3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРОВ НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Современные промышленные предприятия характерны высокой энергоемкостью силовых установок и оборудования. Так, например, один из крупных металлургических заводов питают энергией более десяти понижающих подстанций, от которых работает около 100 тыс. электродвигателей и трансформаторов. Общая длина электрокабельных туннелей и полуэтажей составляет несколько десятков километров.
Среди горючих веществ и материалов, встречающихся на электростанциях, можно выделить: дизельное топливо для аварийных силовых установок, гидравлическое масло, смазочные масла (например, для охлаждения и смазки подшипников турбин), трансформаторное масло, водород для охлаждения ротора генератора, горючие фильтрующие материалы (древесный уголь), изоляцию электрических кабелей, конструкционные материалы на основе пластмасс и др.
Охлаждение турбогенераторов водородом, например, предусматривает установку водородных батарей вместимостью до 2500 м3 (при давлении 1Q5 Па и температуре 0СС). Генераторы и соединительные трубы заполняются водородом и осушаются с помощью инертного газа. Несмотря на наличие в системе ряда предохранительных устройств (приспособлении для вентиляции, регуляторов давления и т. п.) следует считать, что водород может проникнуть в турбинный зал. Взрыв водорода может привести к загоранию смазочного масла.
Из анализа пожаров в зданиях электростанции видно, что распространение огня в машинных залах и котельных происходит, как правило, очень быстро. Это связано с интенсивным горением масла (в машинных залах), мазута, дизельного топлива и других горючих жидкостей (в котельных), находящихся в горячем или подогретом состоянии. Быстрое развитие пожара приводит к интенсивному повышению температуры, прогреву до критических температур металлических конструкций и обрушению покрытия.
Так. при пожаре на одной ил электростанций металлические фермы и железобетонное покрытие над машинным залом обрушилось через 11 мин после возникновения пожара. При обрушении конструкций покрытия выводятся из строя дорогостоящее, уникальное оборудование, турбогенераторы, маслопроводы и т.д. Надолго выводятся из строя турбоагрегаты или электростанция в целом.
Оценивая пожарную опасность кабельных сооружений, нужно отметить, что в качестве материала, используемого для оплетки и изоляции проводов и кабелей, часто применяется поливинилхлорид, который при нагреве выделяет хлористый водород. Ниже приводятся данные о характере изменений, происходящих при нагревании поливинилхлорида до температуры, X:
80. . . . Материал становится мягким
100 ... . Начинает улетучиваться хлористый водород
160. ... Выделяется 50 % хлористого водорода
210. . . . Материал начинает плавиться
300 .... Улетучивается до 85 % хлористого водорода
Большинство выпускаемых промышленностью кабельных изделий (за исключением кабелей типа КМЖ с минеральной изоляцией и в металлической оболочке) относятся к группе горючих, так как для изоляции и защитных покровов используются горючие материалы: полиэтилен, кабельный пластикат ПВХ, резина, бумага, битум, масло.
В кабельных туннелях и полуэтажах кабели укладывают на специальные металлические конструкции, располагаемые с одной или с двух сторон туннеля. Вертикальное расстояние в свету между горизонтальными конструкциями для силовых кабелей зависит от числа кабелей в ряду и от напряжения. Например, при напряжении до 10 кВ и при числе кабелей в ряду не более четырех это расстояние составляет 200 мм. Количество горизонтальных конструкций зависит от высоты туннеля или кабельного помещения и при высоте 2 м будет составлять 8—10. В связи с этим общее количество кабелей в туннеле может быть при двустороннем расположении конструкций 65—80, а при одностороннем 32—40. В местах пересечения кабельных потоков число кабелей на участке туннеля значительно возрастает. Удельная горючая нагрузка этих помещений составляет 25—40 кг/м2.
При пожарах в кабельных помещениях в начальный период происходит медленное развитие горения и только спустя некоторое время скорость его распространения существенно увеличивается. Практика свидетельствует, что при реальных пожарах в кабельных туннелях наблюдаются температуры до 600 °С и выше. Это объясняется тем, что в реальных условиях горят кабели, которые длительное время находятся под токовой нагрузкой и изоляция которых прогревается изнутри до температуры 80 °С и выше. Иногда наблюдается одновременное воспламенение кабелей в нескольких местах и на значительной длине. Связано это с тем, что кабель находился под нагрузкой и его изоляция нагрелась до температуры, близкой к температуре самовоспламенения.
В кабельных помещениях пожары возникают в основном из-за короткого замыкания (КЗ), электрического пробоя изоляции или ее перегрева. Развитию пожаров способствует наличие горючей изоляции и ее нагрев рабочими токами, а также то, что закрытые люки в перекрытиях туннелей препятствуют выходу продуктов горения, которые удаляются лишь через вентиляционные отверстия в торцах туннеля (отсека). При движении продуктов горения вдоль кабельных линий происходит нагрев изоляции, что приводит к резкому увеличению скорости распространения горения.
В помещениях контрольных кабелей обычно проложены линии оперативного тока, которые не защищена от перегрузки и токов КЗ. При повреждении и КЗ на такой линии почти одновременно по всей длине кабеля возникает множество очагов горения и пожар может быстро распространяться на другие помещения или установки, расположенные даже на значительном удалении от места первоначального возникновения горения.
Развитие пожаров в кабельных помещениях с кабелями в маслонаполненных трубах при равных условиях газообмена происходит более интенсивно, чем по кабелям воздушной прокладки. Вызвано это тем, что масло в трубах находится при температуре 35—40°С под избыточным давлением и при разгерметизации трубы растекается, увеличивая площадь горения и температуру в помещении.
Пожары в туннелях нередко приводят к возникновению источников зажигания (пои прохождении токов КЗ) на других участках электросети: на пультах управления, в ячейках распределительных устройств (РУ), трансформаторных блоках, что может явиться причиной нового очага пожара.
Опыты по изучению условий распространения огня в кабельных сооружениях, во время которых сжигались силовые кабели с различной изоляцией, с наружным покровом и без него, в том числе контрольные кабели и кабели связи, показывают, что в начальной стадии горения кабелей одновременно с обильным дымовыделенинм происходит рост температуры. Это приводит к плавлению мастики и материалов (битум, смола), которыми пропитаны кабели. Расплавленная и горящая масса стекает на расположенные ниже кабели, изоляция которых также воспламеняется. Токопроводящие жилы кабелей оголяются, что приводит к дополнительным КЗ и появлению новых очагов пожара.
Большое влияние на развитие пожара оказывают соединительные муфты, которые содержат 8—12 кг горючей изоляционной массы. Во время экспериментов наблюдались ее плавление, воспламенение и разбрызгивание на расстояние 3—5 м, что способствовало распространению огня.
Опытами установлено, что при горении кабелей, уложенных по стенам на кронштейнах, температура под перекрытием через 8 мин достигала 600 °С, а через 9—12 мин — 800 °С. При этом скорость распространения огня в вертикальном направлении в зависимости от расстояния между кронштейнами, на которые уложены кабели, составляет 0,45—0,5 м/мин. а в горизонтальном— 0,18—0,35 м/мин. Скорость распространения огня по площади находится в интервале 0,08—0,17 м2/мин.
Развитие пожара в машинных залах электростанций во многом зависит от характера возникновения горения (воспламенение паров масла, взрыв, КЗ и т. п.). Наиболее интенсивно развиваются пожары при взрывах, когда возникает множество очаговых повреждений систем соседних генераторов, турбин, в результате чего возможны выход водорода из системы охлаждения, растекание масла, образование КЗ на линиях оперативного тока, контрольных и силовых кабелей. Могут иметь место обрушения ограждающих конструкций здания.
При аварии маслосистем и горении масла обстановка осложняется тем, что масло через неплотности к проемы растекается на нижерасположенные отметки в кабельные каналы, туннели и полуэтажи. В пламени оказываются масляные емкости я маслопроводы других блоков. При этом выделяется большое количество дыма, что часто не позволяет дежурному персоналу произвести все необходимые операции по оперативному плану тушения и обеспечить постоянный контроль других агрегатов. Сложность обстановки при горении масла заключается в том, что емкости маслосистем, маслопроводы, насосы находятся на нулевой отметке, где происходит горение растекающегося масла, тогда как генераторы и турбины со всеми приборами контроля и управления находятся выше нулевой отметки, т. е. в зоне действия дыма и пламени. Скорость распространения огня по площади может достигать 25 м2/мин.
Среди веществ, применяемых на электростанциях, наиболее пожароопасными являются турбинное и трансформаторное масла.
Развитие пожаров в трансформаторах зависит в основном от причин их возникновения и поведения корпуса трансформатора. При местном перегреве сердечника горение обычно носит тлеющий характер и может продолжаться длительное время. Признаками такого пожара являются выделение газов в камере газового реле, а также шум трансформатора. При несвоевременном отключении трансформатора происходит КЗ и горение в обмотках. Обнаружить это можно по выходу продуктов горения из консерватора, разрушению предохранительной мембраны, выпучиванию стенок или крышки баков. При межвитковых пробоях и КЗ в обмотке высокого напряжения и своевременном срабатывании аппаратов защиты наблюдается только местное выгорание обмотки. В противном случае в зависимости от мощности КЗ может произойти разрушение мембраны, консерватора и срыв крышки трансформатора с выбросом масла наружу. При большой мощности КЗ (чаще на стороне низкого напряжения) и длительном горении происходит разрушение консерватора, а затем корпуса трансформатора, в результате чего растекающееся масло создает угрозу соседним трансформаторам и устройствам. Выделяющийся дым осложняет обстановку, так как твердые его частицы осаждаются на влажных изоляторах, снижая их диэлектрические свойства, что приводит к перекрытию изоляторов и образованию новых очагов горения. Горение масла на трансформаторе приводит к разрушению других изоляторов, к падению токопроводов на землю. При этом корпус трансформатора может оказаться под напряжением. Наибольшие повреждения с разрывом корпуса трансформатора происходят при КЗ на входных или выходных токопроводах.
Пожары в распределительных устройствах возникают в основном при авариях маслонаполненных аппаратов или из-за воспламенения изоляции. Из них наиболее пожароопасными являются: масляные выключатели, трансформаторы (силовые, измерительные), реакторы и конденсаторы. Загорания в масляных выключателях чаще всего возникают при перекрытии между проходными изоляторами внутри выключателя или между изолятором и корпусом. В первом случае возможен разрыв корпуса, а во втором — прогар его и разлив горящего масла. Разрыв корпуса иногда бывает настолько сильным, что происходит срыв двери камеры и горение может распространиться по секции и в целом по всему РУ.
Особенности развития пожаров в других маслонаполненных аппаратах аналогичны описанным. Для пожаров в РУ характерна большая скорость задымления помещений из-за небольших объемов камер, коридоров и высокой дымообразующей способности материала изоляции и трансформаторного масла. Наиболее сложная обстановка может быть при пожаре, если РУ расположены внутри здания электростанции. В этом случае возможно задымление смежных помещений, что не позволит оперативно контролировать направление распространения горения и управлять работой систем, обеспечивающих функционирование энергоблоков.
Пожары с тяжелыми последствиями могут быть в основных и вспомогательных помещениях котельных цехов, где возможно сосредоточение большого количества котельного топлива. В пылеприготовительных отделениях не исключены взрывы угольной пыли. В котельных цехах, применяющих мазут в качестве основного или растопочного топлива, при повреждении мазутопроводов возможно быстрое растекание горючей жидкости и ее воспламенение от пламени форсунки (давление мазута около 3 МПа, а температура свыше 120 °С). В этом случае пожар может принимать большие размеры, и при наличии незащищенных металлических конструкций в течение 10—20 мин возможна их деформация с последующим обрушением.
