ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Краткое содержание

Перший розділ „Стан питання й задачі дослідження” присвячений аналізу причин загорянь на електроустаткуванні й оцінці існуючих методів сучасного пожежного захисту, аргументовані передумови використання властивостей електричного поля для запобігання загорянь.

Відповідно до статистики, на різних об'єктах народного господарства України тільки за останнє десятиліття число пожеж, причиною яких стали порушення правил монтажу й експлуатації електроустаткування, виросло більш аніж удвічі. Відповідно до статистики, за 2004 р. в Україні електротехнічна продукція стала причиною 10761 пожежі, що складає більш 20 % від їхнього загального числа. З них 62,2 % відбулися через загоряння кабельно–провідникової продукції, 3 % – через загоряння розподільних пристроїв і 1,1 % – через загоряння електричних машин і перетворювачів. При цьому загинуло 567 осіб, а прямі збитки склали 30131 тис. грн. Найбільше число пожеж у шахтах виникає в результаті запалення оболонок кабелю і конвеєрних стрічок – понад 48 % від загального числа пожеж. Так з 1991 по 2005 р. відбулося 215 пожеж через загоряння оболонки кабелю, що склало 31,2 % питомої ваги всіх причин і 26 пожеж, причиною яких стала оболонка електричних апаратів, що склало, відповідно 3,8 %. Крім цього, електроустаткування може з'явитися причиною вибуху навколишнього вибухонебезпечного середовища.

На даний час для силового електроустаткування найбільш широке застосування, як спосіб вибухозахисту, одержала вибухонепроникна оболонка з щілинним захистом, заповнення ізоляційним матеріалом, а також як вид вибухозахисту існує продувка електроустаткування під надлишковим тиском.

З'явився новий спосіб попередження пожежі, що дозволяє виявити передумову до загоряння задовго до початку активного тепловиділення в місці несанкціонованого іскріння. Він ґрунтується на використанні як контрольованого параметру, величини перехідного опору і реалізується шляхом виміру струму високочастотного спектра – функції цього опору, за допомогою схеми виявлення несанкціонованого іскріння в електричній мережі або електроустановці.

Що стосується засобів боротьби з осередком пожежі, то дотепер найбільш розповсюдженими є пінні, порошкові і водяні засоби пожежогасіння. Багато з перерахованих засобів відомі вже давно й успішно застосовується для гасіння пожеж. Однак вони мають ряд істотних недоліків, таких як електропровідність, хімічна активність та інші, але один з головних серед них — заподіяння збитку приміщенню й устаткуванню, що знаходиться в ньому. Їхнє використання вкрай неефективне при пожежах на нафтосховищах, запаленнях газового конденсату і нафтопродуктів.

Самим перспективним напрямком на даний час залишається застосування газових вогнегасних речовин (ГВГР) .

Вибір ГВГР варто проводити з урахуванням наступних вимог:

• безпека людей (токсичність ГВГР);

• техніко–економічні показники;

• можливість видалення ГВГР після застосування;

• вплив на навколишнє середовище.

Газові установки застосовуються переважно для об'ємного пожежогасіння. Не допускається використання двоокису вуглецю для гасіння електроустаткування, що знаходиться під напругою вище 10 кВ.

Виходячи з вищесказаного, можна зробити висновки, що дотепер не створено універсального, який підходить для всіх класів пожеж, і що відповідає сучасним вимогам охорони навколишнього середовища, засобу пожежогасіння. Усі розроблені засоби мають свої недоліки.

Дослідженнями впливу електричного поля на полум'я займався А.Е. Маліновський, накладаючи електричне поле на зону горіння між коаксіальними циліндричними електродами, досяг гасіння полум'я, що поширюється в багатих сумішах бензину з повітрям.

Дослідженнями передачі полум'я через вузькі канали під час відсутності електричного поля і при його накладенні, займався М.І. Майоров Процесами іонізації в полум'ї займався Б.С. Фіалков.

У випадку поширення полум'я по поверхні твердого палива (гумового кабелю) було встановлено, що зі збільшенням напруги до 10–15 кВ швидкість полум'я росте, а потім зменшується.

У 90-х рр. вплив електричного поля на полум'я вивчався в НДІГС «Респіратор». Були спроби розрахувати швидкість «іонного вітру» для розробки установки для гасіння конвеєрної стрічки. У 2000 році американська компанія «Spectrex» розробила і запатентувала технологію придушення пожежі електричним полем. Питання про вплив електричного поля на полум'я вивчався у Самарському технічному університеті. Як стверджується, на гасіння полум'я висотою в один м треба було три секунди часу й електрична потужність всього 3–4 Вт при напруженості електричного поля 3–5 кВ/см.

На основі проведеного аналізу статистичних даних про причини загорянь і динаміку їхнього розвитку на промисловому і побутовому електричному устаткуванні, методів запобігання і гасіння пожеж на електроустаткуванні, аналізу результатів досліджень впливу електричного поля на полум'я, у дисертаційній роботі ставиться наступна мета: дослідити фізичні властивості електричного поля й розробити на цій основі принципово новий, ефективний спосіб запобігання загорянь ізоляції електроустаткування в початковій стадії їхнього розвитку, заснований на закономірностях впливу електричного поля на полум'я й тим самим забезпечити безпечну експлуатацію електроустаткування. Розробити на основі даного способу установку для захисту електроустаткування за допомогою електричного поля що генерується.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі дослідження:

провести комплекс теоретичних і експериментальних досліджень, які дозволяють одержати нові залежності, що дають можливість визначити закономірності взаємодії полум'я з електричним полем і розробити умови придушення полум'я на поверхні ізоляції електроустаткування.

визначити раціональні параметри установки для запобігання загорянь ізоляції при використанні електричного поля. Встановити вплив цих параметрів на ефективність запропонованого способу.

Другий розділ «Експериментальні дослідження процесу згасання полум'я в електричному полі» присвячений розробці методики проведення досліджень і експериментальним дослідженням механізму придушення загоряння в електричному полі.

Базуючись на аналізі вище викладених досліджень в області впливу електричного поля на полум'я і провівши кілька спробних експериментів, було встановлено, що при плануванні експерименту необхідно враховувати такі визначальні фактори, як вид електричного поля (постійне або перемінне), форму електродів, величину напруги, що прикладена до електродів і відстань від електродів до полум'я.

Спочатку варто визначитися з видом електричного поля: постійне або перемінне. Для цього, варіюючи таким фактором, як форма електродів, робиться кілька дослідів, результатом яких буде обмірюване значення напруги, що подано на електроди, при якому відбувається придушення полум'я в початковій стадії загоряння. Відстань від електродів до полум'я залишається при цьому величиною постійною і складає 5 см. Форма першого електрода теж залишається без зміни. У даній серії дослідів обрана гостро заточена голкоподібна форма першого електрода. Для перебору всіх можливих сполучень визначальних факторів складається матриця планування експерименту.

Кожен дослід повторюється до трьох разів, але не підряд, а у випадковій послідовності, щоб уникнути систематичних помилок. Виконавши по три виміри для кожного досліду, знаходиться математичне чекання. При визначенні оцінок необхідно використовувати розподіл Стьюдента. Знайдене значення математичного чекання повинне попадати в довірчий інтервал.

Було встановлено, що перемінне електричне поле робить більш істотний вплив на полум'я, чим постійне, оскільки значення напруги, при якому цілком гасне джерело полум'я, що установлено між електродами, нижче у випадку використання перемінної напруги. Так, наприклад, при голкоподібній формі обох електродів і відстані від кожного з них до полум'я в 2 см маємо наступні середні значення напруги, при яких полум'я згасло: 21 кВ – при перемінній напрузі і 23 кВ – при постійній.

Для дослідження впливу форми і матеріалу електрода на придушення полум'я була зібрана спеціальна стендова установка. Вона складається з блоку живлення (підвищувальний трансформатор), двох електродів: звичайного і заземленого, джерела полум'я. Крім перерахованих елементів, установка має пульт керування, що дозволяє поступово підвищувати напругу на електродах від 0 до 70 кВ і блок захисту, що знімає напругу з електродів при електричному пробої. Як джерело полум'я буде використовуватися свіча, тому що по площі полум'я й температурі горіння (600–1400 ^оС) її можна зіставити з електроізоляцією, що зайнялася.