Анализ и обеспечение безопасности занимают особое место в проблемах надежности систем энергетики. В настоящее время в методическом плане эта проблема как следует даже не осмыслена [1]. В сборнике рекомендованных терминов АН СССР безопасность определена как свойство, характеризующее надежность объектов энергетики. Под безопасностью понимается свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды [2].
Под технологическим объектом в статье будем понимать производство, опасное в отношении взрыва (пожара) от источников инициирования этих аварий электрического происхождения. Под опасным состоянием электрооборудования, находящегося под напряжением, будем понимать такое его состояние, когда оно при случайном повреждении способно выделить в окружающую его среду электрический источник, мощность и длительность которого достаточна для воспламенения окружающей его опасной среды. Под опасным состоянием среды будем понимать независимое случайное загазирование помещения, в котором находится электрооборудование (цех, выработка шахты) или случайное независимое соприкосновение горючего материала с электрооборудованием. Под опасным состоянием средств защиты будем понимать такое их состояние, когда при случайном повреждении на защищаемом элементе происходит отказ в срабатывании защитных средств. Опасное состояние среды и средств защиты обнаруживается либо с помощью автоматической системы диагностики, либо в результате профилактики.
Опасные состояния среды и средств защиты, которые не обнаруживаются с помощью автоматических средств диагностики будем относить к скрытым опасностям. Для необслуживаемого в процессе эксплуатации электрооборудования и средств защиты интенсивность восстановления стремится к нулю. Основная задача обеспечения безопасности технологического объекта в период эксплуатации заключается в обеспечении взрывобезопасности и пожаробезопасности на нем, т. е. в почти полном исключении взрывов (пожаров) за счет надежной работы средств технологических и электрических защит, четкой работы обслуживающего персонала.
Как же решить такую задачу, как определить какой надежностью должны обладать средства защиты, как оценить работу обслуживающего персонала, чтобы вероятность аварии или катастрофы на исследуемом объекте была минимальной? В первую очередь нужно определить, какова должна быть допустимая вероятность катастрофы в течение года на рассматриваемом объекте.
Под аварией на технологическом объекте будем понимать случайное появление взрыва или пожара, сопровождающееся материальными убытками за счет порчи оборудования и прекращения технологического цикла. Под катастрофой будем понимать случайно происшедшую аварию, при которой гибнут люди.
В СССР существуют нормативные документы, регламентирующие вероятность взрыва и пожара на технологических объектах. Производственные процессы должны разрабатываться так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала величины Ю-6 [3]. Вероятность возникновения пожара в электрическом и другом единичном изделии не должна превышать величины 10_6 в течение года [4].
Специалисты США и Японии принимают величину 10~ как тот уровень, к которому следует стремиться, на промышленных предприятиях [5]. Величина Ю-6 означает, что на 1000 000 однотипных технологических объектов, опасных в отношении взрыва или пожара и за которыми установлено наблюдение, статистически допускается одна катастрофа (авария) в течение года.
Многие современные потенциально опасные производства спроектированы так, что вероятность крупной аварии (катастрофы) оценивается величиной порядка 10~4 [6]. Используя нормы вероятности появления аварий и катастроф, предлагаемые в [3—5], поставленную выше задачу можно сформулировать следующим образом: какую статистическую информацию о исследуемом технологическом объекте нужно собрать в течение времени Т, чтобы определить его уровень безопасности (взрывобезопасности и пожаробезопасности), и, если он окажется выше нормируемого (10_6), то такие организационные и технические мероприятия нужно использовать в эксплуатации объекта, чтобы вывести его на нормируемый уровень, т. е. почти полностью исключить аварии и катастрофы на данном предприятии.
Взрыв и пожар — разные явления, но в терминах теории вероятностей они происходят по одной логической схеме и имеют общую математическую модель. Взрыв происходит при случайном появлении опасного источника (короткое замыкание) и случайном появлении опасной концентрации взрывоопасного газа в месте появления открытого источника. Пожар происходит при случайном появлении неотключаемого короткого замыкания и случайном нахождении вблизи поврежденного элемента горючего материала.
Взрыв (пожар) в зависимости от различных производств может произойти при случайном совпадении двух, трех, четырех и более независимых аварийных событий.
Под минимальным взрывоопасным (пожароопасным) совмещением независимых аварийных событий технологического объекта (в данном случае системы «электрооборудование — защита —окружающая среда») будем понимать такой минимальный набор элементов, находящихся в опасном состоянии, восстановление безопасного состояния любого из которых выводит систему из взрывоопасного (пожароопасного) состояния.
В одном таком взрывоопасном (пожароопасном) совмещении одна часть минимального набора независимых элементов должна указывать (в зависимости от их состояния) на формирование открытого источника, другая часть элементов — на формирования опасного состояния электрических и технологических защит и последняя группа элементов должна показывать, как формируется опасная среда.
На основе марковских случайных процессов предложен один из возможных методов оценки взрывобезопасности (пожаробезопасности) технологического объекта. В качестве исходных данных используется среднее время нахождения элемента в безопасном и опасном состояниях.