ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИК-ИЗВЕЩАТЕЛЬ ПОЖАРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВРЕДА

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области электрической и пожарной безопасности помещений, зданий и сооружений, а также к энергосбережению и качеству потребляемой электроэнергии, а именно к приборам для измерения потребляемой электроэнергии и контроля за возникновением опасных факторов пожара.
Заявляемый электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда предназначен для использования в жилых зданиях/квартирах для определения потребляемой электроэнергии и возникающего в связи с этим пожарно-электрического вреда, для последующей их оплаты, в т.ч. с учетом качества подаваемой электроэнергии, а также для обнаружения опасных факторов пожара и оповещения о них проживающих и по радиоканалу в государственную противопожарную службу.
Предшествующий уровень техники.
В некоторых странах (США, Германия, Польша) в последнее время получили распространение автономные пожарные извещатели (АПИ), предназначенные для применения в помещениях, выдающих, при обнаружении признаков пожара, прерывистый сигнал тревоги с уровнем звукового давления 85-90 дБ на расстоянии 1 м. от извещателя. Статистика при этом свидетельствует, что применение АПИ позволяет сократить число погибших при пожарах в жилом секторе на 45% [1].
Известны многие способы и устройства обнаружения загораний, реализующие эти способы:
Дымовые - ионизационные и оптические [2],
Тепловые - пороговые и аналоговые [3],
Пламенные - оптические [4] и на основе использования ультрафиолетового [5] или инфракрасного излучения [6]
Газовые - на продукты горения [7], включая селективные линейные пожарные извещатели [8]
Наиболее эффективным из них является датчик, сочетающий в себе фотоэлектрические и тепловые чувствительные элементы. Подобные типы мультидатчиков применяются уже длительное время, используя очень простую систему принятия решения "или-или", когда сигнал подается, в случае срабатывания фотоэлектрического или теплового датчиков.
Однако все перечисленные способы и извещатели обладают существенным недостатком - большой инерционностью, т.к. обнаруживают опасный фактор пожара, когда «тот дойдет» до чувствительного элемента. А в связи с тем, что извещатели, как правило, устанавливаются на потолках, то «приход к ним» дыма, газа или температуры составляет от нескольких единиц до десятков минут [2, 3]. Поэтому для раннего обнаружения опасных факторов пожара был разработан аспирационный способ и система его реализующая, обычно называемые «проточными». Сущность этого способа, который является прототипом заявляемой полезной модели в части обнаружения пожара, заключается в том, что используются те же датчики, но устанавливаются они в трубопроводе и через них «прокачивается» воздух защищаемого помещения. Иными словами, если возникают опасные факторы пожара, то они «втягиваются в датчик» и обнаруживаются быстрее на порядок и более [9].
Также известно, что низкое качество потребляемой электроприборами электроэнергии (например, пониженное или повышенное напряжение, фазовый сдвиг тока и напряжения и т.д.) уменьшает технический ресурс электроприборов и создает условия для возникновения в них пожароопасных отказов [10], т.е. увеличивает вероятность пожаров по электротехническим причинам [11].
Наиболее простым и близким, т.е. прототипом в части реализации регистрации качества получаемой и используемой электроэнергии является «Статистический анализатор качества и учета расхода электроэнергии» [12], где при измерении и оцифровке кривой переменного напряжения сети, осуществляется выделение отклонений от установленных ГОСТ 13109-97 значений, которые запоминаются, и по истечении требуемого времени (сутки, неделя, месяц) по определенным алгоритмам определяются:
где W - общее количество электроэнергии, отпущенной потребителю за время Т, Wд - количество израсходованной электроэнергии при допустимых отклонениях, Wнд - количество израсходованной электроэнергии при недопустимых отклонениях.
В качестве прототипа, по реализации регистрации качества получаемой электроэнергии используется отечественный прибор МТ4011, который предназначен для измерения мощности электроэнергии и контроля количества потребляемой электроэнергии в диапазоне измерений - от 2 до 3680 Вт.
Следовательно, введение «интеллекта» в электросчетчик, позволяющий регистрировать «не качественность» электроэнергии, и изменение по этой причине вероятности пожара от электроприборов, т.е. пожарно-электрического вреда, плюс комбинирование «проточных» датчиков в электросчетчик, помимо мониторинга и возможности регулирования оплаты в соответствии с качеством электроэнергии, позволит обеспечить раннее обнаружение пожара в квартире и соседних помещениях, где такой электросчетчик установлен, а также включить звуковое оповещение о пожаре и передать вызов в ближайшую пожарную часть, при наличии радиоканала [14].
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является реализация способа определения пожарно-электрического вреда по потребляемой электроэнергии, с помощью электросчетчика-извещателя, синхронно измеряющего и оцифровывающего сетевое напряжение и потребляемый ток в реальном масштабе времени, с вычислением стандартных параметров качества электроэнергии, по которым вычисляется и отдельно визуализируется потребленная электроэнергия с допустимым качеством и - недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие константы вероятности пожаров по электротехническим причинам (2), и в результате суммирования указанных результатов определяется и визуализируется пожарно-электрический вред, а также осуществляется раннее обнаружение опасных факторов пожара, с помощью прокачивания воздуха защищаемых помещений через аспирационную систему с электросчетчиком-извещателем, отличающийся тем, что, для достоверного обнаружения опасных факторов пожара в помещениях, где размещена аспирационная система с электросчетчиком-извещателем, в нем установлены, по меньшей мере, три разных датчика, синхронно реализующих три разных способа регистрации ОФП - тепловой, дымовой и газовый, по коррелированным значениям которых с учетом вычисленного пожарно-электрического вреда, происходит идентификация ложных сигналов или пожара, о чем выдается прерывистый звук тревоги для окружающих, который передается в ближайшую пожарную часть по радиоканалу, при этом данные о потребленной электроэнергии с допустимым и недопустимым качеством (например, по тому же радиоканалу) могут быть переданы в органы энергонадзора и энергосбытовые организации.
Д
НД
где ПЭВ - пожарно-электрический вред за время t; Р - вероятность пожара по электротехническим причинам при допустимых отклонениях параметров электроэнергии; Р - вероятность пожара по электротехническим причинам при недопустимых отклонениях параметров электроэнергии.
Сущность полезной модели состоит в том, что электросчетчик-извещатель состоит из блока питания с аккумулятором, измерителя мощности и качества электроэнергии, входы которого подключены к фазам сетевого напряжения, а выход с параметрами Wд и Wнд (1) подключены к блоку вычисления пожарно-электрического вреда, соединенного с аудиовизуальным блоком и радиоканалом. При этом дополнительный выход блока вычисления пожарно-электрического вреда соединен с блоком идентификации опасных факторов пожара, на вход которого поступают сигналы от газового датчика (СО), теплового (Т°С) и дымового (Сд), расположенных внутри камеры с вентилятором, присоединенным к аспирационному трубопроводу.
Измеритель мощности и качества электроэнергии может представлять собой отдельный прибор или модуль, который вместе с блоком вычисления пожарно-электрического вреда, аудиовизуальным блоком, радиоканалом, камерой с датчиками и вентилятором, закреплены внутри корпуса электросчетчика-извещателя.
Измеритель мощности и качества электроэнергии предпочтительно выполнен съемным, для обеспечения периодической метрологической поверки энергонадзором.
Аудиовизуальный блок может быть выполнен с использованием светодиодов или жидкокристаллических индикаторов.
В качестве аудиовизуального блока может использоваться жидкокристаллический экран измерителя мощности и качества электроэнергии.
Радиоканал предпочтительно выполнен съемным и может быть реализован ZigBee-радиоблоком или другими модулями стандартных радиоинтерфейсов (Wi-Fi, Bluetooth, RS-485), для сопряжения с любыми автоматизированными системами учета, установленными в здании/квартире.
Радиоканал может быть выполнен в стандарте GSM, если электросчетчик-извещатель устанавливается в индивидуальном жилом доме.
Газовый (СО), тепловой (Т°С) и дымовой (Сд) датчики располагаются внутри камеры, через которую электровентилятор, расположенный снаружи камеры и соединяющий аспирационный трубопровод с электросчетчиком-извещателем, прокачивает воздух в камеру из защищаемых помещений.
Электропитание указанных блоков электросчетчика-извещателя осуществляется от малогабаритного аккумулятора, который установлен в блоке питания, обеспечивающего его подзарядку от электросети и автономную работу извещателя, в случае пропадания сетевого напряжения.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема электросчетчика-извещателя; на фиг.2 - схема размещения аспирационного трубопровода.
Осуществление полезной модели.
Электросчетчик-извещатель (фиг.1) содержит корпус (1.1), измеритель мощности и качества электроэнергии (1.2), блок вычисления пожарно-электрического вреда (1.3), аудиовизуальный блок (1.4), радиоканал (1.5), блок идентификации опасных факторов пожара (1.6), камера (1.7) с газовым (1.8), тепловым (1.9) и дымовым (1.10) датчиками, состыкованная с электровентилятором (1.11), разъем соединения с аспирационным трубопроводом (1.12) и блок питания с аккумулятором (1.13).
Блок питания (1.13) обеспечивает подзарядку аккумулятора от электросети и работу всех блоков, датчиков и электровентилятора электросчетчика-извещателя в случае пропадания сетевого напряжения.
Корпус предназначен для защиты блоков электросчетчика-извещателя от повреждений и присоединения его к аспирационному трубопроводу с помощью разъема (1.12).
Электровентилятор (1.11) предназначен для засасывания воздуха из защищаемых помещений (фиг.2) и прокачивания его через камеру (1.7), в которой установлены датчики опасных факторов пожара (газовый, тепловой и дымовой).
Дымовой (фотоэлектрический) датчик (1.10) определяет наличие дыма, путем обнаружения поглощения оптического излучения в камере (1.7), где расположена пара «светодиод-фотоэлемент», через которую прокачивается воздух из защищаемых помещений.
Тепловой (термисторный) датчик (1.9) измеряет температуру прокачиваемого воздуха из защищаемых помещений.
Газовый (металлооксидный) датчик (1.8) реагирует на угарный газ (СО), выделяющийся при тлении или горении материалов.
Блок идентификации опасных факторов пожара (1.6) предназначен для определения загорания в защищаемых помещениях по сравнению сигналов от указанных датчиков с соответствующими уставками (значениями) опасных факторов пожара с целью отсеивания ложных срабатываний, а также для контроля за вероятностью пожара (Рнд) по электротехническим причинам при недопустимых отклонениях параметров электроэнергии по формуле (2).
Блок вычисления пожарно-электрического вреда (1.3) предназначен для определения по формуле (2) величины адаптивного пожарно-электрического налога по количеству (Wд) и качеству (Wнд) потребленной электроэнергии.
Измеритель мощности и качества электроэнергии (1.2) предназначен для измерение всех параметров качества электроэнергии, обусловленные ГОСТ 13109-97 (ГОСТ Р 51317.4.30-2008 и ГОСТ Р 51317.4.7-2008, необходимых для вычисления и визуализации доли качественной электроэнергии по формуле (1), за которую потребитель и должен заплатить.
Аудиовизуальный блок (1.4) предназначен для отображения в килловат-часах указанных количеств электроэнергии, и в соответствии с действующим тарифом в рублях сумму оплаты за нее. При этом он отображает в рублях пожарно-электрический вред, подлежащий оплате в виде пожарно-электрического налога. А также включает мигающую подсветку, а затем сирену - при обнаружении опасных факторов пожара в защищаемых помещениях.
Радиоканал (1.5) предназначен для передачи в пожарную охрану сигнала вызова на пожар и получения подтверждения о его приеме, при включении мигающей подсветки, а затем сирены в аудиовизуальном блоке (1.4) при обнаружении опасных факторов пожара в защищаемых помещениях.
Описание работы.
Электросчетчик-извещатель приводится в действие подключением к электрической сети (L1, L2, L3, М), напряжение которой запускает блок питания (1.13) и заряжает аккумулятор, питающий электросчетчик-извещатель. Воздух из защищаемых помещений через аспирационный трубопровод (фиг.2) и разъем (1.12) прокачивается электровентилятором (1.11) через камеру (1.7), в которой установлены газовый (1.8), тепловой (1.9) и дымовой (1.10) датчики, сигналы от которых поступают в блок идентификации опасных факторов пожара (1.6), определяющего загорание в защищаемых помещениях по сравнению сигналов от указанных датчиков с соответствующими уставками (значениями) опасных факторов пожара с целью отсеивания ложных срабатываний. При обнаружении пожара передается сигнал на аудиовизуальный блок (1.4), который включает мигающую подсветку, а затем сирену - при обнаружении опасных факторов пожара в защищаемых помещениях, а также включает радиоканал (1.5) для передачи в пожарную охрану сигнала вызова на пожар.
Одновременно измеритель мощности и качества электроэнергии (1.2) измеряет и оцифровывает сетевое напряжение и потребляемый ток в реальном масштабе времени, с вычислением стандартных параметров качества электроэнергии, по которым вычисляется и передается в блок вычисления пожарно-электрического вреда (1.3) потребленная электроэнергия с допустимым качеством и - недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие константы вероятности пожаров по электротехническим причинам (2), и в результате их суммирования определяется пожарно-электрический вред. Полученные результаты отдельно отображаются в аудиовизуальном блоке (1.4), в т.ч. в рублях (в соответствии с действующим тарифом на электроэнергию) для оплаты за потребленную электроэнергию и пожарно-электрического налога на нее.
Одновременно блок идентификации опасных факторов пожара (1.6) осуществляет контроль за вероятностью пожара (Рнд) по электротехническим причинам при недопустимых отклонениях параметров электроэнергии по формуле (2) и включает радиоканал (1.5) для передачи в пожарную охрану сигнала вызова на пожар, если указанная вероятность превысит нормативное значение.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом электросчетчике-извещателе заявляемый технический результат «определения потребляемой электроэнергии и возникающего в связи с этим пожарно-электрического вреда, для последующей их оплаты, в т.ч. с учетом качества подаваемой электроэнергии, а также для обнаружения опасных факторов пожара и оповещения о них проживающих и по радиоканалу государственную противопожарную службу» достигается за счет того, что в каждой квартире здания и в индивидуальных жилых домах вместо существующих электросчетчиков устанавливается электросчетчик-извещатель, который состоит из корпуса, в котором размещены аккумулятор с блоком питания, измеритель мощности и качества электроэнергии, выходы которого подключены к блоку вычисления пожарно-электрического вреда, подключенного к аудиовизуальному блоку с радиоканалом и к блоку идентификации опасных факторов пожара, на входе которого включены газовый, тепловой и дымовой датчики, установленные внутри камеры, состыкованной с электровентилятором, к которому подключен аспирационный трубопровод, охватывающий защищаемые помещения, причем
- измеритель мощности и качества электроэнергии является съемным периодически поверяемым микропроцессорным анализатором, входы которого подключены к фазам электросети, имеющим два информационных выхода - потребленной электроэнергии с допустимым качеством и потребленной электроэнергии с не допустимым качеством;
- блок вычисления пожарно-электрического вреда является съемным периодически перепрограммируемым микропроцессорным устройством, рассчитывающим суммы пожарно-электрического налога и платежа за потребленную электроэнергию;
- аудиовизуальный блок с радиоканалом является съемным периодически поверяемым радиотехническим устройством, в котором, для сопряжения с любыми автоматизированными системами учета и оповещения, установленными в здании, квартире или индивидуальном жилом доме, могут устанавливаться модули стандартных радиоинтерфейсов (GSM, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, RS-485);
- камера, внутри которой смонтированы газовый (СО), тепловой (Т°С) и дымовой (Сд) датчики обнаружения опасных факторов пожара, является проточной, благодаря электровентилятору, установленному снаружи камеры, который засасывает воздух в камеру из защищаемых помещений по аспирационному трубопроводу, присоединяемому к корпусу через разъем;
- блок идентификации опасных факторов пожара является самотестируемым микропроцессорным устройством, определяющим превышение установленного уровня пожарной опасности, включая вероятность пожара при потреблении электроэнергии с допустимым и не допустимым качеством, управляя мигающей подсветкой, а затем сиреной в блоке аудиовизуализации при обнаружении опасных факторов пожара в защищаемых помещениях, и включая радиоканал для передачи в пожарную охрану сигнала вызова.
Применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного электросчетчика-извещателя, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемый электросчетчик-извещатель реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собран на любом приборостроительном предприятии, в сервисном центре и в мастерской оказывающими услуги населению в области связи и компьютерной техники.
Заявляемый электросчетчик-извещатель, помимо жилого сектора, может найти широкое применение в гостиницах, дошкольных и учебных заведениях, больницах, предприятиях торговли и сферы услуг.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Богуславский Е.И., Белозеров В.В., Богуславский, Н.Е. Прогнозирование, анализ и оценка пожарной безопасности /Уч.пособие под ред. проф. Богуславского Е.И./ - Ростов н/Д: РГСУ, 2004. - 151 с.
2. Шаровар Ф.И. Принципы построения устройств и систем автоматической пожарной сигнализации. - М.: Стройиздат, 1983. - 335 с.
3. Членов А.Н. Автоматические пожарные извещатели. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД России, 1997. - 51 с.
4. Патент SU 1795894
5. Патент РФ на изобретение №2433424 МПК G01S 17/42 Способ и устройство оптической локации с помощью сенсора ультрафиолетового излучения.
6. Патент РФ на изобретение №2398609 МПК G08B 17/12 Извещатель пламени.
7. Патент РФ на изобретение №2336573 МПК G08B 17/117 Пожарный извещатель.
8. Щипицин С.Тенденции развития пожарных извещателей - БДИ. - 2004, №3 (54), с.38-43.
9. "Рекомендации по применению аспирационных дымовых извещателей VESDA", части 1, 2 и 3- М.: ВНИИПО МЧС России.
10. Белозеров В.В., Топольский Н.Г., Смелков Г.И. Вероятностно-физический метод определения пожарной опасности радиоэлектронной аппаратуры // Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ: Материалы XII Всероссийской науч.-практ. конф. - М.: ВНИИПО, 1993, с.23-27.
11. ГОСТ 12.1.004 Пожарная безопасность. Общие требования - М: Изд.стандартов, 1992. - 75 с.
12. Ермаков В.Ф Статистический анализатор качества и учета расхода электроэнергии - Патент РФ на изобретение №2260842 МПК G06F 17/18.
13. Белозеров В.В., Босый С.И., Мотин В.Н., Панич А.Е. Вероятностно-физические модели надежности, качества и безопасности в высоких технологиях приборостроения // «Техносферная безопасность. Надежность. Качество. Энергосбережение.»: материалы Всерос. науч.-практ. конф. /Шепси, 6-9 сентября 2003 г., ISBN 5-89071-036-2/. - Ростов н/Д: РГСУ (ЮРО РААСН), 2003. с.519-530.
14. Белозеров В.В., Бойко С.И., Колганов В.А. Метод обоснования автоматизированной системы обнаружения и сообщения о пожаре // "Организационно-управленческие проблемы пожарной охраны": сб. науч.тр. - М.: ВНИИПО, 1986, с.56-63