О снижении пожарной опасности при эксплуатации индивидуальных домовладений

Целью статьи является разработка технического средства, позволяющего снизить возможность возникновения пожаров во внутренних электрических сетях индивидуальных домовладений. В ходе проведения исследований использовались общенаучные методы численного анализа, методы теории электрических цепей и теории прогнозирования. В результате проведенных исследований было установлено, что режим работы исследуемой электрической сети отличается значительной несбалансированностью электропотребления в силу несимметрии и несинусоидальности фазных токов, обусловленных появлением дополнительных симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей. Значительно возрастают дополнительные тепловые потери, что приводит к перегреву нулевого проводника и возрастает опасность возникновения пожаров. На основе произведенных измерений и авторского программного обеспечения произведено имитационное моделирование интеграции разработанного авторского балансирующего устройства в исследуемую сеть. Произведенным анализом установлено, что использование данного устройства позволяет снизить дополнительные тепловые потери и уменьшить риск возникновения пожаров более чем на 90 %. На основе использования статистических методов прогнозирования, в частности метода регрессионного анализа, произведена превентивная оценка уровня дополнительных потерь электроэнергии на отдаленную перспективу. Получены уравнения авторегрессии, позволяющие, с определенной вероятностью предсказать значение показателя, характеризующего дополнительные потери мощности. Для получения визуализации изменения исследуемых показателей использовались технологии графического редактора MATLAB, а также возможности программного обеспечения Excel. Полученные результаты могут быть полезны строительным организациям при проектировании внутренней электрической сети индивидуальных домовладений, а также научным работникам, ведущим научные исследования в снижения дополнительных потерь электрической энергии.

1. Naumov I.V. Savina N.V., Yamshchikova I.V., Shevchenko M.V. Methods for Fire Risk Reduction in Residential Premises with The Help of Balancing Devises // IPASJ International Journal of Electrical Engineering. 2017. Vol. 5. Iss. 5. P. 10–16. EDN: XGTBUB.

2. Naumov I.V. An Analysis of Fires Due to Violation of the Rules for Design and Operation of Electrical Plants, and How to Prevent them in Residential Buildings (on the Example of the Amur Region) // 2019 International Science and Technology Conference “EastConf". 2019. P. 1–15. http://doi.org/10.1109/EastConf.2019.8725407. EDN: CWDAAU.

3. Наумов И.В., Карамов Д.Н. К вопросу о возникновении пожароопасных ситуаций при несимметричном электропотреблении // Надежность и безопасность энергетики. 2021. Т. 14. № 1. С. 69–76. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2021-14-1-69-76. EDN: IGMLUW.

4. Наумов И.В. Симметрирование режимов работы внутренних электрических трехфазных сетей, как средства снижения пожарной опасности // Актуальные вопросы аграрной науки. 2021. № 38. С. 19–26. EDN: TILWTX.

5. Наумов И.В., Бастрон А.В. Исследование несимметричных режимов работы внутренних электрических сетей индивидуальных жилых домов в сельской местности // Вестник НГИЭИ. 2022. № 6 (133). С. 44–58. https://doi.org/10.24412/2227-9407-2022-6-44-58. EDN: IOPTBX.

6. Наумов И.В. К вопросу о пожарной безопасности при строительстве индивидуальных жилых домов // Известия Вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2022. Т. 12. № 3. С. 350–361. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-3-350-361. EDN: HFWQXY.

7. Наумов И.В. О выборе допустимых сечений проводникового материала внутренних электрических сетей при строительстве индивидуальных домовладений // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2022. Т. 12. № 4. С. 589–599. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-4-589-599. EDN: RDNJOG.

8. Naumov I.V., Podyachikh S.V., Yakupova M.A. and Fedorinova E.S. Methodological Bases of the Fire Hazard Reduction in Internal and External 0.38 kV Electrical Networks with Unbalancing Power Consumption // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2022. P. 1–12. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/1045/1/012145. EDN: NUKSBQ.

9. Абдиева З.Э., Назаров Б.Б. Причины возникновения несимметричных режимов в электрических сетях 0,38 кВ // Наука и инновационные технологии. 2017. № 1 (3). С. 64–67. EDN: YMGZTU.

10. Lumbreras D., Gálvez E., Collado A., Zaragoza J. Trends in Power Quality, Harmonic Mitigation and Standards for Light and Heavy Industries: A Review // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 21. P. 1–24. https://doi.org/10.3390/en13215792.

11. Оськин С.В., Макаренко А.С., Дидыч В.А., Моргун С.В., Моргун С.М. Результаты анализа качества и безопасности электроэнергии на производственном объекте // Чрезвычайные ситуации: промышленная и экологическая безопасность. 2017. № 4 (32). С. 149–155. EDN: RYSQBE.

12. Коновалов Ю.В., Воробьев И.И. Анализ качества электроэнергии на предприятии // Вестник Ангарской государственной технической академии. 2014. № 8. С. 57–60. EDN: TAVLDP.

13. Костюков Д.А. Оценка вклада потребителя в несимметрию напряжения вдоль нулевой последовательности в точке общего подключения // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2018. № 6 (69). С. 24–34. https://doi.org/10.37493/2307-907X-2018-69-6-24-34. EDN: YWPRNJ.

14. Килин С.В., Вендин С.В. Анализ несинусоидальности и несимметрии в электрических сетях 0,4-10 кВ // Проблемы электрификации сельского хозяйства: сб. науч. трудов по материалам Всеросс. науч.- практ. конф. (г. Ярославль, 15 ноябрь 2017 г.). Ярославль, 2018. С. 15–21. EDN: XNIJZJ.

15. Dugan R.C., McGranaghan M.F., Santoso S., Beaty H.W. Electrical Power Systems Quality. New-York: McGraw- Hill Professional, 2012. 576 p.

16. Ahmed I.A., Zobaa A.F., Taylor G.A. Power Quality Issues of 3MW Direct-Driven PMSG Wind Turbine // 50th International Universities Power Engineering Conference (UPEC). 2015. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/UPEC.2015.7339760.

17. Гольдштейн В.Г., Сливкин В.Г. Анализ электромагнитной совместимости низковольтных электроприемников с несимметричными режимами работы высоковольтных электрических сетей // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: физико-математические науки. 2002. № 16. С. 205–208. EDN: EBNEPZ.

18. Жилин М.И., Воркунов О.В. Повышение качества электрической энергии // Приоритетные направления развития науки. Сб. статей по материалам Междунар. науч.-практ. конф. В 2-х частях (г. Москва, 07 июня 2017 г.). М., 2017. С. 83–85. EDN: ZEZYER.

19. Neufeld O., Tancogne-Dejean N., Rubio A. Comment on “Origin of Symmetry-Forbidden High-Order Harmonic Generation in the Time-Dependent Kohn-Sham Formulation” // Physical Review. 2022. Vol. 105. Iss. 4. P. 1–4. http://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.047101.

20. Hadarig A.I., Vázquez C., Fernández M., Ver Hoeye S., Hotopan G.R., Camblor R. [et all.] Experemental Analysis of the High-Order Harmonic Components Generation in Few-Layer Graphene // Applied Physics A. 2018. Vol. 118. P. 83–89. https://doi.org/10.1007/s00339-014-8739-y.

21. Косоухов Ф.Д., Наумов И.В. Несимметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях / Монография, Иркутск, Издательство "ИДП", 2003. – 259С.

22. Наумов И.В., Федоринова Э.С., Якупова М.А. Минимизация последствий искажения качества электрической энергии при несимметрично-несинусоидальном электропотреблении // Промышленная энергетика. 2023. № 3. С. 52–61. https://doi.org/10.34831/EP.2023.56.49.007. EDN: YQTRAK.

23. Пат. № 982146, СССР, H02J 3/26. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной электрической сети / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, И.В. Мостовяк, А.В. Самков; заявитель и патентообладатель Институт электродинамики АН Украинской ССР. Заявл. 09.04.1981; опубл. 15.12.1982. Бюл. № 46.

24. Пат. № 188396, Российская Федерация, H02J 3/28, H02J 9/06. Устройство симметрирования напряжения в высоковольтных сетях / В.В. Буренин, Н.П. Кириллов, В.И. Полянский, С.Н. Слепов, А.Н. Сова, А.В. Филимонов; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «Корпорация “Стратегические пункты управления”» АО «Корпорация “СПУ – ЦКБ ТМ”». Заявл. 05.03.2019; опубл. 11.04.2019.

25. Пат. № 61063, Российская Федерация, H02J3/26. Симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами / Д.А. Иванов, И.В. Наумов, Д.А. Шпак, А.А. Матвеенко, С.В. Подъячих, С.В. Сукьясов; заявитель и патентообладатель Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования. Заявл. 03.04.2006; опубл. 10.02.2007. Бюл. № 4.

26. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 2000. 331 с.

27. Коверникова Л.И. Централизованное снижение уровня высших гармоник в сети с нелинейными нагрузками с помощью пассивных фильтров // Электричество. 2010. № 9. С. 50–55. EDN: MUGWJZ/

28. Пат. № 2811981, Российская Федерация, H02J 3/26. Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей / Наумов И.В., Подъячих С.В., Карамов Д.Н., Ермолаев Д. С.; заявитель и патентообладатель Иркутский государственный аграрный университет. опубл. 22.01.2024.

29. Наумов И.В. Устройство для снижения потерь в электрических сетях с нелинейно-несимметричной нагрузкой // Электричество. 2023. № 6. С. 57–66. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-6-57-66. EDN: FJYVCA.

30. Лебедев Ю.А., Летягина Е.Н., Рузанов А.И., Сидоренко Ю.А. Регрессионный анализ энергопотребления в промышленных регионах // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Социальные науки. 2014. № 3 (35). С. 29–32. EDN: SWEOYR.

31. Клычев В.Е. Применение нелинейных авторегрессионных моделей нейронных сетей для прогнозирования экономических показателе // Ученые записки Тамбовского отделения РОСМУ. 2016. № 5. С. 133–136. EDN: VEIKZV.

32. Щербатов И.А. Применение искусственных нейронных сетей при управлении энергетическим оборудование. Часть 2. Прогнозирование значений параметров, дефектов, отказов и технического состояния // Новое в Российской электроэнергетике. 2020. № 10. С. 37–46. EDN: INEWCY.

33. Бильгаева Л.П., Власов К.Г. Исследование моделей нейросетевого прогнозирования в среде Matlab // Приложение математики в экономических и технических исследованиях. 2017. № 1 (7). С. 11–19. EDN: YTAXKX.