НАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРА ЭЛЕКТРОЩИТА

- Технические науки -

НАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРА ЭЛЕКТРОЩИТА

В.С. Мельников, канд. техн. наук

DOI:10.24412/2500-1000-2023-10-2-65-82

Аннотация. Универсальная технология защиты электроустановок от аварий и по- жаров разрабатывается с учётом статистики и экспериментальных данных о пожар- ной опасности. В предлагаемой статье соответствующее внимание уделено электро- щитам, для которых выполнено предварительное тестирование комплектующих и моде- лирование с пожарной нагрузкой, адекватной по количеству и составу горючих материа- лов. Отмечено то, что необходимая для зажигания кумуляция тепла возникала при сред- ней кратности токов перегрузки за счёт резистивного нагрева проводников. Напротив, дуговой пробой при высокой кратности токов перегрузки сопровождался лишь внешним световым и звуковым эффектом, а на развитие пожара он влияния не оказывал. При те- стировании материалов корпусов автоматических выключателей выявлено то, что по- вышенную огнестойкость имел тот образец, у которого хуже диэлектрические харак- теристики.

Программа основного испытания предусматривала первичное зажигание, отключение электропитания и аналогичный повторный процесс. Такой эксперимент сопровождался видеофиксацией, и представленные стоп-кадры важных состояний подтверждают раз- витие пожара только при условии постоянного действия мощного источника зажигания.

В результате доказана возможность тушения путём отключения электропитания без подачи огнетушащего вещества даже при свободном доступе воздуха. Для своевременно- го обнаружения нештатных ситуаций рекомендовано контролировать неэлектрические показатели, например, дымообразование и температуру соединений.

Ключевые слова: пожарная безопасность, электроустановка, активная защита.

В предыдущей публикации [1] на осно-        жарной (противоаварийной) автоматики
вании анализа статистики пожаров обос-         обеспечивают подачу управляющих сигна-
нован выбор универсальной технологии           лов на технические средства управления
защиты электроустановок, при которой по        электроустановкой. Необходимая коорди-
сигналу средств пожарной или противо-          нация достигается оптимальным спосо-
аварийной автоматики осуществляется от-        бом, никакие новые компоненты не требу-
ключение электропитания с помощью              ются, и решение оказывается доступным
штатных устройств дифференциального            для потребителей.
тока. Таким образом технический эффект            Базовые функции компонентов универ-
достигается за счёт усиления роли суще-        сальной защиты полностью сохраняются,
ствующих компонентов. Они выполняют            и её внедрение будет способствовать
своё назначения и получают дополнитель-        улучшению наиболее важных целевых по-
ные функции. По сути, реализуется прин-        казателей, т.е. уменьшению числа постра-
цип двойного назначения. Устройства            давших и погибших при авариях и пожа-
дифференциального тока используются,           рах, выписка по которым показана в таб-
как приборы управления, а средства по-         лице 1.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Таблица 1. Количество погибших при пожарах [2]

В жилом секторе

Год Всего в РФ

Всего В одноэтажных зданиях

2022 7746 6974

2021 8471 7624

2020 8310 7358

2019 8559 7704

2018 7909 7278

Судя по этим данным, текущее состоя-             будет вполне достаточно для реализации
ние объектов защиты крайне неудовлетво-             универсальной защиты, т.к. автономный
рительное, а лидеры отрицательного рей-             извещатель может управлять штатным
тинга относятся к жилому сектору, причём            устройством дифференциального тока,
наибольше число людей погибает в одно-              например, через релейный выход, радио-
этажных зданиях. Такая ситуация склады-             реле или звуковое реле [3, 4].
вается из-за ряда причин, в том числе из-за            Как необходимая часть системы помо-
того, что малоэтажные строения чаще дру-            щи человеку «Умного дома» или «Без-
гих выполнены из горючих материалов, не             опасного производства» универсальная
обеспечены никакими средствами преду-               защита наиболее полезна детям и людям
преждения и предотвращения пожаров. И               старшего поколения, поскольку они из-за
именно здесь имеет место максимальное               отсутствия опыта, самочувствия, невнима-
число нарушений правил устройства и                 тельности часто становятся виновниками
эксплуатации (НПУиЭ) электрооборудова-              пожаров и жертвами аварий. С учётом
ния.                                                этого возможно улучшение в том числе
Для исправления ситуации в жилом сек-            трёх целевых показателей, приведённых в
торе как минимум следует применять ав-              таблице 2.
тономные пожарные извещатели, и этого

Таблица 2. Количество погибших при пожарах [2]

Из-за отправления токсичными продук- Из-за НПУиЭ электрообо- Из-за нахождения в состо-

Год тами горения рудования янии сна

2022 2962 1988

2021 5090 2200

2020 5223 1848

2019 5309 1953

2018

Все они в равной мере связаны с отсут-           анализа статистики пожаров. Для этого в
ствием в системе противопожарной защи-              таблице 3 количество пожаров от электро-
ты технических средств и технологий,                щитов и от их комплектующих показано на
направленных на защиту людей.                       фоне общего числа пожаров в жилом сек-
С целью проверки эффективности уни-              торе и числа пожаров из-за нарушения
версального решения проводятся различ-              правил устройства и эксплуатации элек-
ные испытания [4, 5]. И далее будет рас-            трооборудования. Относительно них коли-
смотрено одно из них, связанное с модели-           чество пожаров от электрощитов не вели-
рованием аварийного режимах работы                  ко, но абсолютное число весьма заметно и
электрощита.                                        достигает 8…10 случаев ежедневно.
Актуальность предлагаемого исследо-
вания можно оценить также на основании

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Таблица 3. Количество пожаров [2]

В жилом секторе

От электрощитов, электросчётчиков, автомати-

Год Из-за НПУиЭ электрообо-

Всего ческих выключателей рудования

2022 107691 43459

2021 114378 44464

2020 114315 40026

2019 115370 38489

2018 93383 34126

Кроме того, полезность исследования            фрагменты зданий. Метод натурных огне-
связана с массовым (повсеместным) при-            вых испытаний. Общие требования»
менением электрощитов в жилых и обще-             вполне приемлемо для организации испы-
ственных зданиях, на производстве и на            таний электрощита.
объектах транспортной инфраструктуры.                Предварительные исследования
Методы исследования                               При подготовке программы испытаний
Натурное (физическое) моделирование            были рассмотрены распространённые ти-
пожара выполняется так, чтобы источник            повые решения систем электроснабжения
зажигания, очаг пожара и пожарная                 и выполнены предварительные экспери-
нагрузка по характеру, величине, способу          менты.
размещения и т.п. соответствовали реаль-             Наиболее часто встречающиеся вариан-
ным условиям эксплуатации. Подобное               ты присоединения представлены на фото-
положение ГОСТ Р 53309-2009 «Здания и             графиях (рис. 1).

Рис. 1. Примеры ответвлений для присоединения потребителей:

а – в этажном щите многоквартирного дома;

б – от воздушной линии электропередачи в сельской местности.

Основным недостатком таких конструк- (диаметр D = 2,76 мм). Условный ток ций является отсутствие защиты ответвле- плавления такого проводника составляет:

ния от перегрузки и короткого замыкания.

Например, в квартирном щите (рис. 1а) от- Iпл = 80 √ D3 = 366 А ветвления для четырёх квартир выполнены медными проводниками сечением 6 мм²

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

И, если в главном распределительном             ния, по сути, превращается в запал (за-
щите многоквартирного дома автоматиче-            пальный проводник), а его изоляция может
ский выключатель имеет номинальный ток            воспламениться. Одновременно будет по-
500 А, то при перегрузке или коротком за-         вреждена изоляция других проводников,
мыкании высока вероятность того, что              объединённых с запальным в общий жгут.
проводник ответвления нагреется до опас-          Это подтвердили предварительные тесты.
ной температуры и (или) расплавится. Так          Результата одного из них показан на фото-
проводник становится источником зажига-           графии (рис. 2).

Рис. 2. Повреждение изоляции в жгуте при нагреве током 130 А одного из десяти провод- ников ПУГВ 2,5 после начального нагрева до температуры 404°С за 4 мин без пробоя изо- ляции и повторного нагрева до температуры 415°С с пробоем изоляции за 1,5 мин. Темпе- ратура измерена с помощью тепловизора и относится к поверхности.

Кумуляция тепла
Рассматриваемые тесты необходимо                  Комплектующая аппаратура
было выполнить до моделирования пожара               Согласно ГОСТ 32395-2020 «Щитки
для выбора материала, сечения и тока за-          распределительные для жилых зданий.
пального проводника.                              Общие технические условия» и ГОСТ
Хорошо известно, что опасность зажи-           32397-2020 «Щитки распределительные
гания (воспламенения) изоляции зависит            для производственных и общественных
от кратности токов перегрузки [6]. Так,           зданий. Общие технические условия» ком-
при малых значениях этого показателя              плектующая аппаратура в основном долж-
температура не поднималась выше 415°С,            на выбираться по каталогам различных
и кумуляция тепла приводила только к по-          видов и моделей автоматических выключа-
вреждению изоляции без воспламенения.             телей. Поэтому перед моделированием
При большой кратности токов перегрузки            пожара часть предварительных тестов ка-
проводник срабатывал как предохрани-              салась испытания автоматических выклю-
тель, быстро расплавлялся, и кумуляции            чателей и материалов их корпусов. Причём
тепла также было недостаточно для зажи-           испытания на работоспособность в усло-
гания. Необходимые средние значения со-           виях короткого замыкания должны были
ответствовали температуре 550…650°С.              выявить последствия неисправностей ме-
Этого достаточно для воспламенения ПВХ            ханизмов расцепления, а испытания раска-
изоляции с температурой самовоспламе-             лённой проволокой проводились для про-
нения     большинства       модификаций           верки воспламеняемости, распространения
440…550°С [7], а также для моделирова-            пламени, образования капель расплава и
ния зажигания как от медных, так и от             горящих капель расплава. Аналогичные
алюминиевых проводников, имеющих                  испытания     пламенем     дополнительно
температуру плавления 660°С.                      должны были проявить диэлектрические
С учётом сказанного предварительно             характеристики при нагреве.
можно рекомендовать ток 200 А (50 Гц)                Результаты тестов исправных и неис-
для меди сечением 4 мм2 и 300 А для меди          правных изделий с номинальной наиболь-
сечением 6 мм2 или 100 А для нихрома              шей отключающей способностью 6000 А
также сечением 6 мм2. Окончательно ток            типа С показаны на фотографиях (рис. 3,
должен подбираться с контролем темпера-           4). Первый образец (рис. 3 а, б) видимых
туры.                                             повреждений не имеет. У второго (рис. 3 в,

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

г) разрушена катушка электромагнитного         на сохранила металлический цвет (рис. 3а)
расцепителя и заметны следы на корпусе.        и осталась упругой. У второго и третьего
Третий (рис. 4 а, б) повреждён ещё боль-       образца произошёл отпуск металла, соот-
ше, причём корпус прогорел насквозь.           ветственно изменился цвет (рис. 3в, 4а) и
Важно отметит то, что там, где нагрев       при сгибании возникала остаточная де-
был умеренным, биметаллическая пласти-         формация.

Рис. 3. Состояние механизмов (а, в) и корпусов (б, г) после перегрузки автоматических выключателей MG Multi 9 C25 током 125 А, когда разрыв цепи произошёл через 2 сек. (а, б) и через 20 сек. (в, г)

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 4. Состояние механизма (а) и корпуса (б) после перегрузки автоматического выключа- теля MG Multi 9 C25 током 125 А, когда разрыв цепи произошёл через 47 сек.

Итак, понятно разрушающее действие             торы. Мало того, что они шумные, так
нагрева при превышении номинального               предел превышения температуры их кату-
тока и неисправности расцепителей. Ука-           шек по ГОСТ IEC 60947-4-1-2021 может
занные признаки повреждений можно ис-             составлять 85…160°С.
пользовать при расследовании пожара. Ес-             Следует понимать, что нагрев ведёт к
ли произошёл отпуск металла, значит ис-           ускоренному старению большого числа
точником зажигания могли быть нагретые            деталей комплектующей аппаратуры, осо-
детали неисправного теплового расцепи-            бенно пластмассовых. Кроме того, по-
теля, но также нельзя исключать внешнее           движность деталей может быть нарушена
тепловое воздействие. Если установлено,           за счёт тепловой деформации, также из-за
что биметаллическая пластина сохранила            пыли, влаги (влажного воздуха), продуктов
упругость, значит она и детали её соеди-          жизнедеятельности микроорганизмов и
нений к пожару не причастны. Источник             насекомых. Все негативные воздействия
зажигания находился в другом месте.               при повышенной температуре взаимно
Помимо нагрева в аварийном режиме              усиливаются, что критично для частей с
нагрев комплектующей аппаратуры также             размерами деталей, как у механических
возникает в штатном режиме. Тепловой              часов. Нагрев приводит и к изменению ха-
эффект при работе автоматических вы-              рактеристик незащищённых электронных
ключателей вызывают проводники расце-             компонентов. Воздействия, сопровождаю-
пителей из-за того, что многие изготовите-        щие нагрев, могут приводить к поврежде-
ли ради экономии и компактности идут на           нию или замыканию электронных цепей
выбор предельно малых сечений, и по               управления.
ГОСТ IEC 60898-1-2020, ГОСТ IEC 60947-                Получается, что даже исправная аппа-
2-2021 допускаются существенные пре-              ратура электрощитов в рабочем режиме
вышения температур. Нагрев же биметал-            участвует в кумуляции тепла, а такой
лических пластин происходит всегда по             предварительный нагрев в зависимости от
принципу их действия. И, например, у ав-          нагрузки может оказаться постоянным или
томатического выключателя АВВ С16 при             переменным и создаёт неблагоприятные
номинальном токе 16 А рабочая темпера-            начальные условия в случае аварии.
тура пластины превышает 40°С. К ком-                 Пробой изоляции
плектующим электрощитов, вызывающим                  Как известно, замыкания в результате
особо высокий нагрев, относятся контак-           теплового и огневого воздействия на изо-

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

ляционные материалы возникают из-за ме-        поддерживали межфазное напряжение
ханического разрушения, снижения сопро-        400…420 В. Взаимное расположение про-
тивления, карбонизации, металлизации, а        водников показано на рис. 5а.
также появления токопроводящих продук-         Пламя газовой горелки направляли на по-
тов деструкции, пыли, расплавов, жидко-        верхность с проводниками и после прогре-
стей, в том числе огнетушащих веществ.         ва наблюдали развитие пробоя (рис. 5 б-г).
Сценарий пробоя для моделирования           При этом резкое падение сопротивления
пожара выбирался на основании измере-          длилось доли секунды, и короткое замыка-
ния сопротивления изоляции при напря-          ние возникало, несмотря на расстояние
жении 500 В во время воздействий раска-        между проводниками – 7 мм. Процесс за-
лённой поволоки и пламени газовой горел-       вершался вспышкой дугового пробоя при
ки.                                            токе 250…320 А, т.е. проводимость мате-
В отношении проводников в жгутах со-        риала корпуса в момент замыкания была
ответствующие эксперименты выявили то,         сопоставима с проводимостью металлов.
что изоляция различных модификаций до-         Представляет практический интерес то,
статочно долго сохраняет высокое элек-         что именно этот материал не образовывал
трическое сопротивление [8]. Например,         капель расплава. Многочисленные тесты
при существенном повреждении, показан-         плавящихся материалов столь существен-
ном на рисунке 2, пробой произошёл толь-       ного падения электрического сопротивле-
ко после повторного нагрева. Поэтому, ес-      ния не выявили. Следовательно, повышен-
ли нет механической нагрузки, содейству-       ную огнестойкость имел тот образец, у ко-
ющей соединению проводников, дуговой           торого хуже диэлектрические характери-
пробой и короткое замыкание при пожаре         стики.
как правило возникают только на послед-        В реальных условиях из-за этого может
ней стадии [9].                                произойти первичное замыкание между
Особый случай в результате тестов вы-       выводами автоматического выключателя,
явлен для материала корпусов некоторых         что вполне вероятно особенно тогда, когда
автоматических выключателей. Важные            действует межфазное напряжение. Так
кадры видеозаписи одного такого испыта-        нагрев любого вывода при ослабленном
ния показаны на рисунке 5. При подготов-       контакте может стать причиной первично-
ке образец (часть корпуса) снабжали выво-      го замыкания незащищённых проводников
дами из проводников, между которыми            ответвления (ввода в электрощит).

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 5. Стоп-кадры видеозаписи для материала корпуса АВВ S233R С 32 3Р: до испытания

(а), в разные моменты времени до короткого замыкания (б, в, г)

Модель электрощита                              мирована с учётом результатов предвари-
Адекватная пожарная нагрузка по коли-           тельных тестов. Монтаж выполнялся в
честву и составу горючих материалов на            стальном      корпусе    с   размерами
единицу объёма электрощита была сфор-             0,6х0,3х0,15 м (рис. 6).

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 6. Сборка в исходном состоянии (а) и во время дугового пробоя (б)

Чтобы выявить разнообразие поврежде-                           NUM-J 3x2.5, ПБВВГ3х2,5, а для провоци-
ний были использованы автоматические                              рования наибольших повреждений они
выключатели с корпусами из разных мате-                           объединялись в жгуты. Четыре проводника
риалов (см. табл. 4). Аналогично исполь-                          были запальными, они проходили по жгу-
зованы отличающиеся изолированные                                 там под рядами, также слева верхней рей-
медные проводники кабеля NUM-J 3x4,                               ки и справа нижней (рис. 6а).

Таблица 4. Особенности материалов комплектующих модели электрощита

Трёхфазный, трёхтарифный электросчётчик Меркурий 230 ART-03 CN

Образует горящие капли расплава

Автоматические выключатели верхней рейки

ABB S253 C50 ДЭК С20 ЗР ДЭК С20 ЗР ДЭК С20 ЗР

Не плавится * Образует капли расплава

Автоматические выключатели нижней рейки

MG Multi 9 C MG Multi 9 MG Multi 9

ДЭК С20 ЗР ДЭК С25 ДЭК С16 ДЭК С40

16 2P C 16 2P C 16 2P

Образует капли расплава Образует горящие капли расплава

* при нагреве существенно снижается электрическое сопротивление материала

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Сечение       основного    запального          было видно невооружённым глазом через 5
проводника – 6 мм². Трёхфазное электро-           сек. Пламя появилось через 15 сек, поэто-
питание щита (400/230 В) осуществлялось           му сразу можно сказать, что дымовой по-
через три ступени внешней защиты, а               жарный извещатель может своевременно
электропитание запальных проводников              предупредить об опасности.
через разделительный трансформатор (с                На первом стоп-кадре (рис. 6 а) показа-
гальванической развязкой).                        на сборка, которая ещё находилась под
Дуговой пробой                                 напряжением. Но через секунду вводной
Фактически также в качестве предвари-          автоматический выключатель отключился.
тельного теста три раза выполнялось               Счётчик погас. При этом никакого замыка-
включение питания запальных проводни-             ния не было. Отключение произошло из-за
ков при высокой кратности токов пере-             внешнего теплового воздействия на меха-
грузки. Это приводило к расплавлению              низм расцепления.
металла и сопровождалось ослепляющими                Поскольку по условию эксперимента
вспышками дугового пробоя с резким зву-           запальный проводник стоял до вводного
ком и ограниченным дымообразованием               автомата, то его нагрев продолжился. Го-
(см. рис. 6 б). Как и ожидалось никакого          рение развивалось, пламя по жгутам
развития у данной аварийной ситуации не           пошло вверх, а внизу щита появились го-
было и повреждения оказывались мини-              рящие капли расплава.
мальными. Искры при дуговом пробое мо-               Время первичного включения запально-
гут зажечь разве что газ, тополиный пух           го проводника составило 2 мин 26 сек. За-
или бензин, но не изоляцию. После дли-            тем, когда пламенем были охвачены все
тельного резистивного нагрева бывает од-          комплектующие, проверялась возможность
новременно с дугой вспыхивают газооб-             прекращения горения без подачи огнету-
разные продукты пиролиза. Но их горение           шащего вещества. И стоп-кадры (рис. 6 б,
также быстро и прекращается [9].                  в) подтверждают то, что это происходило
Пожар электрощита                              даже при свободном доступе воздуха (т.к.
По программе основное испытание со-            щит использовался без дверцы).
стояло из этапов моделирования первично-             На второй минуте после отключения
го зажигания, отключения электропитания           распространение пламени вверх прекрати-
и аналогичного повторного процесса.               лось. Остался очаг в нижней части щита.
Средняя кратность тока перегрузки обес-           Стало понятно, что горят двухполюсные
печивала длительный резистивный нагрев            автоматы MG Multi 9. Горение жгутов пре-
запального проводника и кумуляцию теп-            кратилось. Капли горящего расплава оста-
ла, необходимую для воспламенения изо-            лись тоже только под горящими автомата-
ляции. Распространение пламени в разные           ми нижнего ряда (рис. 6 в). Тем не менее
моменты времени показано на рисунках 6            самозатухание материалов наблюдалось и
и 7.                                              в этой части, в результате горение полно-
Интенсивное дымообразование стало              стью прекратилось через 8 мин после
общим признаком всех этапов. Оно начи-            начала эксперимента, т.е. через 5 мин 34
налось с первых секунд нагрева запально-          сек после отключения запального провод-
го проводника и вверху щита задымление            ника.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 6. Стоп-кадры записи пожара электрощита в моменты времени [мин:сек] после начала нагрева запального проводника: а – 01:42 (01:27 после воспламенения), б – 2:52 (через

0:26 после отключения запального проводника), в – 3:52 (через 1:26 после отключения запального проводника).

Инициирование повторного возгорания          (рис. 7 а). Однако распространение пламе-
было выполнено после охлаждения сбор-           ни сократилось ещё до отключения
ки. При этом от предыдущего процесса            (рис. 7 б). Электропитание запального по-
наблюдались отличия длительности и ин-          водника продолжали 1 мин 54 сек. И затем
тенсивности, но сохранились все этапы.          самозатухание было более выраженным
Дым вновь заполнил объём щита за 5 сек, а       (рис. 7 в). Горение полностью прекрати-
пламя появилось через 20 сек. Через мину-       лось через через 1 мин 31 сек после от-
ту горение охватило комплектующие               ключения запального проводника.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 7. Стоп-кадры записи повторного зажигания в моменты времени [мин:сек] после начала нагрева запального проводника: а – 1:20 (1:00 после воспламенения), б – 1:31 (1:11 после воспламенения), в – 2:25 (через 0:31 после отключения запального проводника).

Таким образом дважды показано, что             привело к одному вторичному замыканию.
для предотвращения развития пожара до-            Это случилось через 1 мин 16 сек после
статочно отключения электропитания.               начала   повторного   нагрева,  однако
Применение огнетушащего вещества без              никакого заметного усиления горения не
отключения электропитания приведёт                вызвало.
лишь к прекращению первичного возгора-
ния. Если запас огнетушащего вещества                Расследование пожара
ограничен, без отключения возможно по-               В отличае от реального пожара
вторное зажигание.                                моделирование подразумевает то, что
Также можно отметить, что при повтор-          источник зажигания заранее известен.
ном процессе имело место отключение ав-           Поэтому основное внимание может быть
томатических выключателей, но вновь               сосредоточено на результатах теплового и
только из-за внешнего теплового воздей-           огневого воздействия. Внешний вид
ствия на механизмы расцепления. Кроме             автоматических     выключателей    после
того для провоцирования дугового пробоя           пожара показан в сборе на верхней рейке
6 проводников сборки оставались под               (вид снизу, рис. 8 а) и на нижней (вид
напряжением независимо от питания                 сзади, рис. 8 б).
других цепей. И повреждение изоляции

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 8. Автоматические выключатели верхней (а) и нижней (б) реек

Можно заметить то, что повреждения           фотографии      рис. 9а     зафиксировано
корпусов соответствуют установленным            показание     мегометра     14 ГОм    при
пожарно-техническим        характеристикам      напряжении 2500 В. Первичные короткие
материлов     (табл. 4).    Так,   вводной      замыкания и вторичное привели к оплав-
автоматический выключатель (слева на            лению металла, но сваривания проводни-
рис. 8 а) покрылся копотью, но не               ков не случилось. Аналогично не было
оплавился. Остальные корпуса оплавлены,         остаточного замыкания ни у одного авто-
причём наиболее существенно те, у               матического выключателя, в том числе ча-
которых материал образует горящие капли         стично обратимым оказалось снижение
расплава (справа на рис. 8 б).                  сопротивления материала корпуса вводно-
Изоляция проводников в жгутах прочно         го автомата (рис. 9б). Это в очередной раз
сварилась между собой, а во многих              подтверждает то, что контроль электриче-
местах полностью сгорела. Тем не менее          ских показателей не даёт полного пред-
остаточного металлического замыкания            ставления о режиме работы электроуста-
между проводниками не выявлено. Так, на         новки и об опасности пожара.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 9. Жгут (а) и автоматический выключатель (б) после пожара

Отсутствие пробоя, тем не менее, не            никакого влияния на развитие пожара. Та-
должно вводить в заблуждение относи-              ким образом было бы серьёзной ошибкой
тельно безопасности электрооборудования.          назвать дугу источником зажигания.
После пожара индикаторная отвёртка по-               Корпус счётчика оплавился в основном
казывала напряжение на потемневшей по-            внизу у выводов, а в центре сзади прогорел
верхности изоляции. Такой вынос напря-            насквозь. Но внутри следов воздействия
жения относится к сопутствующим прояв-            оказалось мало, и следов замыканий не
лениям опасных факторов пожара, и не-             было, электролит из конденсаторов не вы-
случайно в статистике есть отдельная              тек. Образование горящих капель расплава
строка, в которой поражение электриче-            (табл. 4) и здесь сопровождалось самоза-
ским током указывается в качестве причи-          туханием.
ны гибели людей при пожарах [2]. Поэто-              Несмотря на существенные поврежде-
му никакие действия с повреждённым щи-            ния корпусов механизмы всех расцепите-
том недопустимы без отключения электро-           лей как минимум включались и выключа-
питания. То, что изоляция проводников             лись вручную. А вводной автоматический
исключила замыкания и частично сохра-             выключатель после пожара даже прошёл
нилась подтверждает только огнестойкость          проверку на работоспособность. Внутри
и самозатухание.                                  наиболее повреждённых автоматических
Обнаруженные после пожара четыре               выключателей нижней рейки почти не бы-
оплавления проводников по американской            ло следов воздействия (рис. 10). В том
методике следовало идентифицировать как           числе не изменился цвет биметаллических
тепловое действие дуги. Однако в ходе мо-         пластин, и они сохранили упругие свой-
делирования было прекрасно вино, что              ства. Т.е. вновь подтвердился признак не-
первичные и вторичный дуговые пробои              причастности к пожару.
не вызвали воспламенения и не оказали

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Рис. 10. Повреждения автоматического выключателя MG Multi 9 C16 2P

Заключение                                        Эксперимент показал, что обильное и
Благодаря тому, что выполнено натур-        интенсивное дымообразование (наиболее
ное моделирование, появилась возмож-           опасный фактор пожара) можно и необхо-
ность сопоставить состояние щита до по-        димо контролировать для своевременного
жара и после. В реальных условиях такое        обнаружения нештатной ситуации. Дымо-
удаётся очень редко. Иногда страховые          вой пожарный извещатель для этого доста-
компании до оформления полюса делают           точно установить в верху корпуса элек-
фотографии, но подробной детализации на        трощита.
них всё равно нет. Дополнительно оценка           С учётом зарегистрированных этапов
пожарно-технических характеристик до           следует выделить доминирующее действие
пожара позволила выявить причины таких         резистивного нагрева. Именно он привёл к
повреждений, которые реальный пожар            кумуляции тепла и воспламенению горю-
скрывает. В свою очередь видеозапись за-       чих материалов. Наиболее важно то, что
фиксировала все моменты процесса, в том        после прекращения резистивного нагрева
числе дымообразование, воспламенение,          установлено быстрое самозатухание. В
распространение пламени, развитие горе-        тоже время первичные дуговые пробои и
ния и самозатухание.                           вторичное замыкание проявили себя лишь
Моделирование подтвердило пожарную          как внешне эффектные события. Поэтому
опасность ответвлений от проводников           в качестве превентивной меры можно ре-
большого сечения для присоединения             комендовать контроль температуры наибо-
электроустановок потребителей, также           лее критичных соединений, например, ло-
уязвимость объединения проводников в           кально для проводников кабеля на вводе,
жгуты и недостатки контроля электриче-         либо общий с помощью инфракрасных ка-
ских показателей.                              мер.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

Совокупность собранной информации              щите при угрозе пожара квартирного щита
доказывает необходимость автоматическо-           (рис. 11а) и отключение в распределитель-
го отключения электропитания по сигналу           ном щите при угрозе пожара этажного щи-
пожарной автоматики. Причём ясно то, что          та (рис. 11б). Это предотвратит не только
отключение наиболее эффективно, если              развитие опасной ситуации, но одновре-
выполняется во внешнем электрощите.               менно исключит поражение людей элек-
Например, в многоквартирном доме                  трическим током, в том числе спасателей и
(рис. 11) лучший алгоритм действия дол-           пожарных.
жен обеспечить отключение в этажном

Рис. 11. Организация автоматического отключения электропитания в многоквартирном доме по сигналу пожарной автоматики при пожаре в квартире (а) и при пожаре этажного щита (б).

Доступные решения задачи отключения               Однако соответствующие нормативные
подробно рассмотрены при разработке               документы следует исправить, т.к. они не
универсальной защиты [4, 5]. Никакие до-          всегда обеспечивают выполнение требова-
полнения нормативных правовых актов               ний закона и не учитывают результаты ис-
для этого не требуются, поскольку коорди-         следований. Например, недостаточно вни-
нация систем предусмотрена «Техниче-              мания уделено автоматическому дистанци-
ским регламентом о требованиях пожар-             онному управлению в ГОСТ 32396-2021
ной безопасности» (Федеральным законом            «Устройства    вводно-распределительные
123-ФЗ от 22.07.2008 ред. от 01.03.2023),         для жилых и общественных зданий». Этот
где в п. 4 Статьи 83 указано, что автомати-       стандарт допускает изготовление вводно-
ческие установки пожаротушения и по-              распределительного устройства без прибо-
жарной сигнализации в зависимости от              ра дистанционного управления. Для срав-
разработанного при их проектировании              нения можно заметить то, что лифт или
алгоритма должны обеспечивать подачу              система вентиляции имеют приборы
сигналов на технические средства управ-           управления в обязательном порядке, а
ления инженерным оборудованием, к ко-             электропитание при пожаре отключается
торому относится и система электроснаб-           вручную. Иногда для этого даже нет до-
жения.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

ступа в щитовую, и пожар этажных щитов щены возможности автоматизации гораздо приходится тушить под напряжением. более ответственных отключений.

Замечание об отсутствии обязательных В связи с этим изменения нормативных требований для обеспечения координации документов необходимы для технологиче- со средствами пожарной автоматики каса- ской координации и для включения в прак- ется и свода правил СП 256.1325800.2016 тику проектирования соответствующих

«Электроустановки жилых и обществен- решений, что обеспечит автоматизацию ных зданий. Правила проектирования и первоочередных действий, включая пре- монтажа» (с изм. 1-5), где огромное вни- кращение горения без подачи огнетуша- мание уделено автоматическому дистанци- щих веществ и защиту людей от пораже- онному управлению освещением, но упу- ния электрическим током при пожаре.

Библиографический список

1. Мельников В.С. Статистика пожаров и безопасность электроустановок // Евразий- ский Союз Ученых. Серия: технические и физико-математические науки. – 2023. – Т. 1,

№ 9 (112). – С. 27-37. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fizmat- tech.euroasia-science.ru/index.php/Euroasia/issue/view/146/166.

2. Пожары и пожарная безопасность в 2022 году. Статистика пожаров и их последствий.

Информационно-аналитический сборник. ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2023, 80 с. (с изм. на 31.07.2023). – [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

https://www.vniipo.ru/institut/informatsionnye-sistemy-reestry-bazy-i-banki-danny/federa… bank-dannykh-pozhary/.

3. Мельников В.С., Молчанов М.В. Способ предотвращения развития пожара электро- установки // Патент на изобретение RU 2454258 от 16.03.2011.

4. Мельников В.С. Пожарная автоматика защитного отключения электроустановок. Мо- нография. – М.: Мир науки, 2019. – URL: http://izd-mn.com/PDF/08MNNPM19.pdf.

5. Мельников, В.С. Универсальная защита электроустановок от аварий и пожаров /

В.С. Мельников // Евразийский Союз Ученых. Серия: технические и физико- математические науки. – 2023. – № 3-1 (106). – С. 16-29. – DOI 10.31618/ESU.2413-

9335.2023.1.106.1778. – EDN NNAQAO.

6. Смелков Г.И. Пожарная безопасность электропроводок. – М.: ООО «КАБЕЛЬ», 2009.

– 328 с.

7. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывобезопасность веществ и материа- лов и средства их тушения. Справочник, ч. 2. – М.: Пожнаука, 2004. – 774 с.

8. Мельников В.С., Мельников М.В. Пожарная безопасность электросетей, объединение функций устройств защитного отключения и компонентов пожарной сигнализации // Ак- туальные проблемы пожарной безопасности: тез. докл. XXХ Междунар. науч.-практ. конф.

– М.: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2018. – С. 314-317.

9. Мельников, В.С. Пожарная безопасность электроустановок, алгоритм зажигания /

В.С. Мельников // Международный научно-исследовательский журнал. – 2023. – № 1(127).

– DOI 10.23670/IRJ.2023.127.84. – EDN KBJQUL.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023

- Технические науки -

REAL FIRE TEST OF AN ELECTRICAL PANEL

V.S. Melnikov, Candidate of Technical Sciences

Abstract. A universal technology for protecting electrical installations from accidents and fires is being developed taking into account statistics and experimental data on fire danger. In the proposed article, appropriate attention is paid to electrical panels for which preliminary testing of components and modeling with a fire load adequate in quantity and composition of combustible materials has been performed. It is noted that the heat accumulation necessary for ignition occurred at an average multiplicity of overload currents due to resistive heating of the conductors. On the contrary, an arc breakdown with a high multiplicity of overload currents was accompanied only by an external light and sound effect, and it had no effect on the development of the fire. When testing the materials of circuit breaker housings, it was revealed that the sam- ple with worse dielectric characteristics had increased fire resistance.

The program of the main test provided for primary ignition, power outage and a similar re- peated process. Such an experiment was accompanied by video recording, and the presented freeze-frames of important conditions confirm the development of a fire only under the condition of constant action of a powerful ignition source.

As a result, the possibility of extinguishing by disconnecting the power supply without supply- ing a extinguishing agent, even with free air access, has been proven. For timely detection of ab- normal situations, it is recommended to monitor non-electrical indicators, for example, smoke generation and connection temperature.

Keywords: fire safety, electrical installation, active protection.

International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 10-2 (85), 2023