АВТОМАТИЗИРАН КОМПЛЕКС ЗА СИТОПЕЧАТ ВЪРХУ ЦИЛИНДРИЧНИ ПОВЪРХНИНИ

Препис

1 396 ОПИСАНИЕ НА КЪСОТО СЪЕДИНЕНИЕ МЕЖДУ ИЗВОДИТЕ НА 9 ВОЛТОВ ПОСТОЯНЕН ИЗТОЧНИК НА НАПРЕЖЕНИЕ, КАТО ПРЕДПОСТАВКА ЗА ВЪЗНИКВАНЕ НА ПОЖАР Светлин Антонов, Калоян Марков, Людмила Балтова Резюме: В настоящата статия се изследват особеностите на възникване на късо съединение, което е предпоставка за възникването на пожар при съхранение на 9 волтов източник на постоянно напрежение (батерия). Анализират се коструктивните особености, потенциалите на електродите, определянето на вътрешното и консуматорното съпротивление на батерията, възникване на късо съединение между електродите й, количеството на отделената и консумирана енергия на външния елемент. Ключови думи: възникване на пожар, късо съединение, батерия 9 волта, постояннотоков източник, анализ. 1. Въведение Възникването на пожари в следствие на различни видове аварийни режими на работа на електрическите инсталации и включени в тях електроуреди е много често срещано явление както в Р. България, така и в световен мащаб. Значителният брой пожари предизвиква пропорционално голям интерес от страна на специалистите, разследващи причините за възникване на пожари, а също така и други изследователи. Самото протичане на ток на късо съединение в една електрическа верига представлява пренос на голямо количество енергия през среда с минимално, клонящо към нулево (липсата на такова в идеалния случай) съпротивление. Този процес се описва по закона на Ом, а по-задълбоченото му изследване относно връзката между протичащия ток и възникването на пожар се разглеждат в настоящата работа. Решаването на задачата за изследване на връзката между наличието на батерия за слаботоков домакински електроуред и възникването на пожар в такава среда може да се разглежда като задача за анализ. Известни са конструктивните особености на източника на захранване (фиг. 1 [1, 2]), структурата на веригата, участващите елементи (фиг. 2) и техните параметри. Търси се протичащият ток и мощността в тази верига, които са достатъчни за възникването на искра или прегряване на материята и съответно възпламеняване на околните предмети. По отношение на конструктивните особености на 9V батерии (фиг. 1), става ясно, че те представляват последователно съединение от 6 броя по 1,5V клетки под корпуса й, а на една от външните й страни са поставени

2 положителният и отрицателният метални изводи. Съставът на готовото изделие може да съдържа Кадмий, Литий, Манган, Карбон, Цинк, Никел и др. Фиг. 1 Конструкция и оразмеряване в милиметри на 9 V електрически източник Фиг. 2 Елементи на изследваната електрическа верига Приложението на този тип преносим нисковолтов източник на енергия е широко в бита, като е приложимо за всякакви електронни уреди със захранване от 9 V. Такива, например, са радиоприемници, джобни фенерчета, дистанционни управления за механизирани детски играчки, и не на последно място това са най-използваните батерии за захранване на автономни пожароизвестители, използвани за защита от пожар на частни домове и дори на офис помещения. 2. Математическо описание Идеален източник на напрежение е показаният на фиг. 2. В реалността източникът на напрежение има вътрешно съпротивление, породено от материалите, от които е произведен. В реалния случай трябва да се има предвид показаното на фиг. 3. В нея са включени не само идеалният източник на напрежение и консуматорът с нулево активно съпротивление, но и елемент показващ вътрешното съпротивление. Фиг. 3 Еквивалентна схема на източник на напрежение 397

3 Протичащият през веригата ток се определя от стойностите на напрежението между изводите на батерията, вътрешното й съпротивление и консуматорното (външното) такова. В случай на късо съединение токът ще зависи само от вътрешното съпротивление R in и потенциалната разлика между електродите (1). Точността за изчисление на потенциала в съответната точка се определя до интеграционната константа [3]: M0 M 0 V V Edl Edl (1) където: V 1 и V 2 - стойност на потенциала в съответната точка, измерена във Волтове; M 0 - точка с нулев потенциал; E - интензитет на електрическото поле; dl - вектор по тангентата в центъра на елемента. След обединение на двата интеграла се получава: M0 2 2 V V Edl Edl Edl (2) 1 M 1 0 От тук следва, че потенциалната разлика съвпада с напрежението между двете точки в едно електрическо поле, т.е. между изводите на батерията. При въведеното на фиг. 3 вътрешно съпротивление е коректно да се e t u t. То става равенство само при отсъствието на запише неравенството протичащ ток. Ако се отчита вътрешното съпротивление на източника, се записва зависимостта: u t e t Rini t (3) Определянето на съпротивлението на консуматора се извършва с допусканията: приема се, че се осъществява късо съединение между изводите на батерията чрез проводник ur изграден от хомогенен материал; електрическото поле е равномерно E const ; проводящият материал има специфична проводимост, проводящата среда е линейна const ; напречното сечение на свързващия проводник е постоянно s const. Базирайки се на гореизложеното може да се запише диференциалния вид на закона на Ом (определяне на токовата ur плътност ur на тока): J E, (4) тогава, i J E (5) s u Edl Edl E dl El l l l След заместване на. (5) u E, за i се получава: l 398

4 s i u. (6) l В случай, че източникът на захранване се приеме като източник на ток, в еквивалентната му схема (фиг. 4) паралелно се включва съпротивление. Това променя съотношенията на токовете в тази част на веригата, и тогава се je t i t. То става равенство, ако се осъществи получава неравенството късо съединение, в следствие на което токът през вътрешното съпротивление ще бъде равен на нула и ще протича изцяло само през външната верига. Фиг. 4 Еквивалентна схема на източник на ток Съпротивлението на проводника се определя от геометричните размери и специфичната проводимост по зависимостта: l R. (8) s Отделената от този елемент мощност при протичане на ток се определя по зависимостта: 2 p Ri, (7) а консумираната се определя по: p u. (8) R Развитието на (8) следва да определи моментната мощност в зависимост от напрежението върху проводящия елемент и протичащия ток: p t u t i t. (9) Енергията на елемента се определя чрез интегриране по време в интервала t t : 0 x W t t x x u t i t dt 0 Стойността на енергията на елемента е положителна, поради W t ). консуматорния характер на елемента ( 0 x За целите на изследването се пренебрегва вероятността за наличието на капацитивен или индуктивен характер на проводящата част при осъществяване на късото съединение. (10) 399

5 3. Методи за оценка на риска и препоръки за безопастност В стандарт IEC/ISO [4] са описани някои методи за оценка на риска, които са приложими за нуждите на пожарната безопастност в разглеждания контекст. В някои обстоятелства последствието може да настъпи в резултат на поредица от различни събития или условия или когато конкретното събитие не е идентифицирано. В този случай при оценяване на риска вниманието е насочено към анализиране на важността и уязвимостта на елементите на системата, с оглед определяне на въздействия, които съответстват на нивото на защита или на стратегиите за възстановяване. Методите за оценка на риска, свързани с пожарната безопасност, са следните [4]: Списъци за проверка; Предварителен анализ на опасностите (Primary Hazard Analysis РНА); Анализ на опасностите и контрол на критичните точки (Hazard Analysis and Critical Control Points - HACCP); Анализ на основните причини (RCA); Оценяване на надеждността на човешкия фактор (Human reliability assessment - НRA); Преходен анализ и анализ на неявни състояния; Матрица на последствията/вероятностите. Като се вземат предвид описаните параметри и техните взаимовръзки следва да се препоръча задължително при съхранение на 9 V батерии да се вземат мерки за изолирането на двата електрода, с цел избягването на късо съединение. Изолирането може да се осъществи чрез произволна изолационна, самозалепваща се лента, като трябва да бъдат плътно покрити и двата електрода на батерията и лентата да е с плътно залепени краища. Желателно е батериите да се оставят за съхранение на места, където няма опасност да се трият или допират до открити метални повърхности. Пренасянето в багаж при пътуване може да доведе до многократно разместване, триене на батериите в други предмети и до нарушаване на целостта на изолационния слой върху електродите. Това е от съществено значение при транспортиране на батерии в багаж при въздушен транспорт, при които багажа се прехвърля многократно, докато стигне до товарния отсек на самолета, а там възникването на пожар може да доведе до сериозна заплаха за здравето и живота на пасажерите и екипажа. Литература: Фархи, С, С, Папазов. Теоретична електротехника 1, изд. Техника, IEC/ISO 31010:2009 Управление на риска Методи за оценяване на риска 400

6 DESCRIPTION OF SHORT CIRCUIT BETWEEN THE TERMINALS OF A 9 VOLT BATTERY, AS A PREREQUISITE FOR FIRE Svetlin Antonov, Kaloyan Markov, Lyudmila Baltova Abstract: The present paper investigates the features of the short circuits which are precondition for arising a fire while keeping old 9 V batteries. The construction features, the potentials, internal and consumption (external) resistance in the circle and the quantity of released and consumed energy of the outer element. Данни за авторите: Светлин Иванов Антонов, асистент доктор инж., катедра ТЕ при ФА, Технически Университет София, Р. България, София, бул. Кл. Охридски 8, тел.: , е-mail: svantonov@yahoo.com Калоян Марчев Марков, докторант инж., катедра ХАДиХМ при ЕМФ, Технически Университет София, Експерт Пожарна безопастност в Електропроизводство-2, АЕЦ Козлодуй ЕАД, Р. България, 3321, гр. Козлодуй, тел: , е-mail: markov_kaloyan@hotmail.com Людмила Иванова Балтова, главен асистент инж., катедра ОТСК при МФ, Технически Университет София, Р. България, София, бул. Кл. Охридски 8, тел , е-mail: lbaltova@tu-sofia.bg 401