Безопасное и эффективное тушения электроустановок (ЭУ) под напряжением (пожары класса Е) на объектах энергетики является актуальной и далеко не полностью исследованной темой. Научные исследования в этой области проводились в 80-х годах прошлого столетия во ВНИИПО и ведутся по сей день в Академии ГПС МЧС России. Работы во ВНИИПО вылились в рекомендации [1] по применению компактных и прирывистых струй воды для тушения пожаров ЭУ под напряжением. Появление новых огнетушащих веществ (ОТВ) с низкой электропроводностью (компрессионная пена (KAFS) или температурно-активированная вода (ТАВ)) и технических средств их подачи способствует продолжению работ в этой области. Разработанные ВНИИПО и АГПС алгоритмы и методики для изучения ОТВ на предмет применимости про тушения пожаров класса Е позволили добиться определённых успехов в этом направлении.  

При тушении пожаров класса Е на объектах энергетики подразделения пожарной охраны сталкиваются с рядом проблем [2]. Основной задачей при тушении электроустановок (ЭУ) под напряжением остается обеспечение электробезопасности. Эта проблема актуальна на электроэнергетических предприятиях где полное отключение электрооборудования может привести к последствиям более тяжёлым, чем последствия от пожара (например АЭС).

Упомянутые ранее рекомендации [1] по тушению ЭУ находящихся под напряжением, были приняты в 1986 году. В них сказано, что тушение электроустановок под напряжением всеми видами пен запрещено! С тех пор появились новые технические средства пожаротушения и ОТВ, в том числе и на основе воды. К таким средствам относится температурно-активированная вода (ТАВ), левитирующая пена (ЛП) и компрессионная пена (KAFS). Эти ОТВ интересны с точки зрения их применения для тушения пожаров класса Е.

  В данной статье рассмотрены результаты пробных экспериментов по подаче струй ТАВ [3-7] на ЭУ переменного тока напряжением до 30 кВ и возникающие при этом электрические эффекты и протекающие по цепям экспериментальной установки электрические токи.

Предположительно электропроводность струй ТАВ крайне низкая, то есть при тушении ЭУ под напряжением вероятность получить поражение электрическим током через струю ТАВ тоже не велика. Для подтверждения этой гипотезы и были проведены пробные эксперименты. В качестве ЭУ напряжением свыше 1000 вольт в экспериментах использовался ранее применявшийся в работе [8] стенд (рис. 1) для определения тока утечки по струе огнетушащих веществ (вода, пена высокой и средней кратности). Стенд собран на основе аппарата испытания диэлектриков АИД-70М с мишенью из металлической сетки на опорных изоляторах ИОС-110-400 и опорой для установки пожарного ствола на изоляторах ИОМ – 10.

Рисунок 1. Схема стенда по определению тока утечки по струе огнетушащего вещества из ручных пожарных стволов:

1 – мишень; 2 – цифровой мультиметр; 3 – испытываемый пожарный ствол;

4 – изолированная опора для установки пожарного ствола; 5 – расходомер;

6, 7 – аппарат испытания диэлектриков АИД-70М

Принципиальная схема эксперимента представлена на рисунке 2. На схеме помимо приборов изображены цепи электрического тока и их сопротивления R1 – R10, а также паразитные ёмкости между землей и мишенью C1 и мишенью и стволом C2. На схеме, так же показаны первичные преобразователи (датчики) температуры, давления и расхода ТАВ, соединенные с регистратором многоканальным технологическим РМТ 59. При измерениях фиксировался ток утечки на землю от мишени через струю ТАВ и пожарный ствол, по показаниям микроамперметра PA2. Напряжение и сила тока в цепи мишени отслеживались по показаниям миллиамперметра и киловольтметра прибора АИД-70М. Весь процесс эксперимента снимался на фото и видео камеры.

Рисунок 2. Схема эксперимента по определению тока утечки по струе ТАВ на землю.

Эксперименты показали следующие результаты:

1. Даже при расстоянии 0,5 м между стволом для подачи струи ТАВ и электрической мишенью и напряжении между ними 30 кВ, ток по струе не превышает максимальный ток 20 мА и не вызывает электрического пробоя и срабатывания токовой защиты КА 1 аппарата АИД-70М.

2. При ступенчатом увеличении напряжения от 0 до 30 кВ с шагом в 10 кВ сила тока, протекающая через РА 1 на землю, падает (!), а не растет с ростом напряжения, как можно было бы предположить.

3. С ростом интенсивности подачи струи ТАВ на мишень сила тока, протекающая через РА 1 на землю, уменьшается (!), как и при увеличении напряжения.

4. При увеличении расстояния от ствола до мишени сила тока, протекающая через РА 1 на землю, увеличивается (!), а не уменьшается как на первый взгляд, должно быть.

Надо отметить, что во всех случаях сила тока находилась в пределах значений от 0,4 до 0,1 мА, то есть если бы ствол для подачи ТАВ держал в руках человек, ток, протекающий через его тело в землю, не достиг бы даже значения ощутимого тока, то есть более 0,5 мА.

На первый взгляд, не логичные результаты экспериментов, можно объяснить явлением, которое было открыто случайно в 1840 году, а Уильям Армстронг (1810-1900), исследовал это явление. В разработанном им гидроэлектрическом генераторе струя пара получала положительный заряд, а котел приобрел отрицательный заряд [9]. В наших экспериментах взрывное вскипание, происходящее в сопле ствола для подачи ТАВ, приводит к трению образовавшихся капель о стенки сопла и вызывает образование электрического тока. Причем капли ТАВ заряжаются отрицательно, а корпус АПМ положительно, то есть с точностью до наоборот, чем в электрогенераторе Армстронга. Объясняется это, по всей видимости, тем, что после температурной активации вода приобретает некоторые диэлектрические свойства и обладает повышенной диэлектрической проницаемостью. При этом из-за нагрева сопла ствола для подачи ТАВ (ствол изготовлен из нержавеющей стали) работа выхода электронов с его поверхности уменьшается, и они легко переходят на поверхность капель ТАВ при трении капель о стенки сопла ствола. На рисунке 2 это явление обозначено как источник ЭДС и тока. Таким образом, ток и ЭДС генерируются в стволе с насадком для подачи ТАВ. Затем ток течет по рукавной линии, преодолевая её сопротивление R4, и стекает, через заземленный корпус АПМ на землю. В земле ток разветвляется, на несколько путей, но часть его протекает через рабочее заземление №1 аппарата АИД-70М и через вторичную обмотку его повышающего трансформатора подается к мишени, которая заряжается отрицательно электронами, частично стекающими с отрицательно заряженных капель ТАВ. Аппарат испытания диэлектриков АИД-70М устроен так, что потенциал заземленного конца повышающего трансформатора аппарата равен ноль вольт, а потенциал мишени подключенной ко второму концу трансформатора соизмерим с размахом синусоиды переменного тока частотой 50 Гц. По этой причине направление электрического тока, который генерирует АИД-70М встречно электрическому току генерируемому струей ТАВ. В итоге токи вычитаются, а их разница в экспериментах измерялась микроамперметром PA2, чем и объясняются те результаты, что при увеличении напряжения на мишени и интенсивности подачи струи ТАВ, ток, стекающий со ствола на землю, не растет, а уменьшается. Этим же объясняется и увеличение тока стекающего на землю при увеличении расстояния от ствола до мишени.

 При проведении экспериментов было обнаружено еще одно интересное явление, а именно после прекращения подачи ТАВ из ствола и отключении аппарата АИД-70М ток через микроамперметр PA2 продолжал протекать (!) в течении еще приблизительно 15-20 минут. Объяснение данного явления, по всей видимости, заключается в следующем: струи ТАВ образуют устойчивое длительно витающее в воздухе облако отрицательно заряженных капель ТАВ и водяного пара. Крупные капли ТАВ оседают достаточно быстро и поверхность земли, с находящимися на ней предметами, приобретает отрицательный электрический заряд. При этом, остальные капли постепенно оседают под действием силы тяжести, но происходит этот процесс медленно по причине того, что отрицательно заряженные капли ТАВ отталкиваются друг от друга и от заряженной поверхности земли. Кроме того в процессе взрывного вскипания каждая капля ТАВ приобретает спин вращения с хаотичной прецессией оси вращения, что способствует длительному витанию. Иными словами, мы имеем электрический ток, причиной которого, становится, постепенное оседание заряжены капель ТАВ на поверхность земли, под действием силы тяжести. Через землю этот ток в виде потока электронов попадает на положительно заряженный корпус АПМ и постепенно разряжает его в течении 15-20 минут, что и фиксируется миллиамперметром PA2.

 Подытоживая можно сделать следующие выводы:

 1. Начальная цель эксперимента по измерению тока утечки через струю ТАВ при тушении ЭУ напряжением свыше 1000 вольт достигнута лишь частично, из-за обнаруженных побочных электрических эффектов.

 2. Методика эксперимента и конструкция экспериментальной установки должны быть усовершенствованы с учетом вышеописанных электрических эффектов.

 3. Струи ТАВ могут быть использованы для безопасного тушения ЭУ под напряжением свыше 1000 вольт и дальнейшие исследования в этой области должны быть продолжены.

Список литературы

1. Тактика тушения электроустановок, находящихся под напряжением. Рекомендации. – М.: ВНИИПО, 1986. – 17 с.

2. Чистяков, Т. И. Мобильная установка пожаротушения температурно-

активированной водой объектов энергетики [Текст] / Т. И. Чистяков, А. В.

Пряничников, А. П. Кармес // Проблемы техносферной безопасности – 2015. – г. Москва: Академия государственной противопожарной службы МЧС России. – 2015. – С. 138–142.

3. Роенко, В. В. Температурно-активированная вода – новое направление развития пожарной и аварийно-спасательной техники МЧС [Текст] / В. В. Роенко // Сборник трудов 6-ой юбилейной международной специализированной выставки “Пожарная безопасность ХХI века» М.: 2006. – С. 96 – 100.

4. Храмцов С. П. «Технические средства подачи температурно-активированной воды теплоэнергетической установкой для тушения пожаров на объектах энергетики» [Текст] : дис. … канд. техн. наук 05.26.03 / Храмцов Сергей Петрович, Академия ГПС МЧС России. – М., 2011. – 239 с.

5. Скрипов, В. П. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии Скрипов В.П. [Текст] : справочник / В. П. Скрипов, Е. Н. Синицын, П. А. Павлов [и др.]. – М. : Атомиздат, 1980.

6. Руководство по эксплуатации Автомобиль пожарный многоцелевой АПМ 3-2/40-1,38/100 (43118) мод. ПиРо 3 (4) – МПЗ, М:, Академия ГПС МЧС России, ООО «Аква – Пиро – Альянс», ОАО «МПЗ», 2013.

7. ООО «Аква-ПиРо-Альянс» [Электронный ресурс] // ООО «Аква-ПиРо-Альянс»: [сайт]. [2000]. URL: http://аква-пиро-альянс.рф (дата обращения: 12.08.2015).

8. Колбасин А.А. «Нормирование требований к средствам тушения электрооборудования под напряжением на объектах энергетики» [Текст] : дис. … канд. техн. наук 05.26.03 / Колбасин Андрей Александрович, Академия ГПС МЧС России. – М., 2012. – 143 с.

9. ЗАО «ЧИП и ДИП» [Электронный ресурс] // ЗАО «ЧИП и ДИП»: [сайт]. [2006-2015]. URL: http:// www.chipdip.ru/video/id000277369/