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

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, 

fi

 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

).

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

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

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

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

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

сплавов

 (8176 

и

 8030) 

алюминия

  (

стойкость

к

многократному

двухстороннему

изгибу

до

раз

-

рушения

жилы

) 

не

хуже

, 

чем

у

аналогичных

, 

по

длительным

допустимым

токам

, 

медных

жил

, 

и

в

 2,5 

раза

больше

, 

чем

у

жил

из

электротехни

-

ческого

алюминия

.

2. 

Ползучесть

материала

ТПЖ

из

сплавов

алюми

-

ния

в

контактных

соединениях

при

правильном

выборе

режима

отжига

  (

как

показали

исследо

-

вания

, 

выполненные

ВНИИКП

) 

близка

к

медным

проводам

.

3. 

При

номинальном

токе

нагрузки

в

цепи

, 

контакт

-

ные

соединения

испытанных

электроустановоч

-

ных

изделий

и

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

испыта

-

ния

выдержали

 (

за

исключением

двух

автоматов

и

одной

розетки

) 

и

удовлетворяют

требованиям

ГОСТ

 10434 

в

части

допустимых

значений

пере

-

ходного

электрического

сопротивления

и

допусти

-

мых

температур

нагрева

.

4. 

Контактные

соединения

розеток

с

проводами

из

сплавов

алюминия

с

сечением

ТПЖ

равным

 4 

мм

2

не

являются

устойчивыми

из

-

за

несоответствия

их

габаритных

размеров

диаметру

ТПЖ

, 

а

кре

-

пление

жил

винтом

М

3 

при

нормированном

крутя

-

щем

моменте

затяжки

не

обеспечивает

должного

качества

соединения

. 

При

применении

для

мон

-

тажа

проводов

с

указанным

сечением

контактные

группы

электроустановочных

изделий

должны

быть

усилены

.

5. 

Кабельные

изделия

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

, 

по

данным

ВНИИКП

, 

имеют

весьма

высокий

ко

-

эффициент

экономической

эффективности

ис

-

пользования

  (

К

ЭФ

 = 4,44) 

по

сравнению

с

анало

-

гичными

проводниками

с

медными

жилами

.

6. 

Электропроводки

с

кабельными

изделиями

, 

име

-

ющими

жилы

из

сплавов

алюминия

, 

кроме

вполне

очевидного

экономического

эффекта

от

прямой

разницы

в

цене

меди

и

алюминия

, 

имеют

суще

-

ственное

удешевление

монтажа

за

счет

значи

-

тельного

снижения

массы

алюминиевых

кабель

-

ных

изделий

по

сравнению

с

медными

.

Снижение

пожарной

опасности

электропроводок

с

ТПЖ

из

алюминиевых

сплавов

может

быть

реше

-

но

за

счет

правильного

выбора

области

применения

, 

способа

прокладки

 (

исключение

пожароопасных

зон

, 

увеличение

расстояния

от

электропроводок

до

го

-

рючих

материалов

и

т

.

п

.) 

и

ужесточения

требований

к

условиям

монтажа

  (

запрет

на

открытую

прокладку

, 

контроль

за

обязательным

применением

смазок

-

инги

-

биторов

и

т

.

п

.).

ПРАКТИЧЕСКАЯ

РЕАЛИЗАЦИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ

ВЫПОЛНЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Практическая

реализация

результатов

выполненных

исследований

осуществлена

путем

освоения

про

-

мышленного

производства

серии

силовых

кабелей

и

установочных

проводов

с

токопроводящими

жила

-

ми

из

сплавов

алюминия

на

предприятиях

кабельной

промышленности

. 

С

учетом

особенностей

выполне

-

ния

электропроводок

в

жилых

и

общественных

зда

-

ниях

разработаны

кабели

и

провода

всех

исполнений

по

показателям

пожарной

опасности

в

соответствии

с

ГОСТ

 31565-2012. 

При

этом

силовые

кабели

изго

-

тавливаются

для

групповой

прокладки

нг

(

А

)-LS — 

с

низким

дымо

- 

и

газовыделением

, 

нг

(

А

)-HF — 

безга

-

логенного

типа

и

нг

(

А

)-LSLTx — 

с

низкой

токсичностью

газообразных

продуктов

горения

. 

Все

силовые

кабели

по

показателю

  «

предел

распространения

горения

» 

соответствуют

требованиям

по

категории

А

. 

Такой

уровень

показателя

позволит

существенно

снизить

пожарный

риск

кабельных

прокладок

.

Табл

. 1. 

Количество

загораний

в

ячейках

№

опыта

Медь Алю

-

миний

Сплав

8030*

Сплав

8030**

Сплав

8176*

Сплав

8176**

1

0

3

5

2

4

2

2

0

3

3

5

1

5

3

0

1

5

5

2

4

4

0

2

2

4

2

3

5

0

3

4

7

3

5

6

0

4

3

3

6

3

7

0

2

6

3

4

6

8

0

5

3

4

3

3

9

0

4

5

6

5

4

10

0

1

3

3

2

6

Общее

число

за

-

гораний

0

28

39

42

32

41

Частота

воспла

-

менения

(

Q

в

)

0

0,175

0,244

0,262

0,2

0,256

* — 

однопроволочная

жила

; ** — 

многопроволочная

жила

№

 3 (48) 2018

126

Кабели

и

провода

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

из

-

готавливаются

из

полимер

-

ных

композиций

только

рос

-

сийского

производства

. 

Для

их

производства

использу

-

ются

поливинилхлоридные

композиции

пониженной

по

-

жарной

опасности

с

низким

дымо

- 

и

газовыделением

и

ПВХ

пластикаты

с

низкой

токсичностью

продуктов

го

-

рения

типа

  «

Элигран

» 

про

-

изводства

Владимирского

химзавода

и

типа

  «

Баш

-

гран

» 

производства

ООО

«

Башпласт

». 

Для

произ

-

водства

безгалогенных

ка

-

белей

исполнения

нг

(

А

)-HF 

используются

полимерные

композиции

, 

не

содержа

-

щие

галогенов

марки

«Lek ron» 

производства

ООО

 «

Техинвест

-

М

». 

Отличительной

особенностью

кабелей

и

про

-

водов

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

являются

уста

-

новленные

в

ТУ

 16.

К

71-489-2016 

на

их

выпуск

в

со

-

ответствии

с

патентом

РФ

№

 176109 

показатели

, 

характеризующие

стойкость

токопроводящих

жил

к

двухсторонним

перегибам

 (

не

менее

 10 

перегибов

) 

при

временном

сопротивлении

 75–130 

МПа

и

относи

-

тельном

удлинении

при

разрыве

 5–20%. 

Это

с

одной

стороны

повышает

монтажные

свойства

кабелей

, 

а

с

другой

стороны

является

гарантией

обеспечения

нормированных

параметров

контактных

соединений

.

В

качестве

примера

в

таблице

 2 

приведены

ос

-

новные

показатели

пожарной

опасности

ПВХ

пласти

-

катов

пониженной

пожарной

опасности

для

изоляции

оболочек

кабелей

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

.

Приведенные

экспериментальные

данные

могут

быть

использованы

для

расчетов

пожарной

опасно

-

сти

кабельных

коммуникаций

с

учетом

массы

про

-

кладываемых

кабелей

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В

заключении

необходимо

отметить

, 

что

участие

института

в

трехгодичной

комплексной

научно

-

исследовательской

работе

совместно

с

ведущи

-

ми

организациями

страны

 — 

Росэлектромонтаж

и

ОАО

  «

ВНИИ

кабельной

промышленности

» 

по

оценке

возможностей

и

условий

применения

ка

-

бельных

изделий

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

 8030 

и

 8176 

в

сетях

жилых

и

общественных

зданий

, 

вы

-

полненные

сравнительные

экспериментальные

испытания

, 

полученные

результаты

исследований

и

анализ

зарубежного

опыта

позволяют

удовлетво

-

рительно

оценить

уровень

пожарной

безопасности

таких

электропроводок

.

Для

обеспечения

надежности

электропроводок

в

зданиях

, 

выполняемых

кабелями

и

проводами

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

, 

при

монтаже

должны

использоваться

:

–

электроустановочные

изделия

, 

контактные

группы

которых

имеют

специальные

покрытия

, 

обеспечи

-

вающие

стабильность

контактного

соединения

как

с

медными

ТПЖ

, 

так

и

с

ТПЖ

из

сплавов

алю

-

миния

, 

что

должно

быть

отражено

в

маркировке

(

например

, Cu/

А

l);

–

серийно

выпускаемые

в

РФ

электроустановочные

изделия

с

применением

дополнительных

техни

-

ческих

средств

, 

обеспечивающих

стабильность

контактных

соединений

.

С

учетом

полученных

, 

в

целом

положительных

, 

результатов

исследований

, 

Министром

Энергетики

России

 16.10.2017 

и

 20.12. 2017 

года

изданы

Прика

-

зы

№

 968 

и

№

 1196 

об

изменении

п

. 7.1.34 «

Правил

устройства

электроустановок

», 

что

открывает

воз

-

можность

применения

таких

проводов

для

монтажа

электропроводок

с

указанием

разработанных

кон

-

кретных

мер

для

безусловного

обеспечения

их

по

-

жарной

безопасности

в

процессе

эксплуатации

.

В

Приказах

указываются

условия

, 

а

также

необ

-

ходимые

ограничения

по

применению

кабельных

из

-

делий

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

на

объектах

для

конкретных

потребителей

.  

Табл

. 2. 

Основные

показатели

пожарной

опасности

ПВХ

пластикатов

пониженной

пожарной

опасности

для

изоляции

оболочек

кабелей

с

ТПЖ

из

сплавов

алюминия

№

Наименование

показателя

пожарной

опасности

Методы

испы

таний

Нормированное

значение

показателя

Элемент

конструкции

кабеля

Изоляция

Оболочка Заполнение

1

Кислородный

индекс

ГОСТ

12.1.044

32

35

35

2

Максимальная

доля

выде

-

ления

хлористого

водоро

-

да

, 

мг

/

г

, 

не

более

ГОСТ

 IEC 

60754-1

120

100

50

3

Максимальная

оптическая

плотность

дыма

при

горе

-

нии

, 

не

более

ГОСТ

24632

150

150

100

4

Индекс

токсичности

про

-

дуктов

горения

, 

не

менее

(

для

кабелей

нг

(

А

)-LSLTx)

ГОСТ

12.1.044

≥

 121

≥

 121

≥

 130

5

Удельная

теплота

сгора

-

ния

, 

МДж

/

кг

, 

не

более

ISO 1716

9,5

8,0

5,5

6

Пиковое

значение

теплоты

сгорания

, 

кВт

/

м

2

, 

не

более

ISO 5660

155

155

155

ПОЖАРНАЯ 

БЕЗОПАСНОСТЬ

ЛИТЕРАТУР

A

1. 

Приказ

Минэнерго

РФ

от

 16.10.2017 

№

 968 «

Об

утверждении

требо

-

ваний

к

обеспечению

надежности

электроэнергетических

систем

, 

надежности

и

безопасности

объ

-

ектов

электроэнергетики

и

энерго

-

принимающих

установок

 «

Правила

безопасности

энергопринимающих

установок

. 

Особенности

выпол

-

нения

электропроводки

в

зданиях

с

токопроводящими

медными

жи

-

лами

или

жилами

из

алюминиевых

сплавов

».

2. 

Приказ

Минэнерго

РФ

от

 20.12.2017 

№

 1196 «

О

признании

не

подлежа

-

щими

применению

отдельных

по

-

ложений

Правил

устройства

элек

-

троустановок

».

3. 

ГОСТ

 10434-82. 

Соединения

кон

-

тактные

электрические

. 

Класси

-

фикация

. 

Общие

требования

. 

Дата

введения

 01.01.1983.

4. 

ГОСТ

 17441-84. 

Соединения

кон

-

тактные

электрические

. 

Приемка

и

методы

испытаний

. 

М

.: 

Издатель

-

ство

стандартов

, 1987. 23 

с

.

5. 

Веревкин

В

.

Н

., 

Смелков

Г

.

И

., 

Пехо

-

тиков

В

.

А

. 

К

вопросу

об

оценке

по

-

жарной

опасности

контактных

со

-

единений

в

электрических

цепях

127

// 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

. 

Передача

и

распределение

, 2016, 

№

 1(34).

С

. 82–89.

6. 

Каменский

М

.

К

., 

Смелков

Г

.

И

., 

Пехо

-

тиков

В

.

А

. 

Перспективы

внедрения

кабельных

изделий

с

токопроводя

-

щими

жилами

из

сплавов

алюми

-

ния

для

электропроводок

зданий

/ 

Краткосрочные

и

долгосрочные

перспективы

технических

средств

предотвращения

и

тушения

пожа

-

ров

. 

Материалы

науч

.-

практ

. 

конф

. 

М

.: 

ВНИИПО

, 2016. 

С

. 17–23.

7. 

Похил

П

.

Ф

., 

Беляев

А

.

Ф

., 

Фро

-

лов

Ю

.

В

. 

и

др

. 

Горение

порошкоо

-

бразных

металлов

в

активных

сре

-

дах

. 

М

.: 

Наука

, 1972. 294 

с

.

8. 

Смелков

Г

.

И

. 

Пожарная

безопас

-

ность

электропроводок

. 

М

.: 

Кабель

-

news, 2009. 327 

с

.

9. 

Смелков

Г

.

И

., 

Александров

А

.

А

., 

Пехотиков

В

.

А

., 

Гришин

Е

.

В

. 

Не

-

которые

аспекты

горения

крупных

алюминиевых

частиц

в

воздушном

потоке

 // 

Академия

наук

СССР

. 

Фи

-

зика

горения

и

взрыва

, 1978, 

№

 5. 

С

. 33–37.

10. 

Временная

методика

по

определе

-

нию

воспламеняющей

способности

частиц

металлов

, 

образующих

-

ся

при

коротких

замыканиях

. 

М

.:

ВНИИПО

МВД

СССР

, 1975. 12 

с

.

Е

.

П

. 

Грабчак

, 

к

.

э

.

н

., 

директор

Департамента

оперативного

контроля

и

управления

в

электроэнергетике

Минэнерго

России

В

мировой

практике

в

электроустановках

зданий

и

сооружений

широко

применяют

-

ся

провода

из

алюминиевых

сплавов

 8176, 

8077, 8030, 

например

, 

в

Китае

, 

США

. 

По

оценке

экспертов

, 

использование

электропроводки

с

жилой

из

алюминиево

-

го

сплава

вместо

медной

позволяет

полу

-

чить

экономию

в

стоимости

соответству

-

ющей

продукции

до

 55% 

на

 1 

метр

кабеля

, 

что

в

масштабах