Совершенствование технологий безопасности в агропромышленном комплексе на основе количественной оценки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российская Федерация, г. Барнаул, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

Совершенствование технологий безопасности в агропромышленном комплексе на основе количественной оценки

Воробьев Н.П.

Сошников А.А.

Компанеец Б.С.

Совершенствование технологий безопасности во всех отраслях народного хозяйства стало в последние годы одной из важнейших составляющих государственной политики. В АПК, прежде всего, следует отметить обеспечение электрической и пожарной безопасности электроустановок, а также относительно новое направление - защиту от электромагнитных излучений, возникающих в процессе использования современного информационно-технологического оборудования, новых электротехнологий, мобильных средств связи и т.п.

Развитие и совершенствования технологий безопасности целесообразно производить на основе количественной оценки показателей, характеризующих опасные проявления рассматриваемых процессов.

В частности, использование такого подхода для предупреждения пожаров от электроустановок низкого напряжения базируется на следующем.

Для автоматического отключения питания при неисправности электроустановки широко используются предохранители и автоматические выключатели, в функции которых входит не только защита от аварийных режимов, но и предупреждение электропоражений людей и животных. Однако многолетний опыт эксплуатации электроустановок в сельском хозяйстве показал недостаточную эффективность такой защиты, как в части предупреждения электропожаров, так и обеспечения электробезопасности.

Одной из причин этого является сложность реализации чувствительной электрической защиты при низких значениях токов короткого замыкания (КЗ), характерных для сельских низковольтных сетей. Особенностью таких сетей является значительная протяженность воздушных линий, имеющих существенно большее сопротивление по сравнению с кабельными, а также относительно небольшая мощность силовых трансформаторов питающих подстанций. Поэтому токи КЗ имеют весьма малую кратность по отношению к параметрам срабатывания электрической защиты, что приводит к увеличению времени существования в сети опасных аварийных режимов и повышает вероятность пожаров даже при условии соответствия системы защиты нормируемым требованиям.

Во внутренних электропроводках высокую пожарную опасность представляют дуговые КЗ. При КЗ электрическая дуга, температура которой достигает нескольких тысяч градусов, может воспламенить изоляцию или другие горючие материалы, что вместе с действием искр и расплавленных частиц металла приводит к развитию пожара. Кроме того, действуя, как электросварка, дуга КЗ может пережечь электропроводку быстрее, чем сработает защита, что эквивалентно ее отсутствию и неконтролируемому протеканию пожароопасных процессов.

Современные методики выбора электрической защиты не учитывают воздействие электрической дуги КЗ на электропроводки. Тем самым допускается возможность электропожара еще на этапе проектирования защиты. Для обеспечения пожарной безопасности электроустановок необходимы оценка функционирования и обоснование мероприятий по повышению эффективности электрической защиты, как меры предупреждения пожаров. С этой целью могут использоваться вероятностные методы оценки пожарной опасности КЗ.

С использованием этих методов в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова (АлтГТУ) создана технология повышения безопасности электроустановок, основанная на автоматизированных методах выявления пожароопасных участков системы электроснабжения и выбора экономически целесообразных сочетаний параметров защиты от КЗ и электропроводок по условию наименьшей вероятности пожара [1].

Количественным критерием оценки противопожарной эффективности электрической защиты, определяющим условия пережога электропроводки током дугового КЗ, является коэффициент незащищенности участка сети для i-го вида КЗ. Этот коэффициент определяется отношением диапазона токов КЗ, для которого время пережога меньше времени срабатывания защиты, к диапазону токов КЗ на участке сети (пропорциональным отношению соответствующих длин участков сети) и рассчитывается по формуле:

, (1)

где длина s-го участка сети (s=1, 2..., S); - длина зоны пережога для КЗ i-го вида на этом участке; - доля незащищенной части s-го участка сети для i-го вида КЗ.

На основе этого показателя строится показатель, характеризующий пожарную опасность пережога в сети в целом для i-го вида КЗ. Он определяется как отношение суммы длин зон пережога к сумме длин всех участков сети:

, (2)

где - доля незащищенной части электрической сети для i-го вида КЗ;

- длина незащищенной части s-го участка сети.

С помощью показателей (1) и (2), можно сравнивать различные варианты систем защиты для одной и той же электрической сети.

Для практического использования методики принимаются следующие допущения:

- за время Т (обычно равное одному году) в сети происходит не более одного КЗ, причем вероятность i-го вида КЗ составляет ;

- значение вероятности возникновения КЗ на s-ом участке сети . пропорционально доле протяженности участка сети:

(3)

На основе принятых допущений событие «пережог проводов в сети» оценивается вероятностью пережога проводов на одном из S участков сети за время Т для i-го вида КЗ:

, (4)

где - условная вероятность пережога проводов при i-м виде КЗ на s-м участке сети.

Таким образом, возникновение пожара ставится в соответствие с явлением пережога электропроводки до срабатывания защиты.

С учетом изложенного, вероятность пожара от КЗ i-го вида на s-том участке сети в течение времени Т можно определить по формуле:

, (5)

где - вероятность сосредоточения пожароопасного вещества (включая наличие горючей изоляции) вблизи электропроводки; - вероятность воспламенения пожароопасного вещества в результате воздействия электрической дуги или раскаленных частиц металла; - вероятность перерастания возникшего загорания в пожар; - вероятность отказа системы пожаротушения.

В расчетах значения вероятностей , , . и принимаются равными единице, поэтому можно рассматривать в качестве показателя пожарной опасности i-го вида КЗ на s-ом участке электрической сети:

(6)

Используя коэффициент незащищенности электрической сети, можно определить показатель пожарной опасности i -го вида короткого замыкания для всей электрической сети рассматриваемого объекта по формуле:

(7)

Может быть также рассчитан интегральный показатель пожарной опасности всех видов КЗ в электрической сети [1].

В основу рассмотренной методики положено сопоставление характеристик срабатывания аппаратов защиты (предохранителей или автоматических выключателей) и характеристик пережога электропроводки электрической дугой, полученных экспериментально в АлтГТУ.

Характеристики срабатывания аппаратов защиты задаются заводами-изготовителями с учетом разброса возможных значений. Реальное время срабатывания защиты за счет наличия зоны разброса может отличаться в несколько раз при одном и том же токе. Аналогичный разброс имеют и характеристики пережога электропроводок. В общем случае возможны как благоприятные, так и неблагоприятные сочетания характеристик срабатывания защиты и пережога электропроводки на различных участках электрической сети. В первом случае защита может иметь высокую эффективность. Во втором - крайне низкую.

Для обоснования выбора расчетных характеристик нами выполнены расчеты показателей пожарной опасности для различных вариантов электроснабжения и различных систем электрической защиты в сельских электроустановках [1]. Расчеты проводились для ПА-системы защиты (на основе предохранителей и автоматических выключателей) и ПАУ-системы защиты (с дополнительным использованием УЗО). При этом рассматривались верхние, средние и нижние характеристики срабатывания защиты и пережога электропроводки, обозначаемые далее соответственно В, С, Н в последовательности: для аппарата защиты - для пережога электропроводки.

Наибольшие показатели пожарной опасности дуговых КЗ соответствуют сочетанию характеристик: В-Н, и С-Н. Улучшение по величине показателей пожарной опасности КЗ, иногда значительное, обеспечивает сочетание характеристик В-С.

Меньшим значениям показателей пожарной опасности по сравнению с сочетанием В-С среди оставшихся характеристик соответствуют сочетания: В-В, С-В, С-С и Н-С. При этом наихудшая ситуация соответствует сочетанию С-С. При сочетаниях В-В, С-В и Н-С показатели пожарной опасности, по крайней мере, не хуже этих показателей для сочетания С-С.

При сочетании характеристик Н-Н возможны как высокие, так и низкие показатели пожарной опасности. При этом в случае высоких значений показатели пожарной опасности, по крайней мере, не хуже этих показателей при сочетаниях В-Н, и С-Н, а в случае низких значений они, по крайней мере, не лучше этих показателей для сочетания С-С.

По результатам расчетов показателей пожарной опасности для различных вариантов электроснабжения и различных систем электрической защиты сельскохозяйственного объекта определены способы повышения эффективности электрической защиты при благоприятных и неблагоприятных сочетаниях характеристик срабатывания защиты и пережога электропроводки.

Наиболее простым способом снижения пожарной опасности КЗ при В-Н и В-С сочетаниях характеристик является отбраковка автоматических выключателей с защитными характеристиками выше средней. Такая отбраковка может быть проведена перед монтажом аппаратов защиты, например, с помощью комплекта «РТ-2048 М», предназначенного для испытания автоматических выключателей.

Опасность однофазных КЗ на открытые проводящие части может быть устранена за счет применения УЗО, то есть использования ПАУ-систем защиты.

При неблагоприятных сочетаниях характеристик срабатывания защиты и пережога электропроводки для снижения опасности оставшихся видов КЗ могут быть предложены использование быстродействующих предохранителей (например, серии СН, производства Словении), а также частичная замена алюминиевой электропроводки, прежде всего на участках с наименьшими сечениями проводов. Алюминиевые провода сечением 2,5 мм² целесообразно исключить еще на этапе проектирования системы электроснабжения, заменив их на медные и повысить тем самым пожарную безопасность при КЗ.

При рассмотрении вопросов обеспечения электромагнитной безопасности необходимо учитывать возможность одновременного влияния нескольких источников электромагнитного излучения (ЭМИ). Повышению уровня опасности способствует автоматизация и компьютеризация производственных и бытовых процессов, внедрение современных электротехнических изделий. ЭМИ могут создаваться также силовой и осветительной электропроводкой, электрическими распределительными щитами, электрическими лампами и т.п.

Для выбора эффективной защиты от ЭМИ необходимо обеспечивать контроль состояния электромагнитной обстановки. При этом количественным показателем степени ее опасности является наименьшее допустимое время пребывания человека в контролируемой зоне, соответствующее наиболее опасной составляющей действующих электромагнитных излучений. На этом подходе основан новый способ контроля электромагнитной безопасности [2], характеризуемый следующим [3].

Состояние электромагнитной обстановки на контролируемом объекте оценивается пространственной картиной электромагнитной опасности, представляющей собой карту допустимого времени пребывания человека в различных зонах исследуемого пространства, получаемую в результате выявления наиболее опасных составляющих электромагнитного излучения от различных источников в диапазоне исследуемых частот и последующего компьютерного моделирования электромагнитного поля.

Опасные составляющие электромагнитных излучений соответствуют наименьшему допустимому значению времени пребывания человека в точках измерения напряженностей электрических, магнитных полей и плотности потока энергии (ППЭ) электромагнитных радиочастотных полей вблизи источников излучения на частотах, регламентированных действующими нормативными документами.

В процессе реализации способа:

- проводятся экспериментальные исследования уровней статических электрических полей, переменных электрических, магнитных и электромагнитных полей в диапазоне частот и на расстоянии от центра каждой внешней поверхности каждого источника излучения, соответствующих требованиям санитарно-эпидемиологических правил и нормативов; при этом учитывают только наибольшие значения напряженностей электрического, магнитного полей и плотности потока энергии;

- определяется наименьшее допустимое время пребывания людей в зонах воздействия излучения от внешних поверхностей источников ЭМИ в измеренных статических электрических полях и частотных диапазонах переменных электрических, магнитных и электромагнитных полей;

- измеренные значения напряженностей электрических, магнитных полей и ППЭ, соответствующие наименьшему допустимому времени пребывания людей в зонах воздействия излучения от внешних поверхностей источников ЭМИ, используют для компьютерного моделирования пространственной картины электромагнитных излучений, а также сочетания различных видов излучений в исследуемом помещении;

- на основе результатов компьютерного моделирования получают картины уровней электрического, магнитного и электромагнитного полей во всех точках пространства объектов;

- с помощью полученной пространственной картины электромагнитных полей определяют области исследуемого пространства, характеризуемые превышением предельно-допустимых уровней исследуемых полей;

- о состоянии электромагнитной обстановки судят по полученной пространственной картине опасности ЭМИ, преобразуя узловые значения шкалы напряженности электрического или магнитного полей или плотности потока энергии в узловые значения допустимого времени пребывания, формируя шкалу допустимого времени и заменяя шкалу поля на шкалу допустимого времени пребывания в опасных зонах объекта;

- полученную пространственную картину опасности ЭМИ используют в качестве карты допустимого времени пребывания людей в различных зонах исследуемого помещения, а также для проведения организационно-технических мероприятий по снижению степени влияния электромагнитных излучений на людей, находящихся в рассматриваемом помещении.

Моделирование электромагнитных полей позволяет решать задачи определения мероприятий по нормализации электромагнитной обстановки в помещениях с источниками ЭМИ, в том числе:

- выбор способов организации рабочих мест;

- выбор мер защиты от электромагнитного излучения;

- обоснование целесообразности замены оборудования.

Литература

электромагнитный безопасность люди животное

1. Компанеец, Б.С. Учет разброса характеристик аппаратов защиты при создании систем пожаробезопасности / Б.С. Компанеец // Ползуновский вестник. - 2011.- № 2\2.- С. 32-36.

2. Пат. 2476894. Российская Федерация МПК⁷ G 01 R 29/08. «Способ контроля электромагнитной безопасности» / Н.П. Воробьев, О.К. Никольский, А.А. Сошников, Е.В. Титов / патентообладатель: ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова; заявл. 07.04.2011; зарегистр. 27.02.2013 г.

3. Сошников, А.А. Электромагнитная безопасность технологических процессов АПК: монография / А.А. Сошников, О.К. Никольский, Н.П. Воробьев, Е.В. Титов, И.Е. Мигалев. - Барнаул: типография АлтГТУ, 2012. - 110 с.

Размещено на Allbest.ru