CC BY
17УДК 614.842 DOI 10.25257/FE.2021.2.15-24
ЧИСТЯКОВ Тимур Игоревич Кандидат технических наук Академия ГПС МЧС России, Россия, Москва E-mail: [email protected]
КАРМЕС Алексей Петрович
Академия ГПС МЧС России, Россия, Москва E-mail:[email protected]
К ВОПРОСУ ОБ АКТУАЛЬНОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ КЛАССА Е ЛИЧНЫМ СОСТАВОМ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ
В статье рассматриваются аспекты целесообразности и безопасности участия сотрудников и работников государственной противопожарной службы в тушении электроустановок, функционирующих под напряжением. Проведен анализ аварий и пожаров на генерирующих, преобразующих, распределяющих и потребляющих электроэнергию объектах. Приведены аргументированные доводы в пользу актуальности изучения электробезопасности и эффективности тушения личным составом пожарной охраны пожаров класса Е.
Ключевые слова: индекс человеческого развития, электроэнергетика, электроустановка, электробезопасность, пожары класса Е, эмпирическая методика, регрессионный анализ, электроприёмники первой категории.
Электроэнергетика - это основа развития экономики любой страны. Состояние экономики страны и благосостояние её жителей (данный критерий обобщённо называется индексом человеческого развития (ИЧР) [1, 2]) можно оценить по
потреблению электрической энергии (ПЭЭ) в МВт-час на душу населения в год [3, 4]. При высоком уровне ИЧР, равном 0,8-0,99, высоки и значения ПЭЭ - от 5 до 30 и более МВт-час/чел в год. Верно и обратное утверждение. Эти зависимости отражены на рисунке 1.
0,8
0,6
0,4
0,2
10 И 13 < 12+ 11 ♦ 1 16 15 ♦ 17 ♦ 18 ♦ 19
56 ♦ 4 ►8
♦ 3 ♦2
5 10 15 20 25
Потребление электроэнергии в 2018 году на душу населения, МВтч/чел
30
Рисунок 1. Точечная диаграмма сопоставления индексов человеческого развития и потребления электрической энергии на душу населения в 2018 г. в мире:
1 - Нигер; 2 - Пакистан; 3 - Замбия; 4 - Индия; 5 - Бразилия; 6 - Мексика; 7 - ЮАР; 8 - Китай; 9 - Аргентина; 10 - Польша; 11 - Российская Федерация; 12 - Франция; 13 - Япония; 14 - Австралия; 15 - Саудовская Аравия; 16 - США; 17 - Канада; 18 - Кувейт; 19 - Норвегия Figure 1. Scatter plot of the comparison of human development Indices and per capita electricity consumption In 2018 worldwide: 1 - Niger; 2 - Pakistan; 3 - Zambia; 4 - India; 5 - Brazil; 6 - Mexico; 7 - South Africa; 8 - China; 9 - Argentina; 10 - Poland; 11 - Russian Federation; 12 - France; 13 - Japan; 14 - Australia; 15 - Saudi Arabia; 16 - USA; 17 - Canada; 18 - Kuwait; 19 - Norway
© Чистяков Т. И., Кармес А. П., 2021
15
1
0
Из визуального анализа диаграммы видно, что Российская Федерация не находится в числе ведущих экономик мира по уровню ПЭЭ и ИЧР. Этим фактам есть объяснение в виде последствий как минимум двух событий:
1) крупнейшей геополитической катастрофы конца XX в., которой стал распад Советского Союза (СССР);
2) смены общественно-экономической формации страны.
Одним из негативных аспектов этих изменений стал спад в экономике России и всего постсоветского пространства. По данным [5, 6], до начала 90-х гг. прошлого столетия, СССР по объёмам потребления электроэнергии на душу населения находился в тренде развитых стран (например, Франция, Япония), а Россия, как бывшая республика Советского Союза (РСФСР), даже превосходила их по этому показателю. После спада ПЭЭ в конце 90-х гг. в 2000-х гг. начался его стабильный рост, однако набрать прежний темп не удалось до настоящего времени.
К составным частям электроэнергетической отрасли относятся: генерирующие мощности, системы преобразования, передачи и распределения электроэнергии. Эти структурные элементы образуют совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления, называемых Единой энергетической системой России (ЕЭС России) [7].
В настоящее время в электроэнергетический комплекс ЕЭС России входит 805 электростанций
мощностью свыше 5 МВт [8]. Электростанции делятся на пять основных видов генерации: тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС), атомные (АЭС), солнечные (СЭС), ветровые (ВЭС).
Динамика работы ЕЭС России показывает две ежегодных тенденции:
1) рост потребления электрической энергии[9] (рис. 2);
2) старение генерирующего и сетевого оборудования [10] (рис. 3, 4).
Из рисунка 3 следует, что средний возраст оборудования, используемого на ТЭС, составляет 30 лет, ГЭС - 35 лет, АЭС - 24 года. По данным рисунка 4 срок эксплуатации оборудования Единой национальной (общероссийской) электрической сети (ЕНЭС) является сверхнормативным (более 25 лет) для подстанций в 47 % случаев, для ЛЭП - в 67 %, и аварийным (более 35 лет для подстанций и более 40 лет для ЛЭП) для ПС в 17 % случаев, для ЛЭП - в 26 %. Физический износ оборудования распределительного электросетевого комплекса составляет 69 %.
Высокая степень изношенности генерирующего и электросетевого оборудования ЕЭС России на фоне роста потребления электрической энергии и недостаточных капиталовложений в обновление основных фондов ведёт к возникновению аварий на объектах энергетики. Анализ данных за период с 2013 по 2019 гг. [11] показывает неизменно высокий уровень аварийности генерирующего и электросетевого оборудования ЕЭС России, которая в среднем составляет 4 053 и 16 827 аварий ежегодно соответственно.
Зачастую аварии на объектах электроэнергетики сопровождаются пожарами, которые наносят
Энергетическая мощность, тыс. МВт 162
157
152
147
1 017,6 142
137
132
127
122
117
Электроэнергия, млрд кВтч 1 400
1 300 151,9 1 200
1 100 1 055,6
- 1 000 900 800 700 600 500
Год
Рисунок 2. Динамика изменений потребления электроэнергии и мощности по ЕЭС России [9]:
--максимум потребления мощности;--потребление электроэнергии
Figure 2. Dynamics of changes in electricity and capacity consumption across EPS in Russia [9]: --maximum power consumption;--electricity consumption
41
52
22,3
56,8
20,9
—1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %
a (a)
20,4
79,6
н-1—I-1—I—I—I—I-1—I
0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %
б (b)
Рисунок 3. Возрастная структура генерирующего оборудования [10]: а) на ТЭС (1) и ГЭС (2): □ - до 30 лет; □ -от 31 до 50 лет; ■ - более 50 лет; б) на АЭС (3): □ -до 20 лет; ■ - от 20 до 40 лет Figure 3. Age structure of generating equipment [10]: a) at TPP (1) and HPP (2):
□ - up to 30 years old; □ - from 31 to 50 years old;
■ - more than 50 years; b) at nuclear power plants (3):
□ - up to 20 years old; ■ - from 20 to 40 years old
1 1 1 1 1 1 1 1
16 33 24 27
—1—1—
12,5 17,5 30 15
0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % a (a)
40,6 52 7,4
0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % б (b)
Рисунок 4. Возрастная структура электросетевого оборудования ЕНЭС [10]:
а) линии электропередачи (1), % от общей протяжённости; подстанции (2), % от числа единиц оборудования: □ - до 20 лет; □ - от 21 до 30 лет; □ - от 31 до 40 лет; ■ - более 40 лет; б) распределительный электросетевой комплекс (3):
□ - в пределах нормативного срока эксплуатации;
□ - выработало нормативный срок эксплуатации; ■ - выработало 2 и более сроков эксплуатации
Figure 4. Age structure of power grid equipment of the Unified National (All-Russian) Power Grid [10]: a) power lines (1),% of the total length; substations (2),% of the number of equipment units: □ - up to 20 years old; □ - 21 to 30 years old;
□ - from 31 to 40 years old; ■ -more than 40 years;
b) distribution power grid complex (3): □ - within the standard operating life; □ - has worked out the standard service life; ■ - has worked out 2 or more service lives
большой прямой и сопутствующий материальный ущерб, ведут к перерывам в тепло- и энергоснабжении потребителей, травматизму и гибели людей и другим тяжёлым последствиям. В среднем за период с 2009 по 2018 гг. по причинам, связанным с электрооборудованием и электроустановками, происходило 41 074 пожара в год, что составило 26,8 % от усреднённого по годам количества всех пожаров по Российской Федерации. Прямой материальный ущерб в среднем составил 5 521 346 тыс. руб. в год, это 35,1 % от общего ущерба по всем причинам пожаров в стране. Показатель гибели людей находится на уровне 1 941 человек в год или приблизительно 19 % от общего количества погибших на пожарах [12].
В таблице 1 описан ряд крупных пожаров, произошедших на объектах энергетики России и стран ближнего зарубежья в 2002-2013 гг.
Приведённые примеры и данные статистики причин и последствий пожаров на объектах электроэнергетики являются стимулом для дальнейших исследований в области тушения пожаров электроустановок (ЭУ), функционирующих под напряжением (пожары класса Е), и свидетельствуют об актуальности этой проблемы. Научные исследования по вопросам безопасности и эффективности тушения ЭУ под напряжением, начатые в 1980-х гг. во ВНИИПО, стали отправной точкой для их продолжения в Академии ГПС МЧС России уже в XXI в.
Однако есть и другая точка зрения на проблему, основанная на утверждении об отсутствии актуальности тушения личным составом пожаров класса Е. Сторонники этой позиции приводят ряд аргументов в её пользу.
Во-первых, исследования в этой области более 40 лет ведутся как во ВНИИПО, так и в Академии ГПС МЧС России, но до настоящего времени ни одно из предлагаемых решений по тушению пожаров класса Е в пожарной практике не прижилось. Тушение ЭУ под напряжением для личного состава пожарной охраны остается крайне опасным мероприятием, поэтому осуществлять тушение можно только после полного обесточивания, снятия напряжения и остаточного заряда с токоведущих частей ЭУ. Тушение пожаров класса Е в ручном режиме лучше вообще запретить.
Во-вторых, крупные пожары на объектах электроэнергетики явление не частое. Если говорить о генерирующих компаниях, в частности, об атомных электростанциях, то после Чернобыльской катастрофы возникли сильные опасения о возможности потери управления реактором. Сегодня существуют три или четыре линии защиты управления реактором, и такая многоконтурная защита предотвращает возникновение пожаров подобного типа.
В-третьих, существует масса устройств и исполнительных механизмов, отключающих подачу электроэнергии по команде приёмно-контрольного прибора и пожарного извещателя. Если существует опасение в потере электропитания электрооборудования и ЭУ первой категории электроснабжения,
7
2
3
1
2
3
Таблица 1
Пожары и аварии на энергетических объектах России и стран ближнего зарубежья
Table 1
Fires and accidents at power supply facilities in Russia and neighboring countries
Дата и место Причина аварии Последствия
5 октября 2002 г. Каширская ГРЭС № 4 (г. Кашира, Московская обл.) Усталостное разрушение ротора генератора турбоагрегата № 4 Пожар масляного хладогента электротурбоагрегата, обрушение кровли машзала на площади 1 800 м2, отключение трёх энергоблоков. Прямой и косвенный ущерб составил 1 млрд руб. Пострадавших нет
15 ноября 2003 г. Экибастузская ГРЭС № 1 (г. Экибастуз, Республика Казахстан) Взрыв пара на блоке № 3 Обрушение кровли машзала, пожар кабельного хозяйства, остановка двух энергоблоков. Прямой и косвенный ущерб составил 660 млн тенге (около 140 млн руб.). Погиб один человек
25 мая 2005 г. Электроподстанция «Чагино» (г. Москва) Износ оборудования высоковольтных трансформаторов и масляных выключателей Пожар на четырёх трансформаторах, длительное прекращение электроснабжения в ряде районов г. Москвы, Московской, Тульской, Калужской, Рязанской обл. Была нарушена деятельность социально значимых объектов, инфраструктуры, транспорта, промышленности. Прямой и косвенный ущерб составил 2,2 млрд руб. (только для Москвы и Московской обл.). Пострадавших нет
20 декабря 2006 г. Рефтинская ГРЭС (г. Екатеринбург) Короткое замыкание в блочном трансформаторе Пожар обмоток генератора турбоагрегата, обрушение кровли машзала на площади 2 500 м2, остановка трёх энергоблоков. Прямой и косвенный ущерб составил 237 млн руб. Пострадавших нет
9 февраля 2008 г. Улан-Удэнская ТЭЦ № 1 (г. Улан-Удэ, Республика Бурятия) Короткое замыкание силовых кабелей Взрыв с последующим пожаром, обрушение кровли машзала на площади 1 000 м2. 180 тыс. человек остались без горячего водоснабжения на сутки. На 7 дней введён режим ЧС. Прямой и косвенный ущерб составил 600 млн руб. Пострадавших нет
30 марта 2013 г. Углегорская ТЭС (г. Светлодарск, Донецкая обл., Украина) Загорание угольной пыли в котельном отделении Пожар и обрушение кровли машзала, выход из строя всех энергоагрегатов. Прямой и косвенный ущерб составил 21 млн долл. США (около 670 млн руб.). Погиб один человек, пятеро травмировано
то в качестве средств тушения пожаров класса Е необходимо применять автоматические установки пожаротушения разных типов.
На первый взгляд, приводимые аргументы неоспоримы, однако проанализируем их более детально.
Тушение пожаров на объектах электроэнергетики представляет повышенную опасность из-за воздействия на участников тушения не только опасных факторов пожара, но и сопутствующих угроз: обрушения строительных конструкций, поражения электрическим током, взрыва, воздействия отравляющих веществ, выбросов пара и др. По данным Национального центра управления в кризисных ситуациях МЧС России (НЦУКС), за период с 2008 по 2018 гг. при пожарах на объектах энергетики погибло 4 и получили травмы более 50 сотрудников противопожарной службы.
Одним из аспектов проблемы безопасности сотрудников и работников пожарно-спасательных подразделений МЧС России при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ является обеспечение электробезопасности личного состава при тушении электроустановок и электрооборудования на объектах энергетики.
Риск поражения электрическим током создаётся в случаях, если:
1) ЭУ или электрооборудование не могут быть обесточены;
2) возникает случайный контакт с токоведу-щими частями, находящимися под напряжением;
3) происходит нарушение правил охраны труда.
Проблему тушения пожаров класса Е следует рассматривать шире ограничительных рамок паспорта специальностей. При исследовании проблем
энергетики в диссертационных работах по специальности 26.05.03 «Пожарная и промышленная безопасность» зачастую остаются без внимания особенности и сложности тушения пожаров электрооборудования и ЭУ на стороне конечных потребителей (например, в жилом секторе). Учтём это в дальнейшем анализе.
Намеренная необходимость тушения ЭУ под напряжением может возникнуть для электроприёмников первой категории надёжности электроснабжения в соответствии с пп. 1.2.18 Правил устройства электроустановок. К ним можно отнести электрооборудование АЭС. До 30 % помещений с ЭУ на АЭС содержит оборудование напряжением от 0,4 до 6,3 кВ, отключать которое во время пожара нельзя по требованиям безопасности [13].
Случайный контакт с токоведущими частями ЭУ или электрооборудования может возникнуть в результате неверной оценки обстановки на пожаре или при попадании токопроводящих струй огнетушащего вещества (ОТВ) на скрытую проводку или электрооборудование, с которого не снято напряжение или остаточный заряд.
30 августа 2016 г. при тушении пожара в одноэтажном жилом доме в Кировской области получили травмы, не совместимые с жизнью, двое сотрудников пожарной охраны. Трагедия произошла при прокладке рукавной линии к месту пожара. Пожарные были поражены электрическим током из-за обрыва линии электропередачи напряжением 10 кВ [14].
В работе [15] описан случай поражения пожарного электрическим током от скрытой проводки, установленной жильцами для хищения электрической энергии.
Электроустановки напряжением свыше 1 кВ представляют повышенную опасность при тушении пожаров по ряду причин:
1) способность поражать человека электрическим током на расстоянии через электрическую дугу;
2) сила электрического тока, протекающего через человека, может достигать десятков и даже сотен Ампер, а температура электрической дуги составляет 4 000 K, что приводит к ожогам III и IV степени и (или) смертельным электротравмам;
3) диэлектрические электрозащитные средства, применяемые в пожарной охране (перчатки, боты, резиновые ковры), не защищают от воздействия электрической дуги на тело человека;
4) напряжение электрооборудования на объектах энергетики может достигать 6,3 кВ и более, а отключать некоторые ЭУ не представляется возможным, следовательно, возникает необходимость пожаротушения под напряжением ЭУ свыше 1 кВ;
5) даже после обесточивания ЭУ находится под номинальным напряжением из-за остаточного заряда и способна поразить пожарных электрической дугой на расстоянии менее безопасного.
Чем выше напряжение ЭУ, тем больше предельно допустимое расстояние до её токоведущих частей. В Приказе Минтруда России от 15.12.2020 г. № 903н «Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок» установлены минимальные безопасные расстояния до токоведущих частей ЭУ под напряжением менее и свыше 1 кВ.
При нарушении допустимого расстояния между телом человека и токоведущей частью ЭУ возникает кратковременный электрический разряд, ионизирующий воздух, а затем зажигается и тянется электрическая дуга. Длина уже горящей электрической дуги может на порядок превышать установленное приказом расстояние. Допустимые расстояния необходимо соблюдать, даже если процесс подачи ОТВ для тушения пожара класса Е ещё не начат (например, во время боевого развёртывания).
Проблемы электробезопасности и электротравматизма являются предметом научных исследований [16, 17]. Анализ работ показал, что в большинстве случаев электротравматизм и случаи поражения человека электрическим током становятся следствием нарушений правил охраны труда. При проведении теоретических и эмпирических исследований возможности применения разных ОТВ для тушения пожаров класса Е целесообразно учитывать комплекс неблагоприятных факторов, которые увеличивают вероятность поражения личного состава электрическим током, который можно назвать «принципом наихудшего стечения обстоятельств». К таким факторам относятся:
1) наличие токопроводящей подстилающей поверхности, приводящей к возникновению зоны шагового напряжения на месте тушения пожара класса Е. Например, пол или земля с проливами ОТВ;
2) при расчётах безопасных расстояний подачи ОТВ на токоведущие части ЭУ под напряжени-
ем учёт только максимального тока, протекающего через струю, который по сути является суммой всех остальных токов, разветвляющихся и стекающих на землю через тело человека, насосно-рукавную систему, устройства защитных заземлений;
3) возможное применение при тушении пожаров ОТВ с повышенной проводимостью. Например, солёная или сильно загрязнённая вода, насыщенная ионами;
4) предположение о том, что пожарный-ствольщик нарушил правила охраны труда и не применил электрозащитные средства, а кожа его рук и ног повреждена и потеряла изолирующие свойства (например, при ссадинах и порезах), что привело к снижению сопротивления тела человека до минимального уровня и протеканию через него максимального тока, равного току утечки по струе ОТВ.
Объясним и проанализируем физические процессы, которые протекают при тушении ЭУ, функционирующих под напряжением. Экспериментально-аналитический метод, позволяющий это сделать, предложен в работах [18-23]. В них проведён углублённый теоретический анализ физических процессов, происходящих при тушении пожаров класса Е, основанный на теориях электрических цепей, электротехники, двухфазных потоков и перколяции. В исследованиях учтён «принцип наихудшего стечения обстоятельств». Установлено, что минимальное безопасное расстояние при тушении гетерогенными двухфазными струями ОТВ с проводящей дисперсной и не проводящей дисперсионной фазами (распылённая, тонкораспылённая, температурно-активирован-ная вода) зависит от четырнадцати (!) параметров, которые при исследовании ОТВ по эмпирической методике никак не учитывались и даже не обнаруживались. Между тем влияние этих параметров на безопасность тушения ЭУ под напряжением является важным нюансом.
Результаты практических исследований в области электропроводимости струй различных ОТВ оформлены в виде рекомендаций и правил по охране труда (Приказ Минтруда России№ 881н от11.12.2020 г. «Об утверждении Правил по охране труда в подразделениях пожарной охраны»), но в подобных работах не раскрывается суть физических процессов, влияющих на электробезопасность притушениипожаровклассаЕ. И для практических работников и сотрудников ГПС пожаротушение электроустановок под напряжением продолжает вызывать крайние опасения.
В контексте рассмотрения второго аргумента об отсутствии актуальности тушения ЭУ выше упоминалась принадлежность части помещений АЭС с электрооборудованием и ЭУ к электроприёмникам первой категории электроснабжения. Необходимо отметить, что технологический процесс производства электрической энергии не может быть остановлен мгновенно. Заглушенный реактор ВВЭР-1000 с замедленным в результате опускания в активную зону графитовых стержней процессом деления требует
непрерывного охлаждения в течение суток для отведения остаточного тепла. Всё это время должна обеспечиваться непрерывная работа циркуляционных насосов первого контура реактора, а также систем контроля и автоматики.
Турбоагрегат К-1100-60/1500-2М с электрогенератором ТВВ-1000-4УЗ (например, Ростовская и Ново-Воронежская АЭС) при аварийной ситуации также не останавливается мгновенно, а требует значительного времени на выбег при торможении. При этом необходимо обеспечивать циркуляцию масла в подшипниках скольжения опорных точек вала ротора паровой турбины, электрогенератора генератора и возбудителя. Кроме того, система охлаждения генератора использует водород для отведения тепла от ротора и должна бесперебойно работать. Для обеспечения работоспособности этих систем используется электрическая энергия, от непрерывной подачи которой зависит степень развития аварийной ситуации. По этим причинам обесточивание критически важных систем на АЭС и других типах электростанций во время тушения пожаров невозможно. Кроме того, системы смазки подшипников и охлаждения генератора представляют высокую пожарную и взрыво-опасность, так как содержат до 200 м3 масла и до 50 м3 водорода. При пожаре в машинном зале электростанции происходит разрушение оборудования, несущих строительных конструкций, стен и кровли в результате воздействия горящих факелов масла и взрыва смеси водорода с кислородом воздуха.
По этим причинам актуальность тушения личным составом ГПС пожаров всех классов, в том числе класса Е, на объектах атомной электроэнергетики и других генераций будет сохраняться, несмотря на развитие многоконтурных автоматических систем безопасности.
Для подтверждения вышеприведённых тезисов приведём описание двух пожаров на теплоэлектроцентралях, основанное на данных НЦУКС.
9 февраля 2008 г. в турбинном цехе ТЭЦ № 1 г. Улан-Удэ загорелись электрические кабели в технологических тоннелях. Пожар в турбинном отсеке привёл к выбросу водорода с последующим взрывом возле турбогенератора № 6. Была повреждена ёмкость, содержащая 17 т трансформаторного масла, и возник пожар на площади 1 000 м2. С высоты 24 м обрушилась кровля на площади 300 м2, выведены из строя 2 турбины из 5 работавших и 4 из 5 работавших котлов. Из-за возросшей нагрузки на электросети потребителей ТЭЦ № 1 переключили на электроснабжение от Гусиноозерской ГРЭС. Снижены температура и давление теплоносителя в системе теплоснабжения двух районов города с населением 168 тыс. чел. Первые подразделения пожарной охраны прибыли к месту через 9 мин от начала аварии. Всего в тушении пожара было задействовано 117 чел. и 34 ед. техники, в том числе от МЧС России 71 чел. и 21 ед. техники. Через 6 ч пожар был ликвидирован. Жертв и пострадавших нет.
Однако ущерб от ситуации продолжал нарастать. Температура наружного воздуха на тот момент составляла ночью -24-30 °С, днём -10-12 °С.
Снижение температуры теплоносителя, подаваемого в теплоцентраль города, привело к прорыву теплотрассы на следующий день после аварии. Без теплоснабжения остались 6 жилых домов с населением 424 чел. Был объявлен режим чрезвычайной ситуации и создан оперативный штаб по её ликвидации. Из-за критического снижения температуры в помещениях жилого сектора и социально значимых объектов были эвакуированы в пункты временного размещения 25 261 чел. Полностью теплоснабжение было восстановлено только к вечеру 16 февраля. Всего к аварийно-восстановительным работам было привлечено 229 чел. и 26 ед. техники, в том числе от МЧС России 40 чел. и 9 ед. техники.
Другая крупная авария случилась 7 февраля 2015 г. на ТЭЦ № 2 г. Барнаула. В машинном зале произошло возгорание в кабельном тоннеле. На момент прибытия первых подразделений пожарной охраны - через 5 мин. от начала пожара, его площадь составила 25 м2. Через 2 часа из 7 котлов ТЭЦ было отключено 3, а из 4 турбин отключены 2. 20 % потребителей ТЭЦ № 2 были подключены к ТЭЦ № 3 по электроэнергии, снизились параметры теплоносителя на 14 °С и давление на 1,5 атм. К вечеру 7 февраля была прекращена подачи электроэнергии на насосы ТЭЦ № 2, все котлы остановлены. Температура наружного воздуха при этом составляла -9 °С. Создалась угроза размораживания теплотрасс и критического снижения температуры в домах и на социально значимых объектах. Был объявлен режим чрезвычайной ситуации и приступили к работе оперативные штабы Сибирского регионального центра и Главного управления МЧС России по Республике Алтай. Через 4 часа от начала аварии пожар был ликвидирован на площади 80 м2. Пострадавших не было. К утру 8 февраля последствия пожара и аварии были ликвидированы, а оборудование ТЭЦ № 2 полностью включилось в работу. Всего в тушении пожара и ликвидации последствий аварии были задействованы 431 чел. и 32 ед. техники, из них от МЧС России -66 чел. и 25 ед. техники.
В обоих случаях пожары произошли в кабельных тоннелях, которые были защищены водяными автоматическими установками пожаротушения. По разным причинам автоматическая противопожарная защита не сработала, и тушение пожара проводилось в ручном режиме. Последствиями пожаров стали существенные прямые и сопутствующие ущербы: порча и безвозвратная потеря оборудования и помещений ТЭЦ, разморозка теплотрасс, затраты человеческих и материальных ресурсов.
Уделим внимание ещё одному аспекту освещаемой проблемы. Большинство образцов пожарной техники не приспособлены к тушению ЭУ, функционирующих под напряжением. Решить данную задачу с помощью эмпирических методик невозможно.
Обстановка на пожаре класса Е моделируется по принципу «чёрного ящика» [19]. Полученные экспериментальные данные и аналитические выражения с эмпирическими коэффициентами позволяют лишь на интуитивном уровне оптимизировать и приспосабливать пожарную технику к тушению ЭУ под напряжением.
Иной подход основан на постановке задачи оптимизации параметров ОТВ (например, воды), подаваемого к пожарным стволам для тушения пожара класса Е, с целью достижения наименьшей проводимости струи. В этом случае необходимо создать математическую модель зависимости комплексного сопротивления струй ОТВ 1 от расхода Q, давления P и температуры T воды на входе в пожарные стволы. Если при табулировании функции 1 = f(Q; P; Т) удастся найти её максимум (при варьировании значений Q, Р и 7 в реализуемых границах для насосно-рукавных систем пожарной техники и без ущерба для огнетушащей способности), то можно вести речь о разработке технически обоснованного режима подачи ОТВ для тушения пожаров класса Е. Для реализации этого направления исследования необходимо описать физические процессы на месте тушения ЭУ точными аналитическими выражениями. Первый шаг на этом пути сделан в работах [18-23].
В качестве вывода авторы отмечают следующее. Электробезопасность личного состава пожарной охраны является ключевым фактором,
обуславливающим тактику и методику тушения пожаров класса Е вне зависимости от применяемых технических средств пожаротушения и подаваемых ОТВ. Снижение вероятности поражения личного состава электрическим током, изучение возможности применения новых ОТВ и систем их подачи, эффективности использования при тушении пожаров класса Е является движущей силой научных исследований. Актуальность таких изысканий должна определяться, на наш взгляд, следующими факторами.
1. Остающаяся 4-5 % вероятность поражения электрическим током личного состава при тушении ЭУ под напряжением, несмотря на принимаемые комплексные организационные и технические меры по электробезопасности, а также непрерывное совершенствование систем автоматической противопожарной защиты и обесточивания электрооборудования.
2. Недостаточная изученность физических процессов, протекающих при тушении ЭУ, функционирующих под напряжением, и вызванное этим обстоятельством недоверие практических работников и сотрудников ГПС к результатам существующих исследований в области тушения пожаров класса Е.
3. Отсутствие методики, которая на основании сути физических процессов позволяет совершенствовать технические средства подачи ОТВ и оптимизировать их для безопасного и эффективного тушения пожаров класса Е личным составом пожарной охраны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Conceiçao P. Human Development Report 2020 // United Nations Development Programme. N.Y.: United Nation, 2020. 397 p.
2. Measuring Human Development Index: The old, the new and the elegant // Indira Gandhi Institute of Development Research, Mumbai. October, 2013.
3. Data and statistics [Электронный ресурс] // International Energy Agency: сайт. - Режим доступа: https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tables?country=RUSSIA&energy=Electricity&ye ar=2018 (дата обращения 28.01.2021).
4. Список государств и зависимых территорий по населению [Электронный ресурс] // World Gazetteer: сайт. - Режим доступа: https://archive.is/20130105111924/http://world-gazetteer.com/wg. php?x=&men=gpro&lng=en&dat=32&srt=npan&col=aohdq (дата обращения 28.01.2021).
5. 11 показателей производства для 11 стран мира с 1950 года [Электронный ресурс] // Око планеты: сайт. - Режим доступа: https://oko-planet.su/finances/financescrisis/503176-11-pokazateley-proizvodstva-dlya-11-stran-mira-s-1950-goda.html (дата обращения 27.01.2021).
6. США vs. РИ/СССР/б.СССР: промышленное производство 1900-2018 + на душу населения [Электронный ресурс] // Aftershock: сайт. - Режим доступа: https://aftershock. news/?q=node%2F756445&full (дата обращения 27.01.2021).
7. Глоссарий [Электронный ресурс] // Системный оператор Единой энергетической системы: сайт. - Режим доступа: http://so-ups.ru/index.php?id=glossary#c1373 (дата обращения 19.02.2021).
8. Единая энергетическая система России [Электронный ресурс] // Системный оператор Единой энергетической системы: сайт. - Режим доступа: http://so-ups.ru/index.php?id=ees_2019&no_ cache=1&print=1 (дата обращения 19.02.2021).
9. Отчёт о функционировании ЕЭС России в 2018 году [Электронный ресурс] // Системный оператор Единой энергетической системы: сайт. - Режим доступа: https://www.so-ps.ru/fileadmin/ files/company/reports/disclosure/2019/ups_rep2018.pdf (дата обращения 15.06.2021).
10. Шишкин А. Н. ТЭК России. Курс на безопасность? [Электронный ресурс] // Министерство энергетики Российской Федерации: сайт. - Режим доступа: Ьйр8://0о™ешег.уап0ех.гиД«ш/0/ТЭК России:Курс на безопасность?/234_ХБ|.р01: (дата обращения 15.06.2021).
11. Информация об аварийности в электросетях и генерации [Электронный ресурс] // Министерство энергетики Российской Федерации: сайт. - Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/ node/267 (дата обращения 19.02.2021).
12. Пожары и пожарная безопасность с 2009 по 2018 гг.: статистические сборники. М.: ВНИИПО МЧС России, 1997-2017.
13. Правила пожарной безопасности при эксплуатации атомных станций ППБ-АС-2011 (введены в действие приказом ОАО «Концерн Росэнергоатом» от 21.02.2012 №9/156-П) [Текст]: техническая документация. М., 2011. 137 с.
14. Под Кировом при тушении пожара погибли два сотрудника МЧС [Электронный ресурс] // РИА-новости: сайт. - Режим доступа: https://ria.ru/20160831/1475690386.html (дата обращения 19.02.2021).
15. Norman J. Fire officer's handbook of tactics. 4th ed. Fire engineering books. 2012. 634 с.
16. Карякин Р. Н. Научные основы концепции электробезопасности электроустановок // Электрические станции. 1999. № 2. С. 56-66.
17. Коструба С. И. Стохастическое моделирование систем обеспечения электробезопасности // Электричество. 2003. № 6. С. 66-70.
18. Чистяков Т. И., Федяев В. Д. Электрические процессы при тушении электроустановок температурно-активированной водой на энергетических предприятиях // Сборник материалов всероссийской конференции и школы молодых ученых «Системы обеспечения техносферной безопасности - 2015». Таганрог: Инженерно-техническая академия ЮФУ. 2015. С. 113-115.
19. Чистяков Т. И. Применение теории цепей при анализе процессов тушения электроустановок под напряжением на объектах энергетики // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2016. № 4. С. 13-21. DGI:10.25257/FE.2016.4.13-21
20. Чистяков Т. И. Влияние геометрических параметров струй температурно-активированной воды на комплексное сопротивление при тушении пожаров класса Е // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2017. № 2. С. 12-21. 001:10.25257/РБ.2017.2.12-21
21. Чистяков Т. И. Влияние электроперколяционных параметров струй температурно-активированной воды на комплексное сопротивление при тушении пожаров класса Е // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2018. № 1. С. 63-71. 001:10.25257/РБ.2018.1.63-71
22. Ищенко А. Д., Чистяков Т. И., Малыгин И. Г, Вислогузов В. В. Электробезопасность при тушении пожаров класса Е энергетических установок и помещений судов (кораблей) // Морские интеллектуальные технологии. 2018. Т. 2. № 2 (40). С. 81-89.
23. Чистяков Т. И. Применение температурно-активиро-ванной воды при тушении электроустановок под напряжением на объектах энергетики: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.03 / Чистяков Тимур Игоревич. М.: Академия ГПС МЧС России, 2020. 277 с.
Материал поступил в редакцию 16 марта 2021 года.
Timur CHISTYAKOV PhD in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Aleksey KARMES
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
ON THE RELEVANCE OF EXTINGUISHING CLASS E FIRES BY THE FIRE SERVICE PERSONNEL
ABSTRACT
Purpose. The article discusses aspects of the feasibility of extinguishing fires at live electrical installations and of safety the process for the personnel of fire and rescue units. The analysis of accidents and fires at the facilities generating, converting, distributing and consuming electricity has been carried out. Reasoned arguments in favor of the relevance of studying electrical safety and the effectiveness of extinguishing class E fires by firemen are presented.
Methods. Statistical data on fires caused by failures in electrical installations and electrical equipment operation are analyzed in the given paper. Methods of studying the current conductivity of jets of various fire extinguishing agents in the aspect of electrical safety of extinguishing class E fires are considered. A scientifically substantiated method for optimizing the design of firefighting equipment for effective and safe extinguishing live electrical installations is proposed.
Findings. New directions of studying the problem of extinguishing class E fires by fire service personnel have been substantiated. The arguments of the opponents to this direction of research have been refuted. The relevance of scientific research in this area has been proven.
Research application field. The research results may be used for scientifically substantiated improvement of the design of fire-fighting equipment for safe and effective extinguishing class E fires. They may also be used to train personnel in the techniques and tactics of extinguishing energized electrical installations.
Conclusions. The electrical safety of fire service personnel is a key factor that determines the tactics and
methods of extinguishing class E fires, regardless of the used technical fire extinguishing equipment and fire extinguishing agents (FEA) being supplied. Reducing the possibility of electric shock to personnel, studying the opportunity of using new FEA and their supply systems as well as the effectiveness of their use in extinguishing class E fires is the driving force of the scientific research. The relevance of such findings should be determined, according to the authors, by the following factors:
1) the remaining 4-5% probability of electric shock to personnel when extinguishing live electrical installations, despite the comprehensive organizational and technical measures taken for electrical safety, as well as continuous improvement of automatic fire protection systems and de-energizing electrical equipment;
2) insufficient knowledge of the physical processes occurring during extinguishing live electrical installations, and the resulting distrust of practitioners and employees of the State Fire Service to the results of existing research in the field of extinguishing class E fires;
3) the lack of methodology that, on the basis of physical processes essence, makes it possible to improve the technical means for supplying FEA and optimize them for safe and effective extinguishing class E fires by the fire service personnel.
Key words: human development index, electric power industry, electrical installation, electrical safety, class E fires, empirical methodology, regression analysis, electrical consumers of the first category
REFERENCES
1. Conceifao P. Human Development Report 2020 // United Nations Development Programme. N.Y.: United Nation, 2020. 397 p.
2. Measuring Human Development Index: The old, the new and the elegant // Indira Gandhi Institute of Development Research, Mumbai. October, 2013.
3. Data and statistics // International Energy Agency. Available at: https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tables?country=RUS SIA&energy=Electricity&year=2018 (accessed January 28, 2021).
4. List of states and dependent territories by population [Электронный ресурс] // World Gazetteer: site. Available at: https:// archive.is/20130105111924/http://world-gazetteer.com/wg.php? x=&men=gpro&lng=en&dat=32&srt=npan&col=aohdq (accessed January 27, 2021)).
© Chistyakov T., Karmes A., 2021
5. 11 pokazatelei proizvodstva dlia 11 stran mira s 1950 goda [11 production indicators for 11 countries of the world since 1950]. The Eye of the Planet (Oko planet). Available at: https://oko-planet.su/ finances/financescrisis/503176-11-pokazateley-proizvodstva-dlya-11-stran-mira-s-1950-goda.html (accessed January 27, 2021).
6. SShA vs. RI/SSSR/b.SSSR:promyshlennoeproizvodstvo 19002018 + na dushu naseleniia [USA vs. RI / USSR / b. USSR: industrial production 1900-2018 + per capita]. Available at: https://aftershock. news/?q=node%2F756445&full (accessed January 27, 2021).
7. Glossarii [Glossary]. Sistemnyi operator Edinoi energeticheskoi sistemy (System operator of the Unified Energy System). Available at: http://so-ups.ru/index.php?id=glossary#c1373 (accessed February 19, 2021).
23
8. Edinaia energeticheskaia sistema Rossii [Unified Energy System of Russia]. Sistemnyi operator Edinoi energeticheskoi sistemy (System operator of the Unified Energy System). Available at: http:// so-ups.ru/index.php?id=ees_2019&no_cache=1 &print= 1 (accessed February 19, 2021).
9. Otchet o funktsionirovanii EES Rossii v 2018 godu [Report on the functioning of the UES of Russia in 2018]. Sistemnyi operator Edinoi energeticheskoi sistemy (System operator of the Unified Energy System). Available at: https://www.so-ps.ru/fileadmin/files/company/ reports/disclosure/2019/ups_rep2018.pdf (accessed June 15, 2021).
10. Shishkin A.N. TEK Rossii. Kurs na bezopasnost? Ministerstvo energetiki Rossiiskoi Federatsii. [Fuel and Energy Complex of Russia. A course on security? Ministry of Energy of the Russian Federation]. Available at: http://riskprom.ru/_ld/2/234_XEJ.pdf (accessed June 15, 2021).
11. Informatsiia ob avariinosti v elektrosetiakh i generatsii [Information about accidents in the power grid and generation]. Available at: https://minenergo.gov.ru/node/267 (accessed June 15, 2021).
12. Pozhary i pozharnaia bezopasnost s 2009 po 2018 gg.: statisticheskie sborniki [Fires and fire safety from 2009 to 2018: statistical collections]. Moscow, 1997-2017. FGBU VNIIPO EMERCOM of Russia Publ. ( in Russ).
13. Pravila pozharnoi bezopasnosti pri ekspluatatsii atomnykh stantsii PPB-AS-2011 (vvedeny v deistvie prikazom OAO «Kontsern Rosenergoatom» [Rules of fire safety in the operation of nuclear power plants PPB-AS-2011 (put into effect by order of JSC "Concern Rosenergoatom" dated 21.02.2012 No. 9/156-P): technical documentation. Moscow, 2011. 137 p.
14. Pod Kirovom pri tushenii pozhara pogibli dva sotrudnika MChS [Near Kirov, when extinguishing a fire, two employees of the Ministry of Emergency Situations were killed]. RIA-novosti: website. Available at: https://ria.ru/20160831/1475690386.html (accessed February 19, 2021).
15. Norman J. Fire officers handbook of tactics. 4th ed. Fire engineering books. 2012. 634 p
16. Kariakin R.N. Scientific bases of the concept of electrical safety of electrical installations. Elektricheskie stantsii (Electric power stations). 1999. No 2. Pp. 56-66.
17. Kostruba S.I. Stochastic modeling of electrical safety systems. Elektrichestvo (Electricity). 2003. No. 6. pp. 66-70.
18. Chistiakov T.I., Fediaev V.D. Electric processes in the extinguishing of electrical installations with temperature-activated water at energy enterprises. Sbornik materialov vserossiiskoi konferentsii i shkoly molodykh uchenykh «Sistemy obespecheniia tekhnosfernoi bezopasnosti - 2015». Collection of materials of the All-Russian conference and school of young scientists "Systems for ensuring technosphere safety-2015". Taganrog: Engineering and Technical Academy of the Southern Federal University Publ. 2015. Pp. 113-115.
19. Chistiakov T.I. Circuit theory use at extinction process analysis of live electrical installations at power engineering facilities. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya (Fire and Emergencies: Prevention, Elimination). 2016. No 4. Pp. 13-21. D0I:10.25257/FE.2016.4.13-21
20. Chistyakov T.I. Influence of geometrical dimensions of temperature-activated water sprays on complex resistance at extinguishment of class E fires. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya (Fire and Emergencies: Prevention, Elimination). 2017, no. 2. Pp. 12-21 (in Russ.) D0I:10.25257/FE.2017.2.12-21
21. Chistyakov T.I., Royenko V.V., Khramtsov S. P. Influence of electropercolation parameters of temperature-activated water sprays on their complex impedance when extinguishing class E Fires. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya (Fire and Emergencies: Prevention, Elimination). 2018. No 1. Pp. 63-71. D0I:10.25257/FE.2018.1.63-71
22. Ishchenko A.D., Chistiakov T.I., Malygin I.G, Visloguzov V.V. Electric protection in fire extinguishing of class e energy installations and premises of vessels (ships). Morskie intellektualnye tekhnologii (Marine intellectual technologies). 2018. Vol. 2. No 2 (40). Pp. 81-89.
23. Chistiakov T.I. Primenenie temperaturno-aktivirovannoi vody pri tushenii elektroustanovok pod napriazheniem na obektakh energetiki [The use of temperature-activated water for extinguishing electrical installations under voltage at energy facilities. Phd in Engin. Sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2020. 277 p.
