Українська   English

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Пожар – одно из самых распространенных катастроф на нашей планете. Это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Он характеризуется: образованием открытого огня и искр, повышенной температурой воздуха, предметов, токсичных продуктов горения и дыма, пониженной концентрацией кислорода, повреждением зданий, сооружений и установок; возникновением взрывов. Все это относится к опасным и вредным факторам, воздействующим на людей [1].

Обеспечения пожарной безопасности промышленных объектов, в том числе и угольных шахт, в соответствии с законодательством Украины об охране труда, является неотъемленной частью государственной деятельности. Снижение добычи угля не приводит, согласно статистических данных, к уменьшению количества экзогенных пожаров. В Украине ежегодно происходит от 50 до 80 подземных пожаров экзогенного происхождения, из них 36,7% от токов короткого замыкания в кабельных сетях, которые наносят экономические убытки угольным предприятиям.

В сетях 6 кВ наиболее опасные с точки зрения инициирования пожаров являются дуговые однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) в кабелях. Пожарная опасность кабелей характеризуется следующими свойствами их изоляции:

  • способностью воспламенения и горения при наличии источника тепла, подводимого из места повреждения (горючесть кабеля);
  • способность поддерживать самостоятельное горение после прекращения действия внешнего источника тепла (способность распространять горение).

Прогорание наружной брони кабеля при дуговых ОЗЗ представляют серьёзную опасность с точки зрения воспламенения предметов, расположенных вблизи кабеля, под воздействием искр, представляющих собой раскалённые частицы металла и горящей изоляции [2].

Цель работы

Теоретическое обобщение и разработка метода оценки пожаробезопасности подземной системы электроснабжения 6 кВ угольной шахты для предотвращения воспламенения кабельных сетей в шахтах.

Идея работы

Представить вероятность воспламенения кабеля от однофазных токов замыкания на землю как случайный процесс совпадения в пространстве и времени ряда случайных факторов (частоты появления дугового ОЗЗ, наличие горючего материала в месте прокладки кабеля, надежности средств защиты и сроков их профилактики).

Задачи исследования

  • провести статистический анализ интервалов времени между смежными пожарами в шахтных кабельных сетях от дугового ОЗЗ, на основании которого обосновать возможность применения теории марковских процессов для оценки причин воспламенения кабеля;
  • установить зависимость тока в месте повреждения (тока утечки) от величины сопротивления в месте повреждения при различной длине питающего кабеля для статического и динамического режимов;
  • определить зависимости вероятности возникновения пожара от частоты случайно появившегося в кабеле 6 кВ дугового ОЗЗ, наличие горючего материала в месте прокладки кабеля (взрывоопасная концентрация металловоздушной среды, наличие горючих материалов в месте появления ОЗЗ), надёжности защиты утечки тока на землю и сроков её профилактики.

Объект исследования – обособленная система электроснабжения 6 кВ участка угольной шахты.

Предмет исследования – факторы (дуговое ОЗЗ, наличие горючего материала в месте прокладки кабеля, аппаратура защиты, от побега тока на землю и сроки их профилактики), которые влияют на причину воспламенения шахтных кабельных сетей при их эксплуатации.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе использовались аналитические методы и методы, которые основаны на экспериментальных исследованиях, которые базируются на основных понятиях теории вероятностей и надежности.

Исследование зависимости тока в месте повреждения от величины сопротивления и различной длины питающего кабеля

Постановка задачи – путём математического моделирования участка сети напряжением 6 кВ с изолированной нейтралью установить зависимость тока вместе повреждения при различной длине питающего кабеля. Исследование выполнить для статического и динамического режимов.

Эквивалентная схема исследуемого участка приведена на (рис. 1). На схеме обозначено: R, С – сопротивление изоляции и ёмкости кабеля по отношению к земле; Iп, Rп – ток и сопротивление в мест повреждения.

Допущения:

Части сети, отделённые от исследуемого участка трансформаторами, не оказывают влияния на исследуемый ток утечки. Сопротивление в месте повреждения является чисто активным. Ёмкость фаз исследуемой сети пропорциональна длине кабеля (не учитывается ёмкость присоединений).

Рисунок 1 – Схема исследуемого участка сети
(анимация состоит из 8 кадров с задержкой 500 мс между кадрами, количество циклов воспроизведения – 3, размер – 14 килобайт)

Некоторые особенности полученных результатов:

В установившемся режиме ток утечки пропорционален длине кабеля (или ёмкости исследуемой цепи). В интервале значений сопротивления в месте повреждения 0 < Rп < 500 Ом ток утечки изменяется незначительно (сеть по отношению к сопротивлению повреждения ведёт себя как источник тока). По мере уменьшения сопротивления Rп наблюдается резкое возрастание импульсной (динамической) составляющей тока утечки, обусловленной скоротечным начальным разрядом и перераспределением заряда емкостей кабеля. Представляет интерес переходный процесс при Rп < 100 Ом. По мере снижения Rп динамическая составляющая тока утечки может достигнуть десятков и сотен ампер. Однако длительность этого импульса составляет микросекунды. Опасность этой составляющей лучше оценивать количеством энергии, расходуемой в сопротивлении Rп. Анализ показал, что при изменении Rп в пределах: 20 < Rп < 200 Ом, постоянная времени переходного процесса меняется соответственно в пределах: 22,5 < тау < 225 мкс. А энергия импульса соответственно: 13,47 > W > 13,47 Дж. Таким образом, для указанного предела изменения Rп энергия импульса практически постоянна [3].

Оценка пожаробезопасности участка угольной шахты

Существуют нормативные документы, регламентирующие вероятность пожара на технологических объектах. Вероятность возникновения пожаров в электротехническом и другом единичном изделии не должна превышать величины 1*106 в течение года. Специалисты различных стран принимают интенсивность появления аварий (катастроф) Н = 1*10-6 1/год как тот уровень риска, к которому следует стремиться на промышленных предприятиях. Объясняется это тем, что частота аварий (катастроф) на конкретном промышленном объекте равная 1*10-6 настолько мала, что ради выгоды, получаемой от эксплуатации объекта, общество (люди) готовы пойти на такой риск. Физический смысл этой величины можно объяснить следующим образом. Если под наблюдением в течение времени Т = 1 год будет находиться N = 1000000 однотипных технологических объектов, то статистически допускается одна авария (катастрофа) n = 1 в течение года на одном из этих объектов, т.е.

Вероятность появления аварий (катастроф) в течение времени t может быть определена следующим образом:

В том случае, если H*t < 0,1, то , при t = 1 год, , [4]

Статистический анализ данных об авариях, произошедших за последние 5 лет в различных отраслях промышленности Украины и России, показал, что степень риска появления аварий (катастроф) равна 1 / год, т. е. на 3 порядка больше нормируемой величины.

Пожар на участке с обособленным питанием будем называть катастрофой, которая наступает при случайном совпадении в пространстве трёх случайных событий, имеющих различную частоту появления и длительность существования [5]. Предположим, что катастрофа на участке угольной шахты наступает при совпадении в пространстве и времени следующих событий: появления горючего материала (пожароопасная пыль, деревянная крепь); повреждения кабельной линии (дуговое однофазное замыкание на землю); отказа в срабатывании автоматического защитного отключения (АЗО–6). Наличие горючего материала на трассе прокладки кабеля обнаруживается только в результате профилактических осмотров и фиксируется с помощью приборов эпизодического действия либо визуально (горючий материал). Результаты осмотров и выявленных нарушений заносятся в специальный журнал учёта. При возникновении утечки тока на землю (защита АЗО находится в отказавшем состоянии) с течением времени она превращается в дуговое замыкание на землю [6].

Рисунок 2 – Схема обособленного электроснабжения 6 кВ участка угольной шахты
( 1 – кабельная линия между разделительным трансформатором и участковой передвижной подстанцией (УПП); 2 – Аппарат защиты от утечек тока на землю (АЗО); 3 – Защитный коммутационный аппарат (КРУ-6); 4 – Разделительный трансформатор.)

Устройство АЗО реагирует на токи утечки и может выходить из строя только тогда, когда оно находится в режиме ожидания. Если к моменту возникновения в сети повреждения, на которое должно реагировать АЗО оно находилось в исправном состоянии, то маловероятно, чтобы защита вышла из строя, находясь в режиме тревоги. После отказа АЗО в срабатывании защитного коммутационного аппарата при появлении ОЗ в зоне действия АЗО), его отказавшее состояние выявляется только в результате профилактических проверок. Проверки работоспособности АЗО считаются абсолютно надёжными и происходят через постоянный интервал времени .

Состояние среды, окружающей кабельную линию 1 (рис. 2) представим в виде марковского процесса , которая может принимать два значения: 0 – среда вблизи кабельной линии безопасна; 1 – среда вблизи кабельной линии опасна. Обозначим частоту переходов среды из безопасного состояния в опасное через , а из опасного в безопасное

Состояние кабельной линии можно характеризовать случайной величиной функцией : 0 – в кабеле нет повреждений, т. е. отсутствует ток утечки на землю; 1 – в сети появился ток утечки на землю. Параметры процесса обозначим через и

Состояние АЗО будем характеризовать с помощью функции . В том случае, если в системе защиты повреждений нет. В том случае, если в системе произошёл отказ АЗО. Обозначим параметры процесса через .

Катастрофа в системе может произойти при случайной встрече процессов в состоянии 1, т. е. когда [7]. Задача состоит в том, чтобы зная параметры процессов определить среднее время до первой катастрофы , дисперсию этого времени и вероятность наступления катастрофы в течение времени Q(t), если в начальный момент времени все элементы системы находились в безопасном состоянии.

Пожар может произойти при совпадении в пространстве и времени следующих случайных событий: появления горючего материала (пожароопасная пыль, деревянная крепь); повреждения кабельной линии (дуговое однофазное замыкание на землю); отказа в срабатывании автоматического защитного отключения (АЗО-6).

Вероятность пожаров Q(t) на участке сети в течение времени t равна вероятности P8(t) случайного нахождения всех независимых элементов системы защита ОЗЗ – горючий материал в опасном состоянии, т. е. в исследуемой системе наблюдается в момент времени t: ОЗЗ; отказ в срабатывании соответствующих средств защиты; наличие горючего материала вблизи кабельной линии. Вероятность P8(t) можно найти, пользуясь системой линейных дифференциальных уравнений [8].

Данная система уравнений решается при начальных условиях: P1(0) = 1, P2(0) = P3(0) = P4(0) = P5(0) = P6(0) = P7(0) = P8(0) = 0, которые вытекают из сделанных предположений о том, что в начальный момент времени в сети не наблюдается повреждений, приводящих к ОЗЗ; АЗО находится в исправном состоянии;вблизи кабеля отсутствует горючий материал.

Решение системы линейных дифференциальных уравнений будем искать в виде: Р(t) = Р(0)ехр(At),

где , , .

Здесь – средний интервал времени между появлениями опасной среды в месте прокладки кабеля и средняя длительность нахождения среды в опасном состоянии соответственно; – средний интервал времени между появлениями утечкитока на землю в кабеле и средняя длительность срабатывания АЗО; – средний интервал времени между отказами АЗО и среднее время нахождения его в необнаруженном отказавшем состоянии.

Среднее время до первого пожара находим из системы уравнений:

В тех случаях, когда тогда из приведенной выше системы находим – реднее время до первого пожара, если в начальный момент времени все элементы системы находились в безопасном состоянии [9].

В практических случаях почти всегда соблюдаются следующие соотношения: d2 >> d1 и d3 >> d1, тогда формулу для нахождения

Если заданы интервал времени между проверками наличия горючей смеси вблизи прокладки кабеля, и интервал времени между проверками работоспособности системы отключения защитных коммутационных аппаратов, тогда и можно найти из следующей формулы:

Подставляя формулы и в формулу находим:

Заключение

В результате исследований в данной работе была разработана математическая модель и предложена методика, которые позволяют прогнозировать вероятность появления возможных пожаров на участке сети шахты электроснабжением 6 кВ, разрабатывать организационные и технические мероприятия, позволяющие обеспечивать нормируемый ГОСТ 12.1.004-91 уровень пожарной безопасности. Для этого была использована программа учета, анализа и обработки экспериментальных данных, разработанная на кафедре Электроснабжение предприятий и городов.

Список источников

  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.