Монтаж автоматического пожаротушения в кабельных сооружениях - Защита кабельных линий от пожара

Поведение изоляционных материалов кабелей при пожаре.

При изготовлении электрических кабелей широко применяются в качестве изоляции и наружной оболочки полимерные материалы, а они или горят (полиэтилен) или поддерживают горение (поливинилхлорид).
Твердый поливинилхлорид вследствие высокого содержания хлора (около 57%) воспламеняется сам по себе с трудом. Но при воздействии пламени происходят следующие явления. При температуре 80° С начинается размягчение материала. При 100° С начинается образование HCl. При 160° С около 50% HCl выделяется в виде газа. При 210° С поливинилхлорид плавится. При 300° С около 85% HCl выделяется в виде газа. При 350—400° С загорается «углеродный остов» молекулы поливинилхлорида.
Один килограмм твердого поливинилхлорида при сгорании выделяет более 350 л газообразного HCl, который при растворении в воде может дать более 2 л концентрированной (25%) соляной кислоты. Однако при сильном выделении HCl твердый поливинилхлорид, удаленный от очага, не загорается и пожар гаснет.
Для изоляции кабелей применяют мягкий поливинилхлорид или кабельный пластикат. Этот материал содержит до 50% различных добавлений (пластификаторов и др.), которые сильно изменяют горючие свойства полимера. Пластификаторы начинают улетучиваться уже при температуре около 200° С и загораются. Содержание хлора уменьшается примерно до 35%, и его не хватает, чтобы препятствовать распространению огня.
Первичные повреждения, вызванные действием пламени и теплового излучения, приводят к разрушению кабельных линий, кабельных конструкций, оборудования, к которым они присоединены, и наконец строительных конструкций кабельных сооружений и несущих конструкций здания (рис. 1).

Рис. 1. Кабельные линии после пожара
Не менее вредны вторичные повреждения — результат действия дымовых газов. Дымовые газы быстро разрушают воздушно-механическую пену, применяемую для тушения.
Благодаря перепаду температур, тяге, создаваемой в кабельных шахтах и вентиляционных коробах, и сквознякам в туннелях газы, содержащие HCl, уносятся от очага пожара, проникают в щитовые и аппаратные помещения и оседают затем на оборудовании, приборах и металлических конструкциях в виде мелких капелек соляной кислоты. Возникает коррозия металлических частей в помещениях, удаленных от очага пожара, изоляция проводов нарушается, детали приборов и релейной аппаратуры окисляются.
Процесс превращения железа в хлорид при попадании HCl на стальные поверхности выражается уравнением
Этот процесс сопровождается расходованием осевшей на поверхности соляной кислоты, превращением хлорида трехвалентного железа в гидроокись железа и выделением ионов хлора. Последние служат катализатором при коррозии железа и способствуют образованию раковин. Только специальные покрытия при достаточной толщине слоя защищают металлические поверхности от коррозии вследствие воздействия дымовых газов.
Дымовые газы, выделяющиеся при горении кабелей, воздействуют разрушительно на строительные конструкции. Штукатурка помещений под действием HCl превращается в хлористый кальций. Это соединение гигроскопично, влага из воздуха его разрушает. Поврежденный слой осыпается.
Если дымовые газы проникают внутрь железобетонных конструкций, возникают более тяжелые повреждения, в частности, коррозия стальной арматуры, которая может быть столь значительной, что разбухание возникающей ржавчины вызывает выкрашивание бетона и ослабление всей конструкции.

Защитные покрытия и конструкции.

Существует несколько способов защиты кабельных линий от возгорания: облицовка кабелей негорючими теплоизолирующими материалами; окраска или нанесение на защитные покровы кабеля или его оболочку огнезащитных составов; сооружение разделительных противопожарных перегородок в кабельных туннелях и шахтах; уплотнение прохода кабелей через перегородки и перекрытия.

Облицовка кабелей негорючими теплоизолирующими материалами.

Для защиты линий, проложенных в кабельных сооружениях: туннелях, каналах, шахтах, полуэтажах — от действия тепла и возгорания изоляции их оборачивают теплоизоляционными материалами: минеральным волокном и ватой, асбестовым шнуром. Такая защита приводит к снижению допустимых токов в силовых кабелях из-за пониженного теплоотвода. Защита коробами или трубами из асбоцемента также ухудшает теплоотвод, а принудительное воздушное охлаждение может способствовать быстрому распространению огня при возникновении короткого замыкания, например, в муфтах.

Пропитка или окраска огнезащитными составами.

Кабельные линии в промышленных сооружениях и на электростанциях выполняются как отдельными кабелями, уложенными на кабельных конструкциях, так и кабелями, собранными в пучки. Такая прокладка при загорании способствует быстрому распространению огня. Уложенные на конструкциях в туннелях кабели способны распространять пожар со скоростью до 2 м/мин. При загорании кабелей в шахтах огонь быстро появляется на всех отметках сооружения или на всех этажах здания.
Наиболее эффективна для локализации пожара облицовка или окраска отдельных кабелей или пучков специальными огнезащитными составами. Составы помимо огнезащитной функции должны отвечать следующим требованиям: не снижать допустимые токи в кабелях и обеспечивать по возможности длительную работу кабеля при пожаре.
Огнезащитные составы для кабелей должны обладать достаточной эластичностью, выдерживать без растрескивания изменения температуры; иметь достаточную механическую прочность; быть стойкими к атмосферным воздействиям, обеспечивать надежное сцепление с кабелем и металлическими конструкциями и не влиять на них разрушающе; быть безвредными для людей при монтаже и эксплуатации; обеспечивать простоту нанесения покрытий.
Для пропитки и окраски поверхности кабелей применяются составы двух видов: водорастворимые, образующие защитные слои при нагревании, и эластичные пропиточные.
Огнезащитные водорастворимые составы широко применяются в строительстве. Эти составы при нагревании во время пожара вспучиваются и образуют теплоизолирующий слой. В нормальных условиях окраска или пропитка не влияет на снижение теплоотдачи кабелей и уменьшение допустимого тока.
Водорастворимые составы, например ВПМ-2, используются только для защиты кабелей, проложенных в помещениях. На кабелях, проложенных вне помещений, слой огнезащитного состава окрашивается водостойкими материалами: лаками, эмалями.

Рис. 2. Огнезащитные покрытия кабельных линий.
Эластичные огнезащитные составы для кабелей изготавливаются с добавками материалов, способных вспучиваться при нагревании от 150 до 1000° С. Такие составы, нанесенные слоем 1,5—2 мм с помощью кисти или краскопульта, делают трудно воспламеняемыми оболочки из резины или поливинилхлорида и надежно защищают их в течение 30—60 мин (рис. 2). Для экономии огнезащитных вспучивающихся составов слой покрытия можно наносить на отдельных участках, а также на всех пересечениях, переходах и отводах на вертикальные трассы. Такой способ позволяет пожар локализировать на отдельном участке.
Разделительные противопожарные перегородки в кабельных туннелях, шахтах, щитовых помещениях обычно выполняются в виде кирпичных стенок с набором стальных труб (рис. 3) через которые пропускаются кабели. После окончания прокладки кабеля трубы заполняются легко пробиваемыми вяжущими растворами. Состав растворов в массовых частях: цементного — цемент I, песок 10; глинистого — цемент 1, песок 11, глина 1,5; алебастрового — цемент 6, алебастр 1.

Рис. 3. Проход кабелей через противопожарную стенку в патрубках.
1 — стенка; 2 — стальные патрубки; 3 — кабель; 4 — вяжущий раствор.

Рис. 4. Наборные кассетные проходки для кабелей.
1 — стенка; 2 — кабель; 3 — обрамление проема; 4 — наборные кассетные перегородки; 5 — легко пробиваемый состав.
Уплотнение прохода кабелей через перегородки и перекрытия. Герметизация проходов кабелей через перегородки производится различными приспособлениями (резиновым шлангом, мастерком и др.). Такой способ герметизации перегородок, хотя и прост в исполнении, имеет ряд недостатков: возможные порезы оболочки, низкая производительность труда и т. д. Иногда для пропуска кабелей через противопожарные стенки и перекрытия используются наборные кассетные проходки (рис. 4). Эта конструкция позволяет при прокладке кабелей использовать большой проем, удобный для применения механизмов. Перегородки, устанавливаемые при заделке кабелей, образуют для каждого кабеля отдельную ячейку. Затем проем с кабелями замазывается легко пробиваемым вяжущим раствором.
Более целесообразно изоляцию кабельных линий в местах прохода через стены и перекрытия осуществлять при помощи плит толщиной 60 мм из минеральной ваты, пропитанных с обеих сторон огнезащитным составом.

Рис: 5. Проходка с применением плит из минеральной ваты.
1 — проем в перегородке; 2 — плита; 3 — лоток; 4 — кабели; 5 — огнезащитный состав.
Плиты легко режутся и подгоняются под проем и конфигурацию уложенных кабелей. Зазоры между стенами, кабелями и плиткой дополнительно уплотняют минеральной ватой и окрашивают огнезащитным составом (рис. 5). Участки кабелей длиной 500 мм с обеих сторон перегородки также промазывают огнезащитным составом. Огнестойкость такой конструкции не менее 60—120 мин.
Для повышения огнестойкости проложенных кабелей до 180 мин перегородку выполняют из двух плит. Плиты покрывают огнезащитным составом только с наружных сторон. Зазор между плитами заполняют непрессованной минеральной ватой. Кабели с обеих сторон окрашивают огнезащитным составом.
Защита вертикально расположенных кабелей в шахтах, коробах, проемах показана на рис. 6. Огнезащитные перегородки имеют конструкцию, аналогичную показанной на рис. 5 для горизонтального расположения кабелей. Для крепления плит применяются металлические детали.
Тщательная заделка швов обеспечивает герметичность проходов кабелей через стены, и дымовые газы не проходят в соседние помещения. Для прокладки дополнительных кабелей в плитах вырезаются ножом или пилой отверстия, которые после прокладки кабелей заделываются минеральной ватой и окрашиваются огнезащитным составом.

Рис. 6. Противопожарная перегородка в перекрытии,
1 — кабели; 2 — плита; 3 — держатели для плит; 4 — проем; 5 — перекрытие.
Строительные организации применяют для защиты стальных конструкций высокоэффективные огнестойкие перлитовые штукатурки. Огнезащитные штукатурки применяются в кабельных сооружениях тепловых и атомных электростанций для заделки проходов кабелей через перекрытия и перегородки. Хорошие результаты дало применение штукатурки для образования разделительных перегородок при прокладке кабелей в коробах. Для защиты от огня соседних или пересекающихся коробов с кабелями различных систем наносят штукатурный слой.
Огнестойкие штукатурки обеспечивают защиту в течение 0,5—4 ч металлических и железобетонных конструкций от воздействия высоких температур при пожаре. Толщина слоя заделки или обмазки указывается в проекте, она определяется требуемой огнестойкостью.

Для помещений с нормальными температурой и относительной влажностью (электропомещения, кабельные туннели и каналы на высоких отметках) рекомендуется использовать штукатурные смеси на гипсе, жидком стекле. В помещениях с повышенной относительной влажностью (более 80%) применяются смеси на портландцементе.
В качестве пористых заполнителей для огнестойких штукатурок рекомендуется вспученный перлит и вермикулит. В состав штукатурок вводится волокнистый материал: минеральная вата или хризотиловый асбест. Штукатурный состав разводится водой.
Дозировка компонентов огнестойкой штукатурки дана в табл. 1.