Мунір Абурумман
Електротехнічний факультет
Кафедра електропостачання промислових підприємств і міст
Спеціальність «Електротехнічні системи електроспоживання»
«Оцінка пожежної безпеки підстанції 110/10 кВ»
Науковий керівник: професор Ковальов Олександр Петрович
Резюме Біографія
Актуальність даної розробки, аналіз пожеж, які сталися від пошкодження електроустаткування і відмови в спрацьовуванні відповідних засобів захисту, показав: на теплових електростанціях відбулося 52%; на підстанціях - 43%, на гідроелектростанціях - 5% від загального числа пожеж, що сталися з інших причин, не пов'язаним з електричним струмом. Число пожеж, які сталися з вини електричних машин, склало 16% [1].
Перегрів обмоток електричних машин може викликати запалення ізоляції проводів, що нерідко призводить до пожежі в тих випадках, коли на корпусах цих машин є відкладення пожежонебезпечної пилу, а засоби захисту при цьому перебувають у неробочому стані, або не реагують на даний режим роботи.
Наиболее часто перегрев обмоток АД возникает при заторможенном роторе (заклинивании), обрыве фазы статора, отклонении напряжения сети от нормируемых значений, несимметрии питающего напряжения [2].
Найбільш часто перегрів обмоток АД виникає при загальмованому роторі (заклинювання), обриві фази статора, відхилення напруги мережі від нормованих значень, несиметрії напруги живлення [2].
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.
Одним з поширених режимів, що викликають перевантаження АТ, є несиметрія первинної напруги. Значення коефіцієнта несиметрії при обриві лінійного проводу на стороні живлячої напруги, як у місці обриву - 28,7%, так і в довколишніх вузлах - 15 - 28,3%, значно перевищують значення, встановлені ГОСТ 13109-97 [4]. Несиметрія живлячої напруги призводить до появи струмів зворотної послідовності, які накладаються на струми прямої послідовності і викликають додатковий нагрів ротора і статора, що призводить до швидкого старіння ізоляції.
Струми у фазах первинної і вторинної обмоток при спотворенні симетрії напруги живлення розподілені нерівномірно і, при глибокій несиметрії, можуть вирости в 2 і більше разів. Зростання струмів призводить до перегріву обмоток АД. Найбільш нагрітим вузлом АТ є лобова частина обмотки статора, і її температура збільшується із зростанням несиметрії. У табл.1 наведено розподіл температур лобової частини обмотки статора при різних значеннях коефіцієнта несиметрії K2U.
З вищевикладеного випливає, що поява на виході АД несиметрії напруги живлення 20% і відмову у спрацьовуванні засобів релейного захисту, приблизно через 3,2 години відбудеться пробій ізоляції обмоток. Такий режим буде існувати до тих пір, поки не обвуглиться обмотка статора і відбудеться перегоряння підшипників, при цьому температура корпусу двигуна зросте до температури, при якій можливо займання горючого пилу, випадково знаходиться на корпусі, що призведе до виникнення пожеж в приміщенні [4].
Наукова значимість: отримана аналітична залежність загоряння пожежонебезпечної пилу протягом часу t від частоти появи випадків перегріву обмоток асинхронного двигуна, тривалості існування такого режиму; надійності засобів захисту, термінів її діагностики; частоти появи пожежонебезпечної пилу на корпусі асинхронного двигуна та термінів її виявлення.
Мета роботи - визначити інтервал часу між перевірками наявності пального матеріалу (пилу) на корпусах асинхронних електродвигунів, щоб ймовірність пожеж від їх експлуатації була б на рівні рекомендованому ГОСТ 12.1004-91, тобто Q0 (8760)*10-6.
Практична цінність - отримана методика вибору оптимальних з точки зору пожежної безпеки термінів перевірок наявності пилу (пального матеріалу) на корпусах асинхронних електродвигунів при їх експлуатації на промислових підприємствах.
Стан питання: Одним з поширених режимів, що викликають перевантаження АТ, є несиметрія первинної напруги. Значення коефіцієнта несиметрії при обриві лінійного проводу на стороні живлячої напруги, як у місці обриву - 28,7%, так і в довколишніх вузлах - 15 - 28,3%, значно перевищують значення, встановлені ГОСТ 13109-97. Несиметрія живлячої напруги призводить до появи струмів зворотної послідовності, які накладаються на струми прямої послідовності і викликають додатковий нагрів ротора і статора, що призводить до швидкого старіння ізоляції [3].
В якості прикладу розглянемо теплові та електромеханічні характеристика АД з короткозамкненим ротором ЕДКО4-4МУ5, що працює при несиметричному напрузі. На рис.1 наведено залежності струмів фаз А, В, С статорної обмотки від коефіцієнта несиметрії. Розрахунок здійснювався методом симетричних складових, із застосуванням Г-образної схеми заміщення для прямої і зворотної послідовностей [5]. З наведених характеристик слід, що струми в фазах статорної обмотки розподілені нерівномірно внаслідок спотворення симетрії напруги живлення і, при глибокій несиметрії, можуть вирости в 2 і більше разів. Зростання струмів призводить до перегріву обмоток АД. Розрахунок теплового стану двигуна здійснювався за допомогою системи диференціальних рівнянь, отриманих з використанням еквівалентних теплових схем [5]. На рис.2 наведено залежності перевищення температур найбільш нагрітого вузла АТ - пазової частини обмотки статора для фаз А, В, С у сталому режимі при різних значеннях коефіцієнта несиметрії.
З рис.2 випливає, що перевищення температур пазових частин обмотки статора при K2U = 20% рівні - 510 С, 480 С, 285 С відповідно для фаз А, В, С, що значно перевищує допустимі. Зростання температур обмоток суттєво впливає на термін служби ізоляції. Користуючись кривими нагрівання при роботі двигуна з K2U = 20% (рис.3), і застосовуючи методику розрахунку терміну служби ізоляційних матеріалів, викладену в [5], отримаємо термін служби ізоляційного матеріалу найбільш нагрітого вузла 5а рівний 3,2 години.
Тобто, при появі на вході АТ несиметрії напруги живлення 20% і відмову у спрацьовуванні релейного захисту, через 3,2 години відбудеться пробій ізоляції обмоток. Такий режим буде існувати до тих пір, поки не обвуглиться обмотка статора і відбудеться перегоряння провідників, при цьому температура корпусу двигуна зросте до температури, при якій можливо займання горючого пилу випадково знаходиться на корпусі, що призводить до виникнення пожежі в приміщенні.
Приклад 1. При спостереженні протягом Т = 8760 год за електрообладнанням одного з пожежонебезпечних цехів були отримані наступні вихідні дані:
ч. – середній інтервал часу між появами обриву фази в розглянутій мережі, яка живить АТ;
d1 = 5,6*10-5 ч. – середній час спрацьовування захисту при обриві фази АТ;
d2 = 15400 ч. – середній інтервал часу між відмовами системи автоматичного відключення захисного комутаційного апарату;
ч. – інтервал часу між перевірками наявності пального матеріалу на корпусах АД.
ч. – средний интервал времени
между появлениями горючей пожароопасной пыли на корпусах АД;
ч. – интервал времени между
проверками наличия горючего материала на корпусах АД.
Визначити ймовірність пожеж протягом t = 8760 год при експлуатації в цеху АТ і порівняти отриманий результат з нормованою ГОСТ 12.1.004-91 величиною Q0 (8760) = 1 * 10-6.
Рішення.
Використовуючи вихідні дані прикладу, знаходимо 
и 
.
, 
, 
, 
, 
, 
. Знаходимо 
і дисперсії
времени до первого пожара 
, часу до першої пожежі , визначимо середній час до першої пожежі і дисперсію часу .
Получили, что 
.
Тоді ймовірність пожежі в цеху від експлуатації АТ визначаємо за наближеною формулою:
Використовуючи систему лінійних диференціальних рівнянь, з допомогою ЕОМ знаходимо P8 (8760) = Q (8760) = 4,42 * 10-4. Порівняння отриманого результату з нормованою величиною Q0 (8760) = 1 * 10-6 показало, що в даному випадку пожежна цеху при експлуатації не забезпечується.
Висновки:
1.Запропонуєте методика оцінки пожежної безпеки обладнання цехів (легка промисловість, хімічні виробництва тощо) при його експлуатації.
2.Предложени інженерні формули, за допомогою яких, з достатньою для інженерних розрахунків точністю, можна вибирати оптимальні з точки зору безпеки інтервали часу між діагностики, як засобів захисту, так і перевіряти наявність пального матеріалу на корпусах устаткування.
Список використаної літератури
- 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 Біографія