УДК 621.867.3

 

О ВЛИЯНИИ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ НА ПОЖАРНУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ СЕТИ 380-220 В ЖИЛЫХ КВАРТИРАХ

 

Шевченко О.А.
Збірник наукових праць ДонНТУ. Серія: "електротехніка і енергетика", выпуск 50.- Донецк: ДонНТУ, 2002. - с. 141-143.

 

За период с 1997 г по 2000 на Украине произошло 182,15 тыс. пожаров, из них 141,67 тыс. - в объектах жилого сектора [1]. Анализ статистических данных показал, что ежегодно число пожаров, вызванных повреждением электрооборудования и бытовых приборов, находящихся под напряжением, составляет 25 % и более от общего их количества. При этом пожары от КЗ занимают первое место - 68,8 %. Наиболее опасными в пожар­ном отношении являются электропроводки - 44,86 %.

Статистическая обработка интервалов времени между пожарами показала, что они не противоречат экспоненциальной функции распределения вероятностей. Поэтому интенсивность пожаров в квартире Н_і, і = 1,11 от элементов системы электроснабжения, на которые случайно воздействует экзогенный источник (короткое замыкание, перегруз, ослабленный и опасно нагретый контакт силовой цепи) можно определить следующим образом:

 

,                                                                                                  (1)

 

где n_i – число пожаров от экзогенного источника;

Т — время наблюдения за жилищным фондом;

N_i - общее число квартир, за которыми установлено наблюдение.

Вероятность пожаров определяется по формуле:

                                                                                           (2)

Под пожароопасным узлом будем понимать систему электроснабжения квартиры вместе с ее потребите­лями, начиная от щита, где крепится защитный коммутационный аппарат и счетчик электроэнергии, т. е. рассматривается вся сеть, которая защищается первой ступенью защитного коммутационного аппарата (автоматический выключатель, предохранитель).

Вероятность пожаров от пожароопасного узла не должна превышать величины Q₀(t)≤1·10^-6.

Для определения статистического уровня пожаробезопасности квартир воспользуемся данными Донецкого областного управления статистики, согласно которым население донецкой области по состоянию на 2000 г. Составляло N₀ = 5,64 млн. человек. Число квартир N₁ = 1,8 млн. По данным управления пожарной охраны Донецкой области за период 1986-1995 гг. от экзогенных источников произошло 12517 пожаров. Используя карточки учета пожаров УГПО УМВД г. Донецка определим, что количество пожаров, инициированных в электробытовых приборах и электропроводке составляет n₁ =11415 (табл. 1).

Таблица 1. Интенсивности пожаров от воздействия на элементы сети электрического источника и их доверительные интервалы

 

Экзогенный источник, действующий на элемент сети	Число пожаров ni	Интенсивность пожаров, Hi·10-6,1/год	Доверительный интервал с доверительной вероятностью α=0,95, Hi·10-6,1/год
1	2	3	4
Кабельная сеть и проводка	6459	359	[136,4;    581,2]
Щит со счетчиком	570	31,7	[ 12,0;    51,3 ]
Выключатели, вилки, розетки	232	12,9	[ 4,9;    20,9 ]
Магнитофоны и радиоприемники	209	11,6	[ 4,4;    18,8 ]
Телевизоры	2156	120	[45,5;    194,0]
Электросветильники	283	15,7	[ 6,0;     25,5]
Электроутюги	374	20,8	[ 7,9;     33,7]
Электрические плиты	720	40	[ 15,8;     64,8]
Другое электрооборудование	412	28,9	[8,7;     37,1]
Итого	11415	634,6	[ 241; 1027]

 

Таким образом, используя (1) оценка уровня пожаробезопасности квартир определяется как:

 1/год.

Предположим, что пожар в квартире происходит при совмещении в пространстве и времени двух случайных независимых событий: КЗ в кабеле или проводах; отказ в срабатывании ближайшего к месту КЗ защитного коммутационного аппарата. Пусть состояние защищаемой сети и защитного коммутационного аппарата описывается с помощью марковских случайных процессов с параметрами λ₁, μ₁, λ₂, μ₂, тогда интенсивность пожаров можно определить по формуле:

 

 

                                                                                           (3)

где λ₁ - интенсивность появления КЗ в рассматриваемой сети;

λ₂ - интенсивность отказа в срабатывании средств защиты;

θ₂ - интервал времени между профилактическими проверками системы отключения защитного коммутационного аппарата.

Определим интенсивность пожаров в квартире от КЗ, происходящих в установочном проводе и электроустановочных изделиях (розетки, вилки, выключатели). Под наблюдением находилось N=12510 квартир, т.е. N₁=12510 систем электроснабжения квартир напряжением 220 В. Ежегодно Т=1 год фиксировались все КЗ, происходящие в установочном проводе или электроустановочных изделиях (розетки, вилки, выключатели). Среднее число КЗ в год n₁=1082. Каждая квартира в качестве защиты от токов КЗ была оборудована автоматическим выключателем N₂=12510. Ежегодно из строя выходило в среднем n₂=906 автоматических выключателей. По результатам ежегодных проверок год фиксировались все повреждения в автоматическом выключателе, которые могли привести его к отказу в срабатывании при появлении КЗ или перегрузки в зоне действия его релейной защиты. [82]

Определить интенсивность пожаров в квартире от КЗ в установочном проводе, розетках, вилках и выключателях.

Определим интенсивность появления КЗ в указанных элементах сети электроснабжения квартиры.

 

.

 

Определим интенсивность отказов защитного коммутационного аппарата

 

 

 

Используя формулу (3.63) находим

 

 

Интенсивность пожаров от воздействия на вышеперечисленные элементы сети электроснабжения квартир Донецкой области электрического источника равна . Доверительный интервал с доверительной вероятностью 0,95 имеет следующее значение: [1,41×10^-4 ;  6,02×10^-4]. Полученное значение  попадает в доверительный интервал, построенный по экспериментальным данным, следовательно, высказанное предположение о том, что пожар в квартире наступает всякий раз, когда происходит КЗ в сети, а защитный коммутационный аппарат находится в отказавшем состоянии полностью подтверждается.

Если в системе электроснабжения квартиры в качестве резервной защиты для повышения пожаробезопасности сети будет использовано устройство защитного отключения (УЗО) [3], то пожар в квартире от КЗ в электропроводе может произойти при случайном совпадении в пространстве и времени трех событий: КЗ в системе электроснабжения квартиры; отказ в срабатывании максимальной токовой защиты в автоматическом выключателе; отказ в срабатывании УЗО.

В любой момент времени t система может находится в одном из восьми возможных состояний.

 

.

 

Вероятность пожара в течение времени t равна вероятности случайного попадания системы в поглощающее состояние е₈(1,1,1).

 

.                                                                                             (4)

 

Вероятность  находится из системы линейных дифференциальных уравнений вида:

 

.                      (5)

 

где

, , , ,                                                             (6)

 - среднее время существования КЗ (средняя длительность срабатывания защиты);

 - среднее время нахождения коммутационного аппарата в необнаруженном отказавшем состоянии;

 - длительность нахождения УЗО в необнаруженном отказавшем состоянии.

 - средний интервал времени между отказами УЗО.

В случае, если заданы интервал времени между проверками защитного коммутационного аппарата и интервал времени между проверками УЗО , i = 2,3, то  можно найти из формулы [4]

 

.                                                                            (7)

 

Система уравнений (5) должна быть решена при начальных условиях  , которые вытекают из сделанных предположений о том, что в начальный момент времени средства защиты (МТЗ) и УЗО находятся в исправном состоянии, в сети, питающей потребителей квартиры КЗ не наблюдается.

Определить вероятность пожаров в квартире, оборудованной УЗО в течение года Q(8760), если длительность срабатывания защитного коммутационного аппарата d₁=5,6 ×10^-5 ч, =8760 ч – интервал времени между проверками системы отключения защитного коммутационного аппарата, =5000 ч – средний интервал времени между отказами УЗО, =720 ч – интервал времени между проверками работоспособности УЗО. Определим эффективность применения УЗО в системе электроснабжения квартиры.

Используя (6), (7) находим

 ч^-1,

=1,1·10^-4 ч^-1, =0,02 ч^-1, =2·10^-4 ч^-1.

Подставляя полученные значения  и ,  в систему уравнений (5), находим вероятность возникновения пожара в квартире . Эффективность применения УЗО в данном случае

Вывод: с внедрением УЗО интенсивность пожаров от электрических источников в жилых квартирах уменьшится в 17 раз.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. О.Денисова, В. Філон. Пожежі в Україні: підсумки та прогнози. Пожежна безпека, № 2, 2001, с.4-5.

2. Тарнижевский М. В., Трубленков Е. А. Повышение надежности электрических сетей жилых здан; Стройиздат, 1982. - 272 с.

3. А. В. Васин, М. А. Нагорный, И. В. Белоусенко, А. П. Ковалев, О. А. Шевченко, и др. Патент Росс; изобретение № 2172050. Устройство для защитного отключения электрических сетей. Москва, 2001.

4.Ковалев А. П., Шевченко А. В., Белоусенко И.В. Оценка пожарной безопасности передвижных трансформаторных подстанций 110/35/6кВ//Промышленная энергетика. - 1991. -№6.-с.28-31.