Распределение электроэнергии – неотъемлемая часть современной жизни, одно из основных условий существования человеческой цивилизации в ее сегодняшнем виде. Отключение электроснабжения по любым причинам даже на пару минут на промышленном предприятии непрерывного цикла или опасном производственном объекте может привести к огромным убыткам и даже катастрофическим последствиям.

Ключевым или, как минимум, очень важным элементом системы распределения электроэнергии выступают отнюдь не кабели, как многие могли бы подумать, а распределительные щиты, официально относящиеся к группе однородной электротехнической продукции — распределительным устройствам (РУ). Именно они отвечают за подачу электропитания к производственному оборудованию, в городские квартиры и загородные дома, на объекты инфраструктуры и т.д. И, как показывает имеющаяся в распоряжении RusCable.Ru статистика, именно в них нередко происходят возгорания. Существуют два основных метода оценки вероятности возникновения пожара в элементах распределительных щитов: количественный и качественный. Полученные результаты могут выступать основанием для признания этих устройств соответствующими или, наоборот, несоответствующими требованиям пожарной безопасности.

Как уже неоднократно говорилось в прошлых публикациях на подобные темы, электрооборудование выступает причиной около 30% происходящих в России пожаров. При этом РУ, в частности распределительные щиты для низковольтных сетей до 1000 В, в последние годы стабильно удерживают третье место среди электроустановок в списках основных источников возгорания и второе – по прямому ущербу от возникающих по этой причине пожаров.

В Техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» записано, что (цитата) «низковольтное оборудование должно быть разработано и изготовлено таким образом, чтобы оно не являлось источником возникновения пожара в нормальных и аварийных условиях работы … отсутствовал недопустимый риск возникновения повышенных температур, дуговых разрядов или излучений, которые могут привести к появлению опасностей». Какой информационный посыл скрывается за этой формулировкой? Нужно конструировать потенциальный источник пожарной опасности так, чтобы он не был потенциальным источником опасности. Каким образом? Полностью устранив возможность появления инициирующих факторов возгорания. Соответственно, на объектах надо применять правильные распределительные щиты, а неправильные применять не надо. Спасибо, кэп!

Вероятность возникновения пожара

Можно долго и практически безнаказанно шутить на тему хитрозавернутых речевых оборотов в российских и ЕАЭС-овских требованиях, однако многие нормативные акты действительно несут только самую общую информацию, а вся конкретика содержится в более узкоспециализированных документах. Вывод, который можно сделать из положений ТР ТС 004/2011, звучит примерно так: необходимо применять распределительные щиты, в которых риск возникновения пожара при эксплуатации не превысит допустимой нормативной вероятности, которая составляет 10^–6 случаев на одно изделие в год. Если расчетно-экспериментальное значение превышает 10^–6, принимается решение либо о доработке электротехнического изделия, либо о его снятии с производства.

Регламентируемая, т.е. условно приемлемая с точки зрения пользователя вероятность возгорания в распределительном щите (избежать ее на 100% невозможно, так как в подлунном мире нет ничего абсолютно совершенного) рассчитывается и закладывается сначала на стадии проектирования устройства, а впоследствии – при его изготовлении. Анализ пожарного риска выполняется с учетом особенностей электрической схемы и условий эксплуатации РУ.

Международная электротехническая комиссия предлагает предварительно анализировать риск возникновения пожара для РУ в соответствии с DS/IEC TR 63054:2017 Low-voltage switchgear and controlgear – Fire risk analysis and Risk Reduction measures (англ. Аппаратура распределения и управления низковольтная. Анализ рисков возникновения пожара и меры по снижению риска – Прим. RusCable.Ru). Потенциальные причины возникновения и распространения горения в РУ выявляются в процессе изучения конструктивных особенностей устройства и возможных путей распространения горения. На основании сделанных выводов формулируются соответствующие требования противопожарного характера, включаемые в нормативную документацию, и в соответствии с ними принимаются меры по изменению либо доработке конструкции РУ ради снижения риска пожара. Такой подход называется качественным методом оценки пожарного риска. Он, безусловно, полезен, однако, по мнению большинства экспертов, не позволяет корректно подтвердить допустимость использования распределительных щитов в тех или иных условиях с точки зрения пожарной безопасности. На помощь приходит количественная оценка на основе анализа электрической схемы для установления возможных режимов ее работы, при которых могут возникнуть признаки пожарной опасности (перегрев изоляции или проводника) и факторы риска (дым, возгорание).

Очевидно, для полной оценки риска необходимо учитывать и качественное, и количественное влияние элементов конструкции на вероятность возникновения пожара в РУ, включая распределительные щиты.

Теория и практика

Анализ схемно-технического решения щита для определения риска возникновения пожара имеет некоторые особенности. В ход обычно идут теория вероятности, определяющая саму возможность возгорания в РУ, и математическая статистика, в основном ориентированная на определение вероятного материального ущерба в результате пожара. В России существует ГОСТ 12.1.004-91 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования», где прописан метод определения вероятности пожара. Однако, по мнению опрошенных RusCable.Ru представителей экспертного сообщества, в случае со сложными многокомпонентными устройствами, такими как распределительный щит, он изрядно устарел и требует доработки с переосмыслением.

При качественной оценке риска в России предлагается использовать вышеупомянутый стандарт DS/IEC TR 63054:2017, точнее, разработанный на его основе ГОСТ IEC/TR 63054 с тем же названием, только переведенным на русский язык. Впрочем, разработанный – это слишком громко сказано. На момент подготовки статьи актуальный статус отечественного ремейка иностранного норматива оставался, мягко говоря, непонятным.

Следующий шаг – экспериментальная проверка возможности возгорания и определение путей распространения огня при различных вариантах эксплуатации устройства. Для этого используются стандартные методы испытаний низковольтного оборудования, применяемые при оценке пожарной опасности электрических изделий и прописанные в ГОСТ 27483-87 (МЭК 695-2-1-80) «Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания нагретой проволокой», ГОСТ 27484-87 (МЭК 695-2-2-80) «Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания горелкой с игольчатым пламенем», ГОСТ 27924-88 (МЭК 695-2-3-84) «Испытания на пожароопасность. Методы испытаний. Испытания на плохой контакт при помощи накальных элементов» и т.д. Однако содержащиеся там методики не позволяют определить достаточность технического решения по обеспечению пожарной безопасности функционально законченного изделия, содержащего множество электрических комплектующих элементов. В ряде случаев приходится разрабатывать особые методы оценки влияния конструкции и материалов на формирование пожароопасной ситуации, более точно учитывающие условия ее возникновения.

Таким образом, риск возникновения пожара следует оценивать путем анализа электрической схемы распределительного щита. При этом во внимание принимается вероятность возгорания, рассчитанная на основе известной частоты воспламенения отдельных компонентов, выраженной через интенсивность отказов, которые провоцируют установление аварийных пожароопасных режимов работы.

Метод определения вероятности возникновения пожара от электрических изделий, включая распределительные щиты, содержится в актуальной редакции ГОСТ 12.1.004-91, основанной на накопленной за много лет статистике, а также на результатах проведенных экспериментов и исследований. Они позволили выявить ряд особенностей, характеризующих истинные причины возгорания электрооборудования, которые необходимо учитывать при определении вероятности возникновения пожара.

Типичный пример: при перегреве из-за неплотного (плохого) контакта проводники не возгораются, точнее, упомянутый фактор не может напрямую стать причиной воспламенения. Тем не менее, даже если изоляция не загорелась из-за недостаточной температуры нагрева, термическое воздействие приводит к ее обугливанию, материал становится электропроводящим, в результате возникает короткое замыкание со всеми вытекающими последствиями. Налицо замена одной причины на другую. Нагрев проводников – инициатор аварийной пожароопасной ситуации, но не причина пожара. А само возгорание происходит из-за обугливания изоляции с возникновением электропроводности вследствие действия инициирующего фактора. Отсюда рекомендация: чтобы обеспечить необходимый уровень пожаробезопасности, нужно использовать кабели с изоляцией, не распространяющей горение и стойкой к обугливанию.

Количественно оценить возможное влияние обугливания изоляции на риск возникновения пожара в РУ непросто. Его можно определить качественно на основе стандартных огневых испытаний комплектующих элементов. Для этого потребуются большое число экспериментов, однако достоверность полученных результатов все равно будет невысокой, в частности, из-за невозможности воссоздать все нюансы и условия реальной эксплуатации оборудования. Известные методы испытаний на стойкость к тепловому воздействию на основе небольшого числа испытаний не предусматривают вероятностной обработки результатов. В ГОСТ 27483-87 (МЭК 695-2-1-80) допускается при малом числе экспериментов оценивать качественную составляющую риска по частоте пожароопасных проявлений. Методы испытаний отдельных компонентов распределительного щита предусматривают воздействие на них источников зажигания – пламени или нагретых элементов, но не предполагают определения вероятности воспламенения или распространения горения. В соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 вероятность воспламенения комплектующих элементов определяется исходя из количества проведенных испытаний и полученных при этом нежелательных исходов (случаев воспламенения или превышения критической температуры материала конструкции).

Исследования показали, что для выявления логической взаимосвязи между событиями, провоцирующими возгорание, и соответствующими характерным особенностям электрической схемы следует использовать качественный анализ риска возникновения пожара в распределительном щите. В качестве его типовых элементов (в скобках указаны возможные пожароопасные проявления) взяты:

• кабели и провода (короткое замыкание, перегрузка с возникновением сверхтока, снижение сопротивления изоляции с образованием электрической дуги);
• аппараты электрической защиты (короткое замыкание между фазами или на заземленные элементы, отказ при выполнении защитных функций);
• клеммные зажимы и прочие соединители (короткое замыкание с возникновением сверхтока, снижение сопротивления изоляции с образованием тока утечки или электрической дуги);
• трансформаторы и дроссели (межвитковое короткое замыкание из-за потери изоляционных свойств или механического повреждения обмотки);
• конденсаторы (пробой диэлектрика с образованием короткого замыкания).

Перечисленные элементы в аварийных режимах способны выступать источниками зажигания. При этом пламя быстро распространяется от места возникновения короткого замыкания или электрической дуги во всем объеме РУ по поверхностям горючих изоляционных материалов, предварительно разогретым сверхтоком.

Количественно или качественно?

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Качественный анализ риска возникновения пожара проводится согласно DS/IEC TR 63054:2017 и подготовленному на его основе стандарту ГОСТ IEC/TR 63054, до сих пор пребывающему в стадии проекта официального документа. Основные недостатки такого подхода заключаются в следующем:

• в упомянутых нормативах приведены лишь отдельные декларативные положения, не отражающие взаимосвязи предлагаемых действий с уровнем риска возникновения пожара в РУ, что затрудняет оценку достаточности противопожарных технических решений применительно к конкретной конструкции РУ;
• в рамках методики не предусмотрено определение вероятности возникновения пожара от РУ как важной составляющей величины пожарного риска;
• отсутствуют недвусмысленные противопожарные требования к РУ и его составляющим;
• предлагаемые меры по снижению риска пожара связаны с усовершенствованием комплектующих элементов РУ в части пожарной безопасности, однако при производстве изменить противопожарные свойства функционально законченного РУ практически невозможно. По мнению опрошенных RusCable.Ru экспертов, противопожарные требования к РУ необходимо предъявлять не к устройству в целом, а к конкретным электрическим изделиям, которые могут использоваться в качестве комплектующих элементов РУ.

Количественный анализ пожарного риска в России базируется на ГОСТ 12.1.004-91, включенный в перечень стандартов ТР ТС 004/2011, применение которых на добровольной основе обеспечивает безопасность низковольтного оборудования. Согласно этому документу пожароопасность определяется на основе анализа электрической схемы РУ при выпуске продукции в обращение или вводе в эксплуатацию. Вероятность воспламенения электрических изделий анализируется в комплексе с возможным ущербом от пожара, что и определяет общую степень пожарного риска для РУ. Разумеется, входящий в понятие «риск пожара» материальный ущерб полностью зависит от особенностей объекта и внедренной там системы противопожарной защиты. Наконец, что особенно важно, количественный анализ основывается на показателях надежности комплектующих элементов РУ и на установлении их взаимосвязи с пожароопасными режимами. Происходит четкое и недвусмысленное разделение инициирующих факторов и непосредственных причин появления пламени.

Применение на промышленных объектах РУ с нормированным риском возникновения пожара, определенным путем качественного и количественного анализа его схемно-конструктивного исполнения, поможет проектным организациям правильно выбирать оптимальную конструкцию электрического щита с учетом нужных технических характеристик и обеспечением максимального уровня пожарной безопасности.

P.S. Если у кого-то из читателей возникли возражения и (или) желание высказать свою точку зрения по рассматриваемым в статье вопросам, то мы готовы обсудить их на нашем форуме. Это открытая площадка, где в дискуссии смогут принять участие представители профессионального сообщества, эксперты смежных отраслей и прочие заинтересованные лица.