Мунир Абурумман
Электротехнический факультет
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий и городов
Специальность «Электротехнические системы электропотребления»
«Оценка пожарной безопасности подстанции 110/10 кВ»
Научный руководитель: профессор Ковалев Александр Петрович
Резюме Биография Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел
Реферат на тему: «Оценка пожарной безопасности подстанции 110/10 кВ»
Актуальность данной разработки, анализ пожаров, произошедших от повреждения электрооборудования и отказа в срабатывании соответствующих средств защиты, показал: на тепловых электростанциях произошло 52%; на подстанциях – 43%; на гидроэлектростанциях – 5% от общего числа пожаров, произошедших по другим причинам, не связанным с электрическим током. Число пожаров, произошедших по вине электрических машин, составило 16% [1].
Перегрев обмоток электрических машин может вызвать воспламенение изоляции проводов, что нередко приводит к пожару в тех случаях, когда на корпусах этих машин имеются отложения пожароопасной пыли, а средства защиты при этом находятся в нерабочем состоянии, либо не реагируют на данный режим работы.
Наиболее часто перегрев обмоток АД возникает при заторможенном роторе (заклинивании), обрыве фазы статора, отклонении напряжения сети от нормируемых значений, несимметрии питающего напряжения [2].
Одним из распространенных режимов, вызывающим перегрузки АД, является несимметрия первичного напряжения. Значение коэффициента несимметрии при обрыве линейного провода на стороне питающего напряжения, как в месте обрыва – 28,7%, так и в близлежащих узлах – 15 - 28,3%, значительно превышают значения, установленные ГОСТ 13109-97 [4]. Несимметрия питающего напряжения приводит к появлению токов обратной последовательности, которые накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции.
Токи в фазах первичной и вторичной обмоток при искажении симметрии питающего напряжения распределены неравномерно и, при глубокой несимметрии, могут вырасти в 2 и более раз. Рост токов приводит к перегреву обмоток АД. Наиболее нагретым узлом АД является лобовая часть обмотки статора, и ее температура увеличивается с ростом несимметрии. В табл.1 приведено распределение температур лобовой части обмотки статора при различных значениях коэффициента несимметрии K2U.
Рост температур обмоток существенно влияет на срок службы изоляционных материалов. При работе АД в номинальном режиме срок службы изоляционного материала составляет в среднем 10 лет. Используя данные табл.1, был произведен расчет сроков службы АД при различных значениях несимметрии питающего напряжения [5]. При уровне несимметрии K2U = 4% срок службы изоляционного материала снижается в 1,7 раза по сравнению с номинальным, а при K2U = 10% - более чем в 15 раз. При работе двигателя с K2U = 20% остаточный срок службы изоляции составил 3,2 часа.
Из вышеизложенного следует, что появление на выходе АД несимметрии питающего напряжения 20% и отказе в срабатывании средств релейной защиты, примерно через 3,2 часа произойдет пробой изоляции обмоток. Такой режим будет существовать до тех пор, пока не обуглится обмотка статора и произойдет перегорание подшипников, при этом температура корпуса двигателя возрастет до температуры, при которой возможно воспламенение горючей пыли, случайно находящейся на корпусе, что приведет к возникновению пожаров в помещении [4].
Следовательно, пожар при эксплуатации АД может произойти при совпадении в пространстве и времени следующих случайных событий: недопустимый перегрев корпуса двигателя (например, при обрыве одной из фаз, питающих АД); отказ в срабатывании соответствующих средств защиты; наличие горючего материала на корпусах рассматриваемых АД.
Научная значимость - получена аналитическая зависимость возгорания пожароопасной пыли в течение времени t от частоты появления случаев перегрева обмоток асинхронного двигателя, длительности существования такого режима; надежности средств защиты, сроков ее диагностики; частоты появления пожароопасной пыли на корпусе асинхронного двигателя и сроков ее обнаружения.
Цель работы - определить интервал времени между проверками наличия горючего материала (пыли) на корпусах асинхронных электродвигателей, чтобы вероятность пожаров от их эксплуатации была бы на уровне рекомендованном ГОСТ 12.1004-91, т.е. Q0(8760)*10-6.
Практическая ценность - получена методика выбора оптимальных с точки зрения пожарной безопасности сроков проверок наличия пыли (горючего материала) на корпусах асинхронных электродвигателей при их эксплуатации на промышленных предприятиях.
Состояние вопроса: - Одним из распространенных режимов, вызывающим перегрузки АД, является несимметрия первичного напряжения. Значение коэффициента несимметрии при обрыве линейного провода на стороне питающего напряжения, как в месте обрыва – 28,7%, так и в близлежащих узлах – 15 - 28,3%, значительно превышают значения, установленные ГОСТ 13109-97. Несимметрия питающего напряжения приводит к появлению токов обратной последовательности, которые накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции [3].
В качестве примера рассмотрим тепловые и электромеханические характеристика АД с короткозамкнутым ротором ЭДКО4-4МУ5, работающего при несимметричном питающем напряжении. На рис.1 приведены зависимости токов фаз А, В, С статорной обмотки от коэффициента несимметрии. Расчет осуществлялся методом симметричных составляющих, с применением Г-образной схемы замещения для прямой и обратной последовательностей [5]. Из приведенных характеристик следует, что токи в фазах статорной обмотки распределены неравномерно вследствие искажения симметрии питающего напряжения и, при глубокой несимметрии, могут вырасти в 2 и более раз. Рост токов приводит к перегреву обмоток АД. Расчет теплового состояния двигателя осуществлялся с помощью системы дифференциальных уравнений, полученных с использованием эквивалентных тепловых схем [5]. На рис.2 приведены зависимости превышения температур наиболее нагретого узла АД – пазовой части обмотки статора для фаз А, В, С в установившемся режиме при различных значениях коэффициента несимметрии.
Из рис.2 следует, что превышения температур пазовых частей обмотки статора при K2U = 20% равны – 510 С, 480 С, 285 С соответственно для фаз А, В, С, что значительно превышает допустимые. Рост температур обмоток существенно влияет на срок службы изоляции. Пользуясь кривыми нагрева при работе двигателя с K2U = 20% (рис.3), и применяя методику расчета срока службы изоляционных материалов, изложенную в [5], получим срок службы изоляционного материала наиболее нагретого узла 5а равный 3,2 часа.
То есть, при появлении на входе АД несимметрии питающего напряжения 20% и отказе в срабатывании релейной защиты, через 3,2 часа произойдет пробой изоляции обмоток. Такой режим будет существовать до тех пор, пока не обуглится обмотка статора и произойдет перегорание проводников, при этом температура корпуса двигателя возрастет до температуры, при которой возможно воспламенение горючей пыли случайно находящейся на корпусе, что приводит к возникновению пожара в помещении.
Пример 1. При наблюдении в течение Т = 8760 ч за электрооборудованием одного из пожароопасных цехов были получены следующие исходные данные:
ч. – средний интервал времени
между появлениями обрыва фазы в рассматриваемой сети, питающей АД;
d1 = 5,6*10-5 ч. – среднее время срабатывания защиты при обрыве фазы АД;
d2 = 15400 ч. – средний интервал времени между отказами системы автоматического отключения защитного коммутационного аппарата;
ч. – интервал времени между
проверками системы отключения защитного коммутационного аппарата;
ч. – средний интервал времени
между появлениями горючей пожароопасной пыли на корпусах АД;
ч. – интервал времени между
проверками наличия горючего материала на корпусах АД.
Определить вероятность пожаров в течение t = 8760 ч. при эксплуатации в цехе АД и сравнить полученный результат с нормируемой ГОСТ 12.1.004-91 величиной Q0(8760)=1*10-6.
Решение.
Используя исходные данные примера, находим 
и 
.
, 
, 
, 
, 
, 
. Подставляя полученные данные в системы
уравнений для нахождения среднего времени до первого пожара 
и дисперсии
времени до первого пожара 
, определим среднее время до первого пожара и дисперсию времени .
Получили, что 
.
Тогда вероятность пожара в цехе от эксплуатации АД определяем по приближенной формуле:
Используя систему линейных дифференциальных уравнений, с помощью ЭВМ находим P8(8760) = Q(8760) = 4,42*10-4. Сравнение полученного результата с нормируемой величиной Q0(8760)=1*10-6 показало, что в данном случае пожарная цеха при эксплуатации не обеспечивается.
Выводы:
1.Предложена методика оценки пожарной безопасности оборудования цехов (легкая промышленность, химические производства и др.) при его эксплуатации.
2.Предложены инженерные формулы, с помощью которых, с достаточной для инженерных расчетов точностью, можно выбирать оптимальные с точки зрения безопасности интервалы времени между диагностиками, как средств защиты, так и проверять наличие горючего материала на корпусах оборудования.
Список использованной литературы
- Кашолкин Б.И., Мешалкин Е.А. Тушение пожаров в электроустановках. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 112 с.
- Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –248 с.
- Кузнецов В.Г., Николаенко В.Г., Висящев А.А. Математические модели и анализ неполнофазных режимов ЛЭП. – Техническая электродинамика, 1985, № 4. – с. 24 – 27.
- Шевченко О.А., Якимишина В.В., Пинчук О.Г. О пожарной опасности асинхронных электродвигателей, эксплуатирующихся на промышленных предприятиях. Наукові праці ДонНТУ. Серія «Електротехніка і енергетика», випуск 67. Донецк: ДонНТУ, 2003. – с. 65 – 68.
- Федоров М.М., Денник В.Ф., Корощенко А.В. Исследование температур узлов асинхронного двигателя при несимметрии питающих напряжений. – Электротехника, // Сб. тр. ДонГТУ. Сер. Электротехника и энергетика. – Донецк – 1999. – Вып. 4. – с. 138 – 141.
- Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических объектов. – Электричество. – 1991, № 8. с. 50 – 55.
- Тихонов В.И., Миронов В.А. Марковские процессы. – М.: Советское радио, 1977. – 340 с.
- Ковалев А.П. Оценка степени риска поражения человека электрическим током при эксплуатации оборудования в подземных выработках угольных шахт. – Промышленная энергетика.– 1992, № 2. - с.42-45.
Резюме Биография Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел