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

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ

КРАВЧЕНКО РОСТИСЛАВ ІВАНОВИЧ

УДК 614.841.415

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ОЦІНКИ ПОЖЕЖНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

ОБІГРІВАЛЬНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРИЛАДІВ

21.06.02 – Пожежна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеню

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті пожежної безпеки

(УкрНДІПБ) МНС України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Харченко Ігор Олександрович, Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МНС України, начальник науково-дослідного центру досліджень та випробувань на пожежну небезпеку.

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Пашковський Петро Семенович, Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи і пожежної безпеки Міністерства палива та енергетики України (м. Донецьк), перший заступник директора з наукової роботи;

кандидат технічних наук Юзьків Тарас Богданович, начальник кафедри пожежної профілактики, Львівський інститут пожежної безпеки МНС України (м. Львів)

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури (м. Харків).

Захист відбудеться 11 вересня 2003 р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.720.01 в Українському науково-дослідному інституті пожежної безпеки МНС України за адресою: 01011, м. Київ, вул. Рибальська, 18.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту пожежної безпеки МНС України. 01011, м. Київ, вул. Рибальська, 18.

Автореферат розісланий 8 серпня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Антонов А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. 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.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. 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:

-

-

-

-

-

Ідея роботи полягає в удосконаленні методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів шляхом визначення умов випробувань і критеріїв оцінки для підвищення достовірності результатів випробувань.

Мета роботи – наукове обґрунтування шляхів удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.

Задачі досліджень. Для виконання поставленої мети необхідно було виконати такі задачі:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – пожежна небезпека обігрівальних електричних приладів та методи їх оцінки.

Предмет дослідження – вплив умов випробувань і критеріїв оцінки на достовірність оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.

Методи досліджень. У роботі 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.

Основні наукові положення, що виносяться на захист, їхня новизна:

1. 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 1 кВт 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.

2. 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.

3. 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.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у виявленні факторів, що впливають на достовірність результатів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів, визначенні характеру і закономірностей впливу цих факторів, обґрунтуванні умов випробувань та критеріїв оцінки пожежної небезпеки цих виробів з урахуванням умов їх експлуатації..

Практичне значення отриманих результатів. Результати дисертаційної роботи використано під час розроблення нормативно-методичної бази з визначення пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів, у тому числі кабелів і проводів.

Реалізація висновків і результатів роботи здійснена шляхом надання чинності ДСТУ 4216-2003, ДСТУ 4217-2003, ДСТУ 3987-2000, ДСТУ 3988-2000 та впровадження в УкрНДІПБ МНС України методики випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку.

Особистий внесок здобувача:

-

-

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційних досліджень доповідались на ХІV Всеросійській науково-практичній конференції “Пожарная безопасность – история, состояние, перспективы” (ВНДІПО МВС Росії, м. Москва, 1997 р.), ІІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції “Пожежна безпека” (УкрНДІПБ МВС України, м. Київ, 1997 р.), ІV Всеукраїнській науково-практичній конференції “Пожежна безпека” (ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля МВС України, м. Черкаси, 1999 р.), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Авіа-2000” (КМУЦА, м. Київ, 2000 р.), V Міжнародній науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 2001” (ЛІПБ МВС України, м. Львів, 2001 р.).

Публікації. 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 і загальних висновків, списку використаних джерел з 131 посиланням, містить 221 сторінку друкованого тексту, 26 таблиць,

45 ілюстрацій і 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обґрунтовано вибір та актуальність теми дослідження, сформульовано мету роботи, задачі досліджень, відзначено наукову новизну, особистий внесок здобувача та практичну значимість роботи.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ проведено аналіз статистики пожеж в Україні від електротехнічних виробів. Показано, що значний ризик загибелі людей від цих виробів пов’язаний з пожежами від обігрівальних електричних приладів. Проведено аналіз методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів.

В Україні для оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів використовують методики випробувань за ГОСТ 27570.15, які включають детерміністичні методи, розроблені ІЕС, та за ГОСТ 16617 та ГОСТ 17083, що включають імовірнісні та детерміністичні методи, розроблені ВНДІПО.

Аналіз імовірнісних методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів показав, що положення їх суперечать принципам оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів, тому що не враховують конструктивних заходів, направлених на локалізацію вогню у приладах у разі їх займання і на запобігання пожежонебезпечним відмовам пристроїв захисту. Положення цих методів також суперечать принципам оцінки надійності продукції, згідно з якими пожежна безпека має забезпечуватись на протязі терміну її служби, а не першого року експлуатації. Окрім цього, імовірнісні методи в розрахунках не враховують у повному обсязі результати випробувань в усіх пожежонебезпечних режимах роботи обігрівальних електричних приладів, визначених у ГОСТ 27570.15.

Однією із складових імовірності виникнення пожежі є імовірність досягнення температури складових частин обігрівальних електричних приладів критичних значень. Цю імовірність розраховують через функцію розподілу Стьюдента. Виявлено, що значення цієї функції не відповідають кількості зразків, що випробовують, і представлені з похибкою округлення значно більшою ніж критерій оцінки.

Вихідними даними для розрахунку імовірності досягнення температури складових частин критичних значень є температура їх нагрівання у пожежонебезпечних режимах роботи. Аналіз методів показав, що температури складових частин обігрівальних електричних приладів визначають за умов прикладання різних рівнів напруги живлення та перераховують до різних значень температури навколишнього середовища.

Для оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів також використовують методи випробувань джерелами запалювання, а саме голчастим полум’ям, розжареним дротом та інші, за винятком кабелів і проводів, для яких застосовують метод випробування на поширення полум’я за розділом 2 ГОСТ 12176. Метод, що нормується у цьому стандарті, розроблено на основі методу, опублікованого у 1979 році Міжнародною електротехнічною комісією у стандарті ІЕС 60332-1. У 1993 році цією організацією було опубліковано нову редакцію цього стандарту, який застосовують разом зі стандартом ІЕС 60332-2. Метод, що нормується у другій частині ІЕС 60332, застосовують у випадках втрати зразками цілісності під час випробувань за основним методом, визначеним у першій частині.

Порівняльний аналіз методів випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я, який є складовою частиною обігрівальних електричних приладів, з методами випробувань інших видів електротехнічної продукції показав, що Міжнародною електротехнічною комісією прийнято для випробувань нове джерело полум’я потужністю 1 кВт за ІЕС 60695-2-4/1 і введено додатковий критерій, згідно з яким оцінюється поширення полум’я вниз від точки прикладання полум’я. Проте, пожежна небезпека кабелів та проводів не оцінюється за такими критеріями, як тривалість самостійного горіння і відділення від них здатних до запалювання часток. Тобто, за критеріями, за якими оцінюють інші складові частини обігрівальних електричних приладів та інші види електротехнічної продукції. Порівняльний аналіз методів випробувань також виявив відмінності у кількості зразків кабелів та проводів, що випробовують, в умовах прикладання випробувального полум’я до зразків, у температурах, за яких проводять випробування, і в умовах кондиціювання зразків перед випробуванням.

На підставі проведеного аналізу методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів сформульовано задачі досліджень та основні напрямки їх розв’язання.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ наведено результати досліджень характеристик горіння кабелів і проводів у залежності від випробувального полум’я, способу його прикладання до зразків, температури навколишнього середовища, умов кондиціювання зразків. Показано залежність результатів випробувань кабелів і проводів від критеріїв оцінки пожежної небезпеки.

В Україні для оцінки стійкості кабелів і проводів до поширення полум’я використовують випробувальне полум’я за ГОСТ 12176, потужність якого не нормована. У міжнародній практиці за ІЕС 60332-1 для цих цілей застосовують полум’я потужністю 1 кВт за ІЕС 60695-2-4/1. Встановлено, що значення такого показника пожежної небезпеки як тривалість самостійного горіння кабелю однієї марки за умови прикладання полум’я потужністю 1 кВт перевищує значення, отримане за умови прикладання полум’я за ГОСТ 12176, на величину до 44,7 %.

Міжнародною електротехнічною комісією прийнято два способи прикладання до зразків полум’я потужністю 1 кВт. Для кабелів і проводів за ІЕС 60332-1 це полум’я прикладають так, щоб блакитний його конус торкався поверхні зразка. За ІЕС 60695-2-4/1 це полум’я прикладають так, щоб відстань вздовж осі пальника між пальником і зразком становила 100 мм. За результатами досліджень виявлено, що значення такого показника пожежної небезпеки як довжина звугленої частини кабелю однієї марки під час прикладання випробувального полум’я за ІЕС 60695-2-4/1 перевищує значення, отримане під час прикладання його за ІЕС 60332-1, на величину до 12,5 %. Визначено для випробувань кабелів і проводів застосування полум’я потужністю 1 кВт і спосіб його прикладання за ІЕС 60695-2-4/1.

Аналіз міжнародних стандартів виявив відмінності в нормуванні значень температури навколишнього середовища під час випробувань кабельної продукції. Зважаючи на це, проведено дослідження з визначення впливу температури навколишнього середовища на характеристики горіння кабелів і проводів. Результати експериментальних досліджень виявили, що у діапазоні температури навколишнього середовища від 13 С до 35 С збільшується до 2,8 % значення довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання випробувального полум’я (див. рис. 1) і до 4,8 % значення тривалості самостійного горіння зразка.

Аналіз міжнародних стандартів виявив неоднозначність у нормуванні вимог до кондиціювання зразків під час проведення випробувань кабельної продукції. У зв’язку з цим проведено дослідження з визначення впливу температури, відносної вологості та тривалості кондиціювання зразків на характеристики горіння кабелів і проводів. Результати експериментальних досліджень, які наведено на рис. 2, показують зростання довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я залежно від кондиціювання зразків за температури від 18 С до 35 С. Таку тенденцію також виявлено для тривалості самостійного горіння цих виробів. Максимальне збільшення середньої довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я становило 2,9 %, а середньої тривалості самостійного їх горіння – 6,8 %.

На рис. 3 показано, що довжина звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я залежно від кондиціювання зразків за відносної вологості від 30 % до 80 % зменшується нерівномірно. Значення цього показника значно зменшуються, якщо кондиціювання кабелів проводити за відносної вологості більше ніж 70 %. Таку тенденцію також виявлено для тривалості самостійного горіння цих виробів. За умов кондиціювання кабелів за відносної вологості від 30 % до 70 % максимальне відносне відхилення між середніми значеннями довжини звугленої частини кабелів становило 3,7 %, а між середніми значеннями тривалості самостійного їх горіння – 3,2 %.

Результати експериментальних досліджень, які наведено на рис. 4, показують зростання довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я залежно від тривалості їх кондиціювання від 16 год до 240 год. Таку тенденцію також виявлено для тривалості самостійного горіння цих виробів. Максимальне збільшення середньої довжини звугленої частини кабелів вище точки прикладання полум’я становило 3,4 %, а середньої тривалості самостійного їх горіння – 4,0 %.

Рис. 1 – Залежність середньої довжини звугленої частини кабелів від температури навколишнього середовища під час випробувань:

1 – кабель АВВГ 22,5; 2 – кабель КРГД 44;

3 – кабель АВВГ 44 | Рис. 2 – Залежність середньої довжини звугленої частини кабелів від температури кондиціювання зразків:

1 – кабель АВВГ 22,5; 2 – кабель КРГД 44;

3 – кабель АВВГ 44

Рис. 3 – Залежність середньої довжини звугленої частини кабелів від відносної вологості кондиціювання зразків:

1 – кабель АВВГ 22,5; 2 – кабель КРГД 44;

3 – кабель АВВГ 44 | Рис. 4 – Залежність середньої довжини звугленої частини кабелів від тривалості кондиціювання зразків:

1 – кабель АВВГ 22,5; 2 – кабель КРГД 44;

3 – кабель АВВГ 44

При визначенні пожежної небезпеки кабелів і проводів за ГОСТ 12176 допускається вигоряння більш нормованого рівня двох із п’яти зразків, а за ІЕС 60332-1 одного з трьох зразків. При цьому не виконується оцінка їх за такими критеріями, як тривалість самостійного горіння протягом не менш ніж 30 с і відсутність відділення здатних до запалювання часток. Встановлено, що введення цих додаткових критеріїв збільшує ефективність виявлення пожежонебезпечної продукції за умови, що цим критеріям відповідають усі зразки, які піддають випробуванням.

За результатами комплексу досліджень для випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я прийнято такі умови випробувань: діапазон температури навколишнього середовища від 15 С до 35 С, температурний діапазон кондиціювання зразків від 18 С до 35 С, діапазон відносної вологості кондиціювання від 30 % до 70 % і тривалість кондиціювання зразків не менше 24 год.

Показано, що за менш жорстких умов випробувань та кондиціювання зразків кабелів і проводів, порівняно з найбільш жорсткими, можуть бути отримані значення довжини звугленої частини зразків менші на величину до 6,1 %. З метою підвищення достовірності результатів випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я запропоновано зменшити на 6,3 % допустиме значення довжини звугленої частини зразків вище точки прикладання полум’я за ГОСТ 12176 і ІЕС 60332-1.

Визначено такі критерії оцінки стійкості кабелів до поширення полум’я: тривалість самостійного горіння зразків не більше 30 с, не допускається відділення часток, що призводять до займання шару паперу, яким вкрито дерев’яну дошку, розташовану під зразком на відстані 200 мм, довжина звугленої частини кабелів вище і нижче точки прикладання випробувального полум’я не більше відповідно 400 мм і 50 мм. Цим критеріям мають відповідати три зразки кабелів і проводів.

Удосконалені методи випробувань кабелів і проводів на поширення полум’я впроваджено в ДСТУ 4216, ДСТУ 4217, ДСТУ 3987 і ДСТУ 3988.

У ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ наведено результати аналітичних і експериментальних досліджень з визначення максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів у можливих діапазонах напруги живлення та температури навколишнього середовища.

Огляд літературних джерел показує, що процес нагрівання складових частин електротехнічних виробів описується диференційним рівнянням теплопровідності:

, (1)

де С – об’ємна теплоємкість, Джм-3C-1; V – об’єм, м3; Т, Тс – відповідно температура складової частини та температура навколишнього середовища, C; U – напруга живлення, В; R – електричний опір, Ом; – коефіцієнт тепловіддачі, Втм-2C-1; F – площина поверхні, м2; t – час, с.

Із диференційного рівняння (1) отримано залежності максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів для випадків:

-

, (2)

-

, (3)

-

, (4)

де , з – відповідно перевищення температур складової частини і пристрою захисту над температурою навколишнього середовища у стаціонарному тепловому режимі, С; Тз- – температура вимкнення пристрою захисту, С.

Постійні нагрівання складових частин, у тому числі теплових пристроїв захисту, та перевищення їх температур над температурою навколишнього середовища у стаціонарному тепловому режимі роботи розраховують за формулами:

, (5)

, (6)

де Т1, Т2 – відповідно значення температури складової частини у момент часу t1, t2 за умови охолодження обігрівального електричного приладу, С; t- – час першого вимкнення пристрою захисту за умови нагрівання обігрівального електричного приладу, с.

Аналіз залежностей (2), (3) показує, що температури нагрівання складових частин збільшуються зі збільшенням напруги живлення обігрівальних електричних приладів. Зменшення температури можливо для електротепловентиляторів, у яких зі збільшенням напруги живлення збільшується коефіцієнт тепловіддачі. У разі неспрацьовування пристроїв захисту температури складових частин збільшуються пропорційно квадрату напруги. Залежність (4) показує, що температури складових частин майже не змінюються під час збільшення або зменшення напруги живлення. Ці висновки підтверджено результатами експериментальних досліджень, які наведено у таблиці 1.

Таблиця 1–

Значення максимальних температур нагрівання складових частин електроконвектора ЕВУТ-0,75/220 під час випробування в умовах погіршеної тепловіддачі за різних значень напруги живлення

Назва складової частини | Температура, С | U = 198 В | U = 220 В | U = 242 В | Термовимикач (спрацьовував) | 91 | 92 | 93 | Нагрівальний елемент ( < з) | 155 | 167 | 179 | Внутрішня проводка ( > з)58 | 59 | 59 |

На прикладі електроконвектора ЕВУТ-0,75/220, під час випробування його за напруги 1,1 та 1,2 від номінального значення, показано, що за методами IEC (ГОСТ 27570.15) можуть бути отримані значення температури складових частин обігрівальних електроприладів, менші у 1,2 рази, за значень температур, отриманих за методами ВНДІПО (ГОСТ 16617 і ГОСТ 17083).

Результати досліджень підтвердили необхідність встановлення єдиних вимог до рівнів напруги живлення обігрівальних електричних приладів. Обґрунтовано проводити випробування обігрівальних електричних приладів у режимі тривалої перенапруги за напруги 1,2 від номінального значення, у нормальному й інших анормальних режимах роботи за напруги 1,1 від номінального значення. Електротепловентилятори запропоновано додатково випробовувати у нормальному режимі роботи за напруги живлення 0,9 від номінального значення і, якщо за цих умов отримано більші значення температур ніж за напруги 1,1 від номінального, то у режимі пониженої напруги за напруги 0,85 від номінального значення.

Залежність (2) показує, що температури складових частин збільшуються зі збільшенням температури навколишнього середовища. Вважалось, що температури складових частин досягають максимальних значень за найбільшого значення температури навколишнього середовища. Разом з тим, аналіз залежностей (3), (4), показав, що температури нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів можуть збільшуватись у разі зменшення температури навколишнього середовища. На рис. 5, 6 та у таблиці 2 представлено результати експериментальних досліджень, які підтверджують ці висновки. Разом з тим (див. рис.5, і табл.2), виявлено найнесприятливіше значення температури навколишнього середовища, за якого складові частини обігрівальних електричних приладів досягають максимальних значень.

Аналіз залежностей (2)-(4) також показує, що температури складових частин обігрівальних електричних приладів, можуть досягати максимальних значень за мінімального і максимального допустимих значень температури навколишнього середовища. Обґрунтовано для нормального режиму роботи діапазон температури навколишнього середовища від 10 С до 25 С, для анормальних режимів роботи і складових частин із термопластичних матеріалів незалежно від режиму роботи – від 1 С до 40 С. Зазначені рівні температури навколишнього середовища більш жорсткі з точки зору отримання максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів порівняно з визначеними у стандартах на ці вироби.

Таблиця 2

Значення максимальних температур нагрівання складових частин електрорадіатора ЕРМПС-1,0/220(с) у нормальному режимі роботи за різних значень температури навколишнього середовища

Назва складової частини | Температура, С | Тс = 4 є? | Тс = 10 є? | Тс = 14 є? | Тс = 18 є? | Тс = 24 є? | Терморегулятор | 26 | 32 | 35 | 35 | 35 | Внутрішня проводка | 45 | 52 | 54 | 52 | 46

Рис. 5 – Залежність температури нагрівання шнура живлення електрорадіатора ЭРМПС-1,0 від температури навколишнього середовища під час випробування в нормальному режимі роботи:

1 – 24 C; 2 – 18 C; 3 – 14 C; 4 – 10 C; 5 – 4 C | Рис. 6 – Залежності температур нагрівання складових частин електрорадіатора ЭРМПА-1,0 від температури навколишнього середовища під час випробування в умовах погіршеної тепловіддачі:

а – термовимикач; б – внутрішня проводка;

1 – 24 C; 2 – 14 C; 3 – 8 C

За результатами досліджень розроблено алгоритм розрахунку за формулами (2)-(6) максимальних температур нагрівання складових частин обігрівальних електричних приладів з урахуванням можливого існування найнесприятливішої температури навколишнього середовища (див. рис. 7).

Рис. 7 – Алгоритм визначення максимальних температур нагрівання складових частин

обігрівальних електричних приладів

За алгоритмом із використанням експериментальних даних, наведених у табл. 2, визначено найнесприятливіше значення температури навколишнього середовища для внутрішньої проводки електрорадіатора ЕРМПС-1,0/220(с), що становить 13 С, і за цього значення розраховано максимальне значення температури цієї складової частини, яке дорівнює 57 С. Це значення узгоджується з експериментальним значенням, отриманим за температури навколишнього середовища 14 С. Максимальне значення температури внутрішньої проводки, розраховане за ГОСТ 27570.15, становило 47 С, що показує необхідність для отримання достовірних результатів застосування запропонованого алгоритму.

Вищенаведене покладено в удосконалення методів випробувань обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ наведено результати досліджень щодо удосконалення методу визначення імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів.

З урахуванням принципів оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів та їх надійності обґрунтовано критерій, згідно з яким імовірність виникнення пожежі (Qп) від обігрівальних електричних приладів не повинна перевищувати значення 10-6 протягом терміну їх служби, та запропоновано формулу розрахунку цієї імовірності:

, (7)

де Qiпр – імовірність виникнення і-го пожежонебезпечного режиму роботи; Qiнз – імовірність неспрацьовування пристрою захисту в і-му пожежонебезпечного режимі роботи; Qijдз – імовірність утворення і впливу на j-ту складову частину приладу (або горюче середовище, що оточує прилад) джерела запалювання; Qijз – імовірність займання j-ї складової частини; Qijнг – імовірність того, що займання j-ї складової частини призведе до неконтрольованого горіння.

Порівняно з формулами, наведеними у стандартах на обігрівальні електричні прилади, введено імовірності Qijдз, Qijнг. При визначенні ймовірностей Qiнз, Qijнг враховано запровадження конструктивних заходів, направлених на запобігання пожежонебезпечним відмовам пристроїв захисту і на локалізацію вогню в межах конструкції обігрівальних електричних приладів.

Імовірність займання складової частини розраховують за формулою:

, (8)

де Qнж – імовірність досягнення напругою в електричних мережах граничного значення, Qнж = 0,025 (за ГОСТ 13109); QТс – імовірність досягнення температури навколишнього середовища значення, за якого температура складової частини досягає максимального значення; QТ – імовірність досягнення температури складової частини критичного значення.

Імовірність QТс розраховують з урахуванням положень ГОСТ 15150 за формулою:

, (9)

де Ф (…) – значення функції стандартизованого нормального розподілу; – температура навколишнього середовища, за якого досягається максимальне значення температури складової частини, С.

Імовірність QТ розраховують за формулами:

, (10)

, (11)

де Sn-1(а) – значення функції розподілу Стьюдента; n – кількість зразків приладу, що випробовується; Ткр – критична температура складової частини, С; Тср – середнє значення максимальної температури складової частини, що розраховане за даними випробувань, С; s – оцінка середнього квадратичного відхилення максимальної температури складової частини, С.

Порівняно з формулою розрахунку параметра а, наведеної в ГОСТ 16617 і ГОСТ 17083, у формулі (11) відсутній співмножник n0,5, що не допускає QТ = 0 у разі n , якщо Тср Ткр.

На прикладі електротепловентилятора ОК-1,25/220 показано, що від похибки округлення значень функції розподілу Стьюдента залежить прийняття рішення щодо відповідності цього виробу вимогам пожежної безпеки. Так, за результатами випробувань п’яти зразків електротепловентилятора у разі використання значень цієї функції, округлених до третього десяткового знаку відповідно до вимог стандарту на цей виріб, отримано Qп = 0. При використанні значень функції розподілу Стьюдента, округлених до шостого десяткового знаку відповідно до допустимого рівня імовірності виникнення пожежі, значення якого дорівнює 10-6, отримаємо Qп = 910-6. Для підвищення достовірності результатів випробування з урахуванням того, що у довідковій літературі значення функції розподілу Стьюдента наведено з різною похибкою округлення, запропоновано для розрахунків застосовувати аналітичні залежності цієї функції.

Результати оцінки імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів також суттєво залежать від кількості зразків, що випробовувались. Так, за результатами розрахунків визначено, що імовірність досягнення температури складової частини критичного значення при а = 15 становить 410-3 та 10-7 відповідно для n = 3 і n = 10.

У зв’язку з цим, однією з основних задач при оцінюванні пожежної небезпеки обігрівальних приладів є вибір мінімальної кількості зразків для визначення імовірності QТ з прийнятною точністю. Запропоновано застосування критерію вибору мінімальної кількості зразків для випробувань та інтервальної оцінки імовірності QТ.

Мінімальну кількість зразків визначають з умови:

, (12)

де t0,95, n-1 – квантиль розподілу Стьюдента; – відносна похибка вимірювання температури.

Верхню довірчу границю рівня ( = 0,95) імовірності QТ розраховують за формулою:

, (13)

Якщо , приймається QТ = 0. В іншому випадку імовірність QТ розраховують за формулою (10).

При застосуванні інтервальної оцінки і критерію вибору мінімальної кількості зразків для визначення імовірності виникнення пожежі від електротепловентилятора ОК-1,25/220 отримано Qп = 2,510-3 за даними випробувань трьох зразків, що дозволяє за меншої кількості зразків отримувати прийнятні результати.

Удосконалений метод оцінки імовірності виникнення пожежі від обігрівальних електричних приладів, а також удосконалені методи випробувань обігрівальних електричних приладів у пожежонебезпечних режимах роботи та кабелів і проводів на поширення полум’я впроваджено в методику УкрНДІПБ випробувань обігрівальних електричних приладів на пожежну небезпеку. За методикою проведено дослідження пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів і виявлено пожежонебезпечну продукцію.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено рішення наукової задачі щодо удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки обігрівальних електричних приладів, теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено вплив 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 12,510-6, у тому числі від обігрівальних електричних приладів – 2,710-6, від кабелів і проводів – 1,810-6 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 1 кВт 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 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.

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.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в таких роботах:

1. Кравченко Р. І., Харченко І. О. Проблеми практичної реалізації методу експериментального визначення ймовірності виникнення пожежі від електротехнічних виробів // Науковий вісник УкрНДІПБ – 2000. №1-2. – С. 64 – 67.

2. Кравченко Р. І. Оцінка впливу напруги живлення на температури нагрівання опалювальних електричних приладів // Науковий вісник УкрНДІПБ – 2001. №3 –С. 138 – 145.

3. Кравченко Р. І. Оцінка впливу температури навколишнього середовища на температури нагрівання опалювальних електричних приладів // Науковий вісник УкрНДІПБ – 2001. №4. – С. 67 – 75.

4. Харченко І. О., Кравченко Р. І. Принципи оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів // Науковий вісник УкрНДІПБ – 2002. №2 (6) – С. 73 – 79.

5. Кравченко Р. І. Удосконалення методів оцінки пожежної небезпеки електротехнічних виробів // Науковий вісник УкрНДІПБ – 2003. №1 (7). – С. 99 – 105.

6. Харченко И. А., Кравченко Р. И., Донченко В. С. О выборе минимального количества образцов для оценки пожарной опасности электротехнических изделий // Пожарная безопасность – история, состояние, перспективы: Материалы XIV Всероссийской науч.-практ. конф. – Ч.2. – М.: ВНИИПО, 1997. – С. 242 – 245.

7. Харченко И. А., Кравченко Р. И., Донченко В. С. Влияние погрешности округления значений вероятности достижения горючим материалом критической температуры на оценку пожарной опасности электротехнических изделий // Пожарная безопасность – история, состояние, перспективы: Материалы XIV Всероссийской науч.-практ. конф. – Ч.2. – М.: ВНИИПО, 1997. – С. 245 – 248.

8. Харченко І. О., Кравченко Р. І., Нефедченко Л. М., Якименко О. П. Статистичні дані щодо пожеж від електротехнічних виробів // Пожежна безпека – 2001. Збірник наукових праць – Львів: Львівський інститут пожежної безпеки / Видавництво “СПОЛОМ”, 2001. – С. 275 – 277.

9. Кравченко Р. І. Удосконалення методу визначення імовірності виникнення пожежі від електротехнічних виробів // Пожежна безпека: Матеріали