ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Актуальніть теми

За останні 10 років в Україні відбулося 528 833 пожежі, з них 410 562 пожежі в об'єктах житлового сектора. В результаті пожеж загинуло 36 529 осіб, з них 1176 дітей, збиток склав 7,8 млрд.грн[1].

Всі причини пожеж діляться на три основні групи: природні, соціальні, техногенні. Техногенні причини пожеж становлять близько 40%, до них відносяться несправність в електричних мережах і електроприладах. Пожежі, викликані електротехнічними причинами, складають в середньому 22% всіх пожеж в світі.В Україну в 2010 р. пожежі, викликані електротехнічними причинами, склали близько 45%, а по Донецькій області в 2009 р. близько 25%. Пожежі, викликані електротехнічними причинами, розподіляються наступним чином: 62% - загоряння ізоляції низьковольтних електричних мереж, напругою до 1 кВ (НЕМ), 10% - загоряння в електричних обігрівачах; 6% - загоряння у вступних електричних щитках; 5% - загоряння в побутовій електричної техніці; 5% - загоряння від відключаються (вигоряє) коротких замикань (КЗ); 12% - загоряння, пов'язані з іншими причинами (витоку струму на землю і т.д.)[2].

Аналіз мереж 0,4 кВ промислових підприємств показав, що спалах ізоляції в електричних мережах відбувається в основному при КЗ в елементі мережі, що захищається, і відмові спрацьовувань найближчих до місця пошкодження комутаційних апаратів, через які пройшов крізний аварійний струм і привів в дію їх струмові захисти[3].

Отже, роботи, пов'язані з прогнозуванням і розробкою організаційних і технічних заходів щодо запобігання спалахам ізоляції НЕМ об'єктів, пов'язаних з життєдіяльністю людини, від появи КЗ, перехідних опорів (ПО) або іскрінь в електричних контактних з'єднаннях (ЕКЗ), є досить актуальним завданням.

Мета роботи

Визначити оптимальні, з точки зору пожежної безпеки, терміни діагностики систем відключення захисних комутаційних апаратів електричної мережі, напругою 0,4 кВ.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

  1. На основі регулярних, однорідних марківських процесів з дискретним числом станів і безперервним часу розробити математичну модель, що пояснює процес спалаху ізоляції захищаємої проводки 0,4 кВ від випадкової появи ОЗ або КЗ, або ослабленого і небезпечно іскристого силового контактного з'єднання.
  2. Отримати аналітичні залежності вероятності спалаху ізоляції в перебігу часу t: від частоти появи ОЗ або КЗ, або ослаблених ЕКЗ в мережі; тривалість їх існування; від надійності засобів захисту і термінів їх діагностики.
  3. Вибрати оптимальні відносно пожежної безпеки терміни діагностики засобів захисту.
  4. Привести пиклад розрахунків.

Стан питання

Захисно-комутаційні апарати НЕМ, що існують на сьогоднішній день, не реагують на такий аварійний режим, як утворення ПО або іскрінь в ЕКЗ, що приводить до спалаху ізоляції НЕМ, а це, у свою чергу, приводить до пожеж на об'єктах, пов'язаних з життєдіяльністю людини. У роботах [4], [5] запропоновані технічні рішення, за допомогою яких можливо захищати НЕМ при утворенні ПО або іскрінь в ЕКЗ. Проте, аналіз цих розробок показав необхідність створення надійніших, функціональних, малогабаритних і прийнятних відносно ціни пристроїв іськрозащити (УЇ), а також організаційних і технічних заходів щодо запобігання спалаху ізоляції електричній проводці при ослаблених силових контактних з'єднань, що небезпечно іскрять.

Результати досліджень

На сьогоднішній день вероятність виникнення спалаху ізоляції НЕМ в рік в Україні перевищує в 712 раз величину нормовану ГОСТ 12.1.004-91, в якому говориться, що вероятність пожеж у вузлі навантаження протягом року не повинна перевищувати величини 1·10-6 [6].

Спалах ізоляції в низьковольтних мережах може відбуватися при збігу у просторі та часі двох випадкових подій: з'явилося пошкодження в мережі, що захищалася (або ОЗ, або КЗ, або НЗ ); сталася відмова в спрацьовуванні відповідних засобів захисту.

Допустимо ζ1(t) - випадковий регулярний однорідний марківський процес, який описує зміни в часі стану низьковольтної електричної мережі. Позначимо через «0» - в мережі відсутні пошкодження, які можуть привести до пошкодження ізоляції провідника, а через «1» - в мережі з'явилося джерело, потужність і тривалість якого здатна підпалити ізоляцію електроустаткування. Через ζ2(t) позначимо випадковий регулярний однорідний марківський процес, який описує зміни стану захисного комутаційного апарату. Позначимо через «0» - працездатний стан засобів захисту, а через «1» - стан захисту, що відмовив.

Спалах ізоляції в мережі станеться у момент зустрічі процесів ζ1(t) и ζ2(t) у стані«1», тобто ζ1(t)=ζ2(t)=1.

Сукупність процесів ζ1(t) та ζ2(t) розглянемо як один регулярний однорідний марківський процес E(t) з чотирма дискретними станами і безперервним часу.

Система у будь-який момент часу може знаходитися в одному з безлічі станів , де
е1(0,0) - у мережі відсутні пошкодження, які можуть привести до ОЗ, КЗ, ослабленим ЕКЗ; засоби захисту знаходяться в працездатному стані;
е2(1,0) - у мережі з'явилося пошкодження ОЗ, або КЗ, або ослаблені ЕКЗ; засоби захисту знаходяться в працездатному стані;
е3(0,1) - у мережі відсутні пошкодження, які можуть привести до ОЗ, КЗ, ослабленим ЕКЗ; засоби захисту знаходяться в стані, що відмовив;
е4(1,1) - у мережі з'явилося пошкодження ОЗ, або КЗ, або ослаблені ЕКЗ; засоби захисту знаходяться в стані, що відмовив.

При випадковому попаданні системи в стан е4(1,1) відбувається спалах ізоляції, що може привести до пожежі в місці пошкодження ізоляції. Параметри процесів ζ1(t) та ζ2(t) позначимо через λ1, μ1; λ2, μ2 відповідно, де
 - середній інтервал часу між появою небезпечного пошкодження мережі;
 - середня тривалість існування небезпечного джерела;
 - середній інтервал часу між відмовами засобів захисту;
 - середня тривалість знаходження засобів захисту в невиявленому стані, що відмовив.

Вероятність спалаху ізоляції протягом часу t із-за пошкоджень в мережі і відмов в спрацьовуванні засобів захисту:

Вероятності P1(t), P2(t), P3(t), находження системи в кожному з можливих станів е1(0,0), е2(1,0), е3(0,1) находимо з системи лінійних диференційних рівнянь виду:

Система рівнянь (2) вирішується за початкових умов P1(0)=1, P2(0)=0, P3(0)=0.

З системи рівнянь находимо P1(t), P2(t), P3(t) чисельним методом і отримані значення підставляємо у формулу (1).

Середній час до спалаху ізоляції, якщо система знаходиться в одному із станів: е1(0,0), е2(1,0), е3(0,1) через пошкодження, супроводжуване або ОЗ, або КЗ, або ЕКЗ і відмові в спрацьовуванні відповідного захисту, отримаємо:

Із системи (3) знаходимо:

Дисперсію часу до спалаху ізоляції провідника НЕМ за умови, що в початковий момент часу система знаходилася в одному із станів: е1(0,0), е2(1,0), е3(0,1), знайдемо із системи лінійних алгебраічних рівнянь:

де

Із системи лінійних алгебраічних рівнянь (7) знаходимо:

Системи рівнянь (2), (3) та (7) повністю характеризують пожароопасний вузел. Якщо в результаті розрахунків отримаємо, щоτ1=σ1, тоді вероятність спалаху ізоляції НЕС можна визначити по формулі:

В тому випадку, коли λ1«μ1 та λ2«μ2, та тоді, використовуючи формулу (4), знаходимо інтенсивність спалаху ізоляції провідника НЕМ:

де

 – середній інтервал часу між появами або КЗ, або ПО, або іскрінь в ЕКЗ захищаємої НЕМ;

 – средній час існування або КЗ, або ПО, або іскрінь в ЕКЗ захищаємої НЕМ;

 – середній інтервал часу між відмовами або КЗ, або ІЗ, або ПІ;

 – середній час знаходження системи відключення комутаційного апарату в невиявленому стані.

Якщо задані інтервали часу між проведенням діагностик стану ЕКЗ (Θ1), тоді інтенсивність відновлення μ1 можна визначити, по формулі:

Якщо λ1Θ1<0,1, тоді формула (11) прийме вигляд:

Якщо задані інтервали часу між діагностиками Θ2захисного комутаційного апарату, то аналогічним чином обчислюється іμ2, тобто:

Якщо λ2Θ2<0,1, тоді формула (11) прийме вигляд:

Якщо λ1<<μ2 та λ2<<μ1, тоді:

Приклад

Оцінити пожежну безпеку НЕМ 0,4 кВ (рис. 1):

Схема захищаємого узла навантаження

Рисунок 1 – Схема захищаємого узла навантаження

Позначимо наступні події:

 – відбулося КЗ в захищаємій мережі;

 – стався витік струму на землю в мережі;

 – з'явився ослаблений силовий контакт, що небезпечно іскрить;

 – сталася відмова в спрацьовуванні (МЗ);

 – сталася відмова в спрацьовуванні (РП);

 – сталася відмова в спрацьовуванні (ПІ);

Будуємо «дерево» подій, яке пояснює появу спалаху ізоляції в низьковольтних мережах із-за їх різних пошкоджень:

Анімація: 8 кадрів, 5 повторень, тривалість кожного кадру - 120 мс, 54,8 Кб

Рисунок 2 – «Дерево» подій, що пояснює процес спалаху ізоляції в НЕС

Схема мінімальних перетинів

Рисунок 3 – Схема мінімальних перетинів

Використовуючи отриману вище формулу (15), знаходимо:

З огляду на те, що засоби захисту 4, 5 и 6 (рис. 1) знаходяться в одному корпусі, тоді:

Запишемо формулу (15) у наступному вигляді:

Знаючи вихідні дані: x1, x2, x3, y4, y5, y6, а також Θ2 , можна визначити вероятність спалаху ізоляції протягом часу t таким чином:

Висновки

Отримана в магістерській роботі розрахункова формула і схеми мінімальних перетинів дозволяють оцінити пожежну безпеку електричній мережі, напругою 0,4 кВ і вибирати оптимальні з точки зору безпеки терміни діагностики систем відключення захисних комутаційних апаратів.

Список літератури

  1. Офіційний інформаційний сервер ГУ МНС України. Міністерство України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків чорнобильської катастрофи/ Розділ Оперативна інформація / Національні доповіді про стан техногенної та природної безпеки в Україні у 2004-2009 роках [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mns.gov.ua....
  2. Алехин Е.М. Пожары в России и в мире. Статистика, анализ, прогнозы / Алехин Е.М., Брушлинский Н.Н., Вагнер П. – М.: Центр Пропаганды, 2002. – 158 с
  3. Шевченко О. А. О пожарной опасности сетей напряжением 380-220 В промышленных предприятий и жилых зданий//Сб. научн. трудов ДонНТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 28.–Донецк: ДонНТУ.– 2001
  4. Пат. 2342711 Российская Федерация, МПК G08B17/06. Способ предупреждения пожара от неисправности в электрической сети или электроустановке и устройство для его осуществления / Королева Е.И., Новикова Е.И.; заявители и патентообладатели Королев И.С., Королева Е.И., Новикова Е.И. - № 2006145635/09; заявл. 22.12.06; опубл. 22.12.06, Бюл. № 9.
  5. Пат. 2374691 Российская Федерация, МПК G08B17/06, H02H3/00. Способ предупреждения пожара от искрения в электрической сети или электроустановке и устройство для его осуществления / Кривов Ю.Н., Тонкий Л.В., Царев А.Б.; заявители и патентообладатели Кривов Ю.Н., Тонкий Л.В., Царев А.Б. - № 2008145312/09; заявл. 17.11.08; опубл. 27.11.09, Бюл. № 17.
  6. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. – М: Издательство стандартов, 1976. – с. 32.
  7. Тихонов В.И. Марковские процессы / В.И. Тихонов, М.А. Миронов. – М.: Советское радио, 1977. – 488 с.
  8. Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических объектов / А.П. Ковалев // Электричество. – 1991. – № 8. – С. 50-55.
  9. Ковалев А.П., Чурсинов В. И., Якимишина В. В. Оценка вероятности появления цепочечных аварий в энергосистемах. – Вестник Кременчугского гос.политехн. ун-та, 2004, вып. 3/2004(26).
  10. Солёный С. В., Ковалёв А. П., Демченко Г. В. Математическое моделирование системы «устройство искрозащиты — электрическое контактное соединение»//Сб. научн. трудов ДонНТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 11(186).–Донецк: ДонНТУ.– 2011.