Способ раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара с подавлением пожарно-электрического вреда в жилых помещениях Российский патент 2022 года по МПК A62C3/16 G08B17/10 

Предлагаемое изобретение относится к области пожарной безопасности жилых помещений в многоквартирных зданиях и индивидуальных жилых домах.

Известны многие способы и устройства обнаружения пожаров и загораний, реализующие эти способы:

Дымовые - ионизационные и оптические [Шаровар Ф.И. Принципы построения устройств и систем автоматической пожарной сигнализации. - М.:Стройиздат,1983. - 335 с.].

Тепловые - пороговые и аналоговые [Членов А.Н. Автоматические пожарные извещатели. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД России, 1997.- 51 с.]

Пламенные - оптические [Патент SU 1795894] и на основе использования ультрафиолетового [Патент RU 2433424] или инфракрасного излучения [Патент RU №2398609]

Газовые - на продукты горения [Патент RU 2336573], включая селективные линейные пожарные извещатели [Щипицин С. Тенденции развития пожарных извещателей - БДИ.- 2004, №3(54), с. 38-43].

Наиболее эффективными из них являются извещатели, сочетающие в себе несколько способов, из перечисленных выше, например, мультикритериальные, в которых размещены дымовой, тепловой, пламенный и СО-сенсоры [Руководство по применению адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации /СМ. Щипицын, А.Н. Членов, И.В. Павлов, А.Е. Атаманов. - М.: "Систем Сенсор Фаир Детекторе",7-е издание, 2012. - 67 с.].

Однако все перечисленные способы и извещатели обладают существенным недостатком - большой инерционностью, т.к. обнаруживают опасные факторы пожара (ОФП), когда «те дойдут» до чувствительных элементов. А в связи с тем, что все пожарные извещатели, как правило, устанавливаются на потолках, то «приход к ним» дыма, газа или температуры составляет от нескольких единиц до десятков минут. Поэтому для раннего обнаружения опасных факторов пожара был разработан аспирационный способ и система его реализующая, обычно называемые «проточными». Сущность этого способа, который является прототипом заявляемого изобретения в части технологии обнаружения пожара, заключается в том, что используются те же датчики, но устанавливаются они в камере, соединенной с трубопроводом, через который воздух защищаемых помещений «прокачивается» через датчики. Таким образом, если возникают ОФП, то они «втягиваются в датчики» и обнаруживаются быстрее на порядок [Патент RU 2639050].

Тем не менее, ни один из перечисленных способов и устройств, включая микропроцессорные извещатели с корреляционной обработкой сигналов от разных датчиков, не могут обеспечить даже 90% надежности обнаружения и защиты от ложных срабатываний [Членов А.Н., Буцынская Т.А., Журавлев С.Ю., Николаев В.А. Об эффективности функционирования мулътикритериалъного пожарного извещателя // Пожаровзрывобезопасносгпъ. - 2016. - Т. 25, №12. - С. 55-60].

Дело в том, что в нашей стране и за рубежом используются разные модели температурного режима развития пожара. Так, например, первый американский стандарт (сейчас Е119), был опубликован в 1918 году, и его стандартная кривая почти идентична кривой Британского Стандарта (BS), опубликованного в 1932 году (фиг. 1), которая описывается формулой [Мозговой Н.В., Зайцев A.M. Анализ функциональных зависимостей температурной кривой стандартного пожара // Научный Вестник ВГАСУ. - 2008. - №3. С. 196-199]:

где T - температура в помещении, °С; То температура в помещении на момент загорания, С; t -время, сек.,

В Европе стандартная температурно-временная кривая пожара в помещении, в соответствии с ISO 834 (фиг. 2) описывается системой:

В нашей стране общепринятое моделирование температурного режима развития пожара осуществляется по уравнению [ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. - М: Изд. Станд, 2003.11 с.]:

где T - температура, °С; t- время, мин., Tо - температура в помещении на момент загорания, °С;

Как следует из графика уравнения (2), производная от него (фиг. 3) не имеет ни максимумов, ни минимумов, т.к. является гиперболической функцией, асимптотически приближающейся к оси «t». Это не позволяет с помощью теплового сенсора однозначно выделить начальную стадию пожара, что и приводит к многочисленным ложным срабатываниям тепловых пожарных извещателей.

Нормированные значения ОФП (фиг. 4) и графики функций их основных компонент (фиг. 5-7), полученные [Кошмаров Ю.. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении - М.: АГПС МВД РФ.2000. - 118 с.] с помощью программы INTMODEL (численного решения системы дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом), позволяют сделать вывод, что, если тот же мультикритериальный извещатель дополнить кислородным сенсором, то, синхронно вычисляя и сравнивая 1-е и 2-е производные всех сенсоров с текущими значениями, с достоверностью 95-99% идентифицируется загорание на начальной стадии (от 1 до 2 минут), в связи с наличием экстремумов.

Следовательно, если взять в качестве прототипа способ [Патент RU 2622558] и устройство электросчетчика-извещателя (ЭСИ) с аспирационной системой [Патент RU 135437] и дополнить их датчиком кислорода и блоком компенсации реактивной мощности (БКРМ), для «сглаживания» колебаний напряжения, тока и реактивной мощности, потребляемой бытовыми электроприборами (рис. 8), от пожароопасных отказов в которых из-за некачественной электроэнергии возникает более 50% всех пожаров [Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе / В.В. Белозеров, Т.Б. Долаков, С.Н. Олейников, А.В. Периков. - М.: РАЕ, 2017. - 186 с.], то получим искомое решение.

Таким образом, целью и задачей настоящего изобретения является разработка способа раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара с подавлением пожарно-электрического вреда в жилых помещениях, с помощью электросчетчика-извещателя-подавителя.

Указанная цель достигается тем, что разработан способ раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара (ОФП) с подавлением пожарно-электрического вреда (ПЭВ) в жилых помещениях отличающийся тем, что, для повышения достоверности обнаружения ОФП в камере аспирационной системы электросчетчика-извещателя (ЭСИ), помимо теплового, дымового и газового (на оксид углерода) датчиков, устанавливается датчик кислорода, по синхронному изменению которых и экстремумам вычисленных значений производных, происходит раннее и достоверное обнаружение ОФП, с одновременным измерением электросетевого напряжения и потребляемого тока в реальном масштабе времени, с вычислением стандартных параметров качества электроэнергии (ПКЭ), по которым вычисляются и отдельно визуализируются потребленная электроэнергия с допустимым качеством и - недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие вероятности пожаров, и суммируются, определяя и визуализируя ПЭВ. Разработанный способ, отличается тем, что в ЭСИ размещается блок компенсации реактивной мощности, который, по результатам вычисления текущего коэффициента мощности, подключает соответствующие конденсаторы, чем сглаживает колебания напряжения и тока, улучшая ПКЭ и, компенсируя реактивную мощность, возникающую от бытовых электроприборов в защищаемом жилом помещении, подавляет, таким образом, ПЭВ и предотвращает возникновение пожаров по электротехническим причинам, путем отключения электроснабжения при пожароопасном режиме потребления электроэнергии, в т.ч. в случае возникновения пожара по другим причинам. При этом, разработанный способ, отличается тем, что в ЭСИ установлен контроллер с соответствующими модулями ввода-вывода и с GSM-радиомодемом, которые, помимо управления ранним и достоверным обнаружением ОФП с подавлением ПЭВ в жилых помещениях, формируют и передают данные о потребленной электроэнергии с допустимым и недопустимым качеством в энергоснабжающую/управляющую компанию и в органы энергонадзора, а в случае обнаружения ОФП, формируют прерывистый сигнал тревоги и передают SMS-сообщения о пожаре в ближайшую пожарную часть, владельцу жилья и в управляющую компанию, продолжая контролировать ОФП, т.к. имеет автономное питание. Краткое описание фигур.

На фигуре 1 показана температурная кривая стандарта США и Великобритании, на фиг. 2 -температурная кривая стандарта Европы; на фиг. 3 - Рис. 2 - графики «стандартного пожара»; на фиг. 4 - нормированные значения ОФП; на фиг. 5 - график зависимости среднеобъемной концентрации монооксида углерода; на фиг. 6 - график зависимости среднеобъемной концентрации кислорода; на фиг. 7 - график зависимости среднеобъемной оптической плотности дыма; на фиг. 8 - графики напряжения, тока и реактивной мощности с БКРМ и без него.

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 [Патент RU 2622558.]:

где W - общее количество электроэнергии, отпущенной потребителю за время Т, Wд - количество израсходованной электроэнергии при допустимых отклонениях, Wнд - количество израсходованной электроэнергии при недопустимых отклонениях, Рэ - среднестатистическая вероятность пожара от электроприборов, Рд - вероятность пожара электроприбора при допустимых отклонениях, Рнд - вероятность пожара электроприбора при недопустимых отклонениях.

Указанные вероятности должен получать и обновлять энергонадзор (во время проверок ЭСИ) ежегодно, используя данные МЧС России по статистике пожаров на аналогичных объектах по электротехническим причинам. При этом, учет сезонных и территориальных особенностей при возникновении пожаров и социально-экономических потерь от них, может осуществляться с помощью поправочного коэффициента, вычисляемого, как отношение суммарных потерь в течение сезона (ущерба, гибели, травм и т.д. в денежном выражении) от пожаров по электротехническим причинам на аналогичных объектах в административно-территориальной единице (ATE), где расположен объект, к общему числу таких объектов в данном ATE [Белозеров В.В., Олейников С.Н. О пространственно-временном статистическом анализе пожаров // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - №4 URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=9805].

Способ раннего и достоверного обнаружения ОФП с подавлением ПЭВ с помощью электросчетчика-извещателя-подавителя (ЭСИП), следует реализовать в первую очередь в жилом секторе, т.к. именно в нем происходит более 70% пожаров, в которых погибает и травмируется более 75% всех пострадавших от пожаров [Белозеров В.В., Долаков Т.Б., Олейников С.Н., Периков А.В. Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе - М.: РАЕ, 2017. - 184 с.].

Принимая во внимание вышеизложенное, считаем, что предлагаемый способ обладает принципиальной новизной и существенными отличиями от прототипов.

Изобретение относится к области безопасности помещений и инженерных систем жилых зданий и индивидуальных жилых домов, а также к энергосбережению и качеству потребляемой электроэнергии. Способ раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара (ОФП) с подавлением пожарно-электрического вреда (ПЭВ) в жилых помещениях, с использованием аспирационной системы электросчетчика-извещателя (ЭСИ), в камере которого установлены тепловой, дымовой и газовый, реагирующий на оксид углерода, датчики, при одновременном измерении электросетевого напряжения и потребляемого тока в реальном масштабе времени, с вычислением параметров качества электроэнергии (ПКЭ), по которым вычисляются и отдельно визуализируются потребленная электроэнергия с допустимым качеством и недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие вероятности пожаров и суммируются, определяя и визуализируя ПЭВ. В камере аспирационной системы ЭСИ дополнительно устанавливается датчик кислорода, по синхронному изменению показаний датчиков и экстремумам вычисленных значений производных происходит раннее и достоверное обнаружение ОФП, при этом в ЭСИ размещается блок компенсации реактивной мощности, который по результатам вычисления текущего коэффициента мощности подключает соответствующие конденсаторы, чем сглаживает колебания напряжения и тока, улучшая ПКЭ и компенсируя реактивную мощность, возникающую от бытовых электроприборов в защищаемых жилых помещениях, подавляет таким образом ПЭВ и предотвращает возникновение пожаров по электротехническим причинам путем отключения электроснабжения при пожароопасном режиме потребления электроэнергии, а также в случае возникновения пожара по другим причинам. При этом контроллер электросчетчика-извещателя-подавителя ПЭВ формирует и передает в энергоснабжающую/управляющую компанию и в энергонадзор с помощью GSM-радиомодема данные о потреблении качественной и некачественной электроэнергии, а при обнаружении ОФП включает звуковой сигнал тревоги и передает SMS-сообщение о пожаре в ближайшую пожарную часть, владельцу жилья и в управляющую компанию. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара (ОФП) с подавлением пожарно-электрического вреда (ПЭВ) в жилых помещениях, с использованием аспирационной системы электросчетчика-извещателя (ЭСИ), в камере которого установлены тепловой, дымовой и газовый, реагирующий на оксид углерода, датчики, при одновременном измерении электросетевого напряжения и потребляемого тока в реальном масштабе времени, с вычислением параметров качества электроэнергии (ПКЭ), по которым вычисляются и отдельно визуализируются потребленная электроэнергия с допустимым качеством и недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие вероятности пожаров и суммируются, определяя и визуализируя ПЭВ, отличающийся тем, что в камере аспирационной системы ЭСИ дополнительно устанавливается датчик кислорода, по синхронному изменению показаний датчиков и экстремумам вычисленных значений производных происходит раннее и достоверное обнаружение ОФП, при этом в ЭСИ размещается блок компенсации реактивной мощности, который по результатам вычисления текущего коэффициента мощности подключает соответствующие конденсаторы, чем сглаживает колебания напряжения и тока, улучшая ПКЭ и компенсируя реактивную мощность, возникающую от бытовых электроприборов в защищаемых жилых помещениях, подавляет таким образом ПЭВ и предотвращает возникновение пожаров по электротехническим причинам путем отключения электроснабжения при пожароопасном режиме потребления электроэнергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ЭСИ установлен контроллер с соответствующими модулями ввода-вывода и с GSM-радиомодемом, которые, помимо управления ранним и достоверным обнаружением ОФП с подавлением ПЭВ в жилых помещениях, формируют и передают данные о потребленной электроэнергии с допустимым и недопустимым качеством в энергоснабжающую/управляющую компанию и в органы энергонадзора, а в случае обнаружения ОФП формируют прерывистый сигнал тревоги и передают SMS-сообщения о пожаре в ближайшую пожарную часть, владельцу жилья и в управляющую компанию, продолжая контролировать ОФП, имея автономное питание.