Русский   English

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Пожежа – одне з найпоширеніших катастроф на нашій планеті. Це неконтрольоване горіння поза спеціальним вогнищем, що завдає матеріальної шкоди. Він характеризується: освітою відкритого вогню та іскор, підвищеною температурою повітря, предметів, токсичних продуктів горіння і диму, зниженою концентрацією кисню, пошкодженням будівель, споруд і установок, виникненням вибухів. Все це відноситься до небезпечних і шкідливих факторів, що впливають на людей [1].

Забезпечення пожежної безпеки промислових об’єктів, в тому числі і вугільних шахт, відповідно до законодавства України про охорону праці, є неот’емленной частиною державної діяльності. Зниження видобутку вугілля не приводить, згідно статистичних даних, до зменшення кількості екзогенних пожеж. В Україні щорічно відбувається від 50 до 80 підземних пожеж екзогенного походження, з них 36,7% від струмів короткого замикання в кабельних мережах, які завдають економічних збитків вугільним підприємствам.

У мережах 6 кВ найбільш небезпечні з точки зору ініціювання пожеж є дугові однофазні замикання на землю (ОЗЗ) в кабелях. Пожежна небезпека кабелів характеризується наступними властивостями їх ізоляції:

  • здатністю займання і горіння при наявності джерела тепла, що підводиться з місця пошкодження (горючість кабелю);
  • здатність підтримувати самостійне горіння після припинення дії зовнішнього джерела тепла (здатність поширювати горіння).

Прогорання зовнішньої броні кабелю при дугових ОЗЗ представляють серйозну небезпеку з точки зору займання предметів, розташованих поблизу кабелю, під впливом іскор, що представляють собою розпечені частки металу і палаючої ізоляції [2].

Мета роботи

Теоретичне узагальнення і розробка методу оцінки пожежної безпеки підземної системи електропостачання 6 кВ вугільної шахти для запобігання займання кабельних мереж в шахтах.

Ідея роботи

Уявити ймовірність загоряння кабелю від однофазних струмів замикання на землю як випадковий процес збігу в просторі і часі ряду випадкових факторів (частоти появи дугового ОЗЗ, наявність горючого матеріалу в місці прокладки кабелю, надійності засобів захисту та термінів їхньої профілактики).

Завдання дослідження

  • провести статистичний аналіз інтервалів часу між суміжними пожежами в шахтних кабельних мережах від дугового ОЗЗ, на підставі якого обґрунтувати можливість застосування теорії марківських процесів для оцінки причин займання кабелю;
  • встановити залежність струму в місці пошкодження (струму витоку) від величини опору в місці пошкодження при різній довжині кабелю живлення для статичного і динамічного режимів;
  • визначити залежності ймовірності виникнення пожежі від частоти випадково з'явився в кабелі 6 кВ дугового ОЗЗ, наявність горючого матеріалу в місці прокладки кабелю (вибухонебезпечна концентрація металловоздушной середовища, наявність горючих матеріалів у місці появи ОЗЗ), надійності захисту витоку струму на землю і термінів її профілактики.

Об’єкт дослідження – відособлена система електропостачання 6 кВ ділянки вугільної шахти.

Предмет дослідження – чинники (дугове ОЗЗ, наявність горючого матеріалу в місці прокладки кабелю, апаратура захисту, від втечі струму на землю і терміни їх профілактики), які впливають на причину займання шахтних кабельних мереж при їх експлуатації.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети в роботі використовувалися аналітичні методи і методи, які засновані на експериментальних дослідженнях, які базуються на основних поняттях теорії ймовірностей і надійності.

Дослідження залежності струму в місці пошкодження від величини опору і різної довжини кабелю живлення

Постановка задачі – шляхом математичного моделювання ділянки мережі напругою 6 кВ з ізольованою нейтраллю встановити залежність струму разом пошкодження при різній довжині кабелю живлення. Дослідження виконати для статичного і динамічного режимів.

Еквівалентна схема досліджуваної ділянки наведена на (рис. 1). На схемі позначено: R, С – опір ізоляції і ємності кабелю по відношенню до землі; Iп, Rп – струм і опір в місці пошкодження.

Допущення:

Частини мережі, відокремлені від досліджуваної ділянки трансформаторами, не впливають на досліджуваний струм витоку. Опір в місці пошкодження є чисто активним. Ємність фаз досліджуваної мережі пропорційна довжині кабелю (до уваги береться ємність приєднань).

Рисунок 1 – Схема досліджуваної ділянки мережі

Деякі особливості отриманих результатів:

У сталому режимі струм витоку пропорційний довжині кабелю (або ємності досліджуваного ланцюга). В інтервалі значень опору в місці пошкодження 0 < Rп < 500 Ом струм витоку змінюється незначно (мережа по відношенню до опору пошкодження поводиться як джерело струму). У міру зменшення опору Rп спостерігається різке зростання імпульсної (динамічної) складової струму витоку, обумовленої швидкоплинним початковим розрядом і перерозподілом заряду ємностей кабелю. Цікавим є перехідний процес при Rп < 100 Ом. У міру зниження Rп динамічна складова струму витоку може досягти десятків і сотень ампер. Однак тривалість цього імпульсу становить мікросекунди. Небезпека цієї складової краще оцінювати кількістю енергії, що витрачається в опорі Rп. Аналіз показав, що при зміні Rп в межах: 20 < Rп < 200 Ом, постійна часу перехідного процесу змінюється відповідно в межах: 22,5 < тау < 225 мкс. А енергія імпульсу відповідно: 13,47 > W > 13,47 Дж. Таким чином, для вказаної межі зміни Rп енергія імпульсу практично постійна [3].

Оцінка пожежної ділянки вугільної шахти

Існують нормативні документи, що регламентують ймовірність пожежі на технологічних об’єктах. Імовірність виникнення пожеж в електротехнічному та іншому одиничному виробі не повинна перевищувати величини 1*106 протягом року. Фахівці різних країн приймають інтенсивність появи аварій (катастроф) Н = 1*10-6 1/рік як той рівень ризику, до якого слід прагнути на промислових підприємствах. Пояснюється це тим, що частота аварій (катастроф) на конкретному промисловому об'єкті рівна 1*10-6 настільки мала, що заради вигоди, одержуваної від експлуатації об’єкта, суспільство (люди) готові піти на такий ризик. Фізичний сенс цієї величини можна пояснити наступним чином. Якщо під наглядом протягом часу Т = 1 рік буде знаходитися N = 1000000 однотипних технологічних об’єктів, то статистично допускається одна аварія (катастрофа) n = 1 протягом року на одному з цих об’єктів, тобто

Імовірність появи аварій (катастроф) протягом часу t може бути визначена наступним чином:

В тому випадку якщо H*t < 0,1, то , при t = 1 рік, , [4]

Статистичний аналіз даних про аварії, що сталися за останні 5 років в різних галузях промисловості України та Росії, показав, що ступінь ризику появи аварій (катастроф) дорівнює 1 / рік, тобто на 3 порядки більше нормованої величини.

Пожежа на ділянці з відокремленим живленням називатимемо катастрофою, яка настає при випадковому збігу в просторі трьох випадкових подій, що мають різну частоту появи та тривалість існування [5]. Припустимо, що катастрофа на ділянці вугільної шахти настає при збігу в просторі і часі наступних подій: появи горючого матеріалу (пожежонебезпечна пил, дерев’яна кріплення); пошкодження кабельної лінії (дуговое однофазное замикання на землю); відмови в спрацьовуванні автоматичного захисного відключення (АЗО-6). Наявність горючого матеріалу на трасі прокладки кабелю виявляється тільки в результаті профілактичних оглядів і фіксується за допомогою приладів епізодичної дії або візуально (горючий матеріал). Результати оглядів і виявлених порушень заносяться в спеціальний журнал обліку. При виникненні витоку струму на землю (захист АЗВ знаходиться в відмовив стані) з плином часу вона перетворюється в дугове замикання на землю [6].

Рисунок 2 – Схема відокремленого електропостачання 6 кВ ділянки вугільної шахти

Пристрій АЗВ реагує на струми витоку і може виходити з ладу тільки тоді, коли воно знаходиться в режимі очікування. Якщо до моменту виникнення в мережі ушкодження, на яке має реагувати АЗВ воно знаходилося в справному стані, то малоймовірно, щоб захист вийшла з ладу, перебуваючи в режимі тривоги. Після відмови АЗВ в спрацьовуванні захисного комутаційного апарату при появі ОЗ в зоні дії АЗВ), його відмовила стан виявляється тільки в результаті профілактичних перевірок. Перевірки працездатності АЗВ вважаються абсолютно надійними і відбуваються через постійний інтервал часу .

Стан середовища, що оточує кабельну лінію 1 (рис. 2) представимо у вигляді марківського процесу , яка може приймати два значення: 0 – середовище поблизу кабельної лінії безпечна; 1 – середовище поблизу кабельної лінії небезпечна. Позначимо частоту переходів середовища з безпечного стану в небезпечне через , а з небезпечного в безпечне

Стан кабельної лінії можна характеризувати випадковою величиною функцією : 0 – в кабелі немає пошкоджень, тобто відсутня струм витоку на землю; 1 – в мережі з’явився струм витоку на землю. Параметри процесу позначимо через и

Стан АЗВ будемо характеризувати за допомогою функції . В тому випадку якщо в системі захисту пошкоджень немає. В тому випадку якщо в системі відбулася відмова АЗВ. Позначимо параметри процесу через .

Катастрофа в системі може статися при випадковій зустрічі процесів в стані 1, тобто коли [7]. Завдання полягає в тому, щоб знаючи параметри процесів визначити середній час до першої катастрофи, дисперсію цього часу і ймовірність настання катастрофи протягом часу Q (t), якщо в початковий момент часу всі елементи системи перебували в безпечному стані.

Пожежа може статися при збігу в просторі і часі наступних випадкових подій: появи горючого матеріалу (пожежонебезпечна пил, дерев’яна кріплення); пошкодження кабельної лінії (дуговое однофазное замикання на землю); відмови в спрацьовуванні автоматичного захисного відключення (АЗО-6).

Імовірність пожеж Q (t) на ділянці мережі протягом часу t дорівнює ймовірності P8 (t) випадкового знаходження всіх незалежних елементів системи захист – ОЗЗ – горючих матеріалів в небезпечному стані, в досліджуваній системі спостерігається в момент часу t: ОЗЗ; відмова в спрацьовуванні відповідних засобів захисту; наявність горючого матеріалу поблизу кабельної лінії. Імовірність P8 (t) можна знайти, користуючись системою лінійних диференціальних рівнянь [8].

Дана система рівнянь вирішується при початкових умовах: P1 (0) = 1, P2 (0) = P3 (0) = P4 (0) = P5 (0) = P6 (0) = P7 (0) = P8 (0) = 0, які випливають із зроблених припущень про те, що в початковий момент часу в мережі не спостерігається ушкоджень, що призводять до ОЗЗ; АЗВ знаходиться в справному стані; поблизу кабелю відсутній горючий матеріал.

Рішення системи лінійних диференціальних рівнянь будемо шукати у вигляді: Р (t) = Р (0) ехр (At),

де , , .

Тут – середній інтервал часу між появами небезпечного середовища в місці прокладки кабелю і середня тривалість перебування середовища в небезпечному стані відповідно; – середній інтервал часу між появами утечкітока на землю в кабелі і середня тривалість спрацьовування АЗВ; – середній інтервал часу між відмовами АЗВ і середній час перебування його в невиявлення відмовив стані.

Середній час до першої пожежі знаходимо з системи рівнянь:

У тих випадках, коли ттоді з наведеної вище системи знаходимо – час до першої пожежі, якщо в початковий момент часу всі елементи системи перебували в безпечному стані [9].

У практичних випадках майже завжди дотримуються наступні співвідношення: d2 >> d1 і d3 >> d1, тоді формулу для знаходження

Якщо задані інтервалами часу наявності горючої суміші поблизу прокладки кабелю, і інтервал часу між перевірками працездатності системи відключення захисних комутаційних апаратів, тоді и можна знайти з наступної формули:

Підставляючи формули и в формулу знаходимо:

Висновок

В результаті досліджень в даній роботі була розроблена математична модель і запропонована методика, які дозволяють прогнозувати ймовірність появи можливих пожеж на ділянці мережі шахти електропостачанням 6 кВ, розробляти організаційні та технічні заходи, що дозволяють забезпечувати нормований ГОСТ 12.1.004-91 рівень пожежної безпеки. Для цього була використана програма обліку, аналізу і обробки експериментальних даних, розроблена на кафедрі Електропостачання підприємств і міст.

Перелік посилань

  1. Ковалев А. П. О пожарной безопасности шахтных систем электроснабжения // Промышленная энергетика – 1991 – № 9 – С. 12–14.
  2. Ковалев А. П. О проблемах оценки безопасности технологических объектов топливно–энергетического комплекса Украины // Наукові праці Донецького національного технічного університету, Серія Електротехніка і енергетика, вип. 79, Донецьк: ДонНТУ, 2004, С. 111–118.
  3. Ковалев А. П., Шевченко О. А., Якимишина В. В., Пинчук О. Г. Оценка пожарной опасности асинхронных электродвигателей, эксплуатирующихся на промышленных предприятиях Украины – Вісник Кременчугського держ. політехн. університета, 2004, вип. 2/2004 – С. 64.
  4. Чумак А. С., Хорольский В. А. Оценка пожаробезопасности шахтных кабельных сетей и электроустановок //Безопасность труда в пром-сти – 1990 – № 7 – С. 32–33.
  5. Автореферат дисертации, ДонНТУ Чурсінова А. О. Прогнозування надійності засобів захисту та термінів їхньої профілактики для запобігання займання шахтних кабельних мереж: http://avtoreferat.net.
  6. Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов – Энергоатомиздат, 1995 – С. 416
  7. Статья доц. кафедры ЭПП Московского технического университета Матюнина Ю. В. Электропотребление электротехнических систем: http://www.kudrinbi.ru.
  8. Калинчик В. П. Контроль и оперативное управление электропотреблением в промышленных электрических сетях //Киев – 1983 – С. 5–7.
  9. Тарадай В. И. Формирование характеристик электропотребления при проектировании электрических сетей промышленных предприятий // Киев – 1985 – С. 10–11.
  10. Статья библиотеки магистранта 2006 г. ЭТФ ДонНТУ Поварёнкина О. В. Метод симетрування для виділення стаціонарних компонент режимів виробництва і витрат енергоносіїв Дмитрієва О. М., Лютий О. П.