ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Обязательное
МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА В (ОТ) ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ
Настоящий метод распространяется на электротехнические изделия, радиоэлектронную аппаратуру и средства вычислительной техники (электрические изделия) и устанавливает порядок экспериментального определения вероятности возникновения пожара в (от) них.
Параметры и условия испытаний для конкретного изделия должны содержаться в нормативно-технической документации на изделие.
1. Сущность метода
1.1. Метод разработан в соответствии с приложением 3.
1.2. Вероятность возникновения пожара в (от) электрическом (го) изделии(я) является интегральным показателем, учитывающим как надежность (интенсивность отказов) самого изделия и его защитной аппаратуры (тепловой и электрической), так и вероятность загорания (достижения критической температуры) частями изделия, поддерживающими конструкционными материалами или веществами и материалами, находящимися в зоне его радиационного излучения либо в зоне поражения электродугой или разлетающимися раскаленными (горящими) частями (частицами) от изделия.
1.3. Изделие считается удовлетворяющим требования настоящего стандарта, если оно прошло испытание в характерном пожароопасном режиме и вероятность возникновения пожара в нем (от него) не превысила 10-6 в год.
Комплектующие изделия (резисторы, конденсаторы, транзисторы, трансформаторы, клеммные зажимы, реле и т. д.) допускаются к применению, если они отвечают требованиям пожарной безопасности соответствующих нормативно-технических документов и для них определены интенсивности пожароопасных отказов, необходимые для оценки вероятности возникновения пожара в конечном изделии.
1.4. Характерный аварийный пожароопасный режим (далее — характерный пожароопасный режим) электротехнического изделия — это такой режим работы, при котором нарушается соответствие номинальных параметров и нормальных условий эксплуатации изделия или его составных частей, приводящий его к выходу из строя и создающий условия возникновения загорания.
1.5. Характерный пожароопасный режим устанавливают в ходе предварительных испытаний. Он должен быть из числа наиболее опасных в пожарном отношении режимов, которые возникают в эксплуатации и, по возможности, имеют наибольшую вероятность. В дальнейшем выбранный пожароопасный режим указывают в методике испытания на пожарную опасность.
В зависимости от вида и назначения изделия характерные испытательные пожароопасные режимы создают путем:
увеличения силы тока, протекающего через исследуемое электрическое изделие или его составную часть (повышение напряжения, короткое замыкание, перегрузка, двухфазное включение электротехнических устройств трехфазного тока, заклинивание ротора или других подвижных частей электрических машин и аппаратов и др.);
снижения эффективности теплоотвода от нагреваемых электрическим током деталей и поверхностей электрических устройств (закрытие поверхностей горючими материалами с малым коэффициентом теплопроводности, отсутствие жидкости в водоналивных приборах, выключение вентилятора в электрокалориферах и теплоэлектровентиляторах, понижение уровня масла или другой диэлектрической жидкости в маслонаполненных установках, снижение уровня жидкости, используемой в качестве теплоносителя и др.);
увеличения переходного сопротивления (значение падения напряжения, выделяющейся мощности) в контактных соединениях или коммутационных элементах;
повышения коэффициента трения в движущихся (вращающихся) элементах (имитация отсутствия смазки, износ поверхностей и т. п.);
воздействия на детали электроустановок электрических дуг (резкое перенапряжение, отсутствие дугогасительных решеток, выход из строя элементов, шунтирующих дугу, круговой огонь коллектора);
сбрасывания раскаленных (горящих) частиц, образующихся при аварийных режимах в электроустановках, на горючие элементы (частиц от оплавления никелевых электродов в лампах накаливания, частиц металлов, образующихся при коротких замыканиях в электропроводках, и т. п.);
расположения горючих материалов в зоне радиационного нагрева, создаваемого электроустановками;
пропускания тока по конструкциям и элементам, которые нормально не обтекаются током, но могут им обтекаться в аварийных условиях;
создания непредусмотренного условиями работы, но возможного в аварийном режиме нагрева за счет электромагнитных полей.
2. Расчет вероятности возникновения пожара от электрического изделия
2.1. Вероятность возникновения пожара в (от) электрических изделий и условия пожаробезопасности (п. 1.3) записывают следующим выражением:
(151)
где Qп.р — вероятность возникновения характерного пожароопасного режима в составной части изделия (возникновения K3, перегрузки, повышения переходного сопротивления и т. п.), 1/год;
Qп.з — вероятность того, что значение (характерного электротехнического параметра (тока, переходного сопротивления и др.) лежит в диапазоне пожароопасных значений;
Qн.з — вероятность несрабатывания аппарата защиты (электрической, тепловой и т. п.);
Qв — вероятность достижения горючим материалом критической температуры или его воспламенения.
2.2. За положительный исход опыта в данном случае в зависимости от вида электрического изделия принимают: воспламенение, появление дыма, достижение критического значения температуры при нагреве и т. п.
2.3. Вероятность возникновения характерного пожароопасного режима Qп.р, определяют статистически по данным испытательных лабораторий предприятий и изготовителей и эксплуатационных служб.
При наличии соответствующих справочных данных Qп.р может быть определена через общую интенсивность отказов изделия с введением коэффициента, учитывающего долю пожароопасных отказов.
2.4. Вероятность (Qн.з) в общем виде рассчитывается по формуле
(152)
где Р — вероятность загрубления защиты (устанавливается обследованием или принимается как среднестатистическое значение, имеющее место на объектах, где преимущественно используется изделие);
??э — эксплуатационная интенсивность отказов аппаратов защиты, 1/ч;
??р — рабочая (аппаратная) интенсивность отказов защиты (определяется no теории надежности технических систем), 1/ч;
??з — интенсивность отказов загрубленной защиты, 1/ч;
t — текущее время работы, ч.
Для аппаратов защиты, находящихся в эксплуатации более 1,5—2 лет, для расчета (Qн.з) может быть использовано упрощенное выражение:
(153)
2.5. Характерный пожароопасный режим изделия определяется значением электротехнического параметра, при котором возможно появление признаков его загорания. Например, характерный пожароопасный режим — короткое замыкание (КЗ); характерный электротехнический параметр этого режима — значение тока КЗ. Зажигание изделия возможно только в определенном диапазоне токов КЗ. В общем виде:
(154)
где Nп, Nэ — соответственно диапазоны пожароопасных и возможных в эксплуатации значений характерного электротехнического параметра.
В случае использования для оценки зажигательной способности электротехнических факторов их энергетических характеристик — энергии, мощности, плотности теплового потока, температуры и т. п. определяется вероятность того, как часто или как долго значение соответствующего энергетического параметра за определенный промежуток времени (например в течение года) будет превышать его минимальное пожароопасное значение. Нахождение минимальных пожароопасных значений производится в ходе выполнения экспериментальных исследований при определении Qв.
2.6. Вероятность Qв положительного исхода опыта (воспламенения, появления дыма или достижения критической температуры) определяется после проведения лабораторных испытаний в условиях равенства Qп.р = Qн.з = Qп.з = l;
(155)
где m — число опытов с положительным исходам;
п — число опытов.
В случае m??0,76 (п—1), принимают Q в= l.
При использовании в качестве критерия положительного исхода опыта достижение горючим материалом критической температуры Qв определяется из формулы
(156)
где ??i — безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра ?? в распределении Стьюдента.
(157)
где Тк — критическая температура нагрева горючего материала, К;
Тср — среднее арифметическое значение температур в испытаниях в наиболее нагретом месте изделия, К;
?? — среднее квадратическое отклонение.
В качестве критической температуры, в зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и возможных источников зажигания может быть принята температура, составляющая в 80% температуры воспламенения изоляционного (конструкторского) материала.
2.7. Допускается при определении Qв заменять создание характерного пожароопасного режима на использование стандартизованного эквивалентного по тепловому воздействию источника зажигания, т. е. с эквивалентными параметрами, характеризующими воспламеняющую способность (мощность, площадь, периодичность и время воздействия).
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
1. Рассчитать вероятность возникновения пожара и взрыва в отделении компрессии.
1.1. Данные для расчета
Отделение компрессии этилена расположено в одноэтажном производственном здании размерами в плане 20х12 м и высотой 10 м. Стены здания — кирпичные с ленточным остеклением. Перекрытие — из ребристых железобетонных плит. Освещение цеха — электрическое, отопление — центральное. Цех оборудован аварийной вентиляцией с кратностью воздухообмена (n), равной восьми.
В помещении цеха размещается компрессор, который повышает давление поступающего из магистрального трубопровода этилена с 11??105 до 275??105 Па. Диаметр трубопроводов с этиленом равен 150 мм, температура этилена достигает 130 оC. Здание имеет молниезащиту типа Б.
Нижний концетрационный предел воспламенения этилена (Сн.к.п.в в смеси с воздухом равен 2,75%, поэтому, в соответствии с СНиП II-90-81: производство по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории А, то есть в цехе возможно возникновение как пожара, так и взрыва. По условиям технологического процесса возникновение взрывоопасной концентрации в объеме помещения возможно только в аварийных условиях, поэтому помещение по классификации взрывоопасных зон относится к классу В-1а.
Пожарная опасность отделения компрессии складывается из пожарной опасности компрессорной установки и пожарной опасности помещения. Пожарная опасность компрессора обусловлена опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси внутри аппарата.
Пожарная опасность помещения обусловлена опасностью возникновения пожара в цехе, а также опасностью возникновения взрыва этиленовоздушной смеси в объеме цеха при выходе этилена из газовых коммуникаций при аварии.
1.2. Расчет
Возникновение взрыва в компрессоре обусловлено одновременным появлением в цилиндре горючего газа, окислителя и источника зажигания.
По условиям технологического процесса в цилиндре компрессора постоянно обращается этилен, поэтому вероятность появления в компрессоре горючего газа равна единице
Появление окислителя (воздуха) в цилиндре компрессора возможно при заклинивании всасывающего клапана. В этом случае в цилиндре создается разряжение, обуславливающее подсос воздуха через сальниковые уплотнения. Для отклонения компрессора при заклинивании всасывающего клапана имеется система контроля давления, которая отключает компрессор через 10 с после заклинивания клапана. Обследование показало, что за год наблюдалось 10 случаев заклинивания клапанов. Тогда вероятность разгерметизации компрессора равна
Анализируемый компрессор в течение года находился в рабочем состоянии 4000 ч, поэтому вероятность его нахождения под разряжением равна
Откуда вероятность подсоса воздуха в компрессор составит значение
Таким образом, вероятность появления в цилиндре компрессора достаточного количества окислителя в соответствии с формулой (44) приложения 3 равна
Откуда вероятность образования горючей среды в цилиндре компреcсора соответствии с формулой (40) приложения 3 будет равна
Источником зажигания этиленовоздушной смеси в цилиндре компрессора могут быть только искры механического происхождения, возникающие при разрушении узлов и деталей поршневой группы из-за потери прочности материала или при ослаблении болтовых соединений.
Статистические данные показывают, что за анализируемый период времени наблюдался один случай разрушения деталей поршневой группы, в результате чего в цилиндре компрессора в течение 2 мин наблюдалось искрение. Поэтому вероятность появления в цилиндре компрессора фрикционных искр в соответствии с формулами (42 и 47) приложения 3 равна
Оценим энергию искр, возникающих при разрушении деталей поршневой группы компрессора. Зная, что скорость движения этих деталей составляет 20 м??c-1, а их масса равна 10 кг и более, найдем энергию соударения (Е), Дж, по формуле
Известно, что фрикционные искры твердых сталей при энергиях соударения порядка 1000 Дж поджигают метановоздушные смеси с минимальной энергией зажигания 0,28 мДж.
Минимальная энергия зажигания этиленовоздушной смеси равна 0,12 мДж, а энергия соударения тел значительно превышает 1000 Дж, следовательно:
Тогда вероятность появления в цилиндре компрессора источника зажигания в соответствии с формулой (46) приложения 3 равна
Таким образом, вероятность взрыва этиленовоздушной смеси внутри компрессора будет равна
Наблюдение за производством показало, что трижды за год (m-3) отмечалась разгерметизация коммуникаций с этиленом и газ выходил в объем помещения. Рассчитаем время образования взрывоопасной концентрации в локальном облаке, занимающем 5% объема цеха.
