Автоматизация предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании

Актуальность темы

исследования. В последние десятилетия во Вьетнаме создано большое количество промышленных объектов, что привело к возрастанию техногенной опасности в стране [26−28, 39]. Значительную часть этой опасности создает электрооборудование объектов, в котором, как свидетельствует статистика [26−28, 93], нередко возникают пожароопасные режимы. Особенно часто такие режимы возникают в линейно-кабельных сооружениях из-за электрических токов утечки [19, 20]. Анализ причин возгорания электрооборудования показывает, что наиболее существенное место занимают тепловое проявление тока и электропробой [26, 27]. Применяемые средства защиты электрических сетей и другого электрооборудования от аварийных пожароопасных режимов позволяют реагировать только на их косвенные вторичные признаки (превышение тока, температура, дым, тление и т. д.) [35, 81], что не обеспечивает распознавания пожароопасных режимов на ранних стадиях их развития и предотвращения пожаров.

В настоящее время имеются достаточные предпосылки для автоматизированного решения задач в системе пожарной безопасности промышленных объектов (высокое быстродействие ЭВМ, большие объемы памяти, наличие достаточного опыта создания и эксплуатации автоматизированных систем и т. д.) [21−24, 51, 52]. Однако существует ряд проблем в решении задач автоматизации обеспечения пожарной безопасности промышленных объектов: во-первых, сложность систем пожарной безопасности из-за большого количества взаимосвязанных элементов и необходимости их контроля в реальном масштабе времени, что порождает огромный объем обрабатываемой информацииво-вторых, низкая чувствительность существующих средств электрической и тепловой защиты, не позволяющих своевременно обнаруживать пред-пожарные режимы электрооборудования, в том числе линейно-кабельных сооруженийв-третьих, отсутствие автоматических датчиков и устройств контроля токов утечки, позволяющих своевременно обнаруживать превышение их допустимого уровня и передавать информацию на верхний уровень автоматизированной системы.

Разработка теоретических основ создания автоматизированных систем предотвращения пожаров на промышленных объектах началась сравнительно недавно. Значительный вклад в эту работу внесли российские ученые Г. И. Смелков, В. Н. Веревкин, Н. Г. Топольский, А. Н. Членов, A.B. Федоров, Н. П. Костарев, Н. П. Блудчий, Н. С. Мисюкевич, Ю. Н. Анисимов и др. Вместе с тем, доля научных результатов в области повышения эффективности автоматизированных систем предотвращения пожаров от электрооборудования промышленных объектов пока невелика. Оставалась неисследованной проблема автоматизации предотвращения пожаров вследствие токов утечки в электрооборудовании, в том числе в линейно-кабельных сооружениях.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению указанных выше проблем путем разработки научно-методических основ создания автоматизированных систем предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

Объектом исследования является система предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама, вызванных токами утечки в электрооборудовании, а предметом исследования — научно-технические методы и принципы построения автоматизированных систем предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

Целью диссертационной работы является повышение уровня пожарной безопасности промышленных объектов Вьетнама на основе создания автоматизированных систем предотвращения пожаров при обнаружении и контроле токов утечки в электрооборудовании.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

— анализ пожарной опасности промышленных объектов Вьетнама как объектов автоматизации, включающий статистическую оценку опасности пожаров от электрооборудованияанализ устройств противопожарной защиты электрооборудования промышленных объектов;

— анализ пожарной опасности токов утечки в электрооборудовании промышленных объектованализ процессов старения изоляции, приводящих к возрастанию токов утечки;

— разработка обобщенной структуры и алгоритмов функционирования автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании;

— разработка структуры автоматизированных подсистем предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании (станки, двигатели, электрические кабели, шкафы с электрооборудованием и т. д.);

— техническая реализация автоматизированной системы предотвращения пожаров на промышленном объекте Вьетнама с контролем токов утечки в электрооборудовании.

Методы исследования. Основными методами исследования являются методы системного анализа, вероятностные, статистические, детерминированные методы оценки пожарной опасности электрооборудования, методы стохастического моделирования пожаров.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

— проведён анализ пожарной опасности электрооборудования промышленных объектов Вьетнама, включающий статистическую оценку опасности пожаров в линейно-кабельных сооружениях и другом электрооборудовании вследствие токов утечки;

— обоснован и предложен метод решения задач автоматизированного предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки;

— предложен алгоритм функционирования и разработана обобщенная структура автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов в линейно-кабельных сооружениях и другом электрооборудовании промышленных объектов Вьетнама при обнаружении токов утечки;

— предложен алгоритм функционирования автоматизированной системы предотвращения аварийных предпожарных режимов с использованием защиты от токов утечки;

— разработаны структуры автоматизированных подсистем предотвращения пожаров при обнаружении и контроле токов утечки в электрооборудовании (станки, двигатели, электрические кабели, шкафы с электроустановочными изделиями и т. д.).

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов на этапе проектирования автоматизированной системы пожарной безопасности промышленных объектов и технической реализации автоматизированной системы предотвращения пожаров на этих объектах при обнаружении и контроле токов утечки в электрооборудовании.

Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований нашли практическое применение на промышленных объектах Вьетнама и в учебном процессе, в том числе: на заводах машиностроения Вьетнама и на промышленных объектах вьетнамской нефтегазоэлектрокомпаниив учебном процессе и при выполнении научно-исследовательской работы в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий Академии Государственной противопожарной службы МЧС России и на кафедре пожарной профилактики Института противопожарной безопасности МОБ Вьетнамапри подготовке учений пожарных подразделений в Главном управлении пожарной охраны Вьетнама и в Управлении пожарной охраны г. Ханой.

Реализация результатов исследований в промышленности Вьетнама, пожарных подразделениях и учебном процессе подтверждена соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы отражены в докладах и сообщениях, обсуждены и получили одобрение в 2008;2011 гг. на 17-й, 18-й, 19-й международных конференциях «Системы безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России) — на совместных заседаниях учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий и кафедры пожарной автоматики Академии ГПС МЧС России.

Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 11 работ, из них 3 опубликованы в журналах, включенных в перечень ВАК, 4 работы опубликованы в единоличном авторстве.

На защиту выносятся:

— результаты анализа пожарной опасности промышленных объектов Вьетнама при возникновении токов утечки в электрооборудовании;

— обобщенная структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании;

— структура автоматизированных подсистем предотвращения пожаров в электрооборудовании при обнаружении и контроле токов утечки;

— техническая реализация автоматизированной системы предотвращения пожаров в электрооборудовании производственного цеха завода машиностроения Вьетнама при обнаружении и контроле токов утечки.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 101 наименования и 3 приложений на 184 страницах. Основное содержание работы изложено на 142 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 17 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Проведён анализ пожарной опасности промышленных объектов Вьетнама и их электрооборудования как объектов автоматизации, включающий статистическую оценку пожаров на этих объектах, который показывает, что число пожаров от возгораний электрооборудования составляет более 30% от общего числа пожаров, а число таких пожаров на промышленных объектах составляет более 60% от общего числа таких пожаров, из них 40% являются следствием появления токов утечки.

2. Проведён анализ процессов старения изоляции электрооборудования, приводящих к возникновению и возрастанию токов утечки.

3. Проведён анализ чувствительности существующих устройств защитного отключения и устройств обнаружения токов утечки и показано, что есть значительная вероятность необнаружения токов утечки в диапазоне от начала их возникновения до граничных значений при коротких замыканиях.

4. Сделан вывод о необходимости создания автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов при обнаружении и контроле токов утечки в электрооборудовании, основанной на использовании выявленных значений и принципов обнаружения токов утечки.

5. Предложен метод решения задач предотвращения пожаров от электрооборудования, включающий: автоматизированный контроль и принятие решений в предаварийном и аварийном режимах работы электрических сетейавтоматизированная ликвидация возможности распространения горения при возгорании изоляции электрооборудованияавтоматический контроль состояния окружающей среды.

6. Разработаны обобщенная и функциональная структуры автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов промышленных объектов при обнаружении токов утечки и алгоритм её функционирования.

7. Разработана структура автоматизированной системы предотвращения аварийных предпожарных режимов с использованием защиты от токов утечки и алгоритм её функционирования.

8. Разработаны обобщенные структуры автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров электрических кабелей и шкафов с электрооборудованием, а также автоматизированной подсистемы предотвращения предпожарных режимов электродвигателей при обнаружении токов утечки.

9. Разработаны структура системы косвенного измерения токов утечки в работающем электрооборудовании и структура системы измерения параметров работающего электрооборудования.

10. Осуществлена техническая реализация автоматизированной системы электрической и пожарной безопасности промышленного объекта при термо-электрозондировании электрооборудования и линейно-кабельных сооружений на примере производственного цеха машиностроительного завода Вьетнама.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации решена научная задача, имеющая большое значение для промышленных объектов Вьетнама — повышение уровня их пожарной безопасности за счет создания автоматизированной системы предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.