СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕДПОЖАРНЫХ СИТУАЦИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ИЗ-ЗА НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Российский патент 2016 года по МПК G08B17/00 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам обнаружения предпожарных ситуаций, возникающих в результате локальных перегревов электрооборудования.

Уровень техники

На сегодняшний день более 20% всех пожаров возникает по причине нарушений в работе электрооборудования и электрических устройств. Чаще всего возгорание возникает в области электрических контактов.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с пожарами является распознавание предпожарных ситуаций. Многие системы для обнаружения таких ситуаций основаны на контроле состава газовой среды, в частности на анализе содержания газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления).

Водород (Н₂) - основной компонент выделяемых газов на стадии тления в результате пиролиза материалов, используемых в строительстве, таких как древесина, текстиль, синтетические материалы. На начальной стадии пожара, в процессе тления, концентрация водорода составляет 0,001-0,002%. В дальнейшем происходит рост содержания ароматических углеводородов на фоне присутствия недоокисленного углерода - оксида углерода (СО) - 0,002-0,008% [1].

Эксперименты показали, что порог обнаружения системы раннего предупреждения пожара в атмосферном воздухе при нормальных условиях должен находиться для большинства газов, в том числе водорода и оксида углерода, на уровне 0,002%. Желательно, чтобы быстродействие системы было не хуже 10 с. Такой вывод можно рассматривать как основополагающий для разработок целого ряда предупреждающих пожарных газовых сигнализаторов [1].

Таким образом, концентрации газообразных продуктов термического разложения, образующихся на стадии тления, очень незначительны. Из-за этого все системы выявления предпожарных ситуаций, основанные на обнаружении таких продуктов в воздухе, обладают рядом общих недостатков:

1. Использование таких систем возможно только на объектах с малой степенью вентилируемости.

2. Для обнаружения низких концентраций СО и Н₂ необходимо использовать высокоточные селективные методы. При этом газовые сенсоры не могут обеспечить требуемой селективности, а устройства, основанные на спектрометрических измерениях, обладают высокой стоимостью и сложны в обслуживании.

3. Поскольку появление столь малых концентраций продуктов горения в воздухе может произойти не только в результате возгорания, увеличение чувствительности детектирующих систем приводит к увеличению количества ложных срабатываний. Так, например, сразу после появления пламени концентрация диоксида углерода (СО₂) возрастает до 0,1%, что, с одной стороны, соответствует сгоранию 40-50 г древесины или бумаги в закрытом помещении объемом 60 м³, с другой стороны, эквивалентно 10 выкуренным сигаретам. Такой уровень СО₂ достигается также в результате присутствия в помещении двух человек в течение 1 ч [1].

4. Поскольку интенсивное выделение продуктов термического разложения начинается только при высоких температурах (>250°С) незадолго до появления пламени, такие системы не позволяют выявлять опасные ситуации на ранних стадиях.

Известен способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение интенсивности монохроматического излучения, испускаемого импульсным источником на частоте его поглощения продуктами термодеструкции идентифицируемых материалов, и выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги при превышении значений концентраций их допустимых величин [2].

К недостаткам известного способа можно отнести его невысокую надежность, большую вероятность ложных срабатываний, а также недостаточно раннее обнаружение возгораний, что обусловлено выработкой управляющего сигнала без учета скорости нарастания концентрации и оценкой пожароопасной ситуации по концентрациям недостаточного количества контролируемых газовых компонентов.

Известны способ и устройство для обнаружения предпожарной ситуации, основанные на инфракрасной спектроскопии. Устройство содержит оптически сопряженные источник и приемник излучения, связанный с первым усилителем, и схему обработки, которая содержит два приемника излучения, второй и третий усилители, которые вместе с первым усилителем через соответствующие блоки допустимых концентраций пожароопасных компонентов соединены с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подсоединен через микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь к блоку сигнализации, при этом второй выход микропроцессора подключен к монитору. Оно предназначено для обнаружения продуктов термического разложения разнообразных органических материалов, образующихся под воздействием нештатного источника тепла, который может возникать, в частности, в результате искрения или короткого замыкания в электрокоммутационном оборудовании [3].

Недостатком известного технического решения является то, что оно реагирует на появление газов и дыма, сопутствующих уже начавшемуся возгоранию, т.е. подает сигнал непосредственно до или уже после начала возгорания.

Известно устройство контроля параметров газовой среды, содержащее газовые датчики, аналоговую измерительную часть, микропроцессорный модуль для управления режимами работы сенсоров, первичной обработки данных измерений и их хранения, а также схему питания сенсора и устройства в целом, отличающееся тем, что в состав электронной схемы устройства интегрирован программно-аппаратный интерфейс для передачи данных и команд по беспроводным сетям, а алгоритм проведении измерений и передачи данных оптимизирован с целью автономной работы устройства без замены элементов питания в течение межкалибровочного интервала. При этом устройство может использоваться в качестве предпожарного извещателя для контроля химического состава воздуха, в частности для определения содержания СО и Н₂ [4].

Недостатком известного устройства является возможность ложных срабатываний при обнаружении предпожарных ситуаций, а также низкая надежность работы в процессе эксплуатации из-за высокой чувствительности к помехам.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно СО, СО₂, NO_x, HCl, окислителей, дыма, а также температуры, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания в результате анализа пожароопасности на основе измеренных, по крайней мере, при помощи двух датчиков информативных параметров, отличающийся тем, что дополнительно в качестве информативных параметров измеряют концентрации Н₂, СН₄, NH₃, О₂, Cl₂, H₂S, SO₂, НСОН, С₆Н₅ОН, восстановителей, во временном интервале 0,1-60 с определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени по крайней мере одно значение производной, определяют приведенное значение каждого из измеренных информативных параметров как величину, равную произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, и осуществляют выработку управляющего сигнала при превышении допустимых величин приведенными значениями информативных параметров, определенными по измерениям по крайней мере двух датчиков, причем время запаздывания сигнала периодически измеряют как величину временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения максимального значения сигнала от датчика [5].

Известный способ ограниченно применим в широком использовании из-за сложности измерений концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, инерционности замеров и необходимости применения дорогостоящего оборудования.

Описание изобретения

Целью настоящего изобретения является повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии и минимизация количества ложных срабатываний.

Техническим результатом заявленного решения является повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе обнаружения предпожарных ситуаций на склонных к нагреву участках электрической цепи при помощи клея или клейкой ленты закрепляют по одной или несколько капсул, содержащих внутри легкокипящее вещество и имеющих температуру вскрытия в диапазоне 80-200°С, и измеряют содержание данного легкокипящего вещества в атмосфере защищаемого помещения с помощью газового датчика, соединенного с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала. При нагреве выше определенной температуры происходит вскрытие капсул, сопровождающееся выделением паров легкокипящего вещества, которое регистрируется газовым датчиком.

Способ предназначен для раннего выявления предпожарных ситуаций, когда нагрев проводов или электрических контактов превышает допустимые эксплуатационные параметры (>100°С), но еще не достигает того уровня, при котором происходит термодеструкция материалов, способных к возгоранию (>250°С).

В качестве легкокипящего вещества, содержащегося в капсулах, могут использоваться фреоны, такие как 1,1,1,3,3-пентафторбутан (хладон 365) и 1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он (Novec 1230) или диоксид серы. Данные соединения относятся к 4-му классу опасности, т.е. не являются опасными для человека. Также они не содержатся в воздухе помещений при обычных обстоятельствах, поэтому их можно детектировать при минимальных концентрациях, не боясь ложных срабатываний.

В качестве легкокипящего вещества могут также использоваться одоранты, такие как низшие меркаптаны, диалкилсульфиды, диалкилдисульфиды или их растворы. Преимуществом такого решения является то, что в этом случае определение перегрева будет возможно не только с помощью сенсора, но посредством человеческого обоняния. При этом определение перегрева произойдет на еще более ранней стадии, поскольку чувствительность обонятельных рецепторов к названным одорантам на порядок превосходит чувствительность электронных сенсоров.

Одорантом может являться метилмеркаптан, этилмеркаптан, н-пропилмеркаптан, изопропилмеркаптан, н-бутилмеркаптан, втор-бутилмеркаптан, изобутилмеркаптан, трет-бутилмеркаптан, амилмеркаптан, изоамилмеркаптан, гексилмеркаптан, диметилсульфид, диэтилсульфид, диаллилдисульфид, аллилметилсульфид, метилэтилсульфид, диизопропилсульфид, диметилдисульфид, диэтилдисульфид, дипропилдисульфид, диизопропилдисульфид.

В некоторых вариантах изобретения одоранты используются в смеси с растворителями. Использование растворителей позволяет достигать меньших температур и более узких температурных диапазонов вскрытия капсул.

Растворители для одоранта включают, но не ограничиваются только этим перечнем гидрофторхлоруглероды, гидрофторуглероды, фторуглероды, алканы, простые эфиры или их смеси.

Капсулы из полимерного материала имеют форму цилиндра с закругленными торцами. Диаметр капсул составляет 1-10 мм, длина составляет 5-50 мм, толщина полимерной оболочки - 0,1-1 мм. Капсулы закрепляются на токоведущей детали при помощи клея или клейкой ленты.

В качестве материала полимерной оболочки капсул могут использоваться полиуретан, полимочевина, поливинилацетат, сшитый желатин.

Предлагаемые операции способа поясняются графическими материалами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид системы, реализующей предлагаемый способ обнаружения предпожарной ситуации.

Система для сигнализации о предпожарной ситуации состоит из капсулы 1 с оболочкой из полимерного материала, газового сенсора 2, соединенного через регистратор 3 с системой подачи сигнала 4. Капсула 1 закреплена на токоведущей детали 5 при помощи клеевого слоя 6. Капсула 1 при нагреве выше определенной температуры выделяет содержащийся внутри нее газ 7, детектируемый при помощи газового сенсора 2.

Поскольку газообразные вещества, выделяемые при вскрытии капсул, не содержатся при обычных условиях в атмосфере, а также то, что они выделяются при относительно низких температурах (до начала термического разложения материалов, из которых изготавливаются провода и электроустановочные устройства), предлагаемый способ позволяет обнаруживать потенциально пожароопасные ситуации задолго до появления дыма или открытого огня.

Таким образом, данное изобретение позволяет обнаруживать предпожарные ситуации значительно раньше существующих аналогов. Способ прост в реализации, не требует применения дорогостоящего оборудования или сложных методов обработки входящих данных.

Источники информации

1. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. Выпуск 4/2001, с. 48.

2. Авторское свидетельство СССР 1277159, МПК G08B 17/10, 1985 г.

3. Патент РФ 2022250, МПК G01N 21/61, 1994 г.

4. Патент РФ 95849, МПК G01N 33/00, 2010 г.

5. Патент РФ 2175779, МПК G08B 17/117, 2001 г.

Настоящее изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам обнаружения предпожарных ситуаций, возникающих в результате локальных перегревов электрооборудования, и предназначено для предупреждения пожаров, возникающих из-за неисправностей электропроводки, в частности неисправностей в электроустановочных устройствах. Способ основан на измерении содержания в атмосфере защищаемого помещения легкокипящих веществ, которые заключены в капсулы с температурой вскрытия в диапазоне 80-200°С, закрепляемые на токоведущих деталях, и выделяются во внешнюю среду при нагреве таких деталей до соответствующей температуры. Техническим результатом заявленного решения является повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения предпожарных ситуаций, возникающих в результате локальных перегревов электрооборудования, характеризующийся тем, что на склонных к нагреву участках электрической цепи при помощи клея или клейкой ленты закрепляют по одной или несколько капсул, содержащих внутри легкокипящее вещество и имеющих температуру вскрытия в диапазоне 80-200°C, и измеряют содержание данного легкокипящего вещества в атмосфере защищаемого помещения с помощью газового датчика, соединенного с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала.

2. Способ обнаружения предпожарных ситуаций по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легкокипящего вещества, содержащегося внутри капсул, используются 1,1,1,3,3-пентафторбутан (Хладон 365) и 1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он (Novec 1230) или диоксид серы.

3. Способ обнаружения предпожарных ситуаций по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легкокипящего вещества, содержащегося внутри капсул, используются одоранты, выбираемые из списка метилмеркаптан, этилмеркаптан, н-пропилмеркаптан, изопропилмеркаптан, н-бутилмеркаптан, втор-бутилмеркаптан, изобутилмеркаптан, трет-бутилмеркаптан, амилмеркаптан, изоамилмеркаптан, гексилмеркаптан, диметилсульфид, диэтилсульфид, диаллилдисульфид, аллилметилсульфид, метилэтилсульфид, диизопропилсульфид, диметилдисульфид, диэтилдисульфид, дипропилдисульфид, диизопропилдисульфид или их растворы.

4. Способ обнаружения предпожарных ситуаций по п. 3, отличающийся тем, что растворитель для одоранта включает гидрофторхлоруглероды, гидрофторуглероды, фторуглероды, алканы, простые эфиры или их смеси.

5. Способ обнаружения предпожарных ситуаций по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве материала для оболочки капсул используются полиуретан, полимочевина, поливинилацетат, сшитый желатин.