автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация предотвращения пожаров кабельных сооружений и электрических проводок

«Г? О

На правах рукописи

МИСЮКЕВИЧ НИКОЛАЙ СТЕФАНОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРОВ КАБЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДОК

Специальность: 05.13.06. "Автоматизированные системы

управления" 05.26.03 "Пожарная безопасность" (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - Минск 1998

Работа выполнена в Московском институте пожарной безопасности МВД России, Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МВД России и Высшем пожарно-техническом училище МВД Беларуси.

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор академик РАЕН ТОПОЛЬСКИЙ Н.Г.

Научный консультант: кандидат технических наук . доцент ЧЕРКАСОВ В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

старший научный сотрудник ТЕБЕКИН А.В.

доктор философских наук профессор КОЗЛАЧКОВ В.А.

Ведущая организация: Республиканский научно-

практический центр

пожарной безопасности

Главного управления

военизированной пожарной службы МВД Беларуси

Защита состоится 26 мая 1998г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 052.03.02 в Московском институте пожарной безопасности МВД России по адресу: 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИПБ МВД России. # ( у

Автореферат 1938г., исх. N $/¿0

Отзыв на автореферат с заверенной - подписью ' и печатью просим направлять в МИПБ МВД России по указанному адресу.

Телефон для справок: 283-19-05.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук Т.Г.Меркушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ причин пожаров электрооборудования показывает, что наиболее существенное место среди них занимают тепловые проявления тока в электрических проводках. В подавляющем большинстве случаев причинами высокой пожарной опасности электрических проводок являются несовершенство противопожарных требований при их разработке, а также нарушения правил их монтажа и эксплуатации. Кроме того, исследования показывают, что при пожаре в кабельном сооружении повреждаются все кабели, проложенные в нем. Это приводит к возникновению ущерба как от горения кабелей, так и от нарушения производственной деятельности.

Применяемые автоматические установки пожаротушения не позволяют предотвращать возникновение горения изоляции электрических проводок, а используемые аппараты защиты электрических сетей в ряде случаев не обеспечивают предотвращение пожаров при аварийном режиме работы сети.

Защиту электрических сетей от возникновения пожаров можно обеспечить, имея необходимую информацию об электрических режимах их эксплуатации, предшествующих пожароопасному режиму. Быстротечность протекания указанных режимов определяет необходимость контроля теплового проявления электрического тока и прогнозирования его последствий, что может бьггь достигнуто только за счет автоматизации этих процессов.

В диссертации решаются задачи математического обеспечения автоматизации предотвращения пожаров кабельных сооружений и электрических проводок в рамках автоматизированной системы противопожарной защиты, осуществляющей постоянный контроль электрических параметров работы сети.

Цель работы. Целью диссертационного исследования является разработка методов математического обеспечения автоматизации предотвращения пожаров кабельных сооружений и электрических проводок, концепции автоматизации принятия управленческих решений, математического и информационного обеспечения системы автоматизированного проектирования молниезащиты.

з

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, метод итерации для анализа взаимозависимых величин, теория планирования эксперимента, теория функционально-стоимостного анализа.

Научную новизну работы составляют;

1. Установленные объективно существующие связи между явлениями, сопровождающими электрический ток.

2. Концепция предотвращения возможности возникновения пожаров кабельных сооружений.

3. Концепция автоматизации управления принятием технического решения.

4.: Теоретические основы контроля и предотвращения предпожарных и пожароопасных режимов в электрических проводках.

5. Математическая модель аварийного пожароопасного режима в электрических проводках.

6. Математическая модель режима короткого замыкания по следам электрического пробоя.

7. Методы ликвидации возможности возникновения пожаров в электрических проводках.

8. Варианты молниезахциты зданий и сооружений одиночным тросовым наклонным и двойными тросовыми молниеотводами.

9. Математическое и информационное обеспечение методов автоматизированного проектирования молниезащиты.

Практическая значимость диссертационной работы.

Разработанные в диссертации научно-методические основы автоматизации противопожарной защиты кабельных сооружений позволяют уменьшить субъективный характер и более полно анализировать все варианты принимаемых технических решений по противопожарной защите, используя современные методы анализа, устранять погрешности в этих решениях.

Установленная динамика изменения температуры в проводнике и канале протекания электрического тока может служить основой для оценки скорости изменения параметров окружающей среды, предельных значений и времени их достижения, что позволяет перейти от вероятностных критериев оценки пожарной опасности к аналитическим.

Установлено, что тепловыделение в кабельных изделиях зависит не только от режима эксплуатации, но и от соотношения размеров поперечного сечения токоведущих проводников и

толщины изоляции, что позволяет при известной конструкции кабельного изделия и заданных условиях безопасной эксплуатации по нагреву определять максимально допустимое отклонение параметров их работы.

Разработаны модели оценки пожарной опасности теплового проявления электрического тока в токоведущих жилах электропроводок, на основании которых можно аналитически определять температурные показатели эксплуатации кабельных изделий в любой момент времени. Аналитические модели можно использовать при проведении пожарно-технических экспертиз. Эксперименты подтверждают высокую степень достоверности теоретических результатов, что указывает на необходимость учета. сечения изоляции в нормативных требованиях по тепловому расчету электрических проводок.

Концепция автоматизации управления принятием технического решения использована при разработке программы автоматизированного управления принятием технического решения. На основании данных анализа пожарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок (глава 1) определены новые направления противопожарной защиты кабельных сооружений, которые могут стать альтернативой использованию автоматических установок пожаротушения.

Метод ликвидации возможности возникновения пожара электрических проводок за счет гашения пламени в узких каналах окружающего проводку наполнителя позволяет предотвратить возникновение пожара.

Использование разработанных вариантов молниезащиты зданий и сооружений одиночным тросовым наклонным молниеотводом и двойными тросовыми молниеотводами позволит сократить материальные затраты при устройстве молниезащиты за счет уменьшения высоты опор молниеотводов.

Обоснованы новые методы проектирования молниезащиты зданий и сооружений: угловой; графический, табличный. Создан алгоритм автоматизированного

проектирования молниезащиты, что позволяет достоверно определять места наиболее рационального расположения опор молниеотводов и выбирать оптимальный вариант молниезащиты. Применение разработанных методов для экспертизы молниезащиты позволяет упростить процесс экспертизы, сократить трудозатраты на ее проведение, применять их в качестве экспресс-методов в деятельности органов государственного пожарного надзора.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы:

при создании программы автоматизированного управления принятием технического решения, использованной в учебном процессе Высшего пожарно-технического училища МВД Беларуси и при выработке решений по противопожарной защите объектов;

- при принятии решения по противопожарной защите корпуса N 5 (библиотека) Белорусской Государственной политехнической академии, что позволило сэкономить более двух миллиардов рублей (в ценах 1997г.);

- в деятельности ОАО "Спецпроект" - БелПКИ "Спецавтоматика" по противопожарной защите объектов, разработаны варианты противопожарной защиты складов готовой продукции ОАО "Лакокраска" в г. Лида с экономическим эффектом более 400 тыс. долларов США;

- в деятельности госпожнадзора ОВПС-Ю УВПС Гродненского облисполкома по экспертизе молниезащнты зданий и сооружений, что позволило сократить трудозатраты на проведение экспертизы и повысить оперативность ее проведения;

- в изобретении (Патент СССР № 1644978 А1, патент № 26 Республика Беларусь - 1993г. Устройство для ограничения возможности распространения огня по электрическим проводам, № 460019/12; заявлено 18.04.89; публ. 30.04.91г, Бюл. №16,);

- в учебном процессе ВПТУ МВД Беларуси.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 международных конференциях и 3 всероссийских научно-практических конференциях:

- Вторая Международная конференция "Информатизация систем безопасности . ИСБ-93" Международного форума информатизации, Москва, 1993;

-Третья Международная конференция "Информатизация систем безопасности ИСБ-94" Международного форума информатизации, Москва, 1994;

- XIII Всероссийская научно-практическая конференция "Пожарная безопасность - 95", Москва, 1995;

- Пятая Международная конференция "Информатизация систем безопасности ИСБ-96" Международного форума информатизации, Москва, 1996;

- II Международная научно-практическая конференция "Пожарная безопасность", Минск, 1997;

- XIV Всероссийская научно-практическая конференция "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы", Москва, 1997;

- Шестая Международная конференция "Системы безопасности" - СБ-97 Международного форума информатизации, Москва, 1997;

Научно-практическая конференция "Пожарная безопасность - 97", Москва, 1997.

На защиту выносятся новые результаты, основными из которых являются:

1. Установленные объективно существующие связи мезвду явлениями, сопровождающими электрический ток, позволяющие определять:

- скорость изменения температуры в проводнике и канале протекания электрического тока;

- максимальную температуру нагрева кабельного изделия;

- время достижения максимального или пожароопасного значения температуры кабельного изделия.

2. Концепция предотвращения возможности возникновения пожаров кабельных сооружений.

3. Концепция автоматизации управления принятием технического решения.

4. Теоретические основы контроля и предотвращения предпожарных и пожароопасных режимов в электрических проводках.

5. Математическая модель теплового режима эксплуатации кабельного изделия.

6. Метод ликвидации возможности возникновения пожаров в электрических проводках.

7. Варианты молниезащиты зданий и сооружений одиночным тросовым наклонным и двойными тросовыми молниеотводами.

8. Математическое обеспечение системы автоматизированного проектирования и экспертизы зон молниезащиты.

Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы в материалах конференций, учебно-методических разработках и монографии.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пята глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем

диссертации .-316 страниц машинописного текста; 50 рисунков и 13 таблиц; список литературы - 93 источника; приложения на 48 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 "Анализ попарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок" даны результаты проведенного анализа пожарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок как основы для автоматизации процессов их противопожарной защиты. В этой главе рассмотрен процесс развития пожаров в кабельных сооружениях и способы их противопожарной защиты.

Основное влияние на пожарную опасность кабельных сооружений оказывает горючая нагрузка, которая состоит из горючей изоляции электропроводок и масла (для маслонаполненных кабелей). Тепловое проявление электрического тока в электропроводках приводит к возникновению более 50% всех пожаров электротехнических изделий. Современные методы защиты электрических сетей не учитывают всех особенностей теплового проявления электрического тока и не обеспечивают их противопожарную защиту. Последние попытки обеспечения пожарной безопасности от коротких замыканий за счет увеличения сечения жил кабелей также не обеспечивают противопожарную защиту, так как не учитывают, что основной пожароопасный режим возникает при выделении тепла на переходном сопротивлении, т.е. в месте короткого замыкания, а не равномерно по всей длине кабеля, как это предполагалось ранее. Кроме того, увеличение сечения проводов ведет к увеличению толщины и массы горючих покровов, т.е. горючей нагрузки. Учитывая, что такой метод не дает защиты от коротких замыканий, а защита от перегрузок обеспечивается традиционными методами, увеличение сечения токопроводящих жил является экономически неэффективным и технически бесполезным как метод защиты от коротких замыканий.

Кабельные сооружения при всех профилактических мероприятиях по их противопожарной защите на практике не обеспечивают ограничение распространения пожара, а являются "мостом" для переброски огня. Это обусловлено поведением электроизоляционных материалов и электропроводок в условиях пожара.

Существующие способы пассивной противопожарной защиты кабельных сооружений оказываются мало эффективными из-за снижения их функциональных возможностей при эксплуатации и несовершенства технологии применения этих способов, что при существующей практике строительства и эксплуатации кабельных сооружений делает их мало приемлемыми.

На основании проведенного анализа пожарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок сформулированы цели и задачи исследования. Вместе с тем отмечено, что многообразие возникающих сопутствующих вопросов не позволяет осветить их в одной работе, поэтому исследование направлено на решение главной задачи системы пожарной безопасности - исключение опасностей возникновения пожара кабельного сооружения от внешнего воздействия электрического разряда (удара молнии) и теплового проявления электрического тока.

В главе 2 "Математическое обеспечение автоматизации предотвращения пожаров электрических проводок" разработаны теоретические основы контроля и предотвращения предпожарных и пожароопасных режимов в электропроводках.

Установлено, что скорость роста температуры у при протекании электрического тока прямо пропорциональна квадрату напряженности поля Е и обратно пропорциональна характеристике вещества:

Е2

у =-, (I)

X

где X - характеристика вещества, Дж Ом м-2 ( X = с г р, где с - удельная теплоемкость, Дж кг"1 К"1; г-плотность, кгм"3; р - удельное электрическое сопротивление, Ом м).

Установленная динамика процессов теплового проявления электрического тока послужила базой для разработки математических моделей эксплуатации электрических проводок. Рассмотрены процессы нагрева жил электропроводок в условиях идеальной среды (теплофизические свойства среды не отличаются от свойств изоляции). При данных условиях теплопередача в окружающую среду происходит только за счет теплопроводности и учитывается коэффициентом

теплопроводности Л. Для учета реальных условий теплопередача на границе изоляция - окружающая среда представлена в виде

кр — л кш, (2)

где кр - коэффициент теплопередачи в окружающую среду, Вт м-1 К"1; Л - коэффициент теплопроводности, Вт м1 К"1; кт - критерий изменения теплопередачи в окружающую среду.

Решение уравнения теплового баланса с учетом ранее изложенных положений, закона Фурье и Джоуля-Ленца позволило вывести формулы для определения максимальной и пожароопасной температур нагрева кабельного изделия и времени их достижения.

В условиях нормальной эксплуатации и перегрузки

ИжЧпСНкЯЬк) и 2

Т = То+-, (3)

2 рж Л кш

где Т - температура жилы, К; То - температура окружающей среды, К; Яж - радиус токопроводящей жилы, м; Як - радиус токопроводящей жилы и изоляции, м; 17 - падение напряжения на единице длины кабельного изделия, В м-1; рж- удельное электрическое сопротивление материала жилы, Ом м.

Формула 3 может быть использована и для расчета температуры проводников электроприборов.

Время достижения режима стационарной теплопроводности (максимально возможной температуры).

КлсХСГ-Т.)

1 =-, (4)

[Е/211«. 2 Л р (Т -Тс)] кт где г - время, с.

Температура жилы в зависимости от длительности протекания процесса (аварийного режима)

UlRжhat

Т = То +-.

ЯжХ + 2 рх кш1

Разработанное математическое обеспечение позволяет при известной конструкции кабельного изделия по падению напряжения на единице длины начального участка контролировать величину пожароопасного нагрева и время его наступления. Это определяет необходимость отключения или изменения параметров работы сети.

Разработаны схемы замещения коротких замыканий. Показан 21 вариант возможного протекания процесса для трехфазной сети. Проведен сравнительный анализ теплового режима короткого замыкания, который показал, что тепловыделение может отличаться более чем на порядок в зависимости от схемы протекания процесса.

В главе 3 "Автоматизированные системы предотвращения возможности возникновения пожара кабельных сооружений" разработаны концепция предотвращения возможности возникновения пожара кабельных сооружений и концепция автоматизации управления принятием технического решения.

Сформулированы граничные условия предотвращения горения кабельных коммуникаций:

(6)

где Тге - температура изоляции; Твоспл - температура воспламенения материала изоляции; Спп - концентрация продуктов пиролиза материала изоляции; НКПВ и ВКПВ . нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения соответственно; - градиент температур

для изоляции электрических проводок; ¿»габТф - минимально допустимый градиент температур для поддержания реакции горения.

Выполнение хотя бы одного из граничных условий приведет к ликвидации возникшего горения. Эти условия могут быть созданы на стадии монтажа электрических проводок или возникнуть в начальной стадии горения, что также может быть запланировано при применении статических методов

Тге < Твоспл

НКПВ > Спп >ВКПВ £Га<1Т <£гас1Т1Р

и

противопожарной защиты или создаваться при использовании автоматизированных систем защиты.

Использование результатов анализа пожарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок (глава 1) и применение граничных условий поддержания горения кабельных коммуникаций позволяют сформулировать следующие новые направления противопожарной защиты кабельных коммуникаций, которые могут являться альтернативой применению автоматических установок пожаротушения:

- засыпка кабельной продукции сыпучим негорючим наполнителем с расстоянием между гранулами менее критического гасящего диаметра;

- увеличение процента заполнения коробов для прокладки кабельной продукции до 40% и выше;

- увеличение кратности воздухообмена в начальный момент возникновения горения (вентилирование);

- увеличение расстояний между кабелями в одном потоке свыше 1,5 диаметра кабеля;

- прокладка кабелей в пучке и его удаление от другой кабельной продукции;

- расположение кабельной продукции с открытой органической изоляцией выше бронированных кабелей и кабелей с металлической оплеткой или экраном;

- увеличение толщины стенки трубы для прокладки электропроводки.

Для управления процессом принятия технического решения по конструированию систем противопожарной защиты кабельных сооружений разработана концепция управления принятием технического решения, которая заключается в сочетании процессов разрешения технических противоречий и функционально-стоимостного анализа (ФСА).

В целях реализации концепции разработаны алгоритмы разрешения технических противоречий и ФСА. Алгоритмы циклически сочетаются в созданной программе автоматизированного управления принятием решения. Автоматизация процесса поиска позволяет активизировать процесс, избежать хаотичности, вести поиск целенаправленно.

Концепция может быть использована для принятия решений по конструированию других сложных технических систем. Практика использования программы показала

возможность повышения эффективности принимаемого решения на порядок.

В главе 4 "Автоматизапия проектирования молниезащиты кабельных эстакад и галерей" разработано математическое и информационное обеспечение системы проектирования молниезащиты с использованием обоснованных в работе методов расчета зон молниезащиты. Разработаны варианты молниезащиты одиночным тросовым наклонным и двойными тросовыми молниеотводами при всех возможных случаях взаимного расположения тросов в пространстве.

Трос можно рассматривать как совокупность точек, обеспечивающих определенную зону защиты. На основании такого рассмотрения дано математическое описание предложенных вариантов молниезащиты. Обобщающим вариантом молниезащиты двойным тросовым молниеотводом является двойной тросовый угловой по горизонтали и вертикали молниеотвод. При подстановке соответствующих значений в формулы данного типа молниеотвода получаются формулы для расчета любого вида двойного тросового молниеотвода.

Анализ результатов проведенного математического моделирования зон молниезащиты на ЭВМ показал, что граница зоны защиты А как для стержневого, так и для тросового молниеотводов представляет собой кривую вне зависимости от высоты молниеотвода. Для зоны Б как для стержневого, так и для тросового молниеотводов граница зоны защиты представляет прямую пинию вне зависимости от высоты молниеотвода.

Рассматривая конструкцию защищаемых объектов, можно отметить, что задача защиты объекта сводится к необходимости обеспечения радиуса защиты Гяна высоте Ьх. Чаще всего эти параметры зависят от конструкции объекта, являются известными и сводят задачу защиты объекта к обеспечению защиты одной наиболее выступающей его части. Это является необходимым и достаточным для того, чтобы считать объект защищенным.

Вышеизложенное позволяет полагать, что для защиты объекта необходимо и достаточно знать угол наклона границы зоны защиты на высоте Их, а высота зоны молниезащиты Ьо будет располагаться в плоскости, проведенной от наиболее выступающих в плане на данной высоте частей объекта.

Таким образом, нас интересует при построении зоны молниезащиты не высота молниеотвода, а высота зоны молниезащиты. Высота молниеотвода однозначно определяется

исходя из высоты зоны молниезащиты. Поэтому формулы для определения Гх удобнее представить в следующем виде: - для стержневого молниеотвода

Гх =

Ьо

1,1 -0,002.

0,85.

Ьо- Ьх

0,85

(7)

■ для тросового молниеотвода

Гх =

Ьо

1,35 - 0,0025.

0,85^

Ьо - Ьх

0,85

(8)

Анализом зон защиты молниеотводов установлено, что все типы молниеотводов отличаются тем, что угол наклона боковой области зоны защиты к поверхности земли зависит от типа молниеотвода, вида зоны защиты и составляет:

- для стержневого молниеотвода при зоне А от 37,8° до 46,7

- для тросового молниеотвода при зоне А от 32,3е до 41е;

- для стержневого молниеотвода при зоне Б 31,5";

- для тросового молниеотвода при зоне Б 28,4°.

Анализ конфигурации зон молниезащиты показал, что для зоны А угол наклона кривой, соединяющей точки на границе радиуса зон защиты и верхнюю точку зоны защиты, изменяется в зависимости от высоты интересующего нас сечения в горизонтальной плоскости. Данный угол наклона остается неизменным на одинаковом расстоянии от верхней точки зоны защиты вне зависимости от высоты молниеотвода. Угол наклона зависит не от высоты расположения интересующего нас- оеченил над землей, а от высоты его расположения относительно верхней точки зоны защиты.

Для зоны Б угол наклона прямой, соединяющей точки на границе радиуса зоны защиты и верхнюю точку зоны защиты, не зависит от расположения сечения, а зависит лишь от типа молниеотвода. Так как граница зоны защиты Б расположена под постоянным углом по отношению к поверхности земли, то определение высоты зоны защиты стержневого и тросового молниеотвода проще проводить с использованием функций этого угла по формуле •

Ьо = 1ъ + к г*,

(9)

где к - коэффициент вида защиты:

- для стержневого молниеотвода к =0,613333;

- для тросового молниеотвода к = 0,541176.

Для зон защиты А значение коэффициента к зависит от высоты зоны защиты 1ъ, вида молниеотвода и в интервале высот от 2 до 127 метров изменяется в пределах:

- для стержневого молниеотвода от 0,77605 до 1,06094;

- для тросового молниеотвода от 0,63239 до 0,87048. Значение коэффициента к численно равно тангенсу угла

наклона линии функции

к горизонтальной плоскости. Построены таблицы для определения числовых значений коэффициента к Для зоны защиты А. Изменение коэффициента к также можно исследовать по графику.

Угловой метод определения высоты зоны защиты удобно использовать при проектировании зон защиты Б стержневых и тросовых молниеотводов, а также для экспертизы принятых решений по молниезащите зон А и Б как в проектных материалах, так и на местности, что может широко применяться в практике деятельности органов госпожнадзора.

Для определения параметров зон защиты А удобно использовать таблицы, созданные в процессе проведения диссертационных исследований.

Для определения параметров зон защиты А и Б молниеотводов графическим методом используем функции изменения радиуса, высоты зоны защиты и высоты молниеотвода (рис. 1.). Параметры зон защиты определяются следующим образом: на графике радиусов зон защиты находится интересующая точка радиуса зоны защиты, через которую проводится параллельная оси У линия. На пересечении ее с графиками высоты зоны защиты и высоты молниеотвода получаем минимально необходимые значения превышения этих параметров над высотой интересующего сечения для обеспечения надежности молниезащиты.

Гх = £ (Ъо)

(10)

С\|СО"Ч1ЛС01"~-СОСПОт-С\|

Высота зоны защиты, м

Рис. 1. График для определения параметров зон защиты А стержневых и тросовых молниеотводов

Увеличив эти параметры на величину hx, получаем значения высоты молниеотвода и высоты его зоны защиты.

Так как график, построенный на бумаге, не дает высокой точности получаемого результата, анализ целесообразнее вести с использованием программ анализа графиков функций, что позволяет автоматизировать процесс проектирования и экспертизы принятых решений.

С учетом разработанных в диссертации методов проектирования и анализа молниезагциты задача проектирования молниезащиты заключается в нахождении точек пересечения вершин телесных углов защиты объекта, которые будут указывать на высоту расположения ' одиночных молниеотводов или давать значения массива данных для определения оптимального расположения двойных

(многократных) молниеотводов. При этом задача оптимизации выбора целесообразного решения сводиться к сравнению экономических показателей различных вариантов защиты. Это можно сделать путем функционально-стоимостного анализа (ФСА) вариантов решения задачи молниезащиты.

Разработан алгоритм автоматизации проектирования систем молниезащиты, позволяющий определять оптимальную конфигурацию молниеотводов путем сравнения вариантов молниезащиты.

Молниезащита эстакад и галерей обеспечивается на основании общих положений по молниезащите зданий и сооружений другого назначения. Результаты, полученные в данной главе, могут быть использованы при молниезащите зданий и сооружений различного назначения.

В главе 5 "Анализ результатов эксперимента" дан анализ проведенных экспериментов по проверке положений, разработанных в.главе 2. В ходе экспериментов во ВНИИПО МВД России контролировались падение напряжение на единице длины и температура жил электропроводов при различных токах, создаваемых универсальным трансформатором тока УТТ-5М. Эксперименты подтвердили правильность теоретических положений и позволили установить критерий изменения теплопередачи на границе изоляция-окружающая среда в условиях естественной циркуляции воздуха в помещении (km = 0,11). На рис.2, представлена температурно-временная зависимость режима эксплуатации провода AHB 1x2,5.

250

тз о

ч

ГО Ф

"2 а «в 3

£ Ш а тз

О)

О ^ •О [Г

200-

150-

100-

-- 50-

Р1 - время достижения максимальной температуры; Р2 - теоретическая кривая

роста температуры; РЗ - экспериментальная кривая роста температуры.

Силе! тока, Ах10

Рис. 2. Температурно-временная зависимость режима эксплуатации

провода АПВ 1x2,5

выводы

Противопожарная защита кабельных сооружений складывается из защиты кабельного сооружения от внешних воздействий, которые могут привести к возникновению пожара, и защиты от возникновения пожара вследствие теплового проявления электрического тока в электропроводках. Наиболее опасным внешним воздействием на кабельное сооружение является удар молнии, а наиболее опасным тепловым проявлением электрического тока в электропроводках - режим короткого замыкания.. Решение задач автоматизации предотвращения возникновения пожаров кабельных сооружений и электрических проводок позволило:

1. Установить динамику изменения теплового режима в проводнике и канале протекания электрического тока. Тепловой режим не зависит от формы канала протекания электрического тока, он зависит от характеристик материала канала (проводник или изоляция) и напряженности электрического поля. Вывод формулы для определения скорости изменения указанной температуры при протекании электрического тока основан на классических законах физики, что подтверждает правильность полученного результата.

2. Вывести формулу для определения максимальной температуры кабельного изделия при протекании электрического тока. Максимальная температура кабельного изделия зависит от соотношения размеров сечения жилы и изоляции, характеристик материалов, из которых они изготовлены, а также от величины падения напряжения на единице длины кабельного изделия. Для конкретного кабельного изделия неизвестной изменяемой величиной при эксплуатации является лишь падение напряжения на единице его длины. Следовательно, измерение этого параметра дает точное представление о пожароопасном режиме эксплуатации, а предельно допустимое значение может быть установлено расчетом. Эксперименты, • проведенные во ВНИИПО МВД России, подтвердили достоверность определения температуры по формуле: относительная погрешность составляет не более 2% и объясняется погрешностью аттестованных средств измерения.

3. Предложил, формулу для определения времени достижения максимального или пожароопасного значения температуры . электрического провода. Достоверность полученного результата подтверждена в ходе экспериментов.

Использование получаемых данных позволяет оценивать эффективность аппаратов защиты в зависимости от режима эксплуатации кабельного изделия.

4. На основании использования данных анализа пожарной опасности кабельных сооружений и электрических проводок (глава 1) для анализа возможных управленческих решений по противопожарной защите кабельных сооружений выделить новые направления противопожарной за,щиты кабельных сооружений, которые могут стать альтернативой применению автоматических установок пожаротушения.

5. Предложить концепцию предотвращения возможности возникновения пожаров кабельных сооружений от теплового проявления электрического тока за счет исключения внешнего воздействия (молниезащита), недопущения неконтролируемого пожароопасного тепловыделения и применения методов и средств исключения возможности распространения горения. Недопущение неконтролируемого пожароопасного тепловыделения может быть достигнуто при использовании разработанного математического обеспечения автоматизированной системы предотвращения пожаров кабельных изделий. Исключение возможности распространения горения достигается при использовании методов и средств, которые могут рассматриваться как альтернатива использованию автоматических установок пожаротушения.

6. Разработать теоретические основы контроля и предотвращения предпожарных и пожароопасных режимов в электрических проводках на основе постоянного слежения за падением напряжения на единице длины кабельного изделия в начале линии и оценки получаемых результатов с использованием предложенного математического аппарата.

7. Предложить метод ликвидации возможности возникновения пожаров электрических проводок путем расположения кабельных изделий в сыпучем негорючем наполнителе с обеспечением гашения пламени в узких каналах, образуемым его частицами.

8. Создать математическую модель аварийного пожароопасного режима в электрических проводках как режима эксплуатации, при котором возникают граничные условия, необходимые для поддержания горения.

9. Разработать концепцию автоматизации управления принятием технического решения на основании соединения достижений теорий функционально-стоимостного анализа и

разрешения технических противоречий в программе автоматазарованного управления, которая позволяет избежать хаотичности действий при поиске. Это обеспечивает целенаправленность действий любого инженерно-технического работника, что отражается на качестве принимаемого решения.

10. Разработать математическое обеспечение системы проектирования молниезащиты, Обоснованы и математически описаны зоны молниезащиты тросовых молниеотводов при различных видах взаимного расположения тросов в пространстве, что позволяет максимально учитывать конфигурацию объекта защиты при выборе конструкции молниеотводов.

11. Обосновать новые методы проектирования молниезащиты зданий и сооружений: угловой, графический, табличный. Использование алгоритма автоматизированного проектирования молниезащиты обеспечивает достоверное определение мест наиболее рационального расположения опор молниеотводов и оптимального варианта молниезащиты. Применение разработанных методов дам экспертизы молниезащиты позволило упростить процесс экспертизы, сократить трудозатраты на ее проведение, применять их в качестве экспресс-методов в деятельности органов государственного пожарного надзора.

Полученные результаты позволяют существенно повысить пожарную безопасность кабельных сооружений и возможности предотвращения возникновения пожаров электрооборудования.

Основные результаты исследований нашли свое отражение в следующих материалах и публикациях:

1. Патент СССР № 1644978 А1, патент № 26 Республика Беларусь - 1993г. Устройство для ограничения возможности распространения огня по электрическим проводам/ Н.С.Мигаокевич (СССР), № 460019/12; заявлено 18.04.89; публ. 30.04.91, Бюл.№ 16.

2. А- с. 1681130 СССР, МКИ54 0 Е 16 Ь 55/168. Способ временного перекрытия потока из поврежденной трубы / Н.С.Мисюкевич (СССР), № 4354790/29; № 4450881/29; заявлено 04.01.88; публ. 30.09.91, Бюл. № 36.

3. Мисюкевич Н.С. Пожарная автоматика. Программа подготовки по специальности В. 02. 15 "Пожарная техника и безопасность". - Минск: ВШУ МВД Республики Беларусь, 1992.- 12 с.

4. Мисюкевич Н.С. К проблеме предотвращения пожаров электрических сетей // Тез. докл. второй междунар. конф. "Информатизация систем безопасности - ИСБ-93". - М.: ВИПТШ МВД России, 1993. - С, 74-75.

5. Мисюкевич Н.С. Проблемы разработки и внедрения единой автоматизированной системы пожарной безопасности Республики Беларусь // Тез. докл. третьей междунар. конф. "Информатизация систем безопасности - ИСБ-94". - М.: ВИПТШ МВД России, 1994. - С, 74-75.

6. Мисюкевич Н.С. Молниезащита зон сложной конфигурации // Тез. докл. XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность-95". - М.: ВНИИПО МВД России, 1995. - С. 316-318.

7. Мисюкевич Н.С. Единая методика расчетов по безопасности газодымозащитников // Тез. докл. XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность-95". М.: ВНИИПО МВД России, 1995. -С. 152-153.

8. Мисюкевич Н.С. Пожарная автоматика. Программа подготовки по специальности В. 02. 15 "Пожарная техника и безопасность". - Минск: ВПТУ МВД Республики Беларусь, 1995.

- 11 с.

9. Мисюкевич Н.С. Моделирование процессов, сопровождающих электрические разряды // Тез. докл. пятой междунар. конф. "Информатизация систем безопасности

- ИСБ-96". - М.: МИПБ МВД России, 1996. - С. 151-153.

10. Мисюкевич Н.С. Теория пожарной опасности электрических проводок // Научное обеспечение пожарной безопасности. Тез. докл. II международной научно-практической конференции "Пожарная безопасность". Минск, 1997.- С. 92-94.

11. Мисюкевич Н.С. Методы экспертизы и проектирования молниезащиты // Научное обеспечение пожарной безопасности. Тез. докл. II международной научно-практической конференции "Пожарная безопасность - 97". -Минск, 1997. - С. 94-96.

12. Мисюкевич Н.С. Пожарная автоматика. Методические указания и задания к выполнению контрольной работы по специальности В.02.15 "Пожарная техника и безопасность". - Минск: ВПТУ МВД Республики Беларусь, 1997.

- 40 с.

13. Мисюкевич Н.С. Пожарная автоматика. Методические указания и задания к выполнению курсовой

работы по специальйости В.02.15 "Пожарная техника и безопасность". - Минск: ВШУ МВД Республики Беларусь, 1997.

- 68 с,

14. Мисюкевич Н.С. Рабочая программа по дисциплине "Пожарная автоматика" по специальности В.02.15 "Пожарная техника и безопасность". - Минск: В ПТУ МВД Республики Беларусь, 1997. - 26 с.

15. Мисюкевич Н.С. Теоретические предпосылки предотвращения возникновения пожаров от электрических проводок // Тез. докл. XIV Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы". - М.: ВНИИПО МВД России, 1997. - С. 185 - 187.

16. Мисюкевич Н.С. Единая методика детерминированного определения необходимости применения пожарной автоматики // Тез. докл. XIV Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы". - М.: ВНИИПО МВД России, 1997.

- С. 79 - 80.

17. Мисюкевич Н.С. Пожарная автоматика. Тесты контроля обязательного минимума содержания и уровня подготовки курсантов по специальности В02.15 "Пожарная техника и безопасность. - Минск: ВПТУ МВД Республики Беларусь, 1997.-17с.

18. Мисюкевич Н.С, Методы проектирования молниезалщты // Тез. докл, XIV Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы. - М,: 1997. - С. 220 - 223.

19. Мисюкевич Н.С. Модели пожароопасного проявления электрического тока // Тез. докл. шестой междунар. конф. "Системы безопасности"- СБ-97. - М.: МИПБ МВД России, 1997.-С. 144-146.

20. Мисюкевич Н,С, Информационное обеспечение принятия решения по противопожарной защите // Тез. докл. научно-практической конференции "Пожарная безопасность

- 97". - МИПБ МВД РФ. - М.: - 1997. - С. 62-63.

21. Мисюкевич Н.С. Теория пожарной опасности электрических проводок. Монография. - Минск: Высшее пож.-техн. уч., 1997. - 44с.: ил. - Библиогр. 11 назв. - Рус. -Деп. в ин-те "БелИИСА" ГКНТ Республики Беларусь, № 199730 от 15.08.97.