ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 0,66 – 6 КВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

д.т.н. Ковалев А.П.,  Dr. prof. Исбер Джорж,  к.т.н. Шевченко О.А.,  Ковалева А.В.Сборник научных трудов ДонНТУ. Серия: "Электротехника и энергетика", выпуск 5.- Донецк: ДонНТУ, 2003. - с.112

 

Для предотвращения возгораний в кабельных сетях 0,66 – 6 кВ промышленных предприятий, от коротких замыканий (КЗ) время отключения поврежденного участка должно быть t ≤ (0.3 – 0.6) с [1].

Следовательно, можно сделать предположение о том, что пожар от КЗ в элементе кабельной сети может произойти при совпадении в пространстве и времени следующих случайных событий: произошло КЗ в наблюдаемом элементе сети (кабельный ввод, кабельная муфта, участок кабеля с ослабленной изоляцией и т.д.); отказал в срабатывании ближайший к месту КЗ защитный коммутационный аппарат; наличие горючего материала (пыль, ветошь и т.д.) на поврежденном элементе сети.

Цель данной работы. Определить какова вероятность появления пожаров в течение года при эксплуатации на промышленных предприятиях кабельных сетей напряжением 0,4 – 6 кВ.

Предположим, что изменения состояния кабельной сети рассматриваемого цеха, систем отключения защитных коммутационных аппаратов, наличие пожарной пыли на элементах кабельной сети с течением времени описываются независимыми марковскими случайными процессами с дискретным числом состояний и непрерывным временем: ξ₁(t); ξ₂(t); ξ₃(t). Каждый из рассматриваемых процессов может находиться в двух состояниях 0 и 1.

Для случайного процесса ξ₁(t) состояние 0 – означает, что в наблюдаемой сети в данный момент времени t отсутствуют повреждения, приводящие к КЗ; состояние 1 – в момент tпроизошло КЗ, длительность которого равна времени отключения поврежденного участка кабельной линии.

Обозначим через λ₁ и μ₁ параметры процесса ξ₁(t), где

 - средний интервал времени между появлениями КЗ в рассматриваемом элементе сети; d₁ – средняя длительность существования тока КЗ или среднее время срабатывания защиты.

Процесс ξ₂(t) с течением времени также может находиться в двух состояниях: 0 – система отключения защитного коммутационного аппарата находится в работоспособном состоянии; 1 – система отключения находится в отказавшем состоянии. Параметры этого процесса следующие:

 - средний интервал времени между отказами системы отключения защитного коммутационного аппарата; d₂ – среднее время нахождения системы отключения в необнаруженном отказавшем состоянии. Отказавшее состояние системы отключения обнаруживается только в результате профилактики с интервалом времени θ₂.

Аналогичным образом процесс ξ₃(t) может принимать в течение времени t два значения: 0 и 1. Состояние 0 – означает, что в данный момент времени горючий материал отсутствует на элементах кабельной сети, а состояние 1 – на элементе сети либо вблизи прокладки кабельной сети находится пожароопасная пыль. Параметры процесса следующие:   - средний интервал времени между появлениями пожароопасной пыли на элементе кабельной сети;  d₃ – наличие горючего материала на рассматриваемых элементах кабельной сети. Наличие горючего материала на элементах кабельной сети обнаруживается только в результате профилактических осмотров. Обозначим интервал времени между осмотрами элементов сети через θ₃.

Пожар в цехе наступает в момент случайной встречи рассматриваемых процессов в состоянии 1, т.е. когда ξ₁(t) = 1; ξ₂(t) = 1; ξ₃(t) = 1.

Совокупность процессов ξ₁(t), ξ₂(t), ξ₃(t) рассмотрим как один процесс маркова с 2³ = 8 состояниями и непрерывным временем. Пожар наступает при попадании системы в состояние 8. Вероятность попадания в состояние 8 находится из следующей системы линейных дифференциальных уравнений:

 

                                            (1)

 

Система уравнений (1) решается при начальных условиях Р₁(0) = 1,

Р₂(0) = Р₃(0) = Р₄(0) = Р₅(0) = Р₆(0) = Р₇(0) = Р₈(0) = 0, которые вытекают из сделанных предположений о том, что в начальный момент времени в сети не наблюдается повреждений, приводящих к коротким замыканиям; защита от токов короткого замыкания находится в работоспособном состоянии; на элементах кабельной сети отсутствует пожароопасная пыль.

Решение системы линейных дифференциальных уравнений будем искать в виде [2]

 

,                                                                                       (2)

 

где Р(0) = (1,0,…,0) – вектор – строка, содержащий начальные условия;

 

 - вектор – строка.

 

,                                                                                       (3)

 

Параметры μ₂ μ₃ находятся с помощью формул [3]

 

                                                                        (4)

 

Приведенная методика расчетов позволяет оценить вероятность появления пожаров в цехе при эксплуатации кабельных сетей и электрооборудования и выбирать оптимальные с точки зрения безопасности сроки профилактики θ₂ θ₃, при которых обеспечивается нормируемый уровень пожарной безопасности.

Пример. Определить вероятность пожаров при эксплуатации кабельной сети 6 кВ одного из цехов металлургического завода. Сравнить полученный результат с нормой ГОСТ 12.1.004-91, т.е. Q₀(8760) = 1×10^-6 и дать заключение соответствует ли данный цех норме по пожарной безопасности.

Дано:  = 8920 ч – средний интервал времени между появлениями КЗ в элементе кабельной сети;

d₁ = 5,6×10^-5 ч – среднее время срабатывания защиты при КЗ в элементе сети;

 = 12500 ч – средний интервал времени между отказами системы автоматического отключения защитного коммутационного аппарата;

θ₂ = 2160 ч – интервал времени между проверками системы отключения защитного коммутационного аппарата;

 = 520 ч – средний интервал времени между появлением горючей пожароопасной пыли на элементах кабельной сети;

θ₃ = 180 ч – интервал времени между проверками наличия пожароопасной пыли на элементах кабельной сети.

Решение. Используя исходные данные примера, формулу (4) находим: λ₁; λ₂; λ₃; μ₁; μ₂; μ₃.

 

Подставляя полученные данные в систему уравнений (1) с помощью ЭВМ находим Р₈(8760) = 1. Сравнение полученного результата с нормируемой величиной Q₀(8760) = 1×10^-6, показало, что в данном случае пожарная безопасность цеха при эксплуатации кабельной сети не обеспечивается

 

Литература

 

1.                             Зильберман В.А. Дальнее резервирование в сетях собственных нужд блочных электростанций. – Электрические станции, - 1988, №9. с. 77-82.

2.                             Тиханов В.И., Миронов В.А. Марковские процессы. – М.: Советское радио, 1977. – 340с.

3.                             Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических объектов. – Электричество. – 1991, №8.