Огнестойкость полимеров - способность противостоять действию огня. Характеризуя по огнестойкости, часто говорят об их горючести (возгораемости). Для оценки огнестойкости полимеров имеется несколько методов [21]. По одному из них (калориметрическому) определяют показатель возгораемости Q1/Q2, где Q1 - количество тепла (в кДж пли ккал), выделившееся при горении образца полимера, Q2 - количество тепла, затраченное на поджигание образца. В соответствии со значением этого показателя полимеры делят на негорючие, или огнестойкие (Q1/Q2<0,1), трудносгораемые (0,1-0,5) и горючие (>0,5). По другому методу огнестойкость характеризуют кислородными индексами воспламеняемости (минимальным содержанием кислорода в азотно-кислородной смеси, при котором полимер еще может загореться). [21]

Таблица 5.1. Кислородные индексы

При горении полимеров протекает ряд химических и физических процессов. Для удобства рассматривают три зоны:

· Газовый слой: в нем происходит главным образом термоокислительная деструкция продуктов разрушения поверхностного слоя полимера и наблюдается интенсивный массо- и теплообмен;

· Поверхностный слой полимера, подверженный действию пламени;

· Внутренние слои полимера, прилегающие к поверхностному слою; здесь протекает в основном термическая деструкция полимера. От природы продуктов, образующихся при пиролизе в третьей зоне, скорости диффузии их к поверхности зависит дальнейшее протекание процессов воспламенения и горения.

На основании результатов изучения процессов горения различных полимеров установлено:

· самогашение материала может происходить вследствие испарения с его поверхности большого количества негорючих частиц или образования на поверхности защитных и полимерных пленок, не поддерживающих горения;

· фосфор в составе полимера способствует увеличению доли эндотермических процессов ("охлаждению" материала) и образованию в ряде случаев прочного кокса (чем быстрее коксуется полимер, тем выше его огнестойкость);

· введение галогенов приводит к понижению температуры пламени в газовом слое у поверхности полимера и к ингибированию воспламенения;

· у близких по химическим признакам полимеров огнестойкость повышается с увеличением термостойкости;

· огнестойкость определяется химической структурой полимера, например, при введении ароматических звеньев, замене группировок Р - О - С на Р - С, при уменьшении длины алкильной цепи у атома фосфора, огнестойкость полимера возрастает; с повышением плотности упаковки макромолекул огнестойкость у близких по химической природе полимеров возрастает.

Коррозионная активность продуктов газовыделения приводит к разрушению электрооборудования в помещениях, и, таким образом, увеличивается ущерб от пожара. Количественно этот показатель характеризуется количеством выделения таких активных продуктов, как хлористый водород (HCl), бромистый водород (HBr), диоксид серы (SO₂) и т.п.

Токсичность продуктов газовыделения, как правило, является одной из причин несчастных случаев при пожарах. К токсичным продуктам прежде всего относят: цианистый водород (HCN), аммиак (NH₃), диоксид серы (SO₂), сероводород (H₂S), оксид углерода (СО) и некоторые другие соединения.

Огнестойкость кабеля характеризуется сохранением его работоспособности при воздействии открытого пламени в течение установленного времени (от 15 мин до 3 ч) [22].

Для определения целесообразности использования ПВДФ в качестве изоляции в кабельных изделиях со стороны экологической безопасности вместо СПЭ, проведу сравнительный анализ этих двух материалов, подвергнув их испытаниям на воспламеняемость по стандарту UL94 на предмет выделения вредных веществ в окружающую среду.

5.1 Термические характеристики ПВДФ

ПВДФ - галоген и поэтому обладает превосходными противопожарными свойствами без всяких замедляющих горение добавок. Во время горения ПВДФ возникает только небольшое количество дыма, что соответствует классу V-0 по UL94 (горение вертикального образца прекращается в пределах 10с;

образование капель не допускается). Материал не поддерживает горение после удаления пламени. Разрушение материала начинается при 300°С. КИ составляет 44% (материалы, у которых кислородный индекс составляет менее 21%, считаются огнеопасными).

Температура плавления составляет 171--180 °С, температура стеклования аморфной фазы равна 33-38 °С. При температуре выше 340 °С (процесс горения) он разлагается с выделением фтористого водорода и образованием сопряженных двойных связей. Он обладает резким запахом, дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей. Этот бесцветный газ при соединении с водой образует агрессивную кислоту, после пожара необходима немедленная очистка зон, восприимчивых к коррозии. Другими продуктами горения являются угарный и углекислый газы [23].

В качестве подходящих средств пожаротушения рекомендуются, порошковые огнетушители, т.к. вода может вызвать образование коррозийных кислот.

Таблица 5.1.1. Термические характеристики ПВДФ

5.2 Термические характеристики СПЭ

При нагревании полиэтилена на воздухе выше 120 °С возможно выделение в атмосферу летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих уксусную кислоту, формальдегид (оказывает общетоксичное действие), ацетальдегид (вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, удушье, резкий кашель, бронхиты, воспаление легких), оксид углерода (вызывает удушье) [23].

Таблица 5.2.1. Термические характеристики СПЭ

5.3 Предложения по обеспечению комфортных и безопасных условий труда для человека

В качестве безопасности необходим комплекс мероприятий технического и организационного характера, направленных на создание безопасных условий труда и предотвращение несчастных случаев на производстве.

В целях обеспечения безопасных условий труда для работающих, нормативами документами определены гигиенические нормативы условий труда - т.е. уровни вредных факторов рабочей среды, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не должны вызывать заболеваний или отклонений в состояли здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. Таким нормативным документом является Р2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация Условий труда». Все вредные факторы нормируются значениями предельно допустимых концентраций (ПДК) или предельно допустимых уровней (ПДУ).

На предприятии принимают меры к тому, чтобы труд работающих был безопасным, и для осуществления этих целей выделяются большие средства. На заводах должна быть специальная служба безопасности, подчиненная главному инженеру завода, разрабатывающая мероприятия, которые должны обеспечить рабочему безопасные условия работы, контролирующая состояние техники безопасности на производстве и следящая за тем, чтобы все поступающие на предприятие рабочие были обучены безопасным приемам работы [24].

На заводах систематически должны проводить мероприятия, обеспечивающие снижение травматизма и устранение возможности возникновения несчастных случаев.

Мероприятия эти сводятся в основном к следующему:

· выдача спецодежды и при необходимости средств индивидуальной защиты (респираторы, наушники, бируши, каски, защитные очки и др.) для исключения негативного воздействия на организм работников шума, пыли, теплового излучения и т.п.;

· улучшение конструкции действующего оборудования с целью предохранения работающих от ранений;

· устройство новых и улучшение конструкции действующих защитных приспособлений к станкам, машинам и нагревательным установкам, устраняющим возможность травматизма;

· выдача спецжиров (молоко, кефир, соки и др.);

· использование местной вентиляции для выбросов вредных веществ (пыль, аэрозоли и т.д.) из рабочей зоны (например, вытяжные устройства над головками экструдеров);

· использование общеобменной приточно-вытяжной вентиляции и системы отопления для создания нормального микроклимата;

· использование грузоподъёмного оборудования (краны, электротельферы, грузоподъемные тележки, электро- или газовые погрузчики и т.д.) для снижения тяжести труда при перемещении барабанов с полуфабрикатами и готовой продукцией, а также материалов;

· применение технологического оборудования, соответствующего нормам безопасности по шуму, электромагнитному и тепловому излучению, а также вибрациям;

· обеспечение необходимой освещенности рабочих мест с использованием общецехового и местного освещения.

Правильный выбор технологического оборудования, а также применение организационных решений позволяют обеспечить безопасные условия труда работников, занятых на всех технологических процессах.

По термическим показателям можно сделать неоднозначный вывод о целесообразности применения ПВДФ вместо сшитого полиэтилена, однако стоит заметить, что при допущении возгорании ПВДФ выделяет меньше токсичных и вредных веществ, к тому же у СПЭ происходит образование капель, которые могут быть источником отдельного очага возгорания.

Заключение

В работе рассмотрены основные материалы, используемые в качестве изоляции силовых кабелей на напряжение от 0,66 до 3 кВ.

Рассмотрена актуальность выбора конструкции кабеля с пониженной пожароопасностью.

Разработана конструкция такого кабеля, в которой предлагается использовать поливинилиденфторид марки Ф-2М, проведены испытания.

Рассчитаны затраты на производство разработанной конструкции и рассмотрена экологическая безопасность использования предложенного материала.

Список литературы

1. А.И.Балашов, М.А. Боев, А.С. Воронцов и др. Под редакцией И.Б. Пешкова. Кабели и провода. Основы кабельной техники/ -- М.: Энергоатомиздат, 2009. -- 470 с. ил.

2. Мусин А. Х. Монтаж и эксплуатация электроустановок коммунального назначения. Изд-во АлтГТУ, 2009. - 252 с.

3. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. Издательство: М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 144 с.

4. Дж. Уайт, Д. Чой. Переводчик: Е. Цобкалло. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины. Издательство: Профессия, Москва. - 262 с.

5. В.М.Леонов. Основы кабельной техники. Издательство: Академия, Москва. 2006 - 432 с.

6. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. - Фторопласты. Издательство «Химия». Ленинград. 1978. - 232 с.

7. И.Л. Кнунянц. Химический энциклопедический словарь. Изд.: Советская энциклопедия, 1983 г.. -- 792 с.

8. Оудиан Дж., Основы химии полимеров, пер. с англ., М., 1974

9. Тагер А. А., физико-химия полимеров, 2 изд., М., 1968

10. Корицкий Ю.В., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Справочник по электротехническим материалам. Том 2. - Ленинград.: Энергоатомиздат, 1987. - 728 с.

11. Холодный С.Д., Серебрянников С.В., Боев М.А. Методы испытаний и диагностики в электроизоляционной и кабельной технике. Учебное пособие. Гриф УМО вузов России. - М.: МЭИ, 2010. - 232 с.

12. Дьяков А.Ф. Электротехническая энциклопедия. - М.: МЭИ, 2010. - 239 с.

13. Михайлин Ю.А. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов. - Москва.: Научные основы и технологии, 2011. - 422с.

14. Паншин Ю. А., Малкевич С. Г., Дунаевская Ц. С. Фторопласты. Л., «Химия», 1978., - 231 с.

15. Энциклопедия полимеров, т. 1-2, М., 1972-74., - 511 с.

16. Коробко В.И. Охрана труда: учебное пособие. Издательство «Юнити-Дана», 2012., - 239 с.

Размещено на Allbest.ru