Как оценить пожарную опасность на основе теплового метода неразрушающего контроля

Основная причина возгораний в жилом секторе и зданиях общественного значения - неисправная проводка, утверждает статистика. Защитить здания от огня - одна из приоритеных задач сегодня. Один из самых перспективных методов профилактики пожаров - тепловизионная диагностика.

В России в 2010 году произошло по электротехническим причинам 45 457 пожаров, что составляет 25,4% от всех зарегистрированных пожаров в стране. Анализ данных загораний показывает, что пожарная безопасность жилых и общественных зданий в значительной степени зависит от состояния электрических сетей. Электрические сети могут быть причиной пожаров, когда в процессе их проектирования, монтажа и эксплуатации не выполняются необходимые требования, нормы и правила. Причём наибольшее количество таких пожаров возникает от кабелей, проводов и электроустановочных изделий. Поэтому снижение пожарной опасности электрических сетей является одной из основных задач в профилактике пожаров.

К сожалению, приходится констатировать, что на сегодняшний день уровень пожарной профилактики эксплуатируемых электроустановок зданий весьма невысок. Основными методами профилактики являются визуальные осмотры сетей, аппаратов защиты, включая проверку их калибровки, других элементов электросхемы.

Многочисленными нормами и правилами предусматриваются: периодическая проверка электрооборудования и подтяжка электрических контактных соединений, измерение сопротивления электрической изоляции, контура заземления и некоторые другие меры. Правила технической эксплуатации потребителей устанавливают сроки таких проверок для различных видов электрооборудования до трёх лет. Реально же электрооборудование жилого фонда, а также общественных зданий, как правило, обслуживается при возникновении неисправностей.

Одним из наиболее перспективных методов пожарной профилактики электроустановок является тепловой метод неразрушающего контроля (тепловизионная диагностика), который позволяет обнаружить по превышению температуры дефекты контактных соединений, участки перегрузки кабелей, произвести оценку теплового состояния электрооборудования в процессе его эксплуатации без снятия напряжения. Таким образом, появляется возможность выявлять многие дефекты на ранней стадии их развития и тем самым предотвращать вероятные пожароопасные ситуации.

В настоящее время в стране действует Руководящий документ РД 153-34.0-20.363-99, в котором изложена методика инфракрасной диагностики электрооборудования и высоковольтных линий. В документе констатируется, что при проведении тепловизионного контроля электрооборудования должны учитываться следующие факторы: коэффициент излучения материала, расстояние до объекта, значение токовой нагрузки, тепловое отражение и т.п.

При проведении инфракрасного (ИК) обследования электрооборудования существенное значение имеет выявление и устранение систематических и случайных погрешностей, оказывающих влияние на результаты измерения.

Систематические погрешности заключены в конструкции измерительного прибора, а также зависят от его выбора в соответствии с требованиями к точности измерения (разрешающей способности, поля зрения и т.п.).

Случайными погрешностями, возникающими при проведении ИК-контроля, могут являться: воздействие солнечной радиации, выбор излучательной способности и др.

Другим известным нормативным документом является Методика теплови-зионной неразрушающей диагностики электрооборудования", разработанная группой авторов ООО "Технологический институт энергетических обследований, диагностики и неразрушающего контроля «ВЕМО». В этом документе сформулированы требования к тепловизионной диагностике электроустановок и силовых сетей и даны рекомендации по поиску тепловых аномалий в зависимости от конкретного типа.

Изложенный в данной методике подход требует соответствующей проверки и возможной корректировки при его использовании в методике по оценке пожарной безопасности электрооборудования жилых и общественных зданий.

Таким образом, применение метода тепловизионного контроля для целей оценки пожарной опасности действующего низковольтного электрооборудования жилых и общественных зданий связано с рядом задач, включающих проведение лабораторных и натурных исследований электрических сетей зданий, разработку критериев оценки пожароопасных дефектов, выбор тепловизионного оборудования, обладающего необходимой точностью и в то же время экономически обоснованного для проведения практических обследований, разработку, с учётом накопленного опыта, методики оценки погрешности измерений для данной специфической задачи, адаптацию стандартного программного обеспечения для обработки результатов измерений и др.

Лабораторные исследования

Изготовленный в ФГБУ ВНИИПО МЧС России лабораторный стенд предназначен для испытаний на пожарную опасность электропроводки, проложенной в электротехнических коробах, и электроустановочных изделий (выключателей и розеток для внутренней и наружной установки, клеммных зажимов), применяемых при монтаже внутренних электропроводок жилых и общественных зданий.

Стенд представляет собой фрагмент реальной стены здания размером 1100x500x230 мм, на котором смонтированы шесть различных электроустановочных изделий. Электропроводка выполнена в пластмассовом электромонтажном коробе. Использован медный провод сечением 2,5 мм2. Электрическая схема стенда позволяет осуществлять работу исследуемых элементов как в нормальном режиме, так и в различных режимах перегрузки по току (до 3 Iн). Питание стенда осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. Все шесть испытываемых элементов соединяются последовательно и подключаются к электрической нагрузке.

Целью испытаний являлось определение возможности применения тепловизора для диагностики состояния пожарной опасности электроустановочных изделий различной конструкции и электрической проводки, выполненной различными способами. Для этого на каждом элементе (на поверхностях электрических коробов, корпусах розеток и выключателей, а также внутренних контактных соединениях) были установлены тонкопроволочные термопары. При проведении эксперимента это позволило сравнивать показания тепловизора, измеряемые на корпусах электроустановочных изделий, и температуру этих же элементов, полученную контактным способом.

Измерительная часть стенда включает хромель-алюмелиевые термопары диаметром 0,2 мм, вторичный двенадцатиканальный прибор типа А-565, измерительные токовые клещи CENTER 233. Для измерения температуры наружных частей испытываемых изделий и электропроводок применяется тепловизор FLIR i5.

В ходе эксперимента электроустановочные изделия работали при различных токах нагрузки – от минимального значения до двукратной перегрузки. Каждое значение испытательного тока поддерживалось до достижения установившегося режима на электроустановочных изделиях, т.е. температура на контактных соединениях изменялась не более чем на 1°С в течение 1 часа. Затем проводилась тепловизион-ная съёмка установленных элементов, и фиксировались значения температуры на корпусах изделий и контактных соединениях, измеренные с помощью термопар.

Обработка результатов эксперимента проводилась в соответствии с основными положениями методики. Допустимые значения температуры нагрева или её превышения над температурой окружающей среды контактных соединений без покрытия не должны превышать значений, указанных в таблице.

Данные таблицы представлены для значения тока, равного номинальному значению.

Если lраб ≥ 0,6 Iном, то необходим пересчёт по формуле:

tном = tраб • (Iном / Iраб)2

где: tном – пересчитанное значение температуры контактного соединения;
tраб – измеренная температура контактного соединения;
Iном – номинальное значение тока контактного соединения;
Iраб – рабочее значение тока нагрузки.

Пересчитанное значение температуры tном сравнивается с допустимым значением температуры, указанным в таблице.

Если пересчитанное значение превышает допустимое, то необходимо незамедлительно провести ремонт или профилактику неисправного контактного соединения.

Если Iра6 < 0,6 Iном, то оценку состояния контактного соединения следует проводить по избыточной температуре. В качестве норматива при этом используется значение температуры ΔТ0,5, пересчитанное к 0,5 Iном.

Значение избыточной температуры определяется по формуле:

ΔТ0,5 = ΔТраб • (0,5 Iном / Iраб)2

где: ΔТ0,5 – избыточная температура контролируемого контактного соединения;
ΔТра6 – измеренное превышение температуры контролируемого контактного соединения.

Исследование пожарной безопасности электрооборудования на реальных объектах

Актуальность и эффективность внедрения в практику тепловизионных обследований подтверждают результаты деятельности испытательной лаборатории муниципального учреждения «Раменская служба спасения и антикризисного реагирования" (МУ РамСпас). В период с ноября 2008 г. по февраль 2010 г. проведено выборочное тепловизионное обследование электрооборудования на 198 объектах, из которых 137 – детские учреждения, 17 – учреждения культуры и 44 – прочие, в т.ч. жилые объекты. На 52 объектах обследования проводились повторно.

На 134 объектах было выявлено в общей сложности 455 дефектов, из которых 101 – аварийный, пожароопасный, требующий немедленного устранения.

На 64 объектах дефектов не обнаружено.

Основными причинами аварийности явились некачественные болтовые контактные соединения и неравномерное распределение нагрузки по фазам.

В некоторых электрощитах перегрев достигал значений более 300°С.  Данные по обнаруженным степеням неисправности представлены на рис. 2.

Выводы и предложения

1. На основании имеющейся нормативной базы по применению тепловизионного обследования электроустановок, а также результатов экспериментальных работ была установлена удовлетворительная корреляция тепловых показаний, измеренных с помощью тепловизора и контактным методом в нормальном режиме и режиме аварийного перегрева электроизделий, что позволяет использовать тепловизионные обследования для оценки состояния электрооборудования в части его пожарной безопасности на практике.

2. Обследования электрических сетей реальных объектов с применением тепловизора в зданиях с массовым пребыванием людей показали их высокую эффективность по выявлению и адресному устранению пожароопасных элементов в электрооборудовании. Неоспоримыми преимуществами тепловизионного обследования являются: объективность и точность получаемых данных, не требуется отключение электрооборудования. Кроме этого, метод отличается простотой документирования дефектов и возможностью определения дефектов на ранней стадии развития.

3. Актуальной задачей является разработка целевой методики по проведению обследований действующих электроустановок жилых и общественных зданий с помощью современной тепловизионной аппаратуры и широкое её внедрение в стране в целях профилактики пожаров.