Железнодорожное оборудование - Испытания силовых и контрольных кабелей для железнодорожных транспорт
Железнодорожное оборудование - Испытания силовых и контрольных кабелей для железнодорожных транспортных средств со специальными свойствами горения, одножильных кабелей с изоляцией из сшитого эластомера
Введение
Безопасность железнодорожного транспорта является абсолютным приоритетом. Особое значение в этом контексте приобретает пожарная безопасность, где кабели играют критическую роль. Они не только должны надежно передавать энергию и сигналы в экстремальных условиях эксплуатации, но и максимально препятствовать распространению пламени и выделению опасных веществ при возгорании. Настоящая статья посвящена ключевым аспектам испытаний силовых и контрольных кабелей, предназначенных для использования на железнодорожных транспортных средствах (ТС), изготовленных на основе одножильных конструкций с изоляцией из сшитого эластомера и обладающих специальными свойствами горения, соответствующих строгим требованиям отраслевых стандартов.
1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются:
- Одножильные кабели: Кабели, содержащие одну токопроводящую жилу.
- Типы кабелей:
- Силовые кабели: Предназначенные для передачи электрической энергии к тяговым двигателям, вспомогательным системам, системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) и другим мощным потребителям на борту ТС.
- Контрольные кабели: Предназначенные для передачи сигналов управления, данных и информации к системам управления, сигнализации, связи, контроля и мониторинга.
- Конструкция: Основное внимание уделяется кабелям, где в качестве изоляционного материала используется сшитый эластомер (например, сшитый полиэтилен (XLPE), сшитая резина на основе этилен-пропиленового каучука (EPR/EPDM) или аналогичные материалы, прошедшие процесс сшивания для улучшения термостойкости и механических свойств).
- Специальные свойства горения: Кабели, разработанные и изготовленные с целью соответствия строгим требованиям по пожарной безопасности, предъявляемым к материалам в железнодорожном транспорте, в частности, стандартам серии EN 45545-2 и/или другим применимым национальным и международным стандартам (например, МЭК 60332, МЭК 60754, МЭК 61034).
2. Область испытаний
Испытания охватывают оценку следующих критических характеристик кабелей в контексте пожарной безопасности железнодорожного подвижного состава:
- Сопротивление распространению пламени:
- При вертикальной и/или горизонтальной ориентации кабеля (имитация реального монтажа в вагоне).
- При воздействии пламени заданной мощности.
- В условиях, приближенных к реальным (например, пучки кабелей, наличие металлического лотка).
- Количество и характер дыма:
- Плотность дыма, выделяемого горящим кабелем (видимость в задымленном помещении критична для эвакуации).
- Скорость выделения дыма.
- Токсичность газов, выделяемых при горении/пиролизе:
- Определение концентрации опасных газов (CO, CO2, HCl, HBr, HF, SO2, HCN, NOx и др.), образующихся при термическом разложении материалов кабеля.
- Коррозийность дымовых газов:
- Оценка кислотности/коррозионной активности газов, выделяемых при горении (может повреждать электронное оборудование и конструкции).
- Тепловыделение:
- Оценка количества тепла, выделяемого горящим кабелем (способствует развитию пожара).
- Стойкость к капелям/частицам:
- Способность кабеля не образовывать горящие капли или частицы, способные поджечь нижерасположенные материалы или нанести ожоги людям.
3. Методы испытаний
Испытания проводятся в соответствии с установленными международными и национальными стандартами, адаптированными для железнодорожной отрасли. Основные методы включают:
- Испытания на распространение пламени:
- EN 60332-1-2 / IEC 60332-1-2: Испытание одиночного изолированного провода или кабеля при вертикальном расположении и воздействии пламени мощностью 1 кВт. Измеряется высота поврежденной зоны.
- EN 60332-1-3 / IEC 60332-1-3: Испытание пучка проводов или кабелей при вертикальном расположении и воздействии пламени мощностью 20 кВт (более жесткое, имитирует реальный пучок). Измеряется длина поврежденной зоны и остаточная горючесть.
- EN 50305 (раздел 9.2): Специфический метод для железнодорожных ТС, часто основанный на EN 60332-1-2, но с дополнительными требованиями к монтажу и оценке.
- Испытания на дымообразование:
- EN 61034-2 / IEC 61034-2 (Метод измерения плотности дыма): Определение минимальной светопропускаемости (плотности дыма) в камере заданного объема при горении образца кабеля под пламенем спиртовой горелки или горелки мощностью 1 кВт.
- Испытания на токсичность газов:
- EN 50305 (раздел 9.4) / EN 45545-2 (Приложение B): Анализ газов, выделяемых при термическом разложении кабеля в трубчатой печи при заданных температурах (обычно 600°C и 800°C). Концентрации опасных газов определяются с помощью FTIR-спектрометров или других газоанализаторов и сравниваются с предельно допустимыми значениями.
- Испытания на коррозийность газов:
- EN 50267-2-1 / IEC 60754-2: Определение кислотности газов, выделяемых при горении кабеля, путем измерения электропроводности и pH поглотительного раствора. Низкий pH указывает на высокую кислотность и коррозионную опасность.
- EN 50305 (раздел 9.5): Оценка коррозионного воздействия дыма на медную пластину.
- Испытания на тепловыделение:
- EN 50305 (раздел 9.3): Специфический метод для железнодорожных ТС, обычно основанный на принципе конусного калориметра (аналогично ISO 5660-1), где измеряется скорость тепловыделения (HRR) и общее выделенное тепло (THR) при горении образца под воздействием лучистого теплового потока.
- Испытания на капели/частицы:
- EN 50305 (раздел 9.2) / EN 60332-1-2: Визуальная оценка образования горящих капель/частиц во время испытаний на распространение пламени (особенно при вертикальном испытании). Для некоторых категорий по EN 45545-2 требуется полное отсутствие капель.
4. Испытательное оборудование
Для проведения вышеуказанных испытаний требуется специализированное оборудование:
- Камеры для испытаний на распространение пламени: Вертикальные и горизонтальные испытательные камеры с контролируемым воздушным потоком, оснащенные газовыми горелками заданной мощности (1 кВт, 20 кВт, 42 кВт), системами крепления образцов (одиночных кабелей или пучков на металлическом лотке), измерителями длины повреждения, таймерами. Для пучков требуются держатели определенной конфигурации.
- Камеры для испытаний на дымообразование: Герметичные камеры объемом 3 м³ или 27 м³ (по EN 61034-2), оснащенные источником пламени (спиртовая горелка или горелка 1 кВт), системой перемешивания воздуха, фотометрической системой (лазер/источник света и фотоэлемент) для измерения светопропускания, системой сбора данных.
- Оборудование для анализа газов:
- Трубчатые печи: Печи с кварцевой трубой, обеспечивающие точный контроль температуры (до 800-1000°C) и заданную атмосферу (воздух, азот).
- Газоанализаторы: Высокоточные приборы, такие как Фурье-инфракрасные спектрометры (FTIR), способные одновременно измерять широкий спектр газов, или системы с газовыми сенсорами для конкретных веществ (CO, CO2, HCl и др.). Системы пробоотбора и подготовки газа.
- Оборудование для определения коррозийности:
- Установки для сжигания: Печи или камеры сгорания для получения газов.
- Поглотительные системы: Склянки Дрекселя или другие устройства для пропускания газов через поглотительный раствор.
- Измерительные приборы: Кондуктометры для измерения электропроводности, pH-метры, потенциостаты/гальваностаты для оценки коррозии на медных пластинах.
- Конусные калориметры: Установки, состоящие из конического нагревательного элемента, создающего заданный лучистый тепловой поток (до 100 кВт/м²), весов для непрерывного измерения потери массы образца, системы зажигания (искровая или пламенная), газоанализатора кислорода для расчета тепловыделения по принципу потребления кислорода (метод Хьюгонио).
- Вспомогательное оборудование: Прецизионные весы, режущие инструменты для подготовки образцов, климатические камеры (для кондиционирования образцов перед испытаниями), системы сбора и обработки данных.
Заключение
Испытания силовых и контрольных кабелей с изоляцией из сшитого эластомера на предмет их специальных свойств горения являются неотъемлемой частью обеспечения пожарной безопасности современных железнодорожных транспортных средств. Комплексный подход, включающий оценку распространения пламени, дымообразования, токсичности и коррозийности газов, тепловыделения и образования капель, позволяет гарантировать, что кабели будут максимально препятствовать развитию пожара и минимизировать риски для пассажиров, экипажа и инфраструктуры в случае возгорания. Строгое соблюдение стандартизированных методов испытаний с использованием специализированного оборудования обеспечивает объективность, воспроизводимость и сопоставимость результатов, что является основой для допуска кабелей к применению в ответственных железнодорожных системах.
