CC BY-NC
13Электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда в жилых высотных зданиях
Олейников Сергей Николаевич
кандидат технических наук
Заместитель начальника факультета, Академия государственной противопожарной службы МЧС
России
129366, Россия, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4 И vbfiremen@bk.ru
Долаков Тимур Бекович
адъюнкт, кафедра Информационных технологий, Академия государственной противопожарной службы 350058, Россия, Краснодарский Край область, г. Краснодар, ул. Ул. Ставропольская, Д., 179 А оф 48
И dolakov23@gmail.com
Статья из рубрики "Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы" Аннотация.
В статье рассматривается вопрос о необходимости контроля пожарно-электрического вреда в высотных зданиях жилого сектора, с помощью электросчетчиков-извещателей. Предлагаемый подход обоснован тем, что в многоквартирных жилых высотных зданиях отсутствует газоснабжение квартир, и основным источником жизнеобеспечения в них, помимо тепло- и водоснабжения, является электроэнергия, от качества которой зависит пожарная безопасность, т.к. именно некачественная электроэнергия увеличивает вероятность пожаров от электроприборов в 3 раза и более. Предложена методология оценки надежности и пожарной безопасности бытовых электроприборов, электроустановочных изделий, электрических кабелей и проводов для этих целей. Научная новизна предлагаемых инноваций подтверждена двумя патентами РФ - на изобретение способа диагностики ПЭВ (№ 2622558) и полезной модели электросчетчика-извещателя (№ 13459), а также исследованиями авторов в жилом секторе Краснодарского края.Диагностика ПЭВ с помощью ЭСИ в «высотках», в первую очередь реализует предотвращение загорания электроприбора отключением, когда «структура ПЭВ» становится пожароопасной, а также позволяет реализовать раннее обнаружение опасных факторов пожара.
Ключевые слова: качество электроэнергии, квартиры, высотные дома, жилой сектор, вероятность пожара, безопасность, управление, нормы и правила, диагностика, пожарно-электрический вред
DOI:
10.7256/2453-8884.2018.3.27504 Дата направления в редакцию:
10.7256/2453-8884.2018.3.27504 27-09-2018
Дата рецензирования:
27-09-2018
Как свидетельствует статистика на Юге России [1,2], наибольшее количество пожаров и последствий от них происходит в жилом секторе и по электротехническим причинам (рис.1,2).
По данным ВНИИ противопожарной обороны МЧС России за последние пять лет на территории страны произошло более 967 тысяч пожаров, более 70% которых зарегистрировано в жилом секторе. При этом их ежегодное распределение показывает, ч то
- в 1 и 2-х этажных зданиях происходит до 125 тыс. пожаров, в которых погибает до 10 тыс. человек,
- в зданиях от 3-х до 5-ти этажей - около 20 тыс. пожаров и около 2 тыс. погибших,
- в зданиях от 6-ти до 9-ти этажей - около 16 тыс. пожаров и до 1 тыс. погибших,
- в 10-25 этажных зданиях - около 10 тыс. пожаров и около 500 погибших, в зданиях более 25 этажей - около 30 пожаров и до 10 погибших ^З^.
Рис.1 - Динамика пожаров и последствий от них на Юге России
Иптит дпюрвн пА™ итунни д
на юге Росам
Рис.2 - Диаграмма источников пожаров
Если ввести понятие «вероятности гибели от этажности здания», т.е. отношения числа погибших к этажности, то в высотных зданиях она в 4,16 раза выше, чем 1-2 этажных. И это несмотря на то, что в зданиях выше 10 этажей предусмотрены капитальные противопожарные меры (незадымляемые лестничные клетки и т.д.).
Следовательно, можно сделать вывод, что существующие системы противопожарной защиты высотных зданий не адекватны их пожарной опасности, а пожарная безопасность людей, проживающих в «высотках», обусловленная временем их
эвакуации, - обратно пропорциональна этажности здания [4,5].
Системный синтез решения проблемы противопожарной защиты высотных зданий требует самоорганизации четырех процессов [4-7]:
- диагностики качества потребляемой электроэнергии и сетей электроснабжения, для предотвращения пожароопасных отказов в них,
- раннего обнаружения загорания с соответствующим оповещением жильцов,
- наличия и доступности «незадымляемого пути эвакуации»,
- подавления распространения огня (до прибытия пожарных подразделений).
Если три последних процесса имеют достаточно широкий спектр методов и средств реализации их в высотных жилых зданиях, например, автоматические аспирационные системы раннего обнаружения загораний, незадымляемые лестничные клетки, автоматические системы пожаротушения, дымоудаления и т.д., то методов и средств диагностики качества потребляемой электроэнергии и сетей электроснабжения, для предотвращения пожароопасных отказов в них, - единицы [4-10].
Рис.3 - Планировка квартиры аспирационной системой и ЭСИ
Проведенными исследованиями доказано, что реализация диагностики качества потребляемой электроэнергии и сетей электроснабжения, для предотвращения пожароопасных отказов в них, с помощью электросчетчика-извещателя (ЭСИ - рис.3,4), является наиболее эффективным методом и средством в системе противопожарной защиты жилых высотных зданий [4-7,10,11].
Установлено I12!, что низкое качество потребляемой электроприборами электроэнергии (например, пониженное или повышенное напряжение, фазовый сдвиг тока и напряжения и т.д.) уменьшает технический ресурс электроприборов и создает условия для возникновения в них пожароопасных отказов, т.е. увеличивает вероятность пожаров по электротехническим причинам.
Рис.4 - Блок-схема ЭСИ
Математически пожарно-электрический вред (ПЭВ) можно представить в следующем
виде
[7,101.
ПЭВ = Рэ■ Ш = Рд- Ш д + Рид- Ш нд
где 1/К - общее количество электроэнергии, отпущенной потребителю за время ^ 1/К д -количество израсходованной электроэнергии при допустимых отклонениях, № нд -количество израсходованной электроэнергии при недопустимых отклонениях, Рэ -среднестатистическая вероятность пожара по электротехническим причинам, Рд -вероятность пожара электроприбора при допустимых отклонениях, Рид - вероятность пожара электроприбора при недопустимых отклонениях.
Существенным при этом является тот факт, что, если потребляемая электроэнергия линейно зависит от времени, то указанные вероятности имеют нелинейный характер. Так, например, интенсивности пожароопасных отказов электрических проводов и кабелей из-за термоокислительного старения описываются степенной функцией Монтзигера, при котором при увеличении температуры на 8°С их ресурс уменьшается в 2 раза И31.
Интенсивности пожароопасных отказов электроустановочных изделий (выключателей, розеток, вилок и т.д.) в общем виде можно описать следующей формулой И41.
X = А(Т )-ехр(В-Кн)С
где А - коэффициент, зависящий от температуры, В - коэффициент, зависящий от типа изделия, Кн - коэффициент электрической нагрузки по току, С - показатель степени, зависящий от типа изделия.
Интенсивности пожароопасных отказов электрорадиоэлементов и электроприборов проводов описываются модифицированным уравнением Аррениуса-Эйринга
А = А(Р , V , N , F )-кТ/1п-ехр(Еа/кТ)-ехр^ ( Н ) ]
гдеI - текущая интенсивность отказа элемента, 1/час; А= к • АО - произведение безразмерных коэффициентов, зависящих от давления, влажности, вибраций и т.д.) на интенсивность отказов при хранении (АО), 1/час; к - постоянная Больцмана, 1.38-10-23 Дж/К; Т - температура элемента, °К; h - постоянная Планка, 6.626-10-34 Дж-с; Еа-эффективная энергия активации отказа, Дж; ^Н)- функция нетермической (энергетической) нагрузки.
Таким образом, ПЭВ изменяется с каждым периодом переменного тока (50 раз в секунду) и его ежесекундное вычисление дает возможность прогнозировать «нормальную» и «ненормальную» работу электрооборудования в квартире.
Принимая во внимание, что не качественность электроэнергии (Ш нд ) практически не влияет на технические (пожаробезопасные) ресурсы (надежность и долговечность) электропроводов и электроустановочных изделий, а влияет только на технический
(пожаробезопасный) ресурс электроприборов [21, формула ПЭВ может быть представлена в следующем виде:
ПЭВ = Рэ■ Ш = (Рэп + Рпр )■ Ш д + К-Рэп- Ш нд , откуда
К = [Р э Ш - Ш д (Р эп + Р пр )]/Р эп Ш нд = Р э Ш нд /Р эп Ш нд = Р э /Р эп
Подставляя значения статистических вероятностей, например, для Юга России, полученные с помощью АСОД ПОЖАРЫ, имеем следующие значенияК для некоторых регионов:
Ростовская область - 21,7273%/6,4378%= 3,375 (на массиве 46895 пожаров в жилье);
Краснодарский край - 17,8383%/6,0966%= 2,926 (на массиве 39858 пожаров в жилье);
Ставропольский край -16,7779%/5,2827% = 3,176 (на массиве 17529 пожаров в жилье).
Полученные значения коэффициентов К, которые должны «зашиваться энергонадзором» в ЭСИ при ежегодной проверке[7,10], показывают, что вероятность пожароопасного отказа электроприборов при потреблении ими не качественной электроэнергии, почти в 3 раза выше чем при работе от качественной электроэнергии. При этомсовмещение способа определения ПЭВ с помощью ЭСИ с размещением в нем 3-х датчиков (дымового, теплового и окиси углерода) от аспирационной системы раннего обнаружения, является логическим завершением мониторинга опасных факторов пожара (ОФП) на объекте защиты (жилья), в т. ч. в качестве контроля предотвращенного загорания
электроприборов отключением электроэнергии
Таким образом, диагностика ПЭВ в жилых зданиях с помощью ЭСИ, в т.ч. в «высотках» в первую очередь, реализует предотвращение загорания электроприбора отключением, когда «структура ПЭВ» становится пожароопасной, а также позволяет реализовать раннее обнаружение ОФП, включение сигнала тревоги и сообщение в пожарную часть (ПЧ) о пожаре, в случае, если отключения электроэнергии «не хватило», для предотвращения загорания электроприбора [4-7,11].
Если источниками пожара явились другие процессы [6,11], не имеющие корреляции с ПЭВ
(непотушенная сигарета, утечка и взрыв бытового газа и т.д.), то раннее обнаружением
ОФП и сообщение о пожаре в ПЧ с помощью предлагаемых инновационных решений-^15!, позволит резко сократить последствия от пожаров по другим причинам (рис.2).
Библиография
1. Прогнозирование, оценка и анализ пожарной безопасности /Богуславский Е.И., Белозеров В.В., Богуславский Н.Е.//учеб. пос. рек. УМО Минобразования РФ-Ростов н/Д: РГСУ, 2004.-151с.
2. Белозеров В.В. Синергетика безопасной жизнедеятельности - Ростов н/Д: ЮФУ, 2015. - 420 с.
3. Мешалкин Е.А. Пожарная безопасность жилых зданий/Системы безопасности, 2013, № 1, с.106-109.
4. Белозеров В.В., Голованев В.А., Периков А.В. Модель автоматизированной системы противопожарной защиты высотных зданий //Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: www.scienceforum.ru/2016/1963/25023 (дата обращения: 24.09.2018).
5. Периков А.В. Системный анализ и нанотехнологии безопасности в инженерных системах жилых высотных зданий //Нанотехнологии в строительстве. - 2018. - Том 10, № 2. - С. 114-130. - DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2018-10-2-114-130.
6. Белозеров В.В., Долаков Т.Б. О синергетической системе противопожарной защиты села //Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: www.scienceforum.ru/2016/1963/25022 (дата обращения: 24.09.2018).
7. Олейников С.Н. Модели и алгоритмы управления пожарной безопасностью жилого сектора /автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.13.10 / АГПС МЧС России-Москва, 2013.
8. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара: монография/ Федоров А.В., Членов А.Н., Лукьянченко А.А., Буцынская Т.А., Демехин Ф.В.-М: Академия ГПС МЧС России. 2009.-158с.
9. Вертков С.И, Никольский М.Н. Установки объемного пожаротушения /Алгоритм безопасности, 2003, №2, с.18-21.
10. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Способ определения пожарно-электрического вреда и опасных факторов пожара с помощью электросчетчика-извещателя-патент на изобретение RUS 2622558 07.09.2012
11. Долаков Т.Б., Олейников С.Н. Модель автоматизированной микросистемы учета энергоресурсов и пожаровзрывозащиты жилого сектора // Электроника и электротехника. - 2018.-№ 2.-С.48-72. DOI: 10.7256/2453-8884.2018.2.26131.
12. Белозеров В.В., Топольский Н.Г., Смелков Г.И. Вероятностно-физический метод определения пожарной опасности радиоэлектронной аппаратуры //Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ: Материалы XII Всероссийской науч.-практ. конф.-М.: ВНИИПО, 1993, с.23-27
13. Смелков. Г. И. Пожарная безопасность электропроводок,-М.: ООО «КАБЕЛЬ», 2009.-328 с.
14. Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств: уч.-метод. пособие /С.М. Боровиков и др. - Минск: БГУИР, 2010.-68 с.
15. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Ретропрогноз пожаров и последствий от них, как метод оценки эффективности инноваций в области пожарной безопасности // Вопросы безопасности.-2017.-№ 5. С. 55-70
