автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Безопасность применения огнетушащих веществ и средств их подачи для тушения оборудования под напряжением

0050523оо

Баранов Евгений Вячеславович

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОГНЕТУШАЩИХ ВЕЩЕСТВ И СРЕДСТВ ИХ ПОДАЧИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОД

НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность: 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность Отрасль - Электроэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0 4 ОПТ 2012

005052385

Баранов Евгений Вячеславович

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОГНЕТУШАЩИХ ВЕЩЕСТВ И СРЕДСТВ ИХ ПОДАЧИ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОД

НАПРЯЖЕНИЕМ

Специальность: 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность Отрасль - Электроэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России» (ФГБУ ВНИИПО МЧС России)

Научный руководитель:

доктор технических наук, с.н.с. Копылов Сергей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Шувалов Михаил Юрьевич

кандидат технических наук, с.н.с. Пехотиков Виктор Александрович

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Защита диссертации состоится «04» октября 2012 года в «10» час «00» мин на заседании диссертационного совета ДС 205.003.01 в ФГБУ ВНИИПО МЧС России по адресу: 143903, Московская обл., Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ ВНИИПО МЧС России.

Автореферат разослан « 9у> 2012 г. исх. №

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направлять в ФГБУ ВНИИПО МЧС России по указанному адресу. Телефон для справок: (495) 521-29-00

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, с.н.с.

.Ю. Сушкина

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Проблема борьбы с пожарами была и остается актуальной для любого государства. Так за 2010 год в Российской Федерации произошло 179 тыс. 98 пожаров при которых погибло 12 тыс. 983 человек. На пожарах получили травмы 13 тыс. 67 человек.

За 2011 год по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов произошло 44022 пожара (26,2 % от общего числа пожаров), ущерб от которых составил 4546,278 млн. руб. (26,9 % от общего ущерба). Статистика показывает, что ежегодно не менее 24 % всех пожаров происходят по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования. Причем ущерб от этих пожаров составляет до 33% от общего ущерба от пожаров. В значительной степени ущерб можно было бы сократить за счет уменьшения времени с момента начала пожара до начала тушения пожарными подразделениями. Однако на многих объектах началу тушения препятствуют трудности при снятии напряжения с электрооборудования.

В разное время исследованием проблем пожаротушения оборудования под напряжением занимались: Артюнов С.Н., Агафонов В.В., Навценя Н.В. и другие сотрудники ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Были получены экспериментальные данные для некоторых огнетушащих веществ. Однако в комплексе проблема тушения оборудования под напряжением не рассматривалась.

Полученные данные не позволяют в полной мере обеспечить безопасность оператора тушения оборудования под напряжением, отсутствуют данные по напряжениям пробоя между контактами электрооборудования под напряжением при наличии огнетушащих веществ, отсутствуют обобщенные данные по сопротивлениям огнетушащих веществ, отсутствует стенд позволяющий определить эти параметры.

Целью диссертационной работы является комплексное экспериментально-аналитическое обоснование условий тушения электрооборудования под напряжением.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные научные и практические задачи:

- исследовать механизмы пробоя по различным средам и протекание токов утечки по струе и по поверхности;

- разработать универсальный стенд для определения токов утечки по струям современных огнетушащих веществ, напряжениям пробоя и сопротивлениям по следующим требованиям:

1) Токи утечки должны определяться в диапазонах напряжений О - 40000 В, при расстояниях между мишенью и формирователем струи 0,1 -3,5 м.

2) Напряжения пробоя должны определяться в диапазоне от 0 до 40000 В в специально разработанных электрических ячейках для разных видов огнетушащих веществ (газовые, порошковые, аэрозольные).

- разработать методики и установки для определения тока утечки, напряжения пробоя и удельного сопротивления, применимые к водо-пенным, газовым, аэрозольным средствам пожаротушения;

- провести испытания по определению напряжения пробоя и токов утечки по различным огнетушащим веществам (далее - ОТВ);

- определить экспериментально и получить аналитические зависимости для безопасного расстояния, с которого можно осуществлять тушение сплошными струями;

- определить экспериментально и получить аналитические зависимости для напряжения пробоя по различным огнетушащим составам;

- разработать рекомендации для применения огнетушащих веществ на объектах электроэнергетики;

- разработать способ предупреждения опасности поражения электрическим током объекта управления системой пожаротушения.

Успешное решение поставленной задачи позволяет решить вопрос о применимости различных огнетушащих веществ и средств их подачи для тушения электрооборудования под напряжением, а также дать ответ о влиянии тех или иных условий применения средств пожаротушения на безопасность оператора и оборудования.

Объект исследования - физические свойства огнетушащих веществ.

Предметом исследования является безопасность применения огнетушащих веществ и средств их подачи для тушения оборудования под напряжением.

Научная новизна работы:

Разработана экспериментально-аналитическая методика для определения удельного сопротивления жидких ОТВ.

Разработана экспериментально-аналитическая методика для определения тока утечки при тушении электрооборудования под напряжением струями ОТВ.

Разработаны экспериментально-аналитические методики для определения напряжения пробоя по газовым и аэрозольным ОТВ.

Получены аналитические зависимости для определения безопасного расстояния, с которого оператор может осуществлять тушение.

Получена зависимость для определения безопасных расстояний между токоведущими частями электрооборудования под напряжением при наличии ОТВ.

На защиту выносятся:

- результаты обоснования (конструкция) универсального стенда для определения токов утечки по струям современных огнетушащих веществ, напряжений пробоя и удельных сопротивлений;

- методики для определения напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средствам пожаротушения, результаты испытаний. Аналитические зависимости для определения напряжения пробоя по различным огнетушащим составам;

- методика для определения безопасных расстояний, с которых можно осуществлять тушение электроустановок под напряжением, экспериментальные данные и аналитические зависимости для определения безопасного расстояния, с которого можно осуществлять тушение сплошными струями.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработан универсальный стенд для определения токов утечки по струям современных огнетушащих веществ, напряжениям пробоя и их сопротивлениям;

- проведены испытания по определению токов утечки по различным ОТВ, на основании экспериментальных данных получены зависимости для определения безопасных расстояний, с которых можно осуществлять тушение электроустановок под напряжением водяными и пенными средствами пожаротушения;

- проведены испытания по определению напряжения пробоя, на основании экспериментальных данных получены зависимости для определения напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средам. Предложена зависимость для определения безопасных расстояний между токоведущими частями оборудования под напряжением при наличии огнетушащего вещества;

- разработаны рекомендации для применения огнетушащих веществ на объектах электроэнергетики;

- разработан способ предупреждения опасности поражения электрическим током объекта управления системой пожаротушения.

Апробация работы.

Результаты работы были доложены и обсуждены на XXI Международной научно-практической конференции ФГУ ВНИИПО МЧС России (2010 г.), XXIII Международной научно-практической конференции ФГБУ ВНИИПО МЧС России (2012 г.).

Результаты работы реализованы в ФГУ ВНИИПО, на предприятиях: ЗАО «НПГ Гранит-Саламандра», ООО «НТО Пламя», ООО

«СервисЭПОТОС», на объектах электроэнергетики (Ростовская и Калининская АЭС).

Публикации.

Основные положения диссертации изложены в 11 печатных

работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка использованной литературы наименований и приложения. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 30 таблиц, 94 библиографических наименований.

Основное содержание работы.

Во введении проанализирована статистика пожаров за последние годы. Ежегодно не менее 20% всех пожаров происходят по причине нарушения правил устройства и эксплуатации электрооборудования. Проанализированы варианты, когда отключение подачи электроэнергии на объекте тушения является недопустимым. Исходя из отсутствия системных исследований и комплексного анализа безопасности применения тех или иных огнетушащих веществ и средств их подачи для тушения электрооборудования под напряжением, рассматривается актуальность и практическая значимость диссертационной работы. Сформулирована цель и задачи исследования. Раскрывается научная новизна, описаны основные положения, выносимые на защиту, определена практическая ценность.

В первой главе («Аналитический обзор») проанализированы литературные источники по тематикам: пробоя газовых и аэрозольных сред, токов утечки по струям проводящих жидкостей, исследования удельных сопротивлений различных веществ.

Проанализированы существующие методики и результаты определения параметров электробезопасности огнетушащих веществ. Рассмотрены методики определения удельного сопротивления огнетушащих веществ, методики определения токов утечки по струе огнетушащих веществ, методики определения напряжения пробоя среды, образующейся в процессе пожаротушения. Проанализированы литературные данные о механизме пробоя диэлектрических сред и протекании токов утечки по струям электропроводных веществ. Проанализированы Российские и зарубежные нормативные документы.

Анализ показал отсутствие единого подхода к решению вопроса о применении того или иного огнетушащего вещества и средства его подачи для безопасного тушения электрооборудования под напряжением.

Комплексные исследования безопасности применения огнетушащих веществ для тушения электрооборудования под напряжением ранее не проводились.

Известные данные исследований не позволяют однозначно определить границы применения тех или иных огнетушащих веществ.

Анализ нормативных документов показал отсутствие единой обоснованной позиции по определению безопасности применения огнетушащих веществ и средств их подачи для тушения электрооборудования под напряжением.

Во второй главе («Разработка методик для определения параметров электробезопасности огнетушащих веществ») представлены результаты разработки универсального стенда для определения параметров электробезопасности огнетушащих веществ. Представлены методики для определения удельного сопротивления, токов утечки по струе огнетушащего вещества, напряжений пробоя по различным огнетушащим веществам.

Экспериментально обосновано применение предложенных методик.

Для определения напряжения тока утечки по струе огнетушащего вещества, напряжения пробоя и удельного сопротивления разработан универсальный стенд (рис. 1).

Расстояние между мишенью и

Рис. 1. Принципиальная схема испытательного стенда по определению тока утечки по струе ОТВ.

Стенд «Токи утечки» - комплекс генерирующего ток, коммутирующего и измерительного оборудования, предназначенный для создания, поддержания, передачи электрического тока с заданными характеристиками, измерения и фиксации его параметров. Стенд способен создавать и поддерживать в течение длительного времени напряжение до 50 кВ. Коммутирующая часть стенда позволяет организовать подачу необходимого напряжения в любую точку испытательного помещения. Применение изоляторов и надежно изолированных проводов, рассчитанных на высокие напряжения, обеспечивает достаточный уровень электробезопасности во время испытаний и точность измерений.

Лабораторная установка по определению удельного сопротивления.

При определении удельного сопротивления р огнетушащих веществ применяется следующее оборудование:

1) Универсальный стенд для определения напряжения пробоя, тока утечки и удельного сопротивления;

2) Ячейка для определения удельного сопротивления;

3) Прибор "Водолей" (независимое определение удельного сопротивления).

Измерительная ячейка представлена на рисунке 2.

Ячейка представляет собой сосуд с цилиндрической внутренней поверхностью, изготовленный из непроводящего ток материала, со сменными электродами.

Рис. 2. Ячейка для определения удельного сопротивления.

Стенки ячейки выполнены из непроводящего материала, химически нейтрального ко всем используемым в настоящее время огнетушащим веществам. Зазор между электродами ячейки регулируется вручную посредством передачи типа «винт-гайка». Изменение зазора позволяет использовать одну ячейку для широкого спектра измерений удельных сопротивлений при различных напряжениях. Дополнительное оборудование (например, ячейки разного объема) при этом не требуется.

Лабораторная установка по определению токов утечки по струе огнетушащего вещества.

При определении токов утечки применялось следующее оборудование:

1) Универсальный стенд для определения напряжения пробоя, тока утечки и удельного сопротивления (рис. 1);

2) Испытательное оборудование (рис. 3):

- мишень;

- устройство для формирования струи огнетушащего вещества.

Метод испытания основан на измерении величины электрического

тока, протекающего между насадком-распылителем (устройством для формирования струи) и землей, возникающего в результате взаимодействия струи с имитатором электроустановки. В качестве имитатора использована металлическую мишень размером (1000 ± 25) х (1000 ± 25) мм, которая установлена на опорах-изоляторах и соединена с вторичной обмоткой трансформатора, обеспечивающего создание между мишенью и землей переменного напряжения (до 50 кВ).__

Рис. 3. Оборудование для измерения тока утечки по струе огнетушащего вещества.

Насадок-распылитель располагают на необходимом расстоянии от мишени под прямым углом и заземляют через измеритель тока утечки, направляя струю на центр мишени. Корпус устройства формирования струи также заземляют. Стенд позволяет располагать устройство формирование струи от мишени на расстоянии от 100 мм до 3500 мм.

Для проведения испытаний стенд предварительно переключается в режим фиксации тока.

Подается напряжение на мишень. С помощью дистанционного устройства приводится в действие устройство подачи ОТВ. При этом измеряется сила тока в цепи между насадком-распылителем и землей. За

величину тока утечки по струе ОТВ принимается его максимальное значение за время полного выпуска заряда. Критерием безопасности служит не превышение значения 0,5 мА тока утечки.

Лабораторная установка и методика по определению напряжения пробоя по газо-аэрозольным средствам пожаротушения.

При определении напряжения пробоя применялось следующее оборудование:

1) Универсальный стенд для определения напряжения пробоя, тока утечки и удельного сопротивления (рис. 1);

2) Ячейка для измерения напряжения пробоя по среде «аэрозоль +

воздух» (рис. 4-6).

При определении напряжения пробоя напряжение между электродами изменяют до момента пробоя, непрерывно, либо дискретно (с заданным интервалом), параметры проведения эксперимента (напряжение, время) автоматически фиксируются.

Предварительно стенд переключается в режим фиксации напряжения.

Измерительное оборудование стенда имеет инерционность не

Рис. 4. Схема экспериментальной установки.

1 - изолирующая подставка;

2 - устройство пуска генератора аэрозоля;

3 - измерительная ячейка (рабочий объём У= Юл);

4 - сборник отработанного ОТВ;

5 - измерительный блок;

6 - вычислительный блок;

7 - блок питания и источник высокого напряжения;

8 - генератор аэрозоля.

Дня проведения испытаний была разработана, экспериментально обоснована и изготовлена герметичная ячейка (рис. 4 - 6) в форме параллелограмма объемом 10 литров. Корпус ячейки имеет 4 отверстия, расположенные попарно друг напротив друга в центрах боковых граней. Отверстия в больших по площади гранях имеют резьбу дня вкручивания в них элементов контактной группы и последующей регулировки зазора между контактами. Одно из отверстий в гранях меньшего размера имеет резьбу для подсоединения генератора огнетушащего аэрозоля. Другое приспособлено для стравливания избыточного давления. Стенки ячейки выполнены из оргстекла. Стыки стенок герметизированы. Днище выполнено из диэлектрика - текстолита

Рис. 5. Вид сверху на измерительную ячейку.

Рис. 6. Измерительная ячейка для проведения экспериментов с огнетушащими газами и аэрозолями.

Контактная группа представляет собой два латунных контакта (острие, угол заточки 60°) с регулируемый в диапазоне 1-50 мм зазором. Расстояния между контактами при определении напряжения пробоя по воздуху и воздушно-аэрозольной среде устанавливаются одинаковыми в указанном диапазоне зазоров.

Лабораторная установка и методика по определению напряжения пробоя по газовым средствам пожаротушения.

При определении напряжения пробоя огнетушащих веществ применялось следующее оборудование:

1) Универсальный стенд для определения напряжения пробоя, тока утечки и удельного сопротивления (рис. 1).

2) Ячейка для измерения напряжения пробоя по газовой среде.

Измерительная ячейка для определения напряжения пробоя

представлена на рисунках 6, 7 (контактная группа аналогична рис. 5).

При определении напряжения пробоя по среде «Газ» стенд позволяет плавно изменять напряжение до момента пробоя, непрерывно, либо дискретно (с заданным интервалом), автоматически фиксируя параметры проведения эксперимента (напряжение, время).

±56

\ Контактная гриппа Рис. 7. Схема экспериментальной установки.

1 - изолирующая подставка;

2 - устройство подачи газа в ячейку;

3 - измерительная ячейка (рабочий объём У=10л);

4 - измерительный блок;

5 - вычислительный блок;

6 - блок питания и источник высокого напряжения.

Измерение напряжения пробоя по среде «Газ» осуществляется аналогично измерению напряжения по среде «аэрозоль + газ».

Отличие в методиках заключается только в способе создания огнетушащей (или иной требуемой) концентрации ОТВ. Для формирования концентрации газа используется метод вытеснения и

замещения воздуха газом. Газ подается через устройство подачи. Воздух (до опыта) и испытываемая среда (после опыта) выводятся через клапан для вывода газа.

В третьей главе («Экспериментальная часть») представлены результаты определения удельного сопротивления, токов утечки и напряжений пробоя, проведен анализ, полученные результаты сопоставлены с известными данными.

Результаты определения удельного сопротивления.

Полученные в результате определения удельного сопротивления струи воды данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

¿=2,5-10"'м, 1=2,5 • 1 0"2м=2,5см ¿=5-10"'м, А=2,5-10"2м=2,5см

и, В /, А р, Ом-м и, В ДА р, Ом-м

1,8103 1,1-10"' 2,719-10' 2-10' 2-10"' 830,951

4-10' 5,11-10' 1,301-10' 4-10' 4,16-10"' 798,992

6-103 6,58-10"3 1,515-10' 6-10' 6,5-10"' 767,032

8-10' 9,12-10"' 1,458-10' 8-10' 14-10"' 474,829

10-10' 11,48-Ю-3 1,448-10' 10-10' 18-10"' 461,64

12-103 22, МО"' 902,391 12-10' 22 -10"' 453,246

Из полученных экспериментально данных можно сделать вывод, что при увеличении напряжения от 1,8 до 12 кВ ток, протекающий между электродами, увеличивается, но растет не пропорционально напряжению, а быстрее. Это говорит о зависимости удельного сопротивления жидкости (р) от приложенных напряжений и расстояний между электродами.

Удельное сопротивление ОТВ определяется по зависимости:

и ¿1

л" ^ 2 1

где 5 =- - площадь электродов ячеики, м ; Л - диаметр

4

электродов ячейки, м\ <1 - зазор между электродами, м; /У - напряжение между электродами, В; I - измеряемый ток, проходящий между электродами, А.

Ниже приведены некоторые литературные данные по удельному сопротивлению веществ, применяемых при тушении пожаров (таблица 2).

Таблица 2

№ п/п Наименование вещества Удельная проводимость, См/м Удельное сопротивление, Ом-м

1 2 3 4

1. Воздух 3,8'10"и 2,6-10'°

2. Особо чистая вода 2- 10"ь 50-103

3. Пена из 6%-ого водного раствора пенообразователя ПО-1 при кратности от 40 до 100 5-10^-2,210"4 200-4500

4. Дистиллированная вода 7,610"4 1,32-103

5. Вода речная (10-1) -ю^ 10-100

6. Вода прудовая (2,5-2,0)' 10'2 40-50

7. Вода грунтовая (5-1,4)" 10' 20-70

8. Вода в ручьях (10-1,7)-102 10-60

9. Раствор пенообразователя ПО-1 5,4-10"2 18,52

10. Раствор нашатыря в воде концентрация, %

5 10 20 9,2-10-2 17,9-10-2 26,3-10-2 10,9 5,6 3,8

11. Порошок ПСБ-3 увлажненный водой с удельным сопротивлением 5-20 Омм 0,2 5

12. Вода морская 5-1 0,2-1

Результаты определения токов утечки. Сплошные струи. Обобщенные результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значения безопасных расстояний Ь между насадком-распылителем

(Р = 10"2 м - диаметр насадка-распылителя) и мишенью, м_

Значения расчетных коэффициентов К и п Безопасные расстояния Ь, м; при напряжении на мишени относительно земли и, кВ

4 10 20 36

К=Ъ9,п = 0,25, р = 6,993 Ом • м (речная вода) 4 5 6 7

К=Ъ0,п = 0,27, р = 18,52 Ом • м (раствор пенообразователя ПО-1) 2,9 3,7 4,5 4,8

К= 14, п = 0,42,р= 181,82 Омм (чистая вода) 1,8 2,75 3,6 4,5

Примечание: К, п — коэффициенты, зависящие от свойств используемого ОТВ.

Обобщения полученных данных приведены в п.п. 1-3 (стр. 18).

Экспериментальное определение напряжений пробоя аэрозольных средств пожаротушения.

Проведена серия опытов по определению напряжения пробоя по среде «аэрозоль + воздух» и для сравнения по воздуху.

Определение момента пробоя осуществлялось автоматически с помощью измерительного блока и визуально подтверждалось появлением дуги пробоя.

По результатам опытов построена зависимость 1, 2 рис. 8.

Рис. 8. Зависимость напряжения пробоя по смеси «аэрозоль + воздух» от зазора с? между электродами: 1 - экспериментальная зависимость; 2 -экстраполированная экспериментальная зависимость; 3 - зависимость напряжения пробоя в воздухе; 4 - предлагаемая зависимость для реальных

условий работы; 5 - усредненная нормативная зависимость для воздушных

зазоров по ПУЭ.

С учетом применения аэрозоля в помещениях с незначительным загрязнением напряжение пробоя рекомендуется брать с коэффициентом запаса ш в зависимости от условий работы оборудования (штрихпунктирная линия).

Экспериментальное определение электрических характеристик газовых средств пожаротушения.

В качестве газовых огнетушащих веществ испытывались: образец 1 - хладон 227еа (С3Р7Н); образец 2 - хладон 125 (С2Р5Н); образец 3 -хладон 13В1(СР3Вг); образец 4 - углекислота (С02).

Данные получены при 100 % концентрации образцов.

В таблицах 4-7 обобщены результаты измерений.

Таблица 4. Образец 1

Расстояние между электродами мм Среднее напряжение пробоя (/пр.ср., кВ Среднее удельное напряжение пробоя Иуд, кВ/мм

10 17,5 1,75

11 18,5 1,68

12 23 1,92

16,5 38 2,3

Таблица 5. Образец 2

Расстояние между электродами ¿, мм Среднее напряжение пробоя {/пр.ср., кВ Среднее удельное напряжение пробоя иуд, кВ/мм

12 18 1,5

17 24,25 1,43

20 26 1,3

Таблица 6. Образец 3

Расстояние между электродами (¡, мм Среднее напряжение пробоя {/пр.ср., кВ Среднее удельное напряжение пробоя иуд, кВ/мм

7 9 1,29

12 12,0 1,0

16,5 15,8 0,96

Таблица 7. Образец 4

Расстояние между электродами й, мм Среднее напряжение пробоя {/пр.ср., кВ Среднее удельное напряжение пробоя Цуд, кВ/мм

12 9,5 0,79

22 15,0 0,68

34 22,0 0,65

43 27,0 0,63

Анализ и сопоставление полученных результатов с известными данными позволяют считать полученные данные достаточно точными, а метод определения напряжения пробоя применимым.

В четвертой главе («Разработка и обоснование аналитических зависимостей. Моделирование условий и параметров, обеспечивающих безопасное применение средств пожаротушения») определены условия и параметры для безопасного применения различных средств пожаротушения.

Предложены зависимости:

- для определения безопасного для оператора тушения расстояния при применении водяных и пенных средств пожаротушения;

- для определения напряжения пробоя по газовым и аэрозольным

средам;

- для определения возможности безопасного применения аэрозольных средств пожаротушения при тушении электрооборудования под напряжением.

Получены следующие основные зависимости: Безопасное расстояние для работы оператора тушения.

1. Зависимость безопасного расстояния Ь от диаметра насадка-распылителя Д м; напряжения и, В; удельного сопротивления р, Ом*м; безопасного тока Удоп, А; а - потери тока по струе огнетушащего вещества, А.

Ь =

(2).

4 р-{1доп+°)

2. Зависимость потерь тока по струе огнетушащего вещества от напряжения.

а=а+Ь-ис = — ■ К

4 р

ЛЛ-1

где а ■

-•¡лпп; ь ■■

к

Ар

уЛ-йи у

Лл-1

■Л" -•/:.„; с = \-п-,

К, п - коэффициенты, зависящие от свойств используемого ОТВ (см. табл.3).

Например, для воды с сопротивлением />=7,0 Ом*м: а = -0,5 • 10"3 + 80 • 10"6 • V0 75 (4).

3. Зависимость для расчета безопасного расстояния при применении водяных и пенных средств пожаротушения:

¿ = 150-0-

Ґ1 .Б.илп

(5).

Напряжения пробоя.

1. Зависимость для расчета напряжения пробоя газовых и аэрозольных ОТВ:

и

293 -р

иуд/<1 (6),

где р - давление, Атм; Т - температура, К.

2. Зависимость для определения безопасного расстояния между токоведущими элементами при проектировании систем защиты электрооборудования под напряжением:

и уд.

где С/уд. - удельное напряжение пробоя кВ/м, т - коэффициент безопасности, и - напряжение на оборудовании, кВ.

По полученным зависимостям построены графики. Зависимость потери тока по струе огнетушащего вещества а от напряжения на мишени и для воды с сопротивлением р=7,0 Ом*м. представлсия ия ПИГ- 9. а, мА

X

/

и, В

Рис. 9. Зависимость потерь тока по струе огнетушащего вещества а от напряжения на мишени и для воды с сопротивлением р=7,0 Ом*м.

Зависимости безопасного расстояния Ь от напряжения на мишени и для различных диаметров насадка при подаче компактных струй воды представлены на рис. 10.

5-12 мм; 6-13 мм.

Зависимости безопасного расстояния Ь от диаметра насадка Б при различных напряжениях на мишени и для компактных струй воды представлены на рис. 11.

Зависимость напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средам от произведения расстояния между электродами на давление представлена на рис. 12.

Рис. 11. Зависимость безопасного расстояния L от диаметра насадка D при

напряжении на мишени U: 1- 380 кВ; 2 - 220 кВ; 3 - 110 кВ; 4 - 380 кВ*; 5 - 220 мм*; 6-110 мм*; 7 -

1 кВ*; 8 - 1 кВ.

Примечание: * - данные «Technika gaszenia wizadzen elektrycznych pod napieciem, / Ziegman L. //Польша. 1974. -с. 6- 8».

Рис. 12. Зависимость напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средам от расстояния между электродами: 1 - хладон 227еа (С3Р7Н); 2 -хладон 125 (С2Р5Н); 3 - хладон 13В1(СР3Вг); 4 - углекислота (С02); 5 - воздух; 6 - «аэрозоль+воздух»; 7 - ориентировочная нормативная зависимость по ПУЭ.

На рисунке 13 представлена зависимость удельного напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средам от произведения расстояния между электродами на давление.

Рис. 13. Зависимость удельного напряжения пробоя по газовым и аэрозольным средам от расстояния между электродами: 1 - хладон 125 (С2Р5Н); 2 - хладон 13В1 (СР3Вг).

3 - углекислота (С02); 4 - воздух и «аэрозоль+воздух».

Основные выводы и результаты

1. Научно обоснован, изготовлен и апробирован универсальный стенд для исследования токов утечки, напряжений пробоя и удельных сопротивлений.

2. Разработана и экспериментально обоснована методика для определения безопасных расстояний при тушении электрооборудования под напряжением.

3. Разработаны и экспериментально обоснованы методики определения удельного сопротивления, напряжений пробоя, токов утечки для различных огнетушащих веществ (ОТВ).

4. Определены токи утечки по водяным и пенным огнетушащим веществам. На основании обобщения экспериментальных данных получены значения безопасных для человека расстояний при тушении электроустановок, находящихся под напряжением, с использованием воды, пены и раствора пенообразователя.

5. Установлена зависимость удельного сопротивления жидкости р от приложенных напряжений и расстояний между электродами для аналитического определения тока утечки по струе ОТВ.

6. По результатам обобщения исследований получена зависимость потерь тока по струе ОТВ от напряжения, позволяющая определить

безопасное расстояние, с которого можно осуществлять тушение оборудования под напряжением.

7. Экспериментально определены напряжения пробоя аэрозольных средств пожаротушения. Внесение частиц аэрозоля (до двойной огнетушащей концентрации) в первоначальную воздушную среду практически не изменяет напряжение пробоя (аэрозолеобразующий состав 51-35-1 МГИФ 5135ТУ, испытанный в ходе экспериментов).

8. Определены напряжения пробоя газовых огнетушащих веществ: хладонов 227еа (С3Р7Н), 125 (С2Р5Н), 13В1 (СР3Вг) и углекислоты (СОД. Добавление испытанных образцов в воздушную среду (до двойной огнетушащей концентрации) не вызывало уменьшение напряжения пробоя.

9. Выбраны и экспериментально обоснованы аналитические зависимости для вычисления безопасного расстояния при тушении электрооборудования под напряжением.

10. Экспериментально обоснована аналитическая зависимость для вычисления напряжения пробоя по аэрозольным и газовым огнетушащим веществам. Установлено, что при расстояниях между электродами свыше 40 мм зависимость между напряжением пробоя и произведением давления на расстояние между электродами стремится к линейному виду. В этом случае удельное напряжение пробоя постоянно для каждой конкретной среды. На основании анализа полученных данных обоснован коэффициент безопасности для расчета расстояний в свету между токоведущими частями электрооборудования.

11. Проанализированы сходимости результатов вычисления по предложенным формулам с экспериментальными данными.

12. Предложено:

- проводить определение удельного сопротивления р, напряжения пробоя и и безопасного расстояния Ь для всех новых ОТВ на стадии их разработки (ввода технических условий);

- модернизировать стенд до напряжений 300 кВ для определения р, и, Ь в более широком диапазоне исследований, а также для возможной тренировки операторов тушения и отработки систем их оповещения о достижении безопасного тока утечки и обеспечения безопасности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1.С.Н. Копылов, В. А. Кущук, Е.В.Баранов. Определение напряжения электрического пробоя среды «аэрозоль + воздух» // Пожарная безопасность, - 2009. - № 1. - С. 55-60.

2. Определение безопасных расстояний при тушении электроустановок, находящихся под напряжением / С.Н. Копылов, В.А. Кущук, Е.В. Баранов // Пожарная безопасность, - 2008. - № 3. - С. 52-62.

3.Баранов Е.В., Копылов С.H., Кущук В.А. Особенности применения средств пожаротушения при тушении элктрооборудования под напряжением // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции.

- Ч. 2. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. - С. 19-22.

4.Е.В. Баранов. Напряжение пробоя по газоаэрозольным средам в пожаротушении // Пожарная безопасность, - 2011. - № 2. - С. 47-52.

5.Е.А. Синельникова, Е.В. Баранов. Гидравлическое пожарное оборудование: тенденции развития // Пожарная безопасность 2010. Специализированный каталог, - 2010. - С. 31-33.

6.Е.А. Синельникова, Е.В. Баранов, Ю.И. Горбань. Многофункциональные робототехнические комплексы для пожаротушения // Строительные и дорожные машины. Ежемесячный научно- технический и производственный журнал, - 2010. - С. 24-25.

7.Синельникова Е.А., Баранов Е.В. и др. Универсальный ручной пожарный ствол с автоматическим регулированием расхода и изменяемой геометрией струи // Актуальные проблемы пожарной безопасности. Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции.

- Ч. 2. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2010. - С. 118-120.

8. Основные тенденции и направления развития пожарно-спасательных технологий и оборудования // Под ред. Чуприяна А. П. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2010.- 185 стр.

9.С.Н. Копылов, Е.А. Синельникова, В.А. Кущук, Е.В. Баранов, Обеспечение безопасности объекта управления пожаротушением при тушении пожаров на объектах атомной энергетики. Проблемы горения и тушения пожаров. Сборник научных трудов ДСП. - М.: ВНИИПО, 2012.-с. 142-154.

10. Заявка на изобретение №2011121079 от 25.05.11 г. Способ предупреждения опасности поражения электрическим током объекта управления системой пожаротушения.

11. Е.В. Баранов, С.Н. Копылов, В.Г. Кулаков, В.А. Кущук Особенности применения средств пожаротушения электрооборудования под напряжением. Юбилейный сборник трудов ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Под общей ред. Н.П. Копылова. - М.: ВНИИПО, 2012.-е. 415-424.

Подписано в печать 30.08.2012 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Т. - 80 экз. Заказ № 29.

Типография ФГБУ ВНИИПО МЧС России мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл., 143903