БЖД (Иванов ФИБС БТС 8 семестр) / Пожар

61

испытаний удалось зафиксировать минимальную мощность рассеяния, при которой начинается дымление корпуса интегральной МС. Она равна 25 Вт, что соответствует температуре на поверхности корпуса около 250 °С, температура кристалла около 300 °С, время горения К155ТМ2 – около 40 с.

Стеклотекстолит. Горение компонентов способно вызвать воспламенение печатной платы под элементом с прогоранием ее насквозь. При этом может развиться процесс самостоятельного беспламенного горения многослойной печатной платы, исполненной из стеклотекстолита СТФ-4. Процесс напоминает тление. Он вызывается замыканием между слоями платы, на которых размещены разнополюсные сетчатые шины питания блока, через науглероженные прогоревшие участки. При снятии напряжения питания и последующем его восстановлении процесс может возобновляться.

Монтажные провода. Если жгуты монтажного провода с горючей изоляцией попадают в зону пламени или только соприкасаются с сильно нагретой деталью, то изоляция плавится, провод оголяется и происходит короткое замыкание в схеме, которое вызывает нагрев, плавление изоляции и загорание других проводов.

Разъемы, контактные соединения. Электрическое соединение (пая-

ное, сварное, изготовленное методом накрутки и т. д.) должно иметь минимальное сопротивление, не меняющееся по прошествии времени.

При монтаже разъемных плат при случайном перекосе подводящие проводники могут сблизиться, что может привести к короткому замыканию. Отдельные элементы устройств могут вибрировать, болтовые и винтовые соединения деталей и проводников ослабляются, вызывая увеличение переходных контактных сопротивлений и их перегрев. Вибрация увеличивается при неудовлетворительном профилактическом уходе.

Изоляционные и пропиточные материалы. Для защиты от механических и других воздействий отдельные электронные компоненты помещают в специальные корпуса или защищают изоляционными материалами, которые наносят пропиткой, заливкой, обволакиванием. В качестве пропиточных, заливочных и обволакивающих материалов широко применяют компаунды на основе эпоксидных смол, в состав которых входят пожароопасные органические соединения (стирол, бутилметакрилат, малииновый ангидрид, гексаметилендиамин, касторовое масло, фталевый ангидрид и др.). А в качестве конструкционных – применяют различные виды электроизоляционных материалов, изготовленных на основе естественных и синтетических смол, пластмасс, синтетического каучука, лаков, органических компаундов. Почти все они являются горючими материалами.

Показатели пожарной опасности электроизоляционных материалов приведены в табл. 25.

62

Для изоляции проводов и кабелей широко применяется полиэтилен и поливинилхлорид. Эти материалы имеют разный химический состав и обладают различной степенью пожарной опасности.

Полиэтилен является продуктом полимеризации горючего газа этилена. Продукты его деполимеризации легкогорючи. После удаления источника огня пламя не гаснет, а распространяется по изоляции провода с большой скоростью. В настоящее время кабельная промышленность выпускает негорючий полиэтилен, который следует применять для изготовления соединительных проводов. В качестве высокочастотного диэлектрика целесообразно использовать фторопласт-4 (политетрафторэтилен), также являющийся негорючим материалом.

Поливинилхлорид (ПВХ) выпускается двух видов: с пластификатором и без него. Под действием высокой температуры (свыше 140 °С) ПВХ разлагается с выделением хлористого водорода. Разложение сопровождается появлением желтовато-коричневой окраски. Продукты деполимеризации ПВХ ингибируют, замедляют и даже полностью прекращают горение. Путем термического прессования получают модифицированную поливинилхлоридную смолу, называемую винипластом. Винипласт – трудногорючий материал, теплота его сгорания в два раза меньше, чем обычного ПВХ (см. табл. 25). В связи с трудной воспламеняемостью и способностью к самонабуханию винипласт широко используют в качестве изоляционного материала в электронных и электрических устройствах ЭВМ.

Однако обычные синтетические материалы типа поливинилхлоридных пластмасс имеют существенный недостаток. Дым, выделяющийся при их горении, содержит хлористый водород, который вступает в реакцию с металлическими деталями и вызывает их коррозию (см. ранее). В других видах пластмасс содержится фтор, при повышении температуры из них выделяется фтористый водород.

В то же время образование хлористого водорода при разложении ПВХ под действием повышенной температуры использовано, например, для разработки установки пожарной сигнализации, обеспечивающей раннее обна-

63

ружение возникшего или приближающегося горения ПВХ по нарастанию концентрации хлористого водорода в воздухе защищаемого помещения.

Для ответственных электронных устройств требуются специальные электроизоляционные материалы в виде огнеупорных покрытий.

Многие электроизоляционные материалы нетеплостойки. Нарушение температурного режима приводит к их разложению, сопровождающемуся выделением пожароопасных побочных продуктов и потерей диэлектрических свойств. Рабочие температуры t нe должны превышать пределов теплостойкости электроизоляционных материалов, приведенных в табл. 26.

Изоляционные пластины из гетинакса, текстолита и полиамидных материалов составляют основную массу горючего материала в электронных устройствах. Пожарная опасность этих изоляционных материалов невелика, они относятся к группе трудногорючих. Чтобы их воспламенить, необходимо длительное воздействие огня и высокой температуры. Такие условия могут создаться при горении стен, перегородок, перекрытий здания или мебели, расположенной рядом. Стеклопластики на основе полиэфирных и эпоксидных смол – горючие, а на основе фенольных и фенолформальдегидных смол – трудновоспламеняемые.

Основные требования к электронным изделиям

Далее приведен перечень требований пожарной безопасности к электронным изделиям в соотвествии с НПБ 247 – 97:

1.Электронное изделие должно быть сконструировано и изготовлено таким образом, чтобы оно не представляло пожарной опасности в нормальных условиях эксплуатации и при аварийных режимах.

2.Применяемые в конструкции электронных изделий материалы, элементы, блоки, узлы должны обеспечивать вероятность возникновения пожара

вкаждом изделии не более 10−6 в год. Вероятность возникновения пожара в электронном изделии определяется расчетно-экспериментальным методом на основании данных о наработке на отказ, указанных в технических условиях, характеризующих пожарную опасность комплектую-щих изделий и результатов испытаний в пожароопасных режимах.

64

3. При нормальной и аварийной работе электронных изделий ни один

из элементов конструкции не должен иметь температуру выше допустимых значений, установленных ГОСТ 12.2.006 – 87, а для изделий вычислительной техники – ГОСТ Р 50377 – 92.

4.Элементы электронных изделий, нагревающиеся в аварийных режимах до температур, выше указанных в п. 3, должны быть защищены от перегрева термовыключателями, термореле и т. п. При невозможности выполнения этого требования должно применяться экранирование элементов конструкции в зоне перегрева. Температура срабатывания защитных устройств не должна превышать значений, указанных в п. 3.

5.Цепи питания электронных изделий должны иметь защиту от токов перегрузки и короткого замыкания.

6.Для ограничения распространения горения по конструкции и за пределы электронного изделия должны применяться противопожарные кожухи. Допускается применять другие конструктивные решения, исключающие распространение горения.

7.Воздушные зазоры и расстояния по изоляции, характеризующие

утечку тока между проводниками, находящимися под напряжением, должны соответствовать ГОСТ 27570.0 – 87.

8.Комплектующие элементы (компоненты), входящие в состав электронного изделия, должны отвечать ГОСТ 20.57.406 – 87.

9.Детали электронных изделий из неметаллических материалов, используемые для наружных частей, частей, удерживающих токопровод-ники,

иподдерживающие соединения в определенном положении, должны быть теплостойкими.

10.Элементы конструкции электронного изделия, нагревающиеся при возникновении неисправности, должны устанавливаться на печатные платы из материалов не хуже класса V-1. Печатные платы, основания, комплектующие элементы, расположенные внутри цельнометаллического кожуха без вентиляционных отверстий, могут быть выполнены из материалов любого класса.

11.Соединительные детали между токоведущими частями электронных изделий, выполненные из изоляционных материалов, должны быть стойкими к образованию токопроводящих мостиков. Если изделие эксплуа-

тируется в сверхжестких условиях, то указанные материалы должны соответствовать КИТ 250.

12.Конструкция крепления комплектующих элементов должна исклю-

чать возможность их выпадания из паяных соединений в блоке или узле при аварийных пожароопасных режимах работы.

13.Резисторы мощностью 2 Вт и более должны располагаться над платой на расстоянии не менее радиуса резистора.

65

14.Резисторы мощностью 2 Вт при установке под платой класса возгораемости хуже V-1 должны располагаться от нее на расстоянии двух радиусов резистора или более. Допускается уменьшение этого расстояния, если применена плата или подложка из материала не хуже класса V-1.

15.Резисторы, конденсаторы и полупроводниковые приборы с корпусом из горючих материалов, которые загораются при аварийном режиме работы электронных изделий, должны быть снабжены защитными экранами, кожухами из негорючего или трудногорючего материала или должны быть применены другие методы защиты, предотвращающие выброс раскаленных, горящих или тлеющих частиц и распространение пламени на соседние элементы.

16.Предельно допустимые значения мощности рассеяния комплектующих элементов, входящих в цепь аварийного режима при условии несрабатывания защиты, не должны превышать значений, указанных в табл. 27.

17.Разъемы блоков и узлов должны исключать возможность подключения их к местам, не предусмотренным электрической схемой, или ошибочное подключение.

18.Для элементов узлов и блоков, выполняющих функции электрической защиты, должны быть указаны вероятностные данные их отказа при выполнении защитных функций. Числовые значения вероятностных показа-

телей отказа защиты должны быть приведены в технических условиях на электронное изделие или аппарат защиты.

19.В случае если надежность элементов защиты не позволяет обеспечить требуемый уровень вероятности возникновения пожара в электронных изделиях, установленный в п. 2, то блок или узел должен предусматривать дополнительную защиту. В качестве дополнительных элементов защиты цепей от коротких замыканий могут быть использованы дорожки печатных плат.

20.Конденсаторы типа К73-17, К53-19, К78-2 должны быть исключены из цепи пожароопасного режима. При невозможности выполнения данного требования они должны отвечать требованиям п. 15.

21.Жгуты монтажных проводов должны быть стойкими к воспламенению

ираспространению горения при воздействии стандартного игольчатого пламени. Допускается использовать жгуты проводов с изоляцией из поливинилхлорида.

66

22.Прокладка жгутов, монтажных проводов должна исключать соприкосновение их изоляции с комплектующими элементами.

23.Не допускается объединять монтажные и сетевые провода в один жгут. Расстояние между сетевыми и монтажными проводами должно быть не менее 10 мм.

24.Шнуры питания электронных изделий должны иметь двойную изо-

ляцию.

25.В качестве элементов защиты от аварийных режимов должны применяться стандартные плавкие предохранители, электронные устройства, тепловые реле и т. п.

26.Если электронное изделие при наличии рабочего напряжения имеет заземление, то плавкими предохранителями должны защищаться оба провода сетевого питания.

27.Номинальное значение тока плавкого предохранителя или защитного электронного устройства, взятое из стандартного ряда, должно быть наиболее близким к току аварийного режима в защищаемой цепи.

28.Держатели плавких предохранителей должны крепиться жестко с помощью пружинных элементов в конструкции электронных изделий.

29.Детали оболочек электронных изделий из неметаллических материалов должны обладать стойкостью к воспламенению и распространению горения при воздействии пламени.

30.Детали контактных соединений и проводники, выполненные из стали, должны быть защищены от коррозии.

31.Части электронных изделий из неметаллических материалов должны обладать стойкостью к воздействию накаленных элементов.

Наружные части из неметаллических материалов и частей из изоляционных материалов, удерживающих токопроводники в определенном положении (кроме контактных соединений), должны выдерживать воздействие накаленных элементов, имеющих температуру 550 °С.

32.Части из неметаллических материалов, на которых располагаются токоведущие элементы, должны обладать стойкостью к воспламенению и распространению горения при воздействии пламени. Классификация матери-алов по возгораемости должна соответствовать ГОСТ Р 50377 – 92 (V-1, V-2, НF-1). Класс материала должен соответствовать назначению детали в изделии.

33.Части из неметаллических материалов, удерживающие в определен-ном положении электрические соединения, по которым проходит ток 0.5 А или более, должны обладать стойкостью к воздействию накаленных элементов, имеющих температуру 750 °С, если электронные изделия работают под надзором.

34.Части электронных изделий из неметаллических материалов, удерживающие электрические соединения, должны обладать стойкостью к воз-

67

действию накаленных элементов, имеющих температуру 850 °С, если электронные изделия находятся постоянно под напряжением и без надзора.

35.Неметаллические материалы частей электронных изделий из неметаллических материалов, работающих под напряжением 1 кВ и выше, должны быть дугостойкими и иметь класс возгораемости не ниже V-1, а по распространению горения – класс не ниже НF-1.

36.Высоковольтные элементы (компоненты) и блоки электронных изделий должны быть стойкими к воздействию игольчатого пламени.

37.Неметаллические материалы элементов конструкции, в которых образуется электрическая дуга (контактные переключатели и т. п.), должны быть дугостойкими.

38.Части электронных изделий из неметаллических материалов, поддерживающих электрические контактные соединения, должны быть стойкими к нагреву, вызванному переходным сопротивлением в дефектном контактном соединении.

39.Оценка пожарной опасности электронных изделий должна включать следующие виды испытаний:

- на теплостойкость; - на возгораемость конструкционных материалов и составных частей;

- для определения принадлежности к классам V-0, V-1, V-2 (классификация материалов по возгораемости соответствует ГОСТ Р 50377 – 92);

- на распространение пламени по кожухам и декоративной отделке корпусов изделий для определения принадлежности к классам НВ, НВF, НF1,

НF2 (классификация материалов по распространению горения соответствует ГОСТ Р 50377 – 92);

-на стойкость к воздействию накаленных элементов;

-на дугостойкость;

-на трекингостойкость;

-на стойкость к загоранию в аварийных режимах.

Аварийными пожароопасными режимами работы, имитируемыми в процессе испытаний, должны быть:

-превышение номинального значения питающего напряжения;

-пробой и короткое замыкание полупроводникового прибора;

-пробой и короткое замыкание конденсатора;

-перегрузка электродвигателя (например, работа с заторможенным ротором);

-короткое замыкание или перегрузка трансформатора;

-отказ отдельных элементов (интегральная микросхема, транзистор, конденсатор, резистор, диод и т. п.);

-повышение переходного сопротивления в контактных соединениях.

68

Перечень аварийных режимов может быть дополнен в зависимости от схемно-конструктивного исполнения электронного изделия.

Показатели пожарной опасности конструкций

Конструкция любого электротехнического изделия должна обеспечивать его пожарную безопасность в нормальном режиме работы и при возникновении возможных неисправностей или нарушении правил эксплуатации.

Основными показателями пожарной безопасности электроизоляционных и конструкционных материалов, используемых в изделии, следует считать: теплостойкость к воздействию давлением шарика; стойкость к воспламенению нагретой проволокой, пламенем горелки и к воздействию тепловой энергии, выделяемой в переходном сопротивлении контактных соединений; трекингостойкость.

Показатели пожарной опасности следует определять путем испытания стандартных образцов электроизоляционных материалов или образцов из состава деталей, комплектующих электроприемник.

Основными методами испытаний являются:

∙Метод испытания давлением шарика (теплостойкость) по ГОСТ Р

50377 – 92.

∙Метод испытания на стойкость к зажиганию нагретой проволокой по ГОСТ 27483 – 87 (МЭК 695-2-1 – 80).

∙Испытания на стойкость к плохому контакту по ГОСТ 27924 – 88 (МЭК 695-2-3 – 84). В ходе проведения испытаний оценивают пожарную опасность соединения с учетом конструкции и значения тока, проходящего через него в нормальных условиях эксплуатации. Образец считают выдержавшим испытание, если отсутствуют открытое пламя и свечение образца или если пламя затухает в течение 30 с после воспламенения.

∙Метод определения трекингостойкости твердых электроизоляционных материалов по ГОСТ 27473 – 97 (МЭК 112 – 79). Предложенный метод испыта-

ния позволяет определить относительное сопротивление твердых электроизоляционных материалов образованию токопроводящих мостиков при номинальном напряжении питания и при увлажнении образца каплями воды.

∙ Метод определения стойкости к воспламенению пламенем горелки

(метод FV) по ГОСТ 28779 – 90 (МЭК 707 – 81).

В условиях, когда конструкционные материалы изделий не соответствуют международным требованиям, а выпуск продукции вследствие недостаточного насыщения нашего рынка отечественными приборами не может быть остановлен, предлагается альтернативный путь обеспечения пожарной безопасности электротехнических изделий, сформулированный в ГОСТ 12.1.004 – 91. Стандартом определяются принципы оценки вероятности воз-

69

никновения загорания в (от) изделии (я) в характерных пожароопасных режимах (хотя бы на стадии подготовки выпуска изделия). Следующим этапом должна быть разработка рекомендаций по доведению уровня пожарной безопасности изделий до допустимого значения путем повышения надежности схемных решений, более рационального выбора материалов и комплектующих и использования защитных устройств.

СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПОЖАРОТУШЕНИЯ

В случае возникновения пожара для борьбы с ним необходимо использовать средства пожаротушения.

Для ликвидации горения необходимо выполнение одного из следующих условий:

-изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода разбавлением негорючими газами до значений, при которых не может происходить горение;

-охлаждение очага горения ниже определенных температур;

-интенсивное торможение (ингибирование) скорости химических реакций в пламени;

-механический срыв пламени сильной струей газа или воды;

-создание условий огнепреграждения, т. е. таких условий, при которых пламя не распространяется через узкие каналы.

При разработке защиты от пожара особое значение имеет выбор средств тушения.

Процесс горения прекращается:

-если очаг горения изолируется от воздуха;

-концентрация кислорода снижается до предельного значения (для большинства веществ до 12…15 %);

-горящие вещества охлаждаются ниже температур самовоспламенения или воспламенения;

-осуществляется интенсивное ингибирование (торможение скорости химической реакции в пламени).

Вещества, которые способствуют созданию перечисленных условий, называются огнетушащими или огнегасительными. Они должны обладать высоким эффектом тушения при относительно малом расходе, быть дешевыми

ибезопасными в обращении, не причинять вреда материалам и предметам. Основными огнегасительными веществами являются вода, водные рас-

творы, водяной пар, пена, углекислота, инертные газы, галоидированные углеводороды, сжатый воздух, порошки, песок, земля.

Все существующие огнетушащие средства оказывают, как правило, комбинированное воздействие на процесс горения веществ. Например, вода может охлаждать и изолировать (или разбавлять) источник горения; пенные средства

70

действуют изолирующе и охлаждающе; наиболее эффективные газовые средства воздействуют на процесс горения одновременно как ингибиторы и как разбавители; порошки могут ингибировать горение и создавать условия огнепреграждения при образовании устойчивого порошкового облака.

Однако для любого огнетушащего средства характерно какое-либо одно доминирующее свойство. Например, вода оказывает преимущественно охлаждающее воздействие на пламя, пены – изолирующее, огнетушащие средства на основе галоидоуглеводородов и порошковые составы – специфическое ингибирующее действие. Следовательно, во-первых, огнетушащие средства не являются универсальными, т. е. при пользовании ими не достигается одинаковый огнетушащий эффект, и, во-вторых, для подавления горения одного и того же вещества в ряде случаев могут быть применены различные огнетушащие средства. Поэтому при выборе средств тушения следует исходить из возможности получения наилучшего огнетушащего эффекта при минимальных затратах.

Помимо выбора эффективного средства тушения большое значение имеют также способ и тактические особенности подачи огнетушащего состава. При этом следует учитывать интенсивность, скорость и направление подачи состава и применяемую для этого аппаратуру.

Например, газовые огнетушащие составы обычно используют как средства объемного способа тушения, основанного на равномерном распределении состава и создании огнетушащей концентрации состава во всем объеме помещения, в котором произошел пожар. Вместе с тем эти же составы могут применяться и как средство локального способа пожаротушения, поскольку оказывают поверхностное воздействие на очаг горения. Обычные твердые горючие материалы (дерево, уголь, бумага, резина) тушат всеми видами огнетушащих средств и прежде всего водой. Горючие жидкости и плавящиеся при нагревании материалы (мазут, бензин, лаки, масла, спирты, стеарин и т. п.) тушат распыленной водой, всеми видами пен, составами на основе полиалкилгалогенидов, порошками. Горючие газы (водород, ацетилен, угле-

водороды и др.) тушат инертными газами (N2, СО2), порошками.

Вода обладает высокой теплоемкостью и теплотой парообразования: 1 л воды при испарении поглощает из зоны горения более 2.5 кДж тепла, образуя при этом около 1700 л пара. Огнегасительный эффект воды достигается охлаждающим действием и снижением концентрации кислорода за счет парообразования. Вода используется в виде компактных струй (размер капель более 100 мкм), а также в тонкораспыленном состоянии (размер капель менее 100 мкм).

Водные эмульсии галоидированных углеводородов обладают дополнительным огнегасительным эффектом за счет ингибирующего действия галоидоуглеводородов.