Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецький державний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.26. 01-“Охорона праці”

ПРОГНОЗУВАННЯ НАДІЙНОСТІ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ТА ТЕРМІНІВ ЇХНЬОЇ ПРОФІЛАКТИКИ ДЛЯ ЗАПОБІГАННЯ ЗАЙМАННЯ ШАХТНИХ КАБЕЛЬНИХ МЕРЕЖ

Чурсінова Ауріка Олександрівна

Донецьк 2001

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЦІ

Актуальність теми. Забезпечення пожежної безпеки промислових об'єктів, у тому числі і вугільних шахт, у відповідності із законодавством України про охорону праці, є невід'ємною частиною державної діяльності. Зниження видобутку вугілля не призводить, згідно статистичних даних НДІГС, до зменшення кількості екзогенних пожеж. В Україні щорічно відбувається від 50 до 80 підземних пожеж екзогенного походження, з них 36,7% від струмів короткого замикання у кабельних мережах, що завдають економічні збитки вугільним підприємствам у розмірі від 18,35 до 29,36 млн. грн. на рік. Щодо даних МакНДІ кожний 1млн. тон вугілля “коштує” життя чотирьом шахтарям. Тому задача, пов'язана з прогнозуванням можливості займання шахтних кабельних мереж від струмів короткого замикання і обґрунтування норм надійності на системи максимального струмового захисту і захисного вимикання, при яких забезпечується рівень пожежної безпеки, що нормується, є надто актуальною і її вирішення співпадає з інтересами економіки України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дійсна робота виконана по одному з основних наукових напрямів роботи ДонДТУ у межах розробок, що виконуються за держтемою (№ держреєстрації 0197U008274).

Мета роботи. Теоретичне узагальнення і розробка методу прогнозування надійності засобів захисту і термінів їхньої профілактики для запобігання займання кабельних мереж у шахтах.

Ідея роботи. Представити імовірність займання кабеля від струмів короткого замикання як випадковий процес збігу у просторі та часу ряду випадкових факторів (частоти появи струмів короткого замикання, тривалості їхнього існування, надійності засобів захисту та термінів їхньої профілактики).

Для досягнення поставленої мети визначені наступні завдання дослідження:

провести статистичний аналіз інтервалів часу між суміжними пожежами в шахтних кабельних мережах від струмів короткого замикання, на підставі якого обгрунтувати можливість застосування теорії марковських процесів для оцінки причин займання кабеля;

розробити нову математичну модель, що дозволить прогнозувати імовірність займання елементу шахтної кабельної мережі від струмів короткого замикання з урахуванням продольного резервування максимального струмового захисту;

розробити структурну схему можливого формування випадків займання елементу шахтної кабельної мережі при коротких замиканнях;

встановити залежність інтенсивності появи займання шахтної кабельної мережі від: частоти появи і тривалості існування струмів короткого замикання, надійності засобів захисту і термінів їхньої профілактики;

розробити інженерну методику, що дозволить оцінювати можливість займання шахтної кабельної мережі при будь-якій існуючій структурі.

Об'єкт дослідження - система електропостачання і засоби захисту (максимальний струмовий захист і апарат захисту від втечі струму) дільниці вугільної шахти.

Предмет дослідження - фактори (короткі замикання, максимальний струмовий захист, апаратура захисту від втечі струму на землю і терміни їхньої профілактики), які впливають на причину займання шахтних кабельних мереж при їхній експлуатації.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети в роботі використовувались аналітичні методи та методи, які основані на експериментальних дослідженнях, що базуються на основних поняттях теорії ймовірностей і надійності. Аналітичні дослідження і математичне моделювання виконувалося із застосуванням ЕОМ.

Основні наукові положення та результати, які виносяться на захист та їх новизна:

Розроблена математична модель яка дозволяє прогнозувати імовірність займання шахтної кабельної мережі від струмів короткого замикання, що базується на теорії однорідних марковських випадкових процесів, яка відрізняється від відомих урахуванням продольного резервування максимального струмового захисту (можливістю вимикання струмів короткого замикання резервним захистом), а також дозволяє визначити окрім середнього часу до першого займання кабелю, дисперсію цього часу і імовірність знаходження системи у кожному з можливих станів.

Запропонована нова структурна схема (дерево) можливого формування випадків займання шахтних кабельних мереж при коротких замиканнях, що дозволяє оцінювати причину займання кабелю для будь-якої розгалуженої мережі.

Вперше встановлена аналітико-експериментальна залежність частоти можливого займання елементів шахтної кабельної мережі від частоти появи струму короткого замикання, тривалості його існування, надійності максимального струмового захисту, апарату захисту від втечі струму і термінів їхньої профілактики; при цьому залежність дозволяє враховувати від одного до чотирьох максимальних струмових захистів, що взаєморезервуються.

Обґрунтування і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується коректним застосуванням основних теоретичних методів і методів, застосованих на експериментальних дослідженнях: теорії однорідних марковських процесів; теорії матриць; теорії ймовірностей; моделювання явищ на ЕОМ; відповідністю обсягу даних спостережень РД 50-690-89 і ДСТУ 2862-94; задовільної збіжності результатів оцінки пожежної безпеки шахтної кабельної мережі з даними галузевої статистики; гіпотезами про види розподілу випадкових величин, що досліджуються, з довірчою імовірністю не нижче 0,95 і граничною відносною помилкою не вище 0,2; позитивними результатами впровадження розробленої методики розрахунку і рекомендацій.

Наукове значення роботи полягає в розробці більш досконалої математичної моделі, яка дозволяє прогнозувати імовірність займання шахтної кабельної мережі від струмів короткого замикання, що додатково враховує продольне резервування максимального струмового захисту. Вперше запропонована та обґрунтована структурна схема можливого формування випадків займання шахтних кабельних мереж при коротких замиканнях. Ця схема дозволяє уявити кабельну мережу будь-якої складності чотирма вузлами, небезпечними у відношенні займання. Вперше запропоновані аналітико-експериментальні залежності частоти можливого займання шахтної кабельної мережі від частоти появи струмів короткого замикання, тривалості їхнього існування, надійності максимального струмового захисту, захисного вимикання і термінів їхньої профілактики для всіх чотирьох вузлів.

Практичне значення роботи полягає у вдосконаленні методики розрахунку, що дозволяє оцінювати імовірність займання шахтних кабельних мереж при експлуатації електрообладнання і засобів захисту. В обґрунтуванні норми надійності на системи максимального струмового захисту і апарату захисту від втечі струму, при яких можливо забезпечити рівень пожежної безпеки H=1?10^-6рік^-1, що дозволить практично повністю виключити випадки займання шахтних кабельних мереж від струмів короткого замикання, що могли б призвести до загибелі людей.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Математичні моделі, що пропонуються у роботі і формули прийняті МакНДІ для подальших досліджень чинників, що впливають на пожежну безпеку електрообладнання дільниць вугільних шахт. Основні наукові результати роботи використані: у держтемі ДонДТУ 0197U008274 “Розвиток теоретичних основ оцінок і методів прогнозування пожежної безпеки систем електропостачання на промислових і побутових об'єктах” і у нормативному документі “Методика оцінки рівня безпеки систем електропостачання газових промислів, технологічного устаткування, електрообладнання і засобів захисту при їхній експлуатації”, розробленому трьома організаціями ДонДТУ, Російським ВАТ “Газпром”, Російським державним університетом нафти і газу їм. І. М. Губкіна. Використання методики, що пропонується у роботі, на шахті “Краснолиманська” ДХК “Красноармійськвугілля” дозволило науково обґрунтувати терміни профілактики засобів захисту, при яких забезпечується нормований рівень пожежної безпеки.

Особистий внесок автора полягає в розробці математичної моделі, що дозволяє прогнозувати імовірність займання елементів шахтної кабельної мережі від струмів короткого замикання; в розробці нової структурної схеми (дерева) можливого формування випадків займання елементів шахтної кабельної мережі при коротких замиканнях; у встановленні аналітико-експериментальної залежності частоти можливого займання елементів шахтної кабельної мережі від частоти появи струму короткого замикання, тривалості його існування, надійності максимального струмового захисту, апарату захисту від втечі струму і термінів їхньої профілактики.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародній конференції “Проектування шахт та вибір обладнання” (Дніпропетровськ, 1999р.), на міжнародній конференції по електрозахисту у гірничій промисловості (Польща, Устронь, 1999р), на міжнародній конференції “Автоматизація гірничих процесів” (Польща, Ширк, 2000р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Керування режимами роботи об'єктів електричних систем-2000” (Донецьк, 2000р.), на розширеному засіданні кафедри “Електропостачання промислових підприємств і міст” ДонДТУ (31.10. 2000р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових робіт, 8 з них у виданнях, що рекомендувалися ВАК.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів і висновків. Вона містить 135 сторінок машинописного тексту, включаючи 23 рисунка, 7 таблиць, список використаної літератури із 74-х джерел і додатків на 29 сторінках, разом 165 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

пожежний шахтний кабельний мережа

У вступі розглянута актуальність проблеми, вказана мета роботи, ідея, викладені основні наукові положення і результати, які виносяться на захист і їх новизна.

Перший розділ роботи присвячений аналізу причин, з яких відбуваються короткі замикання (КЗ) у кабельних дільничих мережах напругою U=0,66-1,2 кВ і виникненню від них пожеж. За даними УкрНДІВЕ на вугільних шахтах України короткі замикання на кабельних мережах, що відходять від розподільчого пункту, відбуваються у середньому один раз на місяць, а в магістральному кабелі - один раз на 1,5 роки.

За даними НДІГС більш ніж 40% екзогенних підземних пожеж на шахтах відбувається внаслідок пошкоджень електрообладнання і кабелів. При цьому екзогенні пожежі, що викликаються короткими замиканнями у броньованих кабелях відбуваються у два рази рідше, ніж у гнучких кабелях - 24%.

Щорічно у підземних виробітках шахт гинуть люди, у тому числі і при пожежах, які відбулися з-за причин коротких замикань у електрообладнанні. Кількість людських жертв, що припадають на 1млн. т. видобутку вугілля, за останні 20 років на шахтах України зросло з двох до чотирьох чоловік.

Обробка інтервалів часу між пожежами від різноманітних видів електрообладнання за 10 років показала, що інтервали часу між суміжними пожежами не суперечать гіпотезі про експоненційну функцію розподілу ймовірностей. Частота пожеж на рік на 1км довжини гнучкого кабелю з довірчою імовірністю 0,95 знаходиться у інтервалі [2,4·10^-4;3,7·10^-4], а броньованого [1,42·10⁴;2,35·10^-4].

Наведені у роботі дані про екзогенні пожежі з-за причин коротких замикань у різних елементах кабельних мереж шахти підтверджують актуальність обраної теми. Показано, що найбільш небезпечними у пожежному відношенні, по відношенню до іншого електрообладнання, є шахтні кабельні мережі.

Другий розділ присвячений оцінці існуючих методів, що дозволяють оцінити рівень пожежної безпеки шахтної кабельної мережі. У МакНДІ вперше були запропоновані структурні схеми і зроблена оцінка пожежної безпеки шахтних кабельних мереж з використанням понять випадкової події, а після цього, ці ідеї отримали продовження у роботах СхідНДІ. Використовуючи логіко-імовірні методи ВНДІПО МВС Росії запропонувало свої методики для оцінки пожежної безпеки провідників і електрообладнання.

Аналіз логіко-імовірних методів, для оцінки пожежної безпеки систем електропостачання вугільних шахт показав, що використовувати їх для оцінки пожежної безпеки шахтних кабельних мереж недоцільно, бо такі методи дадуть сугубо якісний аналіз схем. Ці методи не враховують час знаходження елементів системи у невиявленому відмовному стані і терміни профілактики елементів мережі, що значно підвищує результат розрахунків.

У розділі показано, що у деяких випадках для оцінки пожежної безпеки шахтної кабельної мережі можна використовувати відому у теорії надійності формулу, що описує надійність резервованої групи з увімкненням заступного елементу заміщення з абсолютно надійним перемикачем. У роботі розглянуті усі випадки, при яких формулу дублювання з увімкненням заступного елементу заміщення з абсолютно надійним перемикачем недоцільно застосовувати для оцінки пожежної безпеки кабельних мереж.

Третій розділ присвячений розробці математичної моделі прогнозування імовірності займання кабельних мереж у вугільних шахтах при їхній експлуатації.

Займання елементу кабельної мережі ділянки вугільної шахти - це складна подія. Її можна представити як випадковий процес збігу у просторі та часі кінцевого числа незалежних випадкових подій, що мають різну частоту появи і тривалість існування.

Аналіз пожеж у вугільних шахтах України, проведений за період 1990-2000г., показав, що максимальна кількість подій, що беруть участь у процесі займання кабелю дорівнює шести. Наприклад, при короткому замиканні у комбайновому кабелі, його займання відбудеться за умов збігу наступних небезпечних подій: відмовив у спрацюванні максимальний струмовий захист (МСЗ) високовольтного комплектного розподільчого приладу; відмовив у спрацюванні апарат захисту від втечі струму; відмовив у спрацюванні максимальний струмовий захист автоматичного вимикача трансформаторної підстанції; відмовив у спрацюванні максимальний струмовий захист групового автоматичного вимикача; відмовив у спрацюванні максимальний струмовий захист у пускача; коротке замикання у комбайновому кабелі.

Розглянемо систему, що складається з шести підсистем, позначимо їх: ч_1,ч_2,…ч₆. Нехай стан кожної з них описується випадковим марковським процесом ч_k(t)=1, із двома станами: 0-безпечне, 1-небезпечне. Позначимо через л_k i м_k параметри розглянутих процесів.

Величина л_k характеризує інтенсивність або швидкість, з якої безпечні проміжки часу змінюються на небезпечні, а м_k- частоту або швидкість зміни небезпечних проміжків часу на безпечні. Параметри л_k та м_k визначаються при обробці статистичних даних.

Займання кабелю настає в момент випадкової зустрічі розглянутих процесів ч_k(t) у стані 1, т.е. коли ч₁(t)=1; ч₂(t)=1; ч₃(t)=1; ч₄(t)=1; ч₅(t)=1; ч₆(t)=1.

Задача полягає в тому, щоб, знаючи параметри процесів л₁, м₁; л₂, м₂; л₃, м₃; л₄, м₄; л₅, м₅; л₆, м_6, визначити середній час до першого займання кабелю ф₁, дисперсію цього часу у₁² , залежності імовірності знаходження системи у кожному з можливих станів P_i(t), та функцію розподілу інтервалів часу до першого займання F₁(t), за умови, що на початку процесу всі елементи системи знаходились у безпечному стані.

Для рішення поставленої задачі висловимо значення ф_1, у₁², F₁(t) через параметри відомих процесів ч₁(t); ч₂(t); ч₃(t); ч₄(t); ч₅(t); ч₆(t).

Для цього сукупність цих процесів розглянемо як процес Маркова ч(t) с 2⁶=64 дискретними станами і безперервним часом.

Система у будь-який момент часу може знаходитися в одному з кінцевої безлічі станів: E{e₁(0,0,0,0,0,0), e₂(1,0,0,0,0,0),…, e₆₄(1,1,1,1,1,1)}

Якщо система випадково потрапляє у стан e₆₄(1,1,1,1,1,1) відбувається займання у елементі кабельної лінії.

Цей процес повністю описується матрицею інтенсивностей переходів (2).

Всі ці параметри процесу знайдемо з системи рівнянь, що наведена у матричній формі:

,(1)

що визначається для початкових умов:

P₀(0)=1, P₁(0)=1, P₂(0)=1,…, P₆₃(0)=1

Значення ф_1, у₁² знаходяться з системи рівнянь(3) та (4).

ф=(I-Q)^-1о,(3)

у²=(2N-I)ф-ф_sq (4)

де: A=(P-I) ;

; P(t)=[P_i(t)]_i=1⁶⁴; - вектора-строки

N=(I-Q)^-1 - фундаментальна матриця;

Q- отримується з матриці інтенсивностей переходів (1) виключенням з неї стану, що поглинає (останнього рядка та останнього стовпчика);

о- вектор-стовпчик, у якому усі елементи дорівнюють 1.

ф=[ф_i]_i=1⁶³ , у =[у_i]_i=1⁶³ , ф_sq =[ф_sq]_i=1⁶³ , - вектори стовпчики.

Якщо виконуються умови:

ф₁ у₁,(5)

функцію розподілу інтервалів часу до першого займання кабелю, якщо у початковий момент часу всі елементи, що надходять у систему знаходяться у безпечному стані, можна визначити за наступною формулою:

,(6)

а інтенсивність появи займання кабелю:

H= 1/ф₁ .(7)

У загальному випадку, коли умова (5) не виконується, то F₁(t) знаходиться таким чином:

,(8)

де P_i(t) визначається з розв`язання системи рівнянь (2) відомими методами.

Якщо виконується умова (5) й окрім цього >>d_k і d₆<<d_k , то, визначив

; ,

де , d_k середні інтервали часу знаходження k-го елементу у безпечному та небезпечному станах відповідно, інтенсивність появи займання кабелю можна визначити за формулою:

.(9)

У тому випадку, якщо визначені інтервали часу між перевірками засобів захисту И_k, , тоді середній час знаходження їх у незнайденому небезпечному (відмовному) стані d₁, d₂, d₃, d₄, d₅, знайдемо, користуючись формулою:

. (10)

У тих випадках, коли ; формула (10) має вигляд:

. (11)

Якщо підставити формулу (11) у формулу (9), то можна отримати таким чином:

. (12)

деИ₁- середній інтервал часу між відмовами максимального струмового захисту високовольтного комплекту розподільчого путкту і термін його профілактики;

И₂- середній інтервал часу між відмовами апарату захисту від втечі струму і термін його профілактики;

И₃- середній інтервал часу між відмовами максимального струмового захисту автоматичного вимикача трансформаторної підстанції і термін його профілактики;

И₄- середній інтервал часу між відмовами максимального струмового захисту групового автоматичного вимикача і термін його профілактики;

И₅- середній інтервал часу між відмовами максимального струмового захисту пускача і термін його профілактики;

- середній інтервал часу між появами струмів короткого замикання у схемі, що захищається.

Системи рівнянь (2), (3), (4), матриць (1) і формули (9)-(12) дозволяють прогнозувати рівень пожежної безпеки елементів кабельної мережі.

Четвертий розділ присвячений розробці методики оцінки пожежної безпеки шахтних кабельних мереж при експлуатації електроустаткування. Визначимо символом події, що відносяться до i=1 кабеля, у якому j=1 відбулося коротке замикання, а l вказує на вузол, в якому ці події відбулись. Події, що ставляться до засобів захисту, визначимо символом , де , . Код i віднесено до елементів кабельної мережі і засобам захисту, встановлених у різноманітних комутаційних апаратах: i=1- кабельна лінія магістральна; i=2- кабельна лінія, що відходить від розподільчого пункту; i=3- максимальний струмовий захист у пускачі; i=4- максимальний струмовий захист у груповому автоматичному вимикачі; i=5- максимальний струмовий захист в автоматичному вимикачі трансформаторної підстанції; i=6- апарат захисту від втечі струму; i=7- максимальний струмовий захист у високовольтному комплектному розподільчому пункті. Код j ставиться до видів небезпечних станів елементів системи: j=1 - коротке замикання, j=2 - відмова спрацьовування захисту.

Використовуючи дані таблиці (норми на вибір термінів профілактики засобів захисту), визначалася інтенсивність появи займання кабеля від кожного вузла, небезпечного у відношенні займання і результат розрахунку дорівнювався з нормованим значенням H=1·10^-6рік^-1, і обчислювалася можливість займання кабеля протягом року від коротких замикань у кабельній мережі ділянки.

Таблиця Вихідні дані для розрахунку пожежної безпеки шахтної кабельної мережі

Код небезпечної події	Середній інтервал часу між появою небезпечної події	Термін профілактики засобів захисту И,ч	Середня тривалість існування небезпечної події d,ч
1	2	3	4
	4100	-	2,8· 10-5
	8920	-	2,8· 10-5
	1230	-	2,8· 10-5
	830	-	2,8· 10-5
	15700	2190	146
	12625	2190	179
	10700	2190	210
	10757	6	1,7· 10-3
	32040	2190	73

Користуючись даними таблиці, системою рівнянь (3), матрицею (1) і формулою (7) знаходимо інтенсивність появи займання кабеля від усіх чотирьох суміщень:

H₁=3,16·10^-9рік^-1, H₂=6,9·10^-12рік^-1, H₃=2,84·10^-12рік^-1, H₄=9,22·10^-15рік^-1. .

У тому випадку, якщо для оцінки пожежної безпеки мережі користуватись наближеними формулами, тоді можливість займання в елементах кабельної мережі протягом року становить:

H₀^*(1)=4,698·10^-9рік^-1.

У роботі показано, що якщо засоби захисту в процесі експлуатації не обслуговуються, то можливість займання кабеля в мережі протягом року Q(8760)=0,309.

Якщо апарат захисту від втечі струму перевіряти один раз на квартал, як і максимальний струмовий захист пускача і групового автоматичного вимикача і автоматичного вимикача в підстанції, тоді інтенсивність появи займання кабеля становить H₁=3,67·10^-4рік^-1 і покривається довірчим інтервалом із довірчою можливістю 0,95, побудованому при опрацюванні статистичних даних НДІГС про пожежі через короткі замикання, що відбуваються в кабельних мережах ділянки [2,4·10^-4; 3,7·10^-4]. Розрахунок за наближеною формулою дає H=3,74·10^-4рік^-1 .

На рис.3 наведена залежність зміни інтенсивності появи займання шахтної кабельної мережі від середнього інтервалу часу між появами коротких замикань у мережі, якщо апарат захисту від втечі струму перевіряється один раз на квартал, як і максимальний струмовий захист групового автоматичного вимикача і пускача.

Рис.3 Зміна інтенсивності появи займання шахтної кабельної мережі від середнього інтервалу часу між появами короткого замикання в мережі, якщо уставка апарата захисту від втечі струму загрублена.

У випадку, якщо апарат захисту від втечі струму вимкнути, або загрубити уставку в процесі експлуатації, інтенсивність появи займання елемента кабельної мережі становить H=1,9·10^-2рік^-1. Користуючись даними таблиці, було встановлено, що пожежну безпеку мережі можна забезпечити навіть у випадках, коли перевірка апарата захисту від втечі струму здійснюється один раз на добу , тобто И=24г, а максимальний струмовий захист групового автоматичного вимикача і пускача один раз на рік, тоді інтенсивність появи займання елемента кабельної мережі буде H=6,2·10^-7рік^-1.

Показано, що якщо короткі замикання в кабельній мережі відбуваються з частотою л?1?10^-3год^-1, апарат захисту від втечі струму перевіряеться один раз у зміну И=6г, а максимальний струмовий захист автоматичного вимикача і пускача через И=2190г, то для забезпечення пожежної безпеки шахтної кабельної мережі достатньо мати мінімальний час безвідмовної роботи системи відключення пускача рівне 3500г, а апарата захисту від втечі струму не нижче 5000г. Комутаційні апарати і засоби захисту, розроблені УкрНДІВЕ, із запасом забезпечують запропоновані в роботі мінімальні норми надійності на системи відключення захисних комутаційних апаратів.

На рис.4 приведена залежність зміни інтенсивності появи займання кабеля H для першого, найбільше небезпечного у відношенні займання, вузла в залежності від середнього інтервалу часу між появами струмів короткого замикання і зміни термінів профілактики апарата захисту від втечі струму И=6г, И=12г, для випадку, коли наробіток на відмову апарата захисту від втечі струму і максимального струмового захисту пускача відповідно дорівнюють: .

Рис.4 Зміна інтенсивності появи займання кабеля H для першого вузла, небезпечного у відношенні займання від середнього інтервалу часу між появами струмів короткого замикання і зміни термінів профілактики апарата захисту від втечі струму И=6г, И=12г.

Із виконаних розрахунків можна зробити висновок, що займання в шахтних кабельних мережах 0,66-1,2кВ від коротких замикань виникають кожний раз, коли відбувається коротке замикання, а засоби захисту (апарат захисту від втечі струму і максимальний струмовий захист) знаходяться в стані, що відмовив, (навмисно вимкнений або уставки захисту загрублені), або перевірки і налагодження систем відключення взагалі не виконуються, або виконуються некваліфікованим персоналом.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі подано теоретичне узагальнення і вирішення актуальної наукової задачі, що полягає в розробці математичної моделі й аналітико-експериментальних залежностей запобігання випадків займання шахтних кабельних мереж будь-якої структури від струмів короткого замикання для забезпечення нормованого рівня пожежної безпеки мережі (задовольняючим вимогам ДЕРЖСТАНДАРТУ 12.1.004-91).

Основні результати виконаної роботи полягають у наступному:

Опрацювання статистичних даних ВО “Респіратор” про випадки екзогенних пожеж у вугільних шахтах від коротких замикань у кабельних мережах показали, що інтервали часу між пожежами не суперечать експоненційним функціям розподілу можливостей. Інтенсивність пожеж на 1км гнучкого кабеля складає H₁=3?10^-4год^-4, а броньованого H₂=1,84?10^-4год^-4.

Аналіз пожеж від коротких замикань у дільничних кабельних мережах (більш ніж за 10 років) показав, що всі вони відбувалися в тому випадку, коли відбувалося коротке замикання, а уставки максимального струмового захисту й апарата захисту від втечі струму були загрублені, або захисти навмисно вимкнені.

Аналіз можливості застосування логіко-імовірних методів для оцінки можливості займання шахтних кабельних мереж при їхній експлуатації, показав, що їхнє застосування значно завищує результати розрахунків пожежної безпеки мережі за рахунок того, що ці методи не враховують час перебування елемента мережі у невиявному відмовному стані, що відмовив, і терміни профілактики засобів захисту.

Обгрунтовано, що займання елемента кабельної мережі з причини короткого замикання відбувається при збігу в просторі і часі не більш ніж шести подій, що мають різну частоту появи і тривалість існування.

Запропоновано нову математичну модель, що дозволяє пояснити причину імовірного займання кабельної лінії від короткого замикання в ній при експлуатації електроустаткування здобичної ділянки вугільної шахти. Отримано залежності можливості появи займання кабеля від частоти появи і тривалості існування струмів короткого замикання, надійності засобів максимального струмового захисту, надійності апарату захисту від втечі струму і термінів їхньої профілактики.

Отримано нові логічні “дерева” і схеми мінімальних суміщень, небезпечних у відношенні займання шахтної кабельної мережі, що пояснюють причину виникнення займання шахтної кабельної мережі при експлуатації електроустаткування.

Встановлено, що якщо короткі замикання з'являються в мережі не частіше чим кожні , а апарат захисту від втечі струму перевіряеться один раз у зміну И=6г, а максимальний струмовий захист автоматичного вимикача і пускача не рідше одного разу в квартал, то для забезпечення пожежної безпеки достатньо мати мінімальний час безвідмовної роботи системи відключення пускача 3500ч, а апарата захисту від втечі струму 5000г.

Уточнено методику розрахунків пожежної безпеки шахтної кабельної мережі, що дозволяє оцінити рівень пожежної безпеки і обрати такі терміни профілактики засобів захисту, при яких забезпечується нормований рівень пожежної безпеки вузла системи.

Перевірка точності запропонованої методики показала, що отримана в роботі інтенсивність появи займань елемента кабельної мережі на 1км її довжини (статистичні дані УкрНДІВЕ і ДонДТУ), використовуючи точний метод розрахунків одержали H=3,67?10^-4год^-1 , покривається довірчим інтервалом J_0,95=[2,4?10^-4;3,7?10^-4], отриманим при опрацюванні експериментальних даних НДІГС за 10 років спостереження з довірчою можливістю 0,95. Всі інші, відомі нам, методики не забезпечують бажану точність, тобто отримане значення H, за іншими методиками не потрапляє в отриманий за експериментальними даним довірчий інтервал.

Встановлено, що розроблені УкрНДІВЕ автоматичні вимикачі, пускачі, блоки захисту УМЗ і апарати захисту від втечі струму дозволяють цілком забезпечити пожежну безпеку шахтних кабельних мереж, якщо в процесі експлуатації електроустаткування навмисно не вимикати і не загрубляти уставки апарата захисту від втечі струму і максимальних струмових захистів у процесі експлуатації електроустаткування.

При забезпеченні запропонованих у роботі норм надійності на засоби захисту (апарати захисту від втечі струму і максимальні струмові захисти), можливо, майже цілком виключити випадки займання шахтних кабельних мереж від струмів короткого замикання, що могли б призвести до загибелі людей.

У цей момент необхідно звернути особливу увагу на впровадження в дільничні мережі броньованих кабелів підвищеної надійності (КГБУШ, КГБУШВ, КГБШ), що дозволить зменшити частоту появи струмів коротких замикань і тим самим підвищити пожежну безпеку мережі.

ЛІТЕРАТУРА

Чурсинова А.А. Разработка математической модели формирования пожара при эксплуатации шахтных кабельных сетей. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 17:- Донецк: ДонГТУ.-2000.- С.181-183.

Ковалев А.П., Чурсинова А.А., Спиваковский А.В Об оценке безопасности технологических объектов, опасных в отношении взрыва и пожара. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 2:- Донецк: ДонГТУ.-1998.-С.118-122.

Ковалев А.П., Муха В.П., Спиваковский А.В., Чурсинова А.А., Колесник Л.И., Нагорный М.А. Оценка пожаробезопасности шахтных кабельных сетей. // Взрывозащищенное электрооборудование: Сборник научных трудов УкрНИИВЭ.:- Донецк 1998.-С.172-177.

Ковалев А.П., Спиваковский А.В., Чурсинова А.А., Шевченко О.А., Колесник Л.И., Нагорный М.А. Оценка уровня безопасности технологических объектов. // Взрывозащищенное электрооборудование: Сборник научных трудов УкрНИИВЭ.- Донецк, 1998 С. 177-180.

Васин А.А., Ковалев А.П., Шевченко О.А., Чурсинова А.А., Нагорный М.А. О прогнозировании экзогенных пожаров по Донецкой области. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 4:- Донецк: ДонГТУ, 1999.-С.214-216.

Ковалев А.П., Чурсинов В.И., Чурсинова А.А. О методике оценки пожарной безопасности шахтной кабельной сети. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 17:- Донецк: ДонГТУ,-2000.- С.170-176.

Ковалев А.П., Чурсинов В.И., Чурсинова А.А. Влияние надежности максимальной токовой защиты и защитного отключения на пожарную безопасность шахтной кабельной сети 6-0,4кВ //Збірник наукових праць Донецького державного технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”, випуск 21: Донецк, ДонГТУ, 2000.- С.106-111.

Ковалев А.П., Спиваковский А.В, Чурсинова А.А. Оценка пожаробезопасности кабельных сетей.// Mechanizacja i automatizacja gornictwa (Польша).- 1998.- № 6.- С. 28-30.

V.P.Koptikov, A.P.Kovalyov, A.V.Spivakovsky & A.A.Chursinova Blind working explosion hazard estimation procedure at Ukrainian coal mines // Proceedings of the eight international symposium on mine planning and equipment selection & the international symposium on mine environmental and economical issues Dnipropetrovsk/Ukraine- С.401-405.

Размещено на Allbest.ru

...