

кратерный

 

харак

-

тер

 

при

 

внутриобъемном

 

горении

 

частицы

  (

рису

-

нок

 4).

Как

 

было

 

показано

запасенного

 

тепла

 

такими

 

частицами

 

достаточно

 

для

 

воспламенения

 

целого

 

ряда

 

твердых

 

горючих

 

материалов

.

Методика

 

проведения

 

испытаний

Целью

 

сравнительных

 

испытаний

 

являлось

 

опре

-

деление

 

показателей

 

частоты

 

воспламенения

 

горю

-

чего

 

материала

 

от

 

частиц

 

металла

образующихся

 

в

 

зоне

 

короткого

 

замыкания

  (

КЗ

жил

 

исследуемых

 

кабелей

 

из

 

сплавов

 

алюминия

а

 

также

 

жил

 

из

 

элек

-

тротехнического

 

алюминия

 

и

 

меди

.

Испытания

 

проводились

 

на

 

фазном

 

сетевом

 

на

-

пряжении

 220 

В

В

 

качестве

 

индикатора

 

воспламенения

 

методикой

 

предусматривалось

 

использование

 

материала

 

груп

-

пы

 

горючести

 

Г

4 (

сильногорючий

) — 

хирургической

 

ваты

 

по

 

ГОСТ

 5556-81.

Короткое

 

замыкание

 

жил

 

из

 

алюминия

 

и

 

жил

 

из

 

сплавов

 8030 

и

 8176 

проводилось

 

с

 

помощью

 

замы

-

кателя

 

с

 

электрическим

 

приводом

расположенным

 

над

 

горючим

 

материалом

 

на

 

высоте

 1 

м

При

 

образовании

 

раскаленных

 

или

 

горящих

 

ча

-

стиц

 

при

 

КЗ

 

жил

 

и

 

попадании

 

частиц

 

в

 

ячейки

 

с

 

горю

-

чим

 

материалом

 

происходило

 

воспламенение

  (

или

 

не

 

воспламенение

ваты

.

Для

 

каждого

 

материала

 

жил

 

проводилось

 

по

 

10 

экспериментов

.

В

 

соответствии

 

с

 [10] 

частота

 

воспламенения

 

го

-

рючего

 

материала

 

Q

в

 

определяется

 

по

 

формуле

 

ум

-

ножения

 

вероятностей

 

двух

 

зависимых

 

событий

:

 

Q

в

 = 

P

n

 · 

P

в

  =  

m

 / 

n

,  

(2)

где

 

P

n

 = 

n

1

 / 

n

 — 

вероятность

 

появления

 

пожароопас

-

ных

 

частиц

 

металла

 

в

 

опытах

 

по

 

короткому

 

замыка

-

нию

 

при

 

сопротивлении

 

петли

 «

фаза

-

ноль

», 

равному

 

Z

 

КЗ

P

в

  =  

m

 / 

n

1

 — 

вероятность

 

воспламенения

 

го

-

рючего

 

материала

 

в

 

опытах

в

 

которых

 

наблюдалось

 

появление

 

частиц

n

1

 — 

общее

 

количество

 

ячеек

 

в

 

поддонах

 

с

 

попавшими

 

в

 

них

 

частицами

 

в

 

серии

 

из

 

n

 

опытов

n

 — 

количество

 

опытов

m

 — 

общее

 

ко

-

личество

 

загораний

 

в

 

ячейках

 

поддона

 

в

 

серии

 

из

 

n

 

опытов

.

На

 

основании

 

сравнения

 

показателей

 

по

 

ча

-

стотам

 

воспламенения

 

делается

 

вывод

 

о

 

срав

-

нительной

 

пожарной

 

опасности

 

частиц

 

металлов

образующихся

 

в

 

результате

 

короткого

 

замыкания

 

жил

 

из

 

различных

 

материалов

.

Испытания

 

проводились

 

на

 

стенде

пред

-

ставляющим

 

собой

 

камеру

 

размерами

 

600×600×1000 

мм

с

 

тремя

 

боковыми

 

металличе

-

скими

 

стенками

.

В

 

верхней

 

части

 

камеры

 

устанав

-

ливается

 

замыкатель

а

 

в

 

нижней

  —

металлический

 

поддон

 600×600 

мм

с

 16 

ячейками

 

размерами

 150×150 

мм

заполняемыми

 

перед

 

испытанием

 

тонким

 

слоем

 

вещества

-

индикато

-

ра

 

зажигания

  (

хирургической

 

ватой

). 

Электроды

 

замыкателя

 

выполняются

 

из

 

испытываемых

 

образцов

 

ТПЖ

Пи

-

тание

 

осуществляется

 

от

 

подстанции

 

собственных

 

нужд

 

однофазным

 

на

-

пряжением

 220 

В

.

Рис

. 3. 

Характер

 

горе

-

ния

 

крупных

 

алюмини

-

евых

 

частиц

 

в

 

воздуш

-

ном

 

потоке

Рис

. 4. 

Алюминиевые

 

частицы

, «

выбро

-

шенные

» 

из

 

зоны

 

короткого

 

замыкания

 

и

 

сгоревшие

 

в

 

воздухе

 3 (48) 2018


Page 6
background image

124

Результаты

 

испытаний

Испытания

 

проводились

 

при

 

температуре

 

окру

-

жающей

 

среды

 

от

 18°

С

 

до

 24°

С

 

и

 

относительной

 

влажности

 

воздуха

 

от

 58% 

до

 60%.

Произведено

 

в

 

общей

 

сложности

 60 

эксперимен

-

тов

Во

 

всех

 

опытах

 

визуально

 

отмечено

 

образова

-

ние

 

при

 

коротком

 

замыкании

 

частиц

 

металлов

.

На

 

рисунке

 5 

представлены

 

фрагменты

 

испыта

-

ний

 

ТПЖ

 

в

 

режиме

 

короткого

 

замыкания

Результа

-

ты

 

испытаний

 

представлены

 

в

 

таблице

 1. 

Из

 

таблицы

 1 

видно

что

 

величина

 

появления

 

пожароопасных

 

частиц

 

для

 

серии

 

из

 10 

опытов

 

для

 

медного

 

проводника

 

равна

 

нулю

  (

P

n

 = 0), 

со

-

ответственно

 

частота

 

воспламенения

 

также

 

рав

-

на

 0. 

В

 

остальных

 

экспериментах

 

P

n

 = 1, 

а

 

общее

 

количество

 

ячеек

 

в

 

серии

 

из

 10 

опытов

 

составило

n

1

 = 160.

Выводы

На

 

основании

 

проведенных

 

исследований

 

можно

 

сделать

 

выводы

что

 

при

 

заданных

 

условиях

 

прове

-

дения

 

сравнительных

 

испытаний

а

 

именно

посто

-

янном

 

сопротивлении

 

петли

  «

фаза

-

ноль

», 

сечении

 

проводников

 2,5 

мм

2

напряжении

 

питания

 220 

В

вы

-

соте

 

проведения

 

короткого

 

замыкания

 

относительно

 

горючего

 

материала

 1 

метр

 

и

 

площади

 

поражения

 

частицами

 0,36 

м

2

:

 

для

 

медных

 

жил

 

в

 

серии

 

из

 10 

опытов

 

не

 

отме

-

чено

 

ни

 

одного

 

случая

 

загорания

 

горючего

 

материала

 

в

 

ячейках

;

а

разлет

 

частиц

 

в

 

результате

 

короткого

 

замыкания

б

воспламенение

 

горючего

 

материала

Рис

. 5. 

Испытания

 

ТПЖ

 

в

 

режиме

 

короткого

 

замыкания

ПОЖАРНАЯ 

БЕЗОПАСНОСТЬ


Page 7
background image

125

 

воспламенение

 

материала

 

в

 

экспериментах

 

с

 

алюминиевыми

 

жилами

 

наблюдалось

 

в

 

каждом

 

опыте

при

 

этом

 

суммарный

 

показатель

 

частоты

 

воспламенения

 

от

 

замыканий

 

жил

 

из

 

различ

-

ных

 

материалов

представленный

 

в

 

таблице

показывает

что

 

принципиальных

 

отличий

 

по

 

зажигательной

 

способности

 

частицами

 

металла

 

для

 

алюминиевых

 

жил

 

и

 

жил

 

из

 

алюминиевых

 

сплавов

 

нет

При

 

этом

 

в

 

меньшей

 

степени

 

пожар

-

ная

 

опасность

 

по

 

этому

 

показателю

 

проявляется

 

у

   

жил

 

из

 

электротехнического

 

алюминия

что

 

можно

 

объяснить

 

большей

 

твердостью

 

алюми

-

ния

Вместе

 

с

 

тем

 

повышенная

 

твердость

 

приво

-

дит

 

к

 

увеличению

 

хрупкости

 

этих

 

жил

 

и

 

частым

 

изломам

 

при

 

монтаже

ОБЩИЕ

 

ВЫВОДЫ

 

ПО

 

ПРОБЛЕМЕ

С

 

УЧЕТОМ

 

СМЕЖНЫХ

 

ИССЛЕДОВАНИЙ

На

 

основании

 

анализа

 

выполненных

 

во

 

ВНИИПО

 

и

 

ВНИИКП

 

исследований

ознакомления

 

с

 

публика

-

циями

 

о

 

международном

 

опыте

 

применения

 

на

 

объ

-

ектах

 

строительства

 

кабельных

 

изделий

 

с

 

жилами

 

из

 

сплавов

 

алюминия

в

 

дополнение

 

к

 

работе

 [6], 

можно

 

сформулировать

 

следующие

 

аргументы

 

в

 

обоснова

-

ние

 

возможности

 

применения

 

в

 

электросетях

 

жилых

 

и

 

общественных

 

зданий

 

кабельных

 

изделий

 

с

 

моди

-

фицированными

 

алюминиевыми

 

жилами

:

1. 

Физико

-

механические

 

характеристики

 

ТПЖ

 

из