VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Достоверность и эффективность раннего обнаружения пожара и бытового газа с помощью электросчетчика-извещателя (ЭСИ) заключается в том, что еще до появления дыма и пламени ЭСИ «обнаруживает пожароопасный режим» электроприборов, и может, «не дожидаясь» сигналов от теплового, дымового и газового датчиков, отключить электроэнергию, если пожароопасный режим достигнет - «пожароугрожаемого» [1].

Дело в том, что общепринятое моделирование температурного режима развития пожара с минимальной погрешностью (рис. 1) осуществляется по уравнению «стандартного пожара» [2]:

T = 345lg(8t+1) (1)

где T – температура, ͦ С; t – время, мин.,

производная от которого, является гиперболической функцией асимптотически приближающейся к оси «t», т.е. к нулевому значению скорости (производной Т):

T^‘.=150/(8t+1) – производная температуры, град/мин. (2)

Результаты моделирования свидетельствуют о том, что существующие в настоящее время «пороговые извещатели» (тепловые, газовые и т.д.) имеют большие погрешности потому, что на начальной стадии загорания отсутствуют экстремумы, и таблица (таб.1) нормированных значений опасных факторов пожара (ОФП), а также графики функций их основных компонент (рис.2-4) подтверждают это.

Рисунок 1 – Графики «стандартного пожара»

Именно поэтому существующие системы взрывопожарной сигнализации имеют многочисленные ложные срабатывания, в связи с чем, любым узлом датчиков обнаружения концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, окислителей, восстановителей, дыма и температуры, невозможно идентифицировать возникновение пожара на начальной стадии, в связи с отсутствием экстремумов на ней [3].

Рисунок 2 – График зависимости среднеобъемной концентрации монооксида углерода

Рисунок 3 - График зависимости среднеобъемной концентрации кислорода

Рисунок 4 - График зависимости среднеобъемной оптической плотности дыма

Примечание: приведены примеры прогнозирования динамики ОФП с использованием интегральной математической модели пожара, которую реализует программа INТМОDЕL, разработанная на кафедре ИТиГ Академии ГПС МЧС России, в которой. для численного решения системы дифференциальных уравнений использован метод Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом

С точки зрения применения аспирационной системы ситуация остается такой же, даже при измерении скорости изменения концентрации газа или дыма в аспирационной системе, т.к. скорость потока в трубопроводе, определяется характеристиками вентилятора, а также диаметрами и количеством «точек всасывания», число которых редко составляет менее десятка, т.к. трубопровод, как правило, «охватывает» несколько защищаемых помещений, в связи с чем, концентрация газовых компонентов пожара в одном из них, «разбавляется» в трубопроводе до прихода в измерительную камеру в несколько раз. Этот же вывод справедлив и для частиц дыма, т.к. задымленность и скорость её нарастания осуществляется путем регистрации рассеяния оптического излучения частицами дыма, о чем свидетельствует метод определения коэффициента дымообразования в ГОСТ 12.1.044 «Пожаровызрывоопасность веществ и материалов» и принципы работы дымовых пожарных извещателей [4].

Таблица 1.

Таким образом, с точки зрения раннего обнаружения пожара ЭСИ имеет не конкурируемое качество в сравнении с любыми извещателями.

Иными словами, речь идет о новом понятии (характеристике) – пожарно-электрическом вреде, который призван заменить качественный (дискретный и латентный) подход в диагностике и мониторинге разных состояний контролируемого объекта - на количественный (аналитический и временной), позволяющий осуществлять непрерывный контроль за расходованием пожаробезопасного ресурса электроприборов, чтобы вовремя прекратить их эксплуатацию (в т. ч. для осуществления планового ремонта, продлевающего этот ресурс), пока очередной пожароопасный отказ не привёл к возникновению пожара в них, что является предельным значением («максимумом») функции ПЭВ [1].

В общем случае пожарно-электрический вред определяется, как сумма величин «качественной» и «некачественной» электроэнергии, потребленной и преобразованной пользователем в своих электроприборах и линейно-кабельных сооружениях, умноженной на соответствующие вероятности пожара от них, т.е. ПЭВ пропорционален потреблённой электроэнергии и имеет размерность кВт/ч, [1,5]:

ПЭВ = Р_Д*Wд + Р_НД*Wнд, (3)

где ПЭВ– пожарно-электрический вред за время Т,

Р_Д – вероятность пожара по электротехническим причинам при допустимых отклонениях параметров электроэнергии,

Р_НД – вероятность пожара по электротехническим причинам при недопустимых отклонениях параметров электроэнергии.

Указанные вероятности должен получать МЧС России по статистике пожаров по электротехническим причинам в каждом конкретном регионе, методом анализа временных рядов [6]. Это обусловлено тем, что указанные вероятности имеют нелинейный характер, т.к. интенсивности пожароопасных отказов описываются модифицированным уравнением Аррениуса-Эйринга (4) и системой неравенств (5) Семенова, Зельдовича и Франк-Каменецкого [5,7]:

(4)

где  - текущая интенсивность отказа элемента, 1/час; А=k_i∙λ_О –произведение безразмерных коэффициентов, зависящих от давления, влажности, вибраций и т.д.) на интенсивность отказов при хранении (λ_О), 1/час; k - постоянная Больцмана, 1.38·10P^-23 PДж/К; Т - температура элемента, ºК; h - постоянная Планка, 6.626·10P^-34 PДж·с; E_a- эффективная энергия активации отказа, Дж; f(H)- функция нетермической (энергетической) нагрузки.

(5)

где Ze – критерий Зельдовича (критическая плотность теплового потока);  - коэффициент теплопроводности газовой фазы; R - газовая постоянная; Тп - температура печи; Е_а - энергия активации пиролиза образца; Н - тепловой эффект реакции в газовой фазе; K - предэкспонент; Se – критерий Семенова (Se=0,368); Q - теплота, подведенная к образцу; V - текущий объём образца; S - текущая площадь поверхности образца;  - текущий коэффициент теплоотдачи образца; Тпо-температура поверхности образца; Fк-критерий Франк-Каменецкого (Fк=2,00); r-линейный размер образца; λо-коэф.теплопроводности образца; То-температура образца.

Модификация алгоритма срабатывания ЭСИ при добавлении в него электрохимического датчика на бытовой газ заключается в том, что ЭСИ аналогично отключает электроэнергию в помещениях, которые обслуживает, в случае обнаружения утечки газа, чтобы от «искры случайного включения» не произошел взрыв.

Определение ПЭВ, ОФП и утечки бытового газа с помощью ЭСИ следует реализовать в первую очередь в жилом секторе, т.к. именно в нём происходит более 70% пожаров и взрывов от бытового газа, в которых погибает и травмируется более 75% всех пострадавших [3-7].

Литература

1. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Способ определения пожарно-электрического вреда и опасных факторов пожара с помощью электросчетчика-извещателя –заявка на изобретение - № 2012138374 от 07.09.2012.

2. Зайцев А.М., Черных Д.С. О системной погрешности аппроксимации температурного режима стандартного пожара математическими формулами - Пожаровзрывобезопасность – т.20, № 7, 2011, с.14-18

3. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учеб. пособие – М.: Академия ГПС МВД РФ, 2000, с.21-42.

4. Федоров А.В., Членов А.Н., Лукьянченко А.А., Буцынская Т.А., Демёхин Ф.В. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара: Монография – М.: Академия ГПС МЧС России, 2009.-158 с

5. Белозеров В.В., Любавский А.Ю., Олейников С.Н. Модели диагностики надежности и безопасности СВТ и АСУ объектов техносферы – М.: РАЕ, 2015. -123с.

6. Белозеров В.В., Олейников С.Н. О пространственно-временном статистическом анализе пожаров - Современные проблемы науки и образования – 2013. – № 4; URL: www.science-education.ru/110-9805.

7. Белозеров В.В. Экспериментальные методы оценки качества, надежности и безопасности электроприборов - Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - Вып. 5 (27). -2009. - 9 с. - http://ipb.mos.ru

Код для цитирования: Скопировать