АНАЛІЗ І ОБГРУНТУВАННЯ УМОВ ГАСІННЯ ПОЖЕЖ В ЗАМКНЕНИХ ПРИМІЩЕННЯХ СУДЕН ВОДНИМИ ВОГНЕГАСНИМИ РЕЧОВИНАМИ

brief description

МІНІСТЕРСТВО УКРАЇНИ З ПИТАНЬ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ ТА У СПРАВАХ ЗАХИСТУ НАСЕЛЕННЯ ВІД НАСЛІДКІВ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ КАТАСТРОФИ

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ

На правах рукопису

КРАВЧЕНКО РОСТИСЛАВ ІВАНОВИЧ

УДК 614.841.245

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ОЦІНКИ ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ
ОБІГРІВАЛЬНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРИЛАДІВ

Спеціальність 21.06.02 пожежна безпека

Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник
Харченко Ігор Олександрович,
кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник

Київ 2003

ЗМІСТ

Перелік умовних позначень
Вступ
1. Аналіз методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних виробів
1.1. Аналіз статистики пожеж від електротехнічних виробів в
Україні
1.2. Аналіз концептуальних підходів до визначення пожежної небезпеки електротехнічних виробів
1.3. Аналіз нормативної бази в галузі визначення пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів
1.3.1. Аналіз імовірнісних методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів
1.3.2. Аналіз детерміністичних методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів
1.4. Постановка завдань досліджень
2. Дослідження з визначення критеріїв оцінки і умов випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я
2.1. Дослідження з визначення випробувального полум’я і умов його дії на кабелі та проводи
2.2. Дослідження з визначення умов кондиціювання і температури навколишнього середовища для випробувань кабелів і проводів
2.3. Дослідження з визначення критеріїв оцінки стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я
2.4. Удосконалення нормативної бази щодо випробувань кабелів та проводів на поширення полум’я
Висновки за розділом 2

3. Дослідження з визначення залежності температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів від напруги живлення та температури
3.1. Аналітичні залежності максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів
3.2. Дослідження з визначення впливу напруги живлення на температури нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів
3.3. Дослідження з визначення впливу температури навколишнього середовища на температури нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів
3.4. Визначення максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи
Висновки за розділом 3
4. Удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів
4.1. Удосконалення методу оцінки імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів
4.1.1. Критерій імовірнісної оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів
4.1.2. Визначення імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів
4.1.2.1. Визначення імовірності виникнення пожежонебезпечного режиму роботи
4.1.2.2. Визначення імовірності неспрацьовування пристрою захисту
4.1.2.3. Визначення імовірності утворення і впливу на складову частину обігрівального електричного приладу джерела запалювання

4.1.2.4. Визначення імовірності займання складової частини обігрівального електричного приладу
4.1.2.5. Визначення імовірності досягнення температури складової частини критичного значення
4.1.2.6. Визначення імовірності того, що займання складової частини призведе до неконтрольованого горіння
4.2 Розроблення методики випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку
Висновки за розділом 4
ВИСНОВКИ
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Додаток А Проекти національних стандартів України ДСТУ 4216 та ДСТУ 4217
Додаток Б Наказ Держспоживстандарту від 21 липня 2003 р. № 126 щодо затвердження ДСТУ 4216 та ДСТУ 4217
Додаток В Державний стандарт України ДСТУ 3987-2000
Додаток Г Державний стандарт України ДСТУ 3988-2000
Додаток Д Акт впровадження результатів дисертаційної роботи

ВСТУП

В Україні у 2002 році виникло 12324 пожежі від електротехнічних виробів, на яких загинуло 575 осіб. Найбільша кількість пожеж виникла у житловому секторі 9327, на яких загинуло 526 осіб, у тому числі внаслідок займання обігрівальних електричних приладів 141 особа. Однією з причин виникнення пожеж є невиявлення пожежонебезпечної продукції на стадіях розроблення, виробництва і сертифікації. Це обумовлено недосконалістю методик, розроблених Міжнародною електротехнічною комісією (ІЕС) і Всеросійським науково-дослідним інститутом протипожежної оборони (ВНДІПО) МНС Росії. Ці методики включають детерміністичні й імовірнісні методи оцінки пожежної небезпеки, які мають відмінності між собою в умовах випробувань і критеріях оцінки. Деякі положення цих методів суперечать принципам оцінки пожежної небезпеки і надійності електротехнічних виробів. Через недосконалість методів отримують недостовірні результати випробувань, що призводить до реалізації споживачам пожежонебезпечної продукції.
Вищевикладене зумовило актуальність досліджень, спрямованих на визначення критеріїв і умов випробувань обігрівальних електричних приладів, удосконалення нормативно-методичних документів, якими регламентуються методи оцінки пожежної небезпеки цих виробів, що сприятиме підвищенню рівня пожежної безпеки в Україні.
Дослідження проводились на виконання Програми забезпечення пожежної безпеки у 1995-2000 роках, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 3 квітня 1995 р. № 238, та Програми забезпечення пожежної безпеки на період до 2010 року, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 1 липня 2002 р. № 870, під час виконання в УкрНДІПБ МНС України науково-дослідних робіт за темами:
-Провести дослідження методів випробувань та визначення ймовірності виникнення пожежі в (від) електротехнічних виробах(ів), обладнаних тепловими пристроями захисту, та розробити обладнання для випробувань побутових електронагрівальних приладів (державний реєстраційний №0102U002982);
-Розробити проект ДСТУ Вироби електротехнічні. Випробування на пожежну небезпеку. Методи випробувань. Методи випробувань полум’ям дифузійного та попередньо змішаного типів”(державний реєстраційний №0199U003610);
-Розробити проект ДСТУ Вироби електротехнічні. Випробування на пожежну небезпеку. Методи випробувань. Випробувальне полум’я попередньо змішаного типу номінальною потужністю 1 кВт і настанови щодо його застосування ” (державний реєстраційний №0199U003611);
-Провести дослідження та розробити обладнання для випробувань кабельної продукції на непоширення горіння (державний реєстраційний №0199U003607);
-Розробити проекти трьох державних стандартів України (ДСТУ) щодо випробувань кабелів та проводів на поширення вогню (гармонізація з ІЕС 332-1, ІЕС 332-2, ІЕС 332-3) (державний реєстраційний №0101U006831).
Мета і задачі досліджень. Метою цієї дисертаційної роботи було наукове обґрунтування шляхів удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.
Для досягнення поставленої мети задачі досліджень полягали:
-у проведенні аналізу статистики пожеж від електротехнічних виробів в Україні;
-у проведенні аналізу методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів;
-у проведенні експериментальних досліджень з визначення критеріїв оцінки і умов випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я;
-у проведенні досліджень з визначення залежності температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів від напруги живлення і температури навколишнього середовища;
-в удосконаленні методів випробувань обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи;
-в удосконаленні методів визначення імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів;
-в удосконаленні методики випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку та методів випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я.
Об’єктом досліджень були пожежна небезпека обігрівальних електричних приладів та методи їх оцінки.
Предметом досліджень був вплив умов випробувань і критеріїв оцінки на достовірність визначення пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.
Для досягнення мети і рішення поставлених завдань використано комплексний метод досліджень, що включає аналіз статистичних даних про пожежі та нормативної бази у сфері випробувань електротехнічних виробів на пожежну небезпеку, методи теорій теплообміну, надійності, ймовірностей та математичної статистики та експериментальні методи досліджень із застосуванням стандартних методів випробувань обігрівальних електричних приладів та кабелів і проводів на пожежну небезпеку.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:
- вперше встановлено вплив випробувального полум‘я, умов його дії; температури випробувань; температури, а також відносної вологості та тривалості кондиціювання зразків на стійкість кабелів і проводів до поширення полум‘я. Удосконалено методи випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я за ГОСТ 12176, ІЕС 60332-1 і ІЕС 60332-2, застосування яких дозволяє збільшити ефективність виявлення пожежонебезпечної продукції. Визначено критерії оцінки стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я. Зменшено критеріально допустимі значення довжини звугленої частини зразків кабелів і проводів, порівняно з ГОСТ 12176 та IEC 60322-1, введено також нові критерії, за якими не допускається відділення часток від зразків, здатних до запалювання паперу, і встановлюється граничне значення тривалості самостійного горіння зразків. Обґрунтовано застосування випробувального полум‘я за IEC 60695-2-4/1 потужністю 1кВт та умови його дії, а також такі умови випробувань як температура навколишнього середовища, температура відносно вологість і тривалість кондиціювання зразків у методах визначення стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я;
- вперше для обігрівальних електричних приладів, оснащених тепловими пристроями захисту, отримано аналітичні залежності максимальних температур нагрівання складових частин від напруги живлення та температури навколишнього середовища. Виявлено умови, за яких температури складових частин обігрівальних електричних приладів можуть збільшуватися зі зниженням температури навколишнього середовища. Встановлено існування найнесприятливіших значень температури навколишнього середовища, за яких досягаються максимальні значення температури складових частин. Розроблено алгоритм визначення цих температур, з використанням якого удосконалено методи випробувань обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи;
- визначено критерій імовірнісної оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів з урахуванням терміну їх служби. Запропоновано формулу розрахунку імовірності виникнення пожежі з урахуванням причинно-наслідкових зв’язків подій, що призводять до пожежі. Розкрито вплив похибки округлення значень функції розподілу Стьюдента та кількості зразків на результати розрахунків імовірності досягнення температури складової частини критичного значення. Удосконалено метод визначення цієї імовірності, що включає її інтервальну оцінку і критерій вибору мінімальної кількості зразків, та враховує залежність температур складових частин від напруги живлення і температури навколишнього середовища. Ці результати використано для удосконалення методу оцінки імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів.
Результати дисертаційної роботи впроваджено шляхом:
-розроблення державного стандарту України ДСТУ 3987-2000 (ІЕС60695‑2-4/0 (1991)) Випробування на пожежну небезпеку електротехнічних виробів. Частина 2. Методи випробувань. Розділ 4/0. Методи випробувань полум’ям дифузійного та попередньо змішаного типів;
-розроблення державного стандарту України ДСТУ 3988-2000 (ІЕС60695‑2-4/1 (1991)) Випробування на пожежну небезпеку електротехнічних виробів. Частина 2. Методи випробувань. Розділ 4/1. Випробувальне полум’я попередньо змішаного типу номінальною потужністю 1 кВт та настанови щодо його використання;
-розроблення національного стандарту України ДСТУ 4216-2003 Випробування електричних кабелів в умовах впливу вогню. Частина 1: Випробування на поширення полум’я поодиноко прокладеного вертикально розташованого ізольованого проводу або кабелю (ІЕС 60332-1:1993, МОD);
-розроблення національного стандарту України ДСТУ 4217-2003 Випробування електричних кабелів в умовах впливу вогню. Частина 2: Випробування на поширення полум’я поодиноко прокладеного вертикально розташованого ізольованого проводу або кабелю з малим перерізом (ІЕС 60332-2:1989, МОD);
-розроблення методики УкрНДІПБ випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку.
Особистий внесок здобувача:
- проведено експериментальні дослідження з визначення впливу на результати випробувань кабелів та проводів на поширення полум’я умов випробувань і критеріїв їх оцінки;
- проведено дослідження з визначення залежності температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів від напруги живлення та температури навколишнього середовища;
- удосконалено метод визначення максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів;
- удосконалено метод визначення імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів;
- удосконалено методику випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку;
- розроблено нормативну базу з визначення стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я.

Основні результати дисертаційних досліджень доповідалися на:
- ХІV Всероссийской научно-практической конференции Пожарная безопасность история, состояние, перспективы” (Всероссийский ордена Знак почета” научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД Российской Федерации, м. Москва, 1997 р.);
- ІІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції Пожежна безпека” (Український науково-дослідний інституті пожежної безпеки МВС України, м. Київ, 1997 р.);
- ІV Всеукраїнській науково-практичній конференції Пожежна безпека” (Черкаський інституті пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля МВС України, м. Черкаси, 1999 р.);
- ІІ Міжнародній науково-практичній конференції Авіа-2000” (Київський муніципальний університет цивільної авіації, м. Київ, 2000 р.);
- V Міжнародній науково-практичній конференції Пожежна безпека - 2001” (Львівський інститут пожежної безпеки МВС України, м. Львів, 2001 р.).
За результатами досліджень опубліковано 16 робіт, з них 8 наукових статей у виданнях, включених до переліку ВАК України, 8 тез доповідей на науково-практичних конференціях та семінарах.
Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел зі 131 посиланням і п’яти додатків. Зміст роботи викладено на 221 сторінках, що включає 45 ілюстрацій і 26 таблиць.

bibliography

ВИСНОВКИ
У дисертації наведено рішення наукової задачі щодо удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів, теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено влив факторів, умов і критеріїв на достовірність результатів випробувань, які впроваджено в національну нормативну базу в сфері пожежної безпеки. Основні висновки за дисертацією такі:
1. На підставі аналізу нормативної бази виявлено, що в методах визначення пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів, а також їх складових: кабелів і проводів, є відмінності в умовах випробувань і критеріях оцінки, що може призводити до отримання недостовірних результатів і, як наслідок, до реалізації продукції, від якої виникають пожежі. В Україні за період з 2000 по 2002 рр. ризик загибелі людей на пожежах від електротехнічних виробів складає 12,5×10-6, у тому числі від обігрівальних електричних приладів 2,7×10-6, від кабелів і проводів 1,8×10-6 на рік, що перевищує допустимий рівень. Зменшення імовірності виникнення пожеж і ризику загибелі людей від пожеж можливе, зокрема, шляхом удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки цих виробів.
2. Проведено дослідження впливу випробувального полум‘я і умов його дії, температури випробувань і умов кондиціювання зразків на характеристики горіння кабелів і проводів. Удосконалено методи випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я за ГОСТ 12176, ІЕС 60332-1 і ІЕС 60332-2, застосування яких дозволяє збільшити ефективність виявлення пожежонебезпечної продукції. Визначено критерії оцінки стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я. Зменшено критеріально допустимі значення довжини звугленої частини зразків кабелів і проводів, порівняно з ГОСТ 12176 та IEC 60322-1, введено також нові критерії, за якими не допускається відділення часток від зразків, здатних до запалювання паперу, і встановлюється граничне значення тривалості самостійного горіння зразків. Обґрунтовано умови застосування випробувального полум‘я потужністю 1кВт за IEC 60695-2-4/1, температуру випробувань і умови кондиціювання зразків: тривалість, температуру і відносну вологість.
3. Для обігрівальних електричних приладів, оснащених тепловими пристроями захисту, отримано аналітичні залежності максимальних температур нагрівання складових частин від напруги живлення та температури навколишнього середовища. Виявлено умови, за яких температури складових частин обігрівальних електричних приладів можуть збільшуватися зі зниженням температури навколишнього середовища. Встановлено існування найнесприятливіших значень температури навколишнього середовища, за яких досягаються максимальні значення температури складових частин. Розроблено алгоритм визначення цих температур, з використанням якого удосконалено методи випробувань обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи.
4. Запропоновано формулу розрахунку імовірності виникнення пожежі з урахуванням причинно-наслідкових зв’язків подій, що призводять до пожежі від обігрівальних електричних приладів та критерій імовірнісної оцінки пожежної небезпеки цих виробів з урахуванням терміну їх служби. Розкрито вплив похибки округлення значень функції розподілу Стьюдента і кількості зразків на результати розрахунків імовірності досягнення температури складової частини критичного значення. Удосконалено метод визначення цієї імовірності, який включає інтервальну її оцінку і критерій вибору мінімальної кількості зразків, та враховує залежність температур складових частин від напруги живлення і температури навколишнього середовища. Ці результати використано для удосконалення методу оцінки імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів.
5. З урахуванням визначених умов і критеріїв оцінки розроблено методику комплексних випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку.

6. Результати досліджень впроваджено шляхом розроблення і надання чинності чотирьом національним стандартам, які регламентують методи випробувань електротехнічних виробів, у тому числі кабелів і проводів, на пожежну небезпеку.