CC BY
15Колбасин А. А.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ТОКА УТЕЧКИ ПО СТРУЕ ОГНЕТУШАЩЕГО ВЕЩЕСТВА ИЗ РУЧНЫХ ПОЖАРНЫХ СТВОЛОВ
В статье представлен стенд для измерения тока утечки по струе огнетушащего вещества из ручных пожарных стволов. Описана серия установочных экспериментов, получены уравнения линии регрессии для исследуемых стволов. Даны результаты впервые проведённой серии экспериментов на универсальных комбинированных стволах с регулируемым расходом.
Ключевые слова: эксперимент, ток утечки, стенд, ручной пожарный ствол.
Kolbasin A.
EXPERIMENTAL RESEARCH OF LEAKAGE CURRENT AMOUNT BY THE FIRE-FIGHTING SUBSTANCE JET FROM HAND FIRE NOZZLES
A test bed elaborated for the research to assess leakage current by the fire-fighting substance jet from hand fire nozzles has been described in the article. Several pilot experiments have been described and the equations of the researched nozzles have been received. The results of a series of experiments on multi-operated combined nozzles with controlled flow rate were conducted for the first time.
Keywords: an experiment, leakage current, a test bed, a hand fire nozzle.
Проблемы тушения пожаров электрооборудования под напряжением в настоящее время весьма актуальны. Связано это, прежде всего, с большим количеством пожаров по причине неисправности электрооборудования и нарушения правил его эксплуатации, а также с огромным материальным ущербом от таких пожаров. Главной опасностью, с которой приходится сталкиваться личному составу пожарных подразделений, является вероятность поражения электрическим током [1].
Основной параметр, характеризующий возможность безопасной подачи
огнетушащих веществ на электрооборудование под напряжением, - величина тока утечки по огнетушащей струе. Она не должна превышать 0,5 мА [2], так как в пределах данного значения ток не ощущается телом человека, и контакт с ним не приводит к опасным последствиям.
Для оценки такого параметра, как ток утечки по струе огнетушащего вещества, был создан специальный стенд, позволяющий решать ряд задач: определение значения величины тока утечки по струе огнетушащего вещества из пожарных стволов нормального давления и пожарных стволов высокого давления; установление влияния давления в насосно-рукавной системе на величину тока утечки по струе огнетушащего вещества; определение влияния геометрических параметров удалённости при подаче огнетуша-щего вещества на электрооборудование под напряжением для различных пожарных стволов.
При разработке стенда для проведения экспериментального исследования величины тока утечки по струе огнетуша-щего вещества из ручных пожарных стволов были учтены некоторые особенности конструктивного исполнения и тактико-технические характеристики ручных пожарных стволов, а именно:
- увеличенные расходы огнетуша-щего вещества;
- увеличенные диапазоны давления;
- различность диаметров систем подвода огнетушащего вещества;
- увеличенные расстояния от установки пожарного ствола до источника напряжения.
Разработанный стенд по определению тока утечки по струе огнетушащего
вещества из ручных пожарных стволов был создан с учётом всех перечисленных особенностей, его принципиальная схема представлена на рисунке 1.
В качестве мишени применяется стальная сетка, закреплённая на изоляторах ИОС-110-400, установленных на металлических пластинах размером 300x500 мм (это позволяет избежать опрокидывания мишени при динамическом воздействии на неё струи огнетушащего вещества под давлением). Применение в качестве мишени металлической сетки также позволяет решить проблему слива отработанного огнетушащего вещества, так как в данном случае из-за увеличенных расходов не представляется возможным использовать ёмкость для его сбора.
Мишень соединена силовым кабелем с источником высокого напряжения, в качестве которого был выбран аппарат испытания диэлектриков «АИД-70М». Применение данного аппарата позволяет проводить исследования величины тока утечки по струе в диапазоне высокого напряжения от 10 до 50 кВ с относительно малой погрешностью измерения напряжения.
Для установки испытываемого пожарного ствола была изготовлена изолированная опора, состоящая из выдвижной треноги с универсальными креплениями для ручных пожарных стволов, установленной на треугольной металлической пластине через изоляторы ИОС-10. Данная конструкция опоры позволяет надёжно закреплять ручные пожарные стволы различной модификации, изменять угол и высоту подачи и препятствует опрокидыванию опоры под воздействием давления в рукавной системе.
Для вывода измеряемого параметра тока утечки применяется цифровой муль-тиметр «Fluke 15B» с диапазоном измерений переменного тока от 0,1 мкА до 10 А.
Измерение гидравлических характеристик насосно-рукавной системы осуществляется при помощи расходомера «Flowmaster 250», который подсоединяется
з
1
Рисунок 1. Принципиальная схема стенда по определению тока утечки по струе огнетушащего вещества из ручных пожарных стволов:
1 - изоляторы; 2 - высоковольтный генератор «АИД-70М»; 3 - мишень; 4 - пульт управления аппарата; 5 - изолированная опора для установки ручного ствола; 6 - ручной пожарный ствол; 7 - цифровой мультиметр; 8 - расходомер
в рукавную линию от ручного ствола к напорному патрубку насоса пожарного автомобиля. Каждый элемент стенда надёжно заземлён медными проводами сечением 4 мм. Общий вид созданного стенда по измерению величины тока утечки по струе огнетушащего вещества представлен на фото (рис. 2).
Для проверки работоспособности стенда по определению тока утечки по струе огнетушащего вещества и возможности воспроизведения исследуемых параметров, на загородной учебной базе Академии ГПС МЧС России «Нагорное» была проведена установочная серия экспериментов. В качестве исследуемых
Рисунок 2. Общий вид стенда для проведения эксперимента
стволов были выбраны ручные пожарные стволы РС-50 с диаметром насадка 13 мм и РС-70 с диаметром насадка 19 мм. Основным критерием выбора послужило широкое использование данных стволов в отечественных подразделениях пожарной охраны.
Исследование величины тока утечки производилось при напряжении на мишени в 36 кВ и давлении в насосно-рукавной
системе 0,6 МПа. Расстояние от насадка до мишени под напряжением устанавливалось 3, 4, 5, 6 м для каждого ствола. Для удобства обработки и достижения высокой степени сходимости и воспроизводимости полученных экспериментальных данных, было произведено по 5 замеров тока утечки при установке стволов на каждое расстояние.
Полученные данные были обработаны методом множественной регрессии, где в качестве зависимой переменной принимался ток утечки на стволе, а в качестве независимой - расстояние от насадка ствола до мишени под напряжением. Были построены диаграммы рассеивания (см. рис. 3, 4), демонстрирующие соотношения между расстоянием от насадка ствола до мишени и током утечки на стволе. Пунктирными линиями на диаграммах отмечен 95%-й доверительный интервал.
На диаграммах видим явную закономерность: чем больше расстояние до мишени, тем меньше ток утечки на стволе, что подтверждает данные работ [3-5].
Регрессивный анализ полученных данных проводился для каждой модели
Расстояние от насадка ствола до мишени, I, м
Рисунок 3. Диаграмма рассеивания данных для ствола РС-50
ч
S С
>
"ч
■ч N
Ч
N
N
N Ч
X *
X !|ч
. 4 ч
*ч "ч
ч
ч ч
ч
ч >
ч
f к V
с ч
ч
ч ч
N ч
Ч
ч ч
ч
2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Расстояние от насадка ствола до мишени, L, м
Рисунок 4. Диаграмма рассеивания данных для ствола РС-70
ствола отдельно. В результате были получены уравнения линии регрессии для стволов РС-50 и РС-70.
Так, для ствола РС-50 при давлении воды в рукавной линии 0,6 МПа и расходе воды 4 л/с с достоверностью 0,79 дисперсии тока утечки можно объяснить моделью с уравнением линии регрессии вида:
I - 1,156466 - 0,1967723-L. (1)
Для ствола РС-70 при давлении воды 0,6 МПа и расходе воды 8,1 л/с с достоверностью 0,94 дисперсии тока утечки можно объяснить моделью с уравнением линии регрессии вида:
I - 1,224312 - 0,203616-L. (2)
Подставив в уравнения (1), (2) значение тока утечки равное 0,5 мА, определяем безопасное расстояние для тушения пожаров электрооборудования
под напряжением до 36 кВ с использованием данных стволов:
Lpc-50 = 3,34 м, Lpc-70 - 3,57 м.
РС-70
Серия установочных экспериментов подтвердила работоспособность стенда, возможность воспроизведения исследуемых параметров и безопасность проведения исследования на разработанном стенде.
Далее была проведена серия экспериментов по определению тока утечки по струе из комбинированных ручных пожарных стволов моделей «Курс-8» и РСКУ-50А. Актуальность исследования в том, что величина параметра тока утечки по струе огнетушащего вещества из стволов данного типа ранее в России не определялась. Кроме того, не представляется возможным теоретически, используя эмпирическую формулу [5], определить величину тока утечки, так как в стволах данной конструкции отсутствует такой параметр как диаметр насадка.
Таблица 1
Результаты экспериментального исследования по определению величины тока утечки по струе огнетушащего вещества (ствол модели «Курс-8»)
Пожарный Давление в насосно- Положение регулятора Величина тока утечки I, мА, при установке ствола на расстояния до мишени, м
ствол рукавной системе, МПа расхода на стволе, л/с 3 м 4 м 5 м 6 м
Напряжение на мишени относительно земли 10 кВ
0,4 2 0,0098 0,0027 0,0018 0,0006
0,5 4 0,0122 0,0095 0,0071 0,0018
0,4 8 0,272 0,197 0,126 0,0237
0,5 2 0,0107 0,0034 0,0021 0,0009
«Курс-8» 0,6 4 0,0142 0,0113 0,0082 0,0029
0,5 8 0,297 0,201 0,154 0,0381
0,6 2 0,0112 0,0058 0,0029 0,0013
0,4 4 0,0117 0,0091 0,0076 0,0019
0,6 8 0,312 0,221 0,148 0,0421
Напряжение на мишени относительно земли 20 кВ
0,4 2 0,0147 0,0057 0,0031 0,0017
0,5 4 0,0354 0,0138 0,0119 0,0041
0,4 8 3,974 3,157 2,743 1,973
0,5 2 0,0158 0,0069 0,0041 0,0024
«Курс-8» 0,6 4 0,0402 0,0161 0,0137 0,0058
0,5 8 4,127 3,652 3,129 2,251
0,6 2 0,0196 0,0084 0,0045 0,0031
0,4 4 0,0322 0,0149 0,0107 0,0036
0,6 8 4,328 4,054 3,265 2,371
Напряжение на мишени относительно земли 36 кВ
0,4 2 0,0582 0,0327 0,0157 0,0094
0,5 4 2,687 1,082 0,5236 0,1312
0,4 8 11,072 7,256 4,9082 3,105
0,5 2 0,0593 0,0402 0,0194 0,0114
«Курс-8» 0,6 4 2,594 1,084 0,4939 0,1571
0,5 8 10,430 7,109 3,983 2,948
0,6 2 0,0623 0,0413 0,0169 0,0113
0,4 4 2,371 1,173 0,514 0,167
0,6 8 11,329 7,492 5,018 3,174
При экспериментальном исследовании тока утечки по струе огнетушащего вещества из комбинированных ручных пожарных стволов был определён ряд
параметров, позволяющий обобщить и систематизировать особенности применения данного типа стволов для тушения электрооборудования под напряжением:
Таблица 2
Результаты экспериментального исследования по определению величины тока утечки по струе огнетушащего вещества (ствол модели РСКУ-50А)
Пожарный Давление в насосно- Положение регулятора Величина тока утечки I, мА, при установке ствола на расстояния до мишени, м
ствол рукавной системе, МПа расхода на стволе, л/с 3 м 4 м 5 м 6 м
Напряжение на мишени относительно земли 10 кВ
0,4 2 0,0117 0,0045 0,0016 0,0007
0,5 4 0,0164 0,0129 0,0116 0,0023
0,4 8 0,473 0,385 0,275 0,0414
0,5 2 0,0119 0,0049 0,0018 0,0008
РСКУ-50А 0,6 4 0,0168 0,0139 0,0136 0,0035
0,5 8 0,487 0,398 0,231 0,0521
0,6 2 0,0124 0,0053 0,0016 0,0012
0,4 4 0,0159 0,0122 0,0113 0,0021
0,6 8 0,516 0,419 0,304 0,0923
Напряжение на мишени относительно земли 20 кВ
0,4 2 0,0153 0,0065 0,0032 0,0016
0,5 4 0,0371 0,0167 0,0128 0,0039
0,4 8 4,236 3,854 3,217 2,023
0,5 2 0,0161 0,0073 0,0031 0,0018
РСКУ-50А 0,6 4 0,0428 0,0212 0,0137 0,0053
0,5 8 4,196 3,971 3,185 1,985
0,6 2 0,0203 0,0073 0,0039 0,0027
0,4 4 0,0348 0,0159 0,0126 0,0037
0,6 8 4,519 4,083 3,226 2,102
Напряжение на мишени относительно земли 36 кВ
0,4 2 0,0473 0,0276 0,0166 0,0072
0,5 4 1,312 0,786 0,332 0,0994
0,4 8 10,219 6,874 4,218 2,214
0,5 2 0,0471 0,0293 0,0174 0,0093
РСКУ-50А 0,6 4 1,373 0,897 0,369 0,1183
0,5 8 10,987 7,361 4,529 2,484
0,6 2 0,0539 0,0312 0,0183 0,0092
0,4 4 1,298 0,692 0,245 0,0873
0,6 8 11,352 7,973 4,836 2,612
напряжение на мишени, расстояние до неё, давление в насосно-рукавной системе и положение регулятора расхода на стволе.
Для решения поставленных экспериментальных задач необходимо было произвести большое количество замеров тока
утечки по огнетушащей струе из каждого вида исследуемых ручных пожарных стволов. Результаты проведённой серии экспериментов сведены в таблицы 1, 2 зависимости величины тока утечки по струе огнетушащего вещества от ряда параметров.
Визуальный анализ полученных данных приводит к выводу, что на ток утечки по струе огнетушащего вещества значительное влияние оказывают значения параметров напряжения, расстояния и положения регулятора расхода (диаметра выходного сечения). При этом значение давления в насосно-рукавной системе не оказывает значительного влияния на ток утечки в исследуемом диапазоне.
Полученные в ходе экспериментального исследования данные позволяют установить зависимость тока утечки по струе огнетушащего вещества от положения регулятора расхода на универсальных комбинированных стволах.
Проведённое экспериментальное исследование даёт возможность сделать вывод, что использование ручных пожарных
стволов с регулируемым расходом для тушения пожаров электрооборудования под напряжением не является безопасным. Связано это прежде всего с тем, что при изменении положения регулятора расхода безопасное расстояние от ствола до электрооборудования под напряжением значительно изменяется. Следовательно, при тушении пожара при случайном выборе большего расхода на стволе велика вероятность поражения ствольщика электрическим током. Таким образом, для предотвращения травмоопасных ситуаций при применении ручных стволов с регулируемым расходом для тушения электрооборудования под напряжением рекомендуется руководствоваться полученными экспериментальными данными.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тактика тушения электроустановок, находящихся под напряжением. - М.: ВНИИПО, 1986.
2. ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений, прикосновений и токов.
3. Артюнов С. Н, Сычёв А. Е, Муратов С. А. Организация тушения пожаров электроустановок под напряжением // Теоретические и экспериментальные основы пожаротушения. - М.: ВНИИПО, 1992.
4. Копылов С. Н., Кущук В. А, Баранов Е. В. Определение безопасных расстояний при тушении электроустановок, находящихся под напряжением // Пожарная безопасность: Сб. науч. тр. -М.: ВНИИПО, 2008.
5. Карпышев А. В., Сегаль М. Д. Степанчи-ков В. И. Высокоэффективные системы пожаротушения тонкораспылённой водой на основе аэрокосмических технологий // Специальная техника: Сб. науч. тр. - М.: Электрозавод, 2006.
