Факультет:   електротехнічний

  Спеціальність:  електротехнічні системи електроспоживання

  Тема магістерської роботи:   «Оцінка пожежобезпеки житлових приміщень»

Актуальність роботи

У 2008 році в Донецькій області виникло 5572 пожеж (2007 р. - 5866 -5,0%) з прямим збитком 50 млн. 652 тис. грн (2007 р. - 39 млн. 068 тис. грн. +29,7%), побічні збитки склали 104 млн. 810 тис. грн. (2007 р. - 106 млн. 298 тис. грн. -1,4 %), у вогні загинули 573 людини (2007 р. - 572 -0,2%), в т.ч. 5 дітей (2007 р. - 29 -82,8%). На пожежах минулого року було травмовано 185 людей (2007 р. - 219 -15,5%), в т.ч. 13 дітей (2007 р. - 23, - 43,5%). Більше 20% пожеж в Донецькій області відбувається з вини електричних джерел.

Державною програмою забезпечення пожежної безпеки, що затверджена ухвалою Кабінету Міністрів України від 3.04.95 № 238, передбачено проведення досліджень в області розробки математичних моделей і методів за визначенням і прогнозуванням вірогідності виникнення пожеж, ефективних засобів їх попередження і ліквідації наслідків. Нормативні документи, зокрема ГОСТ 12.1.004-91 «Пожежна безпека», ПУЕ, відомчі норми і правила не завжди дозволяють об'єктивно оцінити небезпеку спалаху в електричних мережах житлових і громадських будівель. Електротехнічні вироби (кабелі, шнури, дроти і ін.) належать до найбільш пожежонебезпечної продукції, оскільки в їх конструкції використовуються пальні електроізоляційні матеріали. При пошкодженні таких виробів, що знаходяться під напругою можуть виникати джерела ініціації пожеж (іскри, електричні дуги,що призводять до розбризкування розплавлених металевих частинок).

Приведені дані свідчать про те, що розробка нових, точніших в порівнянні з існуюючими, методів оцінки і прогнозування пожежної небезпеки систем електропостачання 380/220 В є важливим науковим технічним завданням і служить економіці України.

Робота присвячена питанню запобігання спалаху в електричних мережах, а також оцінці і прогнозуванню подій, які можуть привести до пожеж в приміщеннях.

Мета і задачі роботи

Обгрунтування способів і засобів забезпечення пожежної безпеки житлових приміщень.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі дослідження:

1. Виявити причини, по яких відбуваються пожежі в мережах 380/220 В.

2. Провести аналіз існуючих методів оцінки пожежної безпеки електричних проводок.

3. Розробити математичну модель, що пояснює процес виникнення пожеж в житлових приміщеннях.

4. Привести приклади розрахунків пожежної безпеки мережі 380/220 В і дослідити основні чинники, які впливають на вірогідність спалаху в мережах квартир на протязі року.

Апробація роботи

Результати магістерської роботи докладалися на науковій конференції студентів Електротехнічного факультету спеціальності «Електротехнічні системи електроспоживання» (День науки, 2009 р.).

Перший розділ

Присвячений аналізу причин, по яких відбуваються пожежі в мережах 380/220 В і проведена оцінка статистичного рівня пожежної безпеки електричних проводок. Аналіз вітчизняних і зарубіжних джерел інформації показав, що аварійні режими в електроустановках і мережах, зокрема короткі замикання, перевантаження, ослаблені яскріючі або небезпечно нагріті контакти в силовому ланцюзі нерідко супроводжуються пожежами [1]. При цьому в багатьох випадках причиною пожеж в електропроводках є короткі замикання в проводах унаслідок порушення електричної міцності ізоляції, а також поганої якості й некваліфікованої експлуатації електротехнічних пристроїв [2].

У Росії щорічно відбувається близько 330 тис. пожеж, з них більше 20% обумовлені пошкодженнями в електричних мережах і електроустаткуванні. На Україні за період з 1997 р. по 2000 р. відбулися 182 153 пожежі, з них 139 612 в об'єктах житлового сектора. У житловому секторі в 2000 р. загинуло 2 247 люд.

У мережах житлових будівель напругою 380/220 В за період 1999 - 2000 рр. в Донецькій області від коротких замикань і ослаблених контактних з'єднань силового ланцюга відбулося 1500 пожеж [3].

За останні 10 років в Донецькій області відбулося 50 226 пожеж, з них в 41 330 - в житловому секторі. Пожежами нанесений прямий збиток на суму 153,472 млн. грн. На пожежах загинуло 4 926 людей, в т.ч. 151 дитина, на підприємствах і в організаціях - 128 людей.

Аналізом причин пожеж за період 2004 - 2008 рр. встановлено, що позитивна тенденція намітилася щодо порушення правил пристрою і експлуатації електроустановок (-2,5%) . Значне зростання пожеж внаслідок порушення правил пристрою і експлуатації електроустановок відбувся в містах: Артемівську (+32,1%), Дружковці (+26,7%), Харцизьку (+31,8%) Шахтарську (+32,4%) та Амвросіївському (+45,5%), Мар`їнському (+12,5%) районах.

Рисунок 1 - Динаміка пожеж від електрообладнання по Донецькій області

З 1 461 пожеж, які виникли із-за порушення правил пристрою і експлуатації електроустановок, 808 відбулося в приватних житлових будинках, що на 514 випадки більше, ніж в державному і відомчому (294). Показник від загальної кількості пожеж склав 18,8%.

Рисунок - 2 - Динаміка пожеж від електрообладнання по Донецькій області
(анімація: об`єм - 30,2 КБ; размер - 614х344; затримка між кадрами - 100 мс; затримка між першим та
останнім кадрами - 200 мс; кількість циклів півторів - 7)

Аналіз інтервалів часу між пожежами від екзогенних джерел по Донецькій області (10 років спостереження) показав, що ці інтервали часу не заперечують експоненціальної функції розподілу вірогідності по критерію згоди Бартлетта. Для визначення залежності числа пожеж від року спостереження було отримано рівняння регресії [4]:

(1)

Коефіцієнт кореляції r = 95,52%, що відповідає рівню значущості 0,999. У формулі (1) при x = 1 значення y=510 відповідає числу пожеж в 1986г. У 2008р. при x = 23 число пожеж y=1 527, а в 2009р. передбачається 1 605 пожеж.

Під пожежонебезпечним вузлом розумітимемо систему електропостачання приміщення разом з його споживачами, починаючи з щита, де кріпиться захисний комутаційний апарат і лічильник електроенергії, тобто розглядається вся мережа, яка захищається від екзогенних джерел першою ступінню захисного комутаційного апарату (автоматичний вимикач, запобіжник).

Інтенсивність пожеж для пожежонебезпечного вузла не повинна перевищувати величини
Н = 1*10^-6 рік^-1 [5].

Другий розділ

Присвячений аналізу існуючих методів оцінки пожежної безпеки електричних проводок. Використання логико-імовірнісних методів для оцінки пожежної безпеки систем електропостачання квартир, запропонованих в існуючих методиках ВНІЇПО МВС Росії, дає суто якісний аналіз пожежної безпеки мережі. Ці методи не дозволяють враховувати вплив інтервалу часу між профілактичними оглядами засобів захисту на пожежну безпеку, а також не дозволяють визначати наступні характеристики безпеки мережі: середній час до першої пожежі; дисперсію цього часу; вірогідність знаходження системи в кожному з можливих станів. Розглянута можливість використання методу ERIC, розробленого у Франції, який використовується при оцінці пожежної небезпеки судів і заснований на експертних оцінках. Методи, засновані на індексації небезпек, дозволяють розраховувати умовний рівень взривопожежонебезпечності ситуації і ними доцільно користуватися у випадках, коли потрібна класифікація об'єктів по ступінню небезпеки [6]. Досліджені всі можливі випадки, при яких доцільно використовувати для оцінки пожежної безпеки електричних проводок напругою 380/220 В формулу дублювання з включенням резервного елементу заміщенням при абсолютно надійному перемикачі.

Показано, що розробка математичних моделей з використанням ланцюгів Маркова з кінцевим числом станів і безперервним часом дозволяє точніше, ніж існуючі методи прогнозувати вірогідність виникнення спалаху при експлуатації електричних проводок.

Третій розділ

Присвячений розробці математичної моделі, яка дозволяє з'ясувати вплив пристрою захисного відключення (ПЗВ) на пожежну безпеку мережі електропостачання будівель [7]. Згідно цієї моделі вірогідність знаходження системи в кожному з можливих станів на протязі часу t визначається з наступної системи рівнянь [8]:

	(2)

де

, ;

, ;

, ;

, - середній інтервал часу між появами КЗ в даній мережі і тривалість існування КЗ (час спрацьовування захисту) відповідно; , - середній інтервал часу між відмовами захисного комутаційного апарату і середня тривалість знаходження його в невиявленому відмовленому стані відповідно; , - середній інтервал часу між відмовами ПЗВ і тривалість знаходження його в невиявленому відмовленому стані.

Система рівнянь (2) повинна бути вирішена за початкових умов: , , які витікають із зроблених припущень про те, що в початковий момент часу засоби захисту (максимальний струмовий захист і ПЗВ) знаходяться в справному стані, в мережі, що живить споживачів квартири, короткого замикання не спостерігається.

Рішення системи лінійних диференціальних рівнянь знаходиться чисельними методами.

Пожежа в системі відбувається у момент попадання її в поглинаючий стан.

(3)

Вірогідність знаходиться з системи (2).

Для мережі, забезпеченою ПЗВ, отримані системи лінійних алгебраїчних рівнянь, з яких визначається середній час до першої пожежі і дисперсія цього часу. Для випадку, коли

, , ,
( - інтервал часу між перевірками ПЗВ) середній час до першої пожежі визначається по формулі:

(4)

У тому випадку, коли ,вірогідність пожеж знаходиться по формулі:

(5)

Середнє значення показника економічної ефективності системи в одиницю часу для сталого режиму визначається таким чином [9]:

(6)

де Р_i - вірогідність знаходження системи в кожному з можливих станів при , знаходиться з системи рівнянь (2), враховуючи, що .

Четвертий розділ

Наведені приклади розрахунків пожежної безпеки мережі 380/220 В і дослідженню чинників, що впливають на вірогідність спалаху в мережах квартир.

У розділі показано, що якщо в мережі електропостачання квартири напругою 220 В інтенсивність появи струмів короткого замикання буде ч^-1, середній час спрацьовування захисного комутаційного апарату ч, інтенсивність відмов захисного комутаційного апарату ч^-1, то у разі, коли система відключення захисного комутаційного апарату не контролюється в процесі експлуатації (), вірогідність спалаху в електричній мережі буде дорівнювати .

У тому випадку, якщо система відключення захисного комутаційного апарату перевіряється один раз на рік ч, то вірогідність спалаху в мережі на протязі року знизиться в 14 разів.

Якщо система крім необслуговуваного захисного комутаційного апарату ( ) забезпечена і ПЗВ, інтенсивність відмов якого ч^-1; в процесі експлуатації працездатність ПЗВ не контролюється ( ), то вірогідність спалаху в мережі протягом року зменшиться в 31 раз. Якщо система захисного комутаційного апарату перевіряється один раз на рік ч, а ПЗВ в процесі експлуатації не обслуговується, то вірогідність спалаху в мережі протягом року знизиться в 89 разів.

Для випадку, коли система електропостачання квартири обладнана двома захисними пристроями: захисним комутаційним апаратом і ПЗВ, терміни профілактики цих пристроїв ч, то вірогідність спалаху в мережі протягом року знизиться в порівнянні з базовим варіантом в 297 разів.

Заключення

1. Аналіз екзогенних пожеж за період 1986 - 1995 рр. від струмів короткого замикання дозволив визначити вид залежності числа екзогенних пожеж від року спостереження, визначені коефіцієнти рівняння регресії а = 485,5, b = 0,0498. При цьому коефіцієнт кореляції r = 95,52%, що відповідає рівню значущості 0,999. При цьому коефіцієнт кореляції r = 95,52%, що відповідає рівню значущості 0,999. Прогноз числа пожеж від струмів короткого замикання по Донецькій області на 2008 р. показав, що число пожеж складає 1 527, а в 2009г. складатиме 1 605.

2. Використовуючи статистичні дані про пожежі від різного виду електроустановок квартир по Донецькій області за 2000 р., був визначений статистичний рівень їх пожежної безпеки Н = 6,35*10^-4 1/год і отриманий довірчий інтервал j_0,95 = [2,41*10^-4; 10,27*10^-4].

3. Встановлено, що якщо в системі електропостачання квартири для підвищення пожежної безпеці мережі використовувати захисне відключення, то інтенсивність спалахів в мережі зменшиться у 297 разів.

4. Встановлений ступінь впливу профілактичних оглядів системи відключення захисного комутаційного апарату (автоматичний вимикач) і ПЗВ на пожежну безпеку мережі.

Література

1. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализы и обработки наблюдений - М.: Наука, 1968. - 288 с.

2. Котов А. Оцінка рівня вибухопожежної небезпеки технологічних установок і об'єктів різного призначення з використанням розрахунку ризику. Пожежна безпека - №12 - 1998. - С. 39 - 40.

3. Иванов Е. Электрооборудование как источник пожара. Новости электротехники - №6 - 2001./ - Режим доступа к статье: http://www.news.elteh.ru/arh/2001/12/18.php

4. Волошаненко О. Електротехнічні вироби - причина пожежі. Пожежна безпека / О. Волошаненко, Р. Кравченко - №1 - 1999. - С. 26-27.

5. Васин А.А. О прогнозировании экзогенных пожаров по Донецкой области. Сборник научных трудов ДонГТУ / Васин А.А., Ковалев А.П., Шевченко О.А., Чурсинова А.А., Нагорный М.А. Серия: «электротехника и энергетика» - № 4: Донецк: ДонГТУ, 1999. - С. 214-216. Режим доступа к статье: http://masters.donntu.ru/2005/eltf/timofeev/library/library/article1.htm

6. ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность»./ - Режим доступа к статье: http://www.gostbaza.ru/Index/3/3254.htm

7. Васин А.А. Патент № 2172050 Россия. Устройство для защитного отключения электрических сетей / А.А. Васин, М.А. Нагорный, И.В. Белоусенко, М.С. Ершов, Д.И. Дубровский, С.И. Кавицкий, А.П. Ковалев, В.П. Муха, О.А. Шевченко - Приоритет от 21.01.2000 г. Опубл. 10.08.2001, Бюл. № 22. - 8 с.

8. Шевченко О.А. О влиянии устройства защитного отключения на пожарную безопасность сети 380 - 220 В в жилых квартирах. - Сборник научных трудов ДонНТУ. Серия: «электротехника и энергетика», выпуск 50. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - С. 141-143./ - Режим доступа к статье: http://masters.donntu.ru/2005/eltf/timofeev/library/library/article4.htm

9. Ковалев А.П. Оценка экономической эффективности работы средств защиты, обеспечивающих пожарную безопасность электрических проводок./ А.П. Ковалев, О.А. Шевченко - Сборник научных трудов ДонНТУ. Серия: «электротехника и энергетика», выпуск 50. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - С. 144-146./ - Режим доступа к статье: ../library/article1.htm

10. Кашолкин Б.И. Тушение пожаров в электроустановках./ Б.И.Кашолкин, Е.А. Мешалкин - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с.

Примітка: На момент написання даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2009 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або керівника роботи після вказаної дати.

На початок