The Electric Meter Announcer of Fire and Electric Harm in Residential High-Rise Buildings

Oleinikov Sergei Nikolaevich PhD in Technical Science Deputy of the Head of the Faculty, Academy of State Fire Prevention service, Ministry of Emergency situations of Russia 129366, Russia, g. Moscow, ul. Borisa Galushkina, 4 vbfiremen@bk.ru Other publications by this author

Dolakov Timur Bekovich adjunct of the Department of Information Technologies at Academy of State Fire-Fighting Service 350058, Russia, Krasnodarskii Krai oblast', g. Krasnodar, ul. Ul. Stavropol'skaya, D., 179 A, of. 48 dolakov23@gmail.com

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, что

- 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 ^[3].

Рис.1 – Динамика пожаров и последствий от них на Юге России

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 аспирационной̆ 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 ^[12], 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 ^[7,10]:

ПЭВ = Рэ·W = Рд·Wд + Рнд·Wнд

где W– общее количество электроэнергии, отпущенной потребителю за время t, Wд – количество израсходованной электроэнергии при допустимых отклонениях, Wнд – количество израсходованной электроэнергии при недопустимых отклонениях, Рэ – среднестатистическая вероятность пожара по электротехническим причинам, Рд – вероятность пожара электроприбора при допустимых отклонениях, Рнд – 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 ^[13].

Интенсивности пожароопасных отказов электроустановочных изделий (выключателей, розеток, вилок и т.д.) в общем виде можно описать следующей формулой ^[14]:

λ = 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 ^[2]:

λ = А(P,V,N,F)·kT/h·ехр(Ea/kT)·exp[f(H)]

гдеl- текущая интенсивность отказа элемента, 1/час; А=ki∙λО –произведение безразмерных коэффициентов, зависящих от давления, влажности, вибраций и т.д.) на интенсивность отказов при хранении (λО), 1/час; k - постоянная Больцмана, 1.38·10-23 Дж/К; Т - температура элемента, ºК; h - постоянная Планка, 6.626·10-34 Дж·с; Ea- эффективная энергия активации отказа, Дж; f(H)- 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 (Wнд) практически не влияет на технические (пожаробезопасные) ресурсы (надежность и долговечность) электропроводов и электроустановочных изделий, а влияет только на технический (пожаробезопасный) ресурс электроприборов ^[2], формула ПЭВ может быть представлена в следующем виде:

ПЭВ = Рэ·W = (Рэп + Рпр)·Wд + К·Рэп·Wнд, откуда

K = [PэW – Wд(Pэп+ Pпр)]/PэпWнд = PэWнд/PэпWнд= Pэ/Pэп

Подставляя значения статистических вероятностей, например, для Юга России, полученные с помощью АСОД ПОЖАРЫ, имеем следующие значения К 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 ^[11].

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).