автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании

Нгуен Туан Ань

4847504

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ТОКОВ УТЕЧКИ В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ

Специальность:

05.13.06- Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки, отрасль - промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 МАЙ 2011

4847504

Нгуен Туан Ань

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ТОКОВ УТЕЧКИ В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ

Специальность:

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки, отрасль - промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в учебно-научном комплексе автоматизированнь систем и информационных технологий Академии Государственно" противопожарной службы МЧС России.

Научный руководитель:

кандидат социологических наук, доцент Тетерин Иван Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Федоров Андрей Владимирович

кандидат технических наук, доцент Костарев Николай Павлович

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт противопожарной обороны МЧС России

Защита диссертации состоится 15 июня 2011 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета ДС 205.002.01 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д.4, зал Совета.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Академии Государственной противопожарной службы МЧС России.

Автореферат разослан 10 мая 2011 г., исх. № 44-6-7

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью прошу направить в Академию Государственной противопожарной службы МЧС России по указанному адресу.

Телефон для справок (495) 683-19-05.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

С.Ю. Бутузов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние десятилетия во Вьетнаме создано большое количество промышленных объектов, что привело к возрастанию техногенной опасности в стране. Значительную часть этой опасности создает электрооборудование объектов^ в котором, как свидетельствует статистика, нередко возникают пожароопасные режимы. Особенно часто такие режимы возникают в линейно-кабельных сооружениях из-за электрических токов утечки. Анализ причин возгорания электрооборудования показывает, что наиболее существенное место занимают тепловое проявление тока и электропробой. 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.), 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.). 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 охромный объем обрабатываемой информации;

во-вторых, низкая чувствительность существующих средств электрической и тепловой защиты, не позволяющих своевременно обнаруживать пред-пожарные режимы электрооборудования, в том числе линейно-кабельных сооружений;

в-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 выш проблем путем разработки научно-методических основ создания автоматизиро ванных систем предотвращения пожаров на промышленных объектах при об наружении токов утечки в электрооборудовании.

Объектом исследования является система предотвращения пожаров н 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 электрооборудования; анализ устройств противопожарной защиты электрооборудования промышленных объектов;

- анализ пожарной опасности токов утечки в электрооборудовании промышленных объектов; анализ 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 автоматизированной 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 нефтегазоэлектрокомпании;

в 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 Вьетнама;

при подготовке учений пожарных подразделений в Главном управлении пожарной охраны Вьетнама и в Управлении пожарной охраны г. Ханоя.

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 И 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 I 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 «Проблемы автоматизации систем пожарной безопасности промышленных объектов Вьетнама при возникновении токов утечки» проведен анализ пожарной опасности промышленных объектов Вьетнама, выявлены особенности пожарной опасности электрооборудования при возникновении токов утечки. Анализ статистики пожаров во Вьетнаме 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 (рис. 1), из них 40 % являются следствием появления токов утечки.

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Рис. 1. Пожары от возгораний электрооборудования на промышленных объектах Вьетнама

в период с 2000 г. по 2009 г.

Предлагается обобщенная структура разрабатываемой совместно с Академией ГПС МЧС России автоматизированной системы пожарной безопасности (АСПБ) промышленного объекта Вьетнама (рис. 2).

Рис. 2. Обобщенная структура автоматизированной системы пожарной безопасности промышленного объекта Вьетнама

АСПБ состоит из: автоматизированной системы предотвращения пожаров и взрывов (АСППВ); автоматизированной системы пожаровзрывозащиты (АСПВЗ) и автоматизированной системы общего назначения (АСОН). Важную роль в предотвращении пожаров и взрывов играет система предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов. Для реализации этой системы большую перспективу имеет обнаружение и контроль токов утечки в линейно-кабельных сооружениях и другом электрооборудовании.

На промышленных объектах Вьетнама для противопожарной защиты электрооборудования от токов утечки применяют встроенную температурную защиту и защитные отключающие устройства. В настоящее время имеются достаточные предпосылки для автоматизированного решения задач в системах пожарной безопасности промышленных объектов, но существуют проблемы предотвращения пожаров в электрооборудовании на таких объектах: сложность систем пожарной безопасности из-за большого количества взаимосвязанных элементов и необходимости их контроля в реальном масштабе времени; отсут-

ствие автоматических датчиков и устройств контроля токов утечки, позволяющих своевременно обнаружить превышение допустимого уровня токов утечки и передать информацию на верхний уровень автоматизированной системы; низкая чувствительность существующих средств электрической и тепловой защиты, не позволяющих своевременно обнаруживать предпожарные режимы оборудования и, в первую очередь, линейно-кабельных сооружений. Показано, что создание автоматизированных систем предотвращения пожаров на промышленных объектах является чрезвычайно актуальным.

В главе 2 «Анализ процессов возникновения и предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама вследствие токов утечки в электрооборудовании» приведены результаты исследования пожарной опасности токов утечки в электрооборудовании, анализа процессов старения изоляции электрооборудования и математического моделирования пожаров от электрооборудования вследствие токов утечки.

В качестве изоляции электрооборудования применяются различные диэлектрические материалы (бумага, поливинилхлоридный пластикат, хлопчатобумажная пряжа, полиэтилен, изоляционные лаки и т.д.), которые могут гореть или поддерживать горение при воздействии электрических токов (ток утечки, короткого замыкания, перегрузки), мощность теплового источника зависит от материала изоляции. Относительный износ изоляции в результате её теплового старения определяется по формуле:

¿ = 2™, (1) где Ь- относительный износ изоляции; Т„ - температура, допускаемая по нормам; Т - рабочая температура.

Одной из причин возникновения пожароопасной ситуации в электрических сетях является нарушение изоляции и оболочки электрического кабеля вследствие его старения или механического повреждения. Пожарная опасность при этом связана с тепловым проявлением тока утечки, а из всех параметров, характеризующих ток утечки, принципиальное значение имеют сопротивление изоляции в зоне утечки, длительность и величина тока утечки. При анализе пожарной опасности токов утечки показано, что в зонах утечки тока тепловая мощность определяется по формуле:

Рут = I ут^из' (2)

где Яиз - сопротивление изоляции, а выделяемая теплота - по формуле:

бут ~ 1утКизх ~РутХ' (3)

где т - продолжительность тепловыделения в зоне утечки.

При протекании электрического тока выделяемая энергия расходуется на изменение теплоемкости вещества. Учитывая быстроту протекания процесса, уравнение теплового баланса Джоуля - Ленца имеет следующий вид:

ттг

тссСТ = — Л, (4)

л

где т - масса вещества, кг; с - удельная теплоемкость, Дж/кгК.

Тогда скорость роста температуры в месте утечки (Кс 1) определяется по формуле:

^ = (5)

Л сЗр'

з В

где £> - удельная масса, кг!м ; Е - напряженность поля, —; р - удельное элек-

м

трическое сопротивление в канале, Ом-м.

Для расчетов температуры жил электропроводок при возникновении токов утечки использован закон Фурье в виде:

е = 2 л^х^-Л, (6)

1пф

лж

где (2 - тепловой поток, Вт] Ьк - длина кабеля, м\ Т - текущая температура поверхности жилы, "К; Тс — температура изоляции на поверхности контакта с окружающей средой, "К; Як - радиус кабеля, м; Яж - радиус жилы, м\ Л - коэффициент теплопроводности материала изоляции, .

мК

Тогда температура жил электропроводок при возникновении токов утечки определяется по формуле:

2 Хрж

Проведенный анализ показывает необходимость создания автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов при обнаружении и контроле токов утечки в электрооборудовании, основанной на использовании выявленных выше характеристик (относительного износа изоляции, мощности и теплоты в зонах утечки тока, скорости роста температуры).

Известно, что нагрев изоляции и искровое проявление электрического тока в зоне утечки могут привести к разрушению изоляции, короткому замыканию и пожару. С учетом этого проведён анализ математического моделирования пожаров от электрооборудования. В результате анализа определена вероятность разрушения изоляции проводов на одном из 5 участков сети за время Т для 1-го

вида короткого замыкания по формуле:

$

-, (8)

где Ртк' - вероятность г-го вида короткого замыкания; - длина зоны разрушения изоляции, приводящей к короткому замыканию г-го вида на этом участке; I, - длина 5-го участка сети (ж = 1, 2..., 5).

Определена вероятность пожара от короткого замыкания по формуле:

Р.^Щ-Р'Х^увЯвп, (9)

где Р*г(П) - вероятность пожара от короткого замыкания /-го вида на я-о участке сети в течение времени 7; к"'10 = -!- - показатель коэффициент

К

незащищенности участка сети для ¿-го вида короткого замыкания; £)у - вероятность сосредоточения пожароопасного вещества; Q1 - вероятность воспламенения пожароопасного вещества в результате воздействия электрической дуги или раскаленных частиц металла; 2„ - вероятность перерастания возникшего возгорания в пожар; Qт¡ - вероятность отказа системы пожаротушения.

В главе 3 «Автоматизация предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании» предложена обобщенная структура автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов электрооборудования промышленных объектов Вьетнама при обнаружении токов утечки, в частности структура автоматизированной подсистемы предотвращения предпожарных режимов электродвигателей, автоматизированных подсистем противопожарной защиты электрических кабелей и шкафов с электрическим оборудованием при обнаружении токов утечки.

Обоснован и предложен метод решения задач автоматизированного предотвращения пожаров от электрооборудования, включающий:

- автоматизированный контроль и принятие решений в предаварийных режимах работы электрических сетей;

- автоматизированный контроль и принятие решений в аварийном режиме работы электрических сетей;

- автоматизацию ликвидации возможности распространения горения при возгорании изоляции электрооборудования;

- автоматический контроль состояния окружающей среды.

Для обеспечения пожарной безопасности промышленных объектов от электрооборудования разработана обобщенная структура автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов (АСППВР) электрооборудования в составе АСПБ (рис. 3).

АСППВР электрооборудования является автономной двухуровневой иерархической системой с территориально распределенными устройствами сбора и обработки первичной информации, исполнительными механизмами и линиями коммуникаций. Нижний уровень включает в себя датчики сбора первичной информации, исполнительные механизмы и программируемые контроллеры, являющиеся устройствами обработки первичной информации, передачи её на вышестоящий уровень и выработки управляющих сигналов на исполнительные механизмы. Верхний уровень является автоматизированным рабочим местом оператора электрооборудования, включающим в себя комплекс технических средств на базе ПЭВМ.

Рис. 3. Обобщенная структура многоуровневой АСППВР электрооборудования промышленного объекта Вьетнама

Разработан алгоритм функционирования АСППВР промышленных объектов при обнаружении токов утечки (рис. 4), выполняемый в 4 этапа:

1. Сбор и обработка первичной информации о зонах возникновения токов утечки, параметрах, характеризующих ток утечки, и информации о контроле датчиков технологических параметров, получаемой из АСУТП и от специализированных датчиков АСППВР электрооборудования.

2. Диагностика пожаровзрывоопасных неисправностей на основе анализа информации, получаемой от АСУТП, АСППВР электрооборудования.

3. Проверка возможности возникновения пожаровзрывоопасной ситуации.

4. Отключение отказавшего оборудования, выдача команд на исполнительные механизмы АСППВР электрооборудования для ликвидации пожароопасной ситуации, выдача информации в АСУТП для прекращения технологического процесса.

Рис. 4. Блок-схема алгоритма функционирования АСППВР электрооборудования при обнаружении токов утечки

Обоснованы и сформулированы функции и задачи АСППВР (рис. 5).

1. Информационные функции:

1.1. Сбор и обработка информации, необходимой для анализа состояния пожарной безопасности электрооборудования и технологических процессов промышленных объектов.

1.2. Регистрация отклонений от нормальной работы электрооборудования.

1.3. Прогнозирование возможных последствий отклонений в работе электрооборудования и опасностей возникновения пожаров.

1.4. Представление информации о нарушениях технологического процесса, создающих опасность пожаров и взрывов, прогнозов по развитию предпо-жарных и взрывоопасных ситуаций.

1.5. Представление информации о работоспособности подсистемы и рекомендаций по ликвидации предпожарных и взрывоопасных ситуаций.

Рис. 5. Функциональная структура АСППВР промышленного объекта

2. Управляющие функции:

2.1. Управление техническими устройствами сигнализации о предпожарных и взрывоопасных ситуациях и устройствами их ликвидации.

2.2. Передача информации в АСУТП необходимых изменений в технологическом процессе функционирования объекта с целью недопущения пожаров и взрывов.

2.3. Формирование команд для приведения системы пожаровзрывозащи-ты в состояние повышенной готовности.

2.4. Передача команд на отключение отдельных датчиков и переключение направлений на резервные для проведения регламентных работ.

3. Вспомогательные функции:

3.1. Диагностика комплекса технических средств АСППВР и выяснение причин, вызвавших изменения состояний этих средств.

3.2. Автоматическая реконфигурация АСППВР при возникновении неисправностей.

3.3. Систематизация видов неисправностей в АСППВР и методов их устранения.

Разработана структура автоматизированной системы предотвращения аварийных предпожарных режимов (АСПАПР) с использованием защиты от токов утечки (ЗТУ), предназначенной для раннего обнаружения зоны возникновения тока утечки в защищаемой силовой и осветительной группе и выдачи информации на дежурный пост. Разработана блок-схема алгоритма функционирования АСПАПР в дежурном режиме (рис. 6).

Рис. 6. Блок-схема алгоритма функционирования АСПАПР с использованием защиты от токов утечки в дежурном режиме эксплуатации

На основе обнаружения токов утечки в электрооборудовании 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..

Предложена функционально-вычислительная схема подсистемы предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании (рис. 7).

Рис. 7. Функционально-вычислительная схема подсистемы предотвращения пожаров в электрооборудовании при обнаружении токов утечки

Предложена структура автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров электрических кабелей (рис. 8), предназначенной для автоматизированного и автоматического выполнения функций по предотвращению пожаров и противопожарной защите электрических кабелей в линейно-кабельных сооружениях (тоннелях, шахтах и др.) при появлении токов утечки.

Рис. 8. Обобщенная структура автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров электрических кабелей при обнаружении токов утечки

Определены следующие функции подсистемы:

• обнаружение мест токов утечки и предпожарного состояния электрических кабелей по токам утечки;

• преобразование параметров электрических токов в сигналы и передача их на вышестоящий уровень автоматизированной системы пожарной безопасности (АСПБ) электрооборудования;

• отключение кабельной линии от энергоисточников и энергопотребителей по команде от программируемого контроллера;

• предотвращение распространения огня по кабельной трассе и по смежным конструктивным элементам, ограждающим конструкциям и технологическим узлам.

Предложена структура автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров в шкафах с электрооборудованием (рис. 9), предназначенной для автоматизированного и автоматического выполнения функций противопожарной защиты шкафов с электрооборудованием.

Рис. 9. Обобщенная структура автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров в шкафах с электрооборудованием при обнаружении токов утечки

Определены функции автоматизированной подсистемы предотвращения пожаров в шкафах с электрооборудованием:

• обнаружение токов утечки в шкафах с электрооборудованием датчиками утечки токов;

• прием команд от программируемого контроллера и оператора на включение исполнительных устройств;

• создание требуемой концентрации огнетушащего вещества в объеме защищаемого шкафа в течение заданного интервала времени.

Предложена структура автоматизированной подсистемы предотвращения предпожарных режимов электродвигателей при обнаружении токов утечки (рис.10), предназначенной для автоматизированного и автоматического выполнения функций по обнаружению аварийных предпожарных режимов в электродвигателях и их своевременному отключению.

Рис. 10. Обобщенная структура автоматизированной подсистемы предотвращения предпожарных режимов электродвигателей при обнаружении токов утечки

Система обеспечивает выполнение следующих функций:

• обнаружение признаков аварийного пожароопасного состояния в электродвигателях (разрушение изоляции по контролю токов утечки);

• выдача на программируемый контроллер и на вышестоящий уровень АСПБ электрооборудования информации об изменении состояния защищаемого электродвигателя;

• управление отключением электродвигателя;

• в автоматизированном режиме включение исполнительных устройств оператором.

Необходимую периодичность контроля готовности аппаратов защиты, приборов обнаружения токов утечки можно определять, используя выражение:

Р = е~", (10)

где Р - вероятность безотказной работы устройства; со - параметр потока отказов устройства; ? - периодичность автоматизированного контроля готовности устройства.

Параметры потока отказов со определяются разработчиками устройств и уточняются по результатам натурных испытаний.

При одноразовом техобслуживании в течение месяца (периодичности контроля / = 720 ч) вероятность безотказной работы устройства будет равна:

/»,=«--е-™-. (11)

Если при автоматизированном контроле готовности аппаратов защиты, приборов обнаружения токов утечки цериодичность контроля не превышает 1 мин. О = 0,0167 ч), то в этом случае вероятность безотказной работы тех же аппаратов будет равна:

р2 =е-« (12)

Видно, что

р -0,0167 и

Таким образом, показано, что при применении автоматизированной системы предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании повышается вероятность безотказной работы аппаратов защиты, приборов обнаружения токов утечки, т.е. система эффективна.

В главе 4 «Техническая реализация автоматизированной системы предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании машиностроительного завода Вьетнама» в целях практической апробации алгоритмов АСППВР разработаны структуры системы косвенного измерения токов утечки в работающем оборудовании, системы измерения параметров работающего электрооборудования и автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования в производственном цехе завода машиностроения Вьетнама.

Производственный цех машиностроительного завода предназначен для изготовления деталей и узлов машин. Схема расстановки электрооборудования и разводки линейно-кабельных сооружений цеха приведена на рис. 11.

Рис. 11. Схема расстановки электрооборудования и разводки линейно-кабельных сооружений цеха машиностроительного завода

Обозначения: 1 - ленточный пиленный станок; 2 - шкаф; 3, 4, 50, 62 - сварочная дрель; 5, 30, 33, 52 - точильный станок; 6, 8, 18, 38 - верстачная дрель; 7 - электрический рубанок; 10, И - фреза; 9, 65 - кругло-точильный станок; 12, 13, 14, 15, 16, 17 - токарный станок; 19 - кран; 22 - настольная дрель; 26 - масляный чан; 27 - скобленный станок; 34, 60 -кузнечный вентилятор; 41, 42, 48 - чан с жидкостью; 49 - сушильный шкаф; 53 - стол испытания электрооборудования; 55 - чан, удаляющий масло; 56, 57, 58 - электрическая печь; 64 -пригибающий станок; 66 - сварочный станок; 69 - регулятор; 21, 24, 37, 43, 61 - бетонная подставка; 67 - шкаф железный; 20, 23, 28, 29, 32, 39, 40, 51, 54, 59, 63, 70 - стол металлический; 35 - емкость для воды; 25, 36 - проверочное оборудование; 44, 45 - упаковочное оборудование; 68 - шкаф управления; 31 - сжато-режущий станок; 46, 47 - крученный станок.

Проведён опНпе-расчет вероятности пожара в каждой единице электрооборудования. Эта вероятность составляет 4,83-10"5 на единицу электрооборудования в среднем, что говорит о необходимости разработки автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования с целью доведения этой вероятности до нормативной, установленной ГОСТ 12.1.004 (1-Ю"6).

Для измерения токов утечки в работающем электрооборудовании автором разработана структура системы косвенного измерения токов утечки. Система создана на вычислении токов утечки по значениям сопротивлений изоляции проводов (/?„•), зависящим от текущей температуры, которые формирует компьютер диспетчера по результатам измерений прибора Е7-20 (МНИПИ-Беларусь), подключаемого перед включением каждой единицы электрооборудования, а затем после его выключения, а также по текущим температурам проводов (Тт,), которые измеряются термометрами-сопротивлениями (ТСМ-50М) и модулями \У937Т. Схема контроля и управления электроприводами в производственном цехе показана на рис. 12.

Рис. 12. Схема контроля и управления электроприводами в цехе

Разработана структура системы измерений параметров работающего электрооборудования с использованием модулей АЕТ-423 (AJIEKTO) для вычисления токов утечки по текущим значениям напряжений на проводах (t/л)- I Подключение АЕТ-423 к оборудованию показано на рис. 12.

В качестве контроллеров для разработки автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования использован TREI-5B-05 j (Stuttgart - Пенза), состоящий из процессорного мастер-модуля М 902Е-24310, расширенного 2-мя модулями Ethernet, 2-мя модулями RS-485 (COM3, COM4) и 4-проводной платой RS-485.

Разработана структура двухуровневой автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования, которая с помощью термо-электрозондирования электрообрудования и линейно-кабельных сооружений в реальном масштабе времени контролирует электрические параметры электро- ! обрудования и приборов (напряжение, ток, активную и реактивную мощность, включая перекос фаз), а также температуру и электрофизические параметры j проводов и кабелей, включая токи утечки, распознавая пожароопасные ситуации и предотвращая загорания и пробой, путем автоматизированного (с подтверждением оператора) отключения. Верхний уровень - файл-сервер реали- I зуется на основе 2-процессорного компьютера Pentium-4 (23/1) под ОС Microsoft Server 2003, а нижний уровень - прибор АЕТ-423, измеряющий напря- ' жения на проводах; термометр-сопротивление (ТСМ-50М) и модуль W937T для измерения температур проводов и прибор иммитанс Е7-20.

Структурная схема автоматизированной системы предотвращения пожа- i ров от электрооборудования показана на рис. 13.

Рис.13. Структурная схема автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования производственного цеха

Подключение Е7-20 на каждый провод и отключение после окончания цикла измерений осуществляется реле (по 2 группы в каждом), которые включены в источник вторичного электропитания 011А120-2488А (24В/5А) через 32-канальные модули вывода дискретных сигналов М 9540, управляемые контроллером (ШЕ1-5В-05). Е7-20 включается через порт СОМ1 (118-232) и программа «верхнего уровня» осуществляет цикл измерений каждого обесточенного провода, блокируя возможность включения через контроллер, меняя каждые 40 мс частоту измерений от 25 Гц до 1 МГц, и записывая на диск значения указанных выше параметров, после чего вычисляет сопротивление изоляции проводов (Дп), которые используются в дальнейшем при эксплуатации электрооборудования до следующего выключения.

Оперативный контроль напряжений, токов, активной и реактивной мощностей в электрооборудовании, а также токов утечки линейно-кабельных сооружений в работающем оборудовании, с отключением их в случае превышения «уставок» (пороговых величин или скоростей увеличения токов утечки) с реализацией модулей термоэлектронной защиты, отключающих электроприбор при возникновении пожароопасного отказа и дополнительного тепловыделения в нём снижает вероятность пожара в электрооборудовании и линейно-кабельных сооружениях до уровня 4,0-10"7 на единицу электрооборудования в среднем. Таким образом, автоматизированная система предотвращения пожаров от электрооборудования позволяет достичь установленной ГОСТ 12.1.004 вероятности пожара в каждой единице электрооборудования и линейно-кабельных сооружениях в 2,5 раза ниже, чем 1-10" .

В приложении представлены результаты оп1ше-расчетов вероятности пожара от электрооборудования в производственном цехе завода машиностроения Вьетнама, акты внедрения результатов диссертационной работы и программа автоматизации предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

Основные результаты работы

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.

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 сетей; автоматизацию ликвидации возможности распространения горения при возгорании изоляции электрооборудования; автоматический 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 завода машиностроения Вьетнама.

Основные научные результаты диссертации отражены в следующих публикациях автора:

Издания по реестру ВАК Министерства образования и науки России:

1. Нгуен Туан Ань, Тетерин И.М., Топольский Н.Г. О предотвращении пожаров на промышленных объектах Вьетнама, вызванных токами утечки // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb). - Выпуск 1, февраль 2011. -//agps-2006.narod.ru/ttb/2011-1/01-01-1 l.ttb.pdf.

2. Нгуен Туан Ань, Тетерин И.М., Топольский Н.Г. Об автоматизированной системе предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании промышленных объектов // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb). - Выпуск 2, апрель 2011.

3. Белозеров В.В., Нгуен Туан Ань, Топольский Н.Г. Модель автоматизированной системы пожарной безопасности промышленного объекта с термо-электрозондированием электрооборудования и линейно-кабельных сооружений // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb). - Выпуск 2, апрель 2011.

Другие издания:

4. Lê Thanh Binh, Nguyên Tuân Anh. Mot sô vân de dàm bào an toàn cháy dôi vói dây cáp diên. Nçi san An toàn phông cháy chûa cháy - Trucmg dai hçc PCCC-Bô Công an №3, 2007-2008, trang 58-60. Jle Тхань Бинь, Нгуен Туан Ань. Некоторые вопросы по обеспечению пожарной безопасности электрических проводов и кабелей. Вестник пожарной безопасности Института противопожарной безопасности МОБ CP Вьетнама, № з> 2007-2008. С. 58-60.

5. Нгуен Туан Ань. Повышение защищенности нефтебазы г. Ханой от статического электричества // Материалы восемнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2009 Международного форума информатизации. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. -С. 185-187.

6. Нгуен Туан Ань. Об автоматизации предотвращения пожаров вследствие воспламенения электрических проводов и кабелей // Материалы восемнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2009 Международного форума информатизации. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. -С. 182-184.

7. Nguyen Tuan Anh. The automatic fire protection system of electric cables in hydropower plant of Vietnam. Нгуен Туан Ань. Разработка автоматизированной системы защиты электрических кабелей гидроэлектростанции Вьетнама // Материалы восемнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2009 Международного форума информатизации. -М.: Академия П1С МЧС России, 2009. -С. 184-185.

8. Бутузов С.Ю., Матвеев Н.А, Нгуен Туан Ань, Слабченко A.B., Топольский Н.Г. Оценка надежности функционирования интегрированных автоматизированных систем безопасности интеллектуальных зданий // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация № 2.2009. -С. 105-110.

9. Ле Тхань Бинь, Нгуен Туан Ань. Об оценке надежности систем электроснабжения промышленных объектов Вьетнама // Материалы девятнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2010 Международного форума информатизации. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. -С. 27-31.

10. Бутузов С.Ю., Любавский А.Ю., Нгуен Туан Ань, Шарабанов C.B. Оценка надежности компьютеров в автоматизированных системах пожарной

безопасности // Материалы девятнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2010 Международного форума информатизации. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. -С. 92-94.

11. Нгуен Туан Ань. Особенности пожарной опасности промышленных потенциально опасных объектов Вьетнама // Материалы девятнадцатой научно-технической конференции «Системы безопасности» - СБ-2010 Международного форума информатизации. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. -С. 185-187.

Подписано в печать 06 мая 2011 г. Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № 5~15~

Академия ГПС МЧС России 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4.

Введение.

Глава 1. Проблемы автоматизации систем пожарной безопасности промышленных объектов Вьетнама при возникновении токов утечки.

1.1. Проблемы обеспечения пожарной безопасности промышленных объектов Вьетнама.

1.1.1. Особенности пожарной опасности промышленных объектов Вьетнама.

1.1.2. Состояние вопроса по пожарной безопасности электрооборудования промышленных объектов Вьетнама при возникновении токов утечки.

1.2. Аналитический обзор пожарной опасности электрооборудования.

1.2.1. Анализ методов оценки пожарной опасности электрооборудования.

1.2.2. Анализ устройств обнаружения токов утечки в электрооборудовании.

1.2.3. Анализ устройств защиты электрооборудования промышленных объектов Вьетнама от токов утечки.

1.3. Обобщенная структура разрабатываемой автоматизированной системы пожарной безопасности промышленных объектов Вьетнама.

1.4. Постановка задачи по созданию автоматизированной системы предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

Выводы по главе

Глава 2. Анализ процессов возникновения и предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама вследствие токов утечки в электрооборудовании.

2.1. Анализ причин загораний электрооборудования при возникновении токов утечки.

2.2. Исследование пожарной опасности токов утечки в электрооборудовании.

2.2.1. Пожарная опасность электрических сетей при возникновении токов утечки.

2.2.2. Скорость изменения температуры при протекании токов утечки :.

2.2.3. Температура жил электропроводок при протекании токов утечки.

2.3. Анализ процессов теплового старения изоляции, приводящих к появлению токов утечки.•.

2.4. Анализ математического моделирования пожаров от электрооборудования вследствие токов утечки.

2.5. Обоснование технологического обеспечения пожарной безопасности электрооборудования.

Выводы по главе

Глава 3. Автоматизация предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

3.1. Автоматизированное предотвращение пожаров при возникновении токов утечки.

3.1.1. Автоматизация контроля и принятия решений в предаварийных режимах работы электрических сетей.

3.1.2. Автоматизация контроля и принятия решений в аварийных режимах работы электрических сетей.

3.2. Разработка структуры АСУ электрооборудованием промышленных объектов Вьетнама. я

3.3. Обобщенная структура автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов электрооборудования промышленных объектов при обнаружении токов утечки.

3.3.1. Разработка алгоритма функционирования автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов электрооборудования.

3.3.2. Разработка обобщенной структуры автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов электрооборудования при обнаружении токов утечки. ^

3.3.3. Разработка функциональной структуры автоматизированной системы предотвращения предпожарных и взрывоопасных режимов электрооборудования при обнаружении токов утечки.

3.4. Автоматизация противопожарной защиты электрооборудования промышленных объектов с использованием защиты от токов утечки.

3.4.1. Общая схема защиты от токов утечки электрооборудования промышленных объектов.

3.4.2. Автоматизированная система предотвращения аварийных ^^ предпожарных режимов с использованием защиты от токов утечки.

1 л-з

3.5. Автоматизированные подсистемы предотвращения пожаров на промышленных объектах Вьетнама при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

3.5.1. Функционально-вычислительная схема подсистем 106 предотвращения пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

3.5.2. Автоматизированная подсистема предотвращения пожаров 106 электрических кабелей при обнаружении токов утечки.

3.5.3. Автоматизированная подсистема предотвращения пожаров в 107 шкафах с электрооборудованием при обнаружении токов утечки.

3.5.4. Автоматизированная подсистема предотвращения \ 08 предпожарных режимов электродвигателей.

3.6. Эффективность автоматизированной системы предотвращения ^ 10 пожаров на промышленных объектах при обнаружении токов утечки в электрооборудовании.

Выводы по главе 3. ^^

Глава 4. Техническая реализация автоматизированной системы ^^ предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки в электрооборудовании машиностроительного завода Вьетнама.

4.1. Состояние проблемы с автоматизацией предотвращения пожаров при обнаружении токов утечки.

4.2. Структура системы косвенного измерения токов утечки в работающем электрооборудовании.

4.3. Структура системы измерений параметров работающего электрооборудования.

4.4. Анализ программируемых контроллеров для автоматизации

4.5. Техническая реализация автоматизированной системы предотвращения пожаров от электрооборудования.

Выводы по главе 4 .:.

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 информации; во-вторых, низкая чувствительность существующих средств электрической и тепловой защиты, не позволяющих своевременно обнаруживать пред-пожарные режимы электрооборудования, в том числе линейно-кабельных сооружений; в-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 электрооборудования; анализ устройств противопожарной защиты электрооборудования промышленных объектов;

- анализ пожарной опасности токов утечки в электрооборудовании промышленных объектов; анализ 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 нефтегазоэлектрокомпании; в 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 Вьетнама; при 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 сетей; автоматизированная ликвидация возможности распространения горения при возгорании изоляции электрооборудования; автоматический 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.

1. Закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123 ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Закон Вьетнама от 29 июня 2001 г. № 27/2001/С>Н10 «О пожарной безопасности».

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) 7 издание. 2002.

4. ГОСТ 12.1.019.79. Электробезопасность. Общие требования.

5. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Но-меклатура показателей и методы их определения.

6. ГОСТ Р 50571.3-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.

7. СниП 3.05.06-85. Электротехнические устройства. ВНИИ проектэлек-тромонтаж.

8. ГОСТ 34.201-89, 34.602-89, РД 50-682-89. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы.

9. ГОСТ 24.104. Единная система стандартов АСУ. Автоматизированные системы управления. Общие требования.

10. ГОСТ 24.209. Система технической документации на АСУ. Требования к содержанию документов по организационному обеспечению.

11. ГОСТР 53077-92 (МЭК 950-86). Безопасность оборудования информационной технологии, включая электрическое конторское оборудование.

12. ГОСТ 27.002.89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и опреденления.

13. ГОСТ 12.1.038.82. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

14. ГОСТ 12.1.033.81. Пожарная безопасность. Термины и определения.

15. ГОСТ 10345.2-78. Материалы электроизоляционные твердые. Метод определения стойкости к действию электрической дуги постоянного низкого напряжения.

16. ГОСТ 28913-91. Материалы электроизоляционные твердые. Методы испытаний по оценке восприимчивости к зажиганию под воздействием тепловых источников.

17. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

18. МЭК 61850-3-2005. Сети и системы связи на подстанциях. Часть 3. Общие требования.

19. Тюгай С.И., Смирнов В.В., Иванов Е.А. Нормирование токов утечки на корпус по условиям пожаробезопасности. Изв. ТЭТУ, 1993. Вып. 463. -С. 52-58.

20. Брушлинский H.H. и др. Системный анализ и проблемы пожарной безопасности народного хозяйства. -М.: Стройиздат, 1988.-415 с.

21. Топольский Н.Г. Основы автоматизированных систем пожаровзрыво-опасности объектов. -М.: МИНЬ МВД России, 1997. -164 с.

22. Топольский Н.Г. Автоматизация систем пожарной безопасности АЭС. -М.: ВИПТШ МВД России, 1994. -200 с.

23. Брушлинский H.H., Пранов Б.М., Туркин Б.Ф. Проблемы автоматизации управления пожарной безопасностью. Итоги науки и техники. Серия «пожарная охрана». Том 9. ВНИИТИ. -М.: 1989.

24. Зубова Н.Л. Надежность оборудования и машин химической промышленности. -М.: Химия, 1973. -184 с.

25. Отчет по работе пожарной охраны за период с 1997 г. по 2007 г. / ГУПО МОБ Вьетнама. Ханой, 2008. -46 с.

26. Мировая пожарная статистика. Отчет №10 ЦПС КТИФ, 2004. Академия ГПС МЧС России. -126 с.

27. Нгуен Туан Ань, Тетерин И.М., Топольский Н.Г. О предотвращении пожаров на промышленных объектах Вьетнама, вызванных токами утечки // Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности» (http://ipb.mos.ru/ttb). Выпуск 1, февраль 2011.

28. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. -377 с.

29. Береговой Г.Т., Тищенко A.A., Шибанов Г.П. Безопасность космических полетов. -М.: Машиностроение, 1977. -263 с.

30. Отчет о НИР ВНИИПО МВД СССР № 4292. Провести исследование и разработать методику оценки опасности кабельных проходок. М.: ВНИИПО, 1994.-68 с.

31. Алиев Т.М. и др. Автоматизация информационных процессов в интегрированных АСУ промышленными предприятиями. -М.: Энергоиздат, 1981. -144 с.

32. УЗО — Устройства защитного отключения. Учебно-справочное пособие. -М.: ЗАО «Энергосервис», 2004. -232 с.

33. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Сб. научн. трудов ВНИИПО МВД СССР, вып.5. 1982.

34. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. -М.: Наука, 1978. -399 с.

35. Коган JI.M. Оптимизация надежности АСУТП при проектировании. -М.: энергоатомиздат, 1983. -136 с.

36. Смелков Г.И., Бойцов В.Ф., Поединцев И.Ф., Смирнов В.В. Снижение пожарной опасности кабельных трасс. Обзорная информация. -М.: ГИЦ МВД СССР, 1990. -50 с.

37. Белозеров В.В. Тетерин И.М., Топольский Н.Г. Модульные системы безопасности электроприборов // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. Вып. 4. -2005. - 3 с. -http://ipb.mos.ru/ttb/2005-4/2005-4.html.

38. Черкасов В.Н., Ульященко В.Е. Пожарная профилактика электроустановок. -М.: ВИПТШ МВД РФ, 1978. -310 с.

39. Смелков Г.Н., Александров A.A., Пехотиков В.А. Методы определения причастности к пожарам аварийных режимов в электротехнических устройствах. М.: Стройиздат, 1980. — 87 с.

40. Гаврилей В.М., Тарасов В.Н. Количественная оценка нарушений требований пожарной безопасности // В сб. «Горение и проблемы тушения пожаров». Пятая Всесоюзная научно-практическая конференция. Тезисы докладов. -М.: ВНИИПО, 1977. -С. 162-165.

41. Прангишвили И.В., Амбарцумян A.A. Научные основы построения АСУТП сложных энергетических систем. -М.: Наука, 1992. 232 с.

42. Костарев Н.П. Методы оценки пожарной опасности электроустановок. М.: Академия ГПС МВД России, 2001. -60 с.

43. Кашолкин Б.И., Мешалкин Е.А. Тушение пожаров в электроустановках. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -160 с.

44. Тетерин И.М., Топольский Н.Г., Гудков A.C. Основы создания автоматизированных систем пожарной безопасности объектов. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. -60 с.

45. Топольский Н.Г., Блудчий Н.П. Основы обеспечения интегральной безопасности высокорисковых объектов. -М.: МИПБ МВД России, 1998. -97 с.

46. Костарев Н.П. Пожарная опасность электрических сетей // Материалы десятой научно-технической конференции «Системы безопасности» СБ - 2001 Международного форума информатизации. - М.: Академия ГПС МВД России, 2001.-С. 161-162.

47. Отчет НИР «Создание макета опытного образца базового комплекса «ОКТАЭДР» заключительный, шифр Ol/8-ФБ-ОКТ-Об. Ростов н/Д, «НПТЦ ОКТАЭДР», 2006. -82 с.

48. Palmer К. Dust explosions and fires. Chapman and Hall: London, 1973.396 p.

49. Павлов Н.П. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. -М.: Химия, 1982. -190 с.

50. Калинкин В.И., Борисов B.C. Зажигание полимерных материалов электрическим разрядом // Сборник трудов ВНИИПО МВД СССР. Пожарная профилактика в электроустановках. -1985. -С. 86-90.

51. Смелков Г.И., Кашолкин Б.И., Поединцев М.Ф. Справочник по пожарной безопасности электропроводок и электронагревательных приборов. -М.: Стройиздат, 1977. -192 с.

52. АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочник / Михалев С.Б., Седегов P.C., Гринберг A.C. и др. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -400 с.

53. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. — М.: Химия, 1972.-414 с.

54. Баратов А.Н., Попов Б.Г., Писков Ю.К. Общие методы оценки уровня пожаровзрывобезопасности оборудования, используемого в химической промышленности // В сб. «Пожарная профилактика и тушение пожаров», вып. № 11. -М.: Стройиздат, 1977. -С. 43-48.

55. Черкасов В.Н., Членов А.Н., Буцынская Т.А. и др. Задачник по пожарной безопасности электроустановок. ~М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. -109 с.

56. Кабельные изделия. Справочное издание в 5 томах. Под ред. Болотова A.B. том. 1 «Кабель, провода и шнуры силовые». Смоленск, ООО «Гран», 1998.

57. Смирнов В.В. Особенности обеспечения пожарной безопасности токов утечки в кабельных линиях с изолированной нейтралью // Тезисы докладов I Международной конференции по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-94. -Суздаль, 1994.

58. Меркушкина Т.Г., Романов B.B. Использование математического моделирования для исследования опасных факторов пожара // Сб. науч. тр. -М.: ВНИИПО МВД СССР, 1981. -С. 34-43.

59. Колемаев В.А., Староверов О.В. Турундаевский В.Б. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1991.

60. Кравченко B.C. Воспламенение взрывчатых газо-, паровоздушных сред от электрических разрядов // Электричество, № 11, 1965.

61. Ревякин А.И., Кашолкин Б.И. Электробезопасность и противопожарная защита в электроустановках. -М.: Энергия, 1980.

62. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. -М.: Химия, 1991.-432 с.

63. Концепция общей безопасности. Отчет по НИР 4.65, per. № 01.9.90001095. Ростов н/Д: РГУ, 1998. - 32 с.

64. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных режимах. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 184 с.

65. Смелков Г.И., Смирнов В.В., Сашин В.Н. Пожарная опасность длительных по времени локальных токов утечки в электрических сетях с изолированной нейтралью. -М.: Пожаровзрывобезопасность, № 4. 1994.

66. Чумаков Н.М., Серебряный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. -М.: Сов. радио, 1980. -192 с.

67. Яманов С.А., Яманова Л.В. Старение, стойкость и надежность электрической изоляции. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -С. 61-62.

68. Белозеров В.В, Босый С.И., Буйло С.И., Красновский И.Н., Мотин

69. B.Н., Прус Ю.В. ОКТАЭДР: Образцовый криотермический акустикоэмиссион-ный дериватограф // Сб. мат. 24-й межд конф. «Композиционные материалы в промышленности». — Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 2004.1. C. 241-244.

70. Методика оценки пожарной опасности и надежности холодильников-морозильников «STINOL». Отчет по НИР № 3549 совместно с ВНИИПО и Академией ГПС МЧС России. -Ростов н/Д, 2000. -58 с.

71. Кравченко B.C., Ерыгин А.Т., Яковлев В.П., Давыдов В.В. Об уровне искробезопасности электрических сетей // Безопасность труда в промышленности №6, 1975.-С. 41-43.

72. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1976. 576 с.

73. Гусак А.А., Бричикова Е.А. Теория вероятностей. Справочное пособие к решению задач. -Мн.: ТетраСистемс, 2002. -288 с.

74. Finger V. Advances in Fire Hagard Testing of Electrical Equipment // EEE Electrical Insulation magazine. -1986. VOL.2-N 4. P.128.

75. FIRE & SAFETY 94 Safety Significance of Plan Internal Fires, In Particular for Older Nuclear Power Plants, Due to Openratind Experience.

76. Farmer F.R. Experience in the reduction of risk. 1 Chem. Simposium series 1971, №34,-P. 82-86.

77. Измеритель иммитанса E7-20. Руководство по эксплуатации /УШЯИ.411218.012 РЭ/. Минск: МНИТИ, 2004. 30 с.

78. Устройство программного управления TREI-5B-05 Руководство по эксплуатации, TREI.421457.501 РЭ. - Пенза: TREI GmbH, 2009. - 303 с.

79. Klets Т.А. Harard analysis f quantitative appronch to safery. 1 Chem. Simposium series 1971, № 34, P.75-81.98. «Диагностика материалов» http://www.imet-db.ru/zavlabor.

80. Расчет надежности и пожарной опасности изделий. http://titan.ip.rsu.ru/online/fhazsmp/input.html.

81. Topolsky N.G., Anisimov J.N. System of pre-fire regime detection at outflow currents. Certificate-license of International information — intellectual novelty registration chamber, SERIE MO, REGISTER 00076, CIPHER 00030 CODE 0015, April 24, 1996.

82. Anthony E.J. Greaney D. The Safety of Self-Heating Materials. Combustion Science and Technology, 1979, v.21, N 1-2, P. 79-85.