CC BY
39
^ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 614.84
РАЗРАБОТКА ПЕЧИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ
КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
А.А. Пономарёв1, М.А. Никитина2, И.Н. Бутко3
Санкт-Петербургский политехнический университет (СПбПУ) Петра Великого,
195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.
Разработка печи для определения огнестойкости кабельных линий принесет удешевление конструкции самой печи и расходы на испытание образцов.
Ключевые слова: Печь, огнестойкость, кабельные линии
DEVELOPMENT OF A FURNACE FOR TESTING THE FIRE RESISTANCE OF CABLE LINES
A.A. Ponomarev, M.A. Nikitina, I.N. Butko
St. Petersburg Polytechnic University, 195251, St. Petersburg, Polytechnical, 29. The development of a furnace to determine the fire resistance of cable lines will reduce the cost of constructing the furnace itself and the cost of testing the samples. Keywords: Bake, firebrick, cable lines
Огнестойкие кабельные линии (ОКЛ) начали применяться относительно недавно. Раньше изоляции кабелей изготавливались на основе слюды, стеклоткани, базальтовой нити и пр. Такой огнестойкий кабель был сложен как по конструкции, так и по технологии изготовления, и поэтому был достаточно дорогой. Как правило, огнестойкий кабель применялся на особо опасных ответственных объектах, например, атомных электростанциях, метро, объекта\х оборонной промышленности и т.п. Кабельные линии применяются для систем противопожарной защиты, где важно сохранять работоспособность в условиях пожара в течение времени, необходимого для своевременной эвакуации людей в безопасную зону. Огнестойкие кабельные линии используется для систем обнаружения, оповещения и управления эвакуацией людей и обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны при пожаре. Кроме того, огнестойкие кабельные линии широко применяются для обеспечения аварийного освещения на путях эвакуации, аварийной вентиляции и противодымной защиты, автоматического пожаротушения, внутреннего противопожарного водопровода и лифтов. Дальнейшее развитие техники, появление высокотехнологичных энергоемких производств и объектов развитой инфраструктуры с массовым пре-
быванием людей выдвинуло на первый план повышение надежности функционирования систем, обеспечивающих безопасность людей, в том числе в условиях пожара. Работа таких систем могла быть обеспечена только стойким к огню кабелем. К этому подталкивало и появление новой нормативной базы. Так в 2003 году был введен в действие ГОСТ Р МЭК 60331-21-2003 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени», приняты МЧС нормы пожарной безопасности «Проектирование систем оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях» (НПБ 104-03). НПБ 104-03 обязывали проектировщиков СОУЭ организовывать систему эвакуации людей так, чтобы она могла функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации людей из здания во время пожара. В 2005 году вышло постановление правительства Москвы об утверждении региональных нормативов градостроительного проектирования «Нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий зданий-комплексов в городе Москве МГСН 4.192005». В нем были введены требования по обеспечению предела огнестойкости кабелей в зависимости от места прокладки кабелей от 1 часа до 3 часов.
1 Пономарёв Александр Алексеевич - магистрант 1 курса, СПбПУ, тел.: +7 960 009 09 33, email: alexander_ponomarev@outlook.com
2Никитина Мария Андреевна - магистрант 1 курса, СПбПУ, тел.: +7 981 164 90 73, email: angrymari@gmail.com
3Бутко Игорь Николаевич - магистрант 1 курса, СПбПУ, тел.: +7 921 845 85 62, email: igorbutik@mail.ru
6
СПбГЭУ
Основным регламентирующим документом на сегодняшнее время является Федеральный закон №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», а именно статья 82 «Кабельные линии и электропроводка систем противопожарной защиты, средств обеспечения деятельности подразделений пожарной охраны, систем обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации, аварийной вентиляции и противодымной защиты, автоматического пожаротушения, внутреннего противопожарного водопровода, лифтов для транспортировки подразделений пожарной охраны в зданиях и сооружениях должны сохранять работоспособность в условиях пожара в течение времени, необходимого для выполнения их функций и эвакуации людей в безопасную зону.» [1]. Кроме того, требования к кабельным линиям предъявляются согласно ГОСТ Р 53316-2009 «Кабельные линии. Сохранение работоспособности в условиях пожара».
В соответствии с ГОСТ Р 53316-2009 кабельная линия состоит из:
- одного или нескольких параллельных кабелей (проводов, токопроводов), проложенных в коробах, гибких трубах, на лотках, роликах, тросах, изоляторах, свободным подвешиванием, а также непосредственно по поверхности стен и потолков, в пустотах строительных конструкций или другим способом;
- коробок монтажных огнестойких;
- соединительных, стопорных и конечных муфт (уплотнений);
- крепежных деталей.
Согласно вышесказанным документам к кабельным линиям предъявляются требования, для выполнения этих требований кабельным линиям нужно пройти испытания в печи, при температурном режиме которой соответствует температурному режиму пожара. Выход установки на рабочую температуру устанавливается с малыми погрешностями, график представлен на рисунке (рисунок 1).
Одна из разновидностей печей, гидравлическая опрокидывающаяся печь FTT (Рисунок 2) для испытания на огнестойкость вертикальных и горизонтальных образцов - прибор для определения огнеупорности горизонтальных и вертикальных сборных конструкций, колонн либо опор, также служит для определения способности такой продукции, как двери и заслонки, а также строительные материалы, противостоять воздействию высоких температур. Измерение производится при помощи оценки определенных
показателей: удельной нагрузки, способности к локализации пожара и теплопроводности материалов и систем
Рисунок 1 - Стандартный режим пожара
Рассмотрим основные характеристики системы FTT. Размеры печи для испытания на огнестойкость: 3000 мм (ширина) х 4000 мм (высота) х 1000 мм (глубина).
Рисунок 2 - Печь FTT
А.А. Пономарёв, М.А. Никитина, И.Н. Бутко
Целью настоящего исследования является разработка малогабаритной лабораторной установки для огневых испытаний кабельных линий. Необходимость такой установки определяется невозможностью постройки крупногабаритной установки, регламентируемой ГОСТ 30247.0-94. Испытание образцов достаточно дорогое мероприятие и печь настоящей разработки будет альтернативой дорогим испытаниям в стандартной печи. Печь такого размера (3х3х3 метра) громоздка и требует много топлива для прогрева в нужном температурном режиме. Разработка должна заменить эту печь и выйти на температурный режим пожара. В ГОСТ 30247.094 (ИСО 834-75) Конструкции строительные установлены следующие главные критерии для печи:
- Возможность испытания образцов при требуемых условиях температуры.
- Температура в печи и ее отклонения должны соответствовать температурному режиму пожара. Температурный режим должен обеспечиваться за счет сжигания топлива при этом должен соблюдаться температурный режим пожара, ±10 С от номинального.
- Пламя не должно касаться образца.
В соответствии с этими требованиями разработана испытательная установка для испытаний кабельных линий, размеры которой не должны превышать значений 800^800^800 см. Эскиз предлагаемой установки представлен на рис. 3.
Рисунок 3 - Эскиз печи
Печь планируется изготовить из листовой стали, толщина которой будет достаточной для
проведения большого числа долговременных огневых испытаний без разрушения или нарушения геометрических размеров конструкции. Внутри печь будет обложена углеродными блоками, которые будут выполнять функцию тепло-изолятора. Такое решение будет более экономично, так как топлива для выхода на рабочую температуру потребуется значительно меньше. Крепление образца будет осуществлено за счет термостойкой пластины, которая выдерживает 1200 оС, в которой есть прорези 5x5 см на расстоянии 10 см друг от друга, для воздухообмена и за счет этих прорезей не будет контакта образца с пламенем. Пластина должна быть установлена на высоте 20 см.
Для измерения температуры внутри печи будем применять термопару. Термопара используется для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний день хорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 1300°С). Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01°С. Они вырабатывают на выходе термо-ЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки. Термопары, в отличие от других датчиков, не нуждаются в источнике тока, но для обработки сигнала термопар требуются прецезионные усилители, например терморегуляторы с цифровой индикацией. Термопара встроена внутри печи и будет измерять температуру воздуха на уровне образца.
Материал термоэлектродов термопары:
а) положительного - сплав хромель (90,5% N1 +9,5% Сг)
б) отрицательного - сплав алюмель (94,5% N1 + 5,5% А1, 81, Мп, Со).
Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С): 35 - 42 (0 - 1300).
Диапазон рабочих температур, °С: от -200 до +1200.
Предельная температура при кратковременном применении, 1300°С.
8
СПбГЭУ
Наблюдение за состоянием испытываемого образца будет осуществляться через специальное окно. Окно размером 15^15 см из жаропрочного стекла. Аналогичное окно, размещенное на стенке печи, будет использоваться для видео-фиксации объекта во время огневых испытаний. Окна для печи будут изготовлены из кварцевого песка, выбор такого стекла обусловлен его высокой температурой плавления более 1500°С.
Печь будет использовать сжиженный газ (пропан). Причина выбора пропана как топлива обусловлена его относительно высокой теплотой сгорания. Подача газа в печь будет осуществляться по рампе, которая расположена вне печи для избегания нагрева. Через форсунки (количество которых будет определено опытным путем по результатам испытаний) будет подаваться газ подобно конструкции в форсунки горелки Бун-зена (рисунок 4), в форсунке смешивается газ с воздухом, который находится в печи, за счет этого происходит устойчивое горение.
находится под давлением в баллоне. Если выбирать жидкое топливо, то нужен насос (повыситесь давления), который будет нагнетать топливо в рампу и форсунки. Управление такой системой требует дополнительных электронных блоков. Электронные блоки нужно будет создавать под установку, а это ведет к сильному удорожанию конструкции. Выбор газа под давлением обусловлен тем, что так будет проще регулировать температурный диапазон, регулятор будет стоять на баллоне.
На форсунке можно регулировать топли-вовоздушную смесь. Тем самым будет регулироваться высота пламени. Оптимальная высота пламени и смесь воздуха/газа будет определена опытным путем.
Разработка этой печи даст нам более выгодный и экономичный вариант установки по определению степени огнестойкости кабельных линий.
Рисунок 4 - Форсунка в горелке Бунзена
Выбор такой конструкции и вида топлива обусловлен его простотой и доступностью. Сжиженный газ легче подать в зону горения, он
Литература
1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 29.07.2017) "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"
2. СПЗ. 13130.2009. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности.
3. СП5.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования.
4. СПб. 13130.2009. Электрооборудование. Требования пожарной безопасности.
5. ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость.
6. ГОСТ Р 53316-2009 Кабельные линии. Сохранение работоспособности в условиях пожара. Метод испытания.
