Підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж в місцях комутації надмірних споживчих потужностей

Abstract

Зобенко О.О. Підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж в місцях комутації надмірних споживчих потужностей. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 261 – «Пожежна безпека» – Черкаський інститут пожежної безпеки імені Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України, Черкаси, 2024. Дисертацію присвячено вирішенню важливого наукового завдання у сфері пожежної безпеки електричних мереж. Запропоновано шляхи вдосконалення ефективності протипожежного захисту електричних мереж в умовах підвищеного локального нагріву в місцях комутації надмірних споживчих потужностей, що забезпечує мінімізацію наслідків загоряння та унеможливлює подальший розвиток пожежі. Мета роботи – підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж, які функціонують в умовах надмірного локального нагріву, за рахунок розробки елементу (розеткового модуля) із вбудованим температурним запобіжником. Для досягнення поставленої мети окресленого дослідження було вирішено такі наукові завдання. 1. Проаналізувати сучасний стан з підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. 2. Розробити структурно-логічну модель елементу системи протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. 3. Розробити математичну модель протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. 4. Розробити фізичну модель елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях надмірних споживчих потужностей. 5. Перевірити достовірність та варіанти впровадження розроблених моделей протипожежного захисту та висунути пропозиції з упровадження розроблених моделей. Об'єкт дослідження: процеси підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж. Предмет дослідження: параметри протипожежного захисту елементів електричних мереж у місцях комутації, які обумовлені надмірним локальним нагрівом. У дисертації для розроблення моделей застосовано методи системного, структурного, функціонального й математичного аналізу, теорії математичної статистики; для оцінювання ефективності математичного моделювання  теорія ймовірностей, метод морфологічного аналізу, методи планування наукових експериментів і обробки їх результатів, які уможливили достовірність отриманих результатів і сформульованих висновків. У процесі виконання дослідження вперше отримано такі наукові результати. 1. Розроблено структурно-логічну модель елементу системи протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей, що складається з двох контурів управління процесом протипожежного захисту: контуру управління в умовах достатності протипожежного захисту (достатнього) та контуру управління процесом протипожежного захисту в умовах комутації надмірних споживчих потужностей (інноваційного), який функціонує в разі встановлення факту наявності обмежень достатності протипожежного захисту. Він складається з восьми блоків, а саме: розроблення нових нормативно-правових актів; створення інноваційних технічних засобів захисту; розв’язування окремої задачі щодо визначення перехідних процесів під час короткого замикання; розв’язування окремої задачі величини струмів короткого замикання; розв’язування окремої задачі визначення температури та часу спрацювання плавкого запобіжника; побудова математичної моделі попередження пожежі; формування методики попередження пожежі за рахунок інноваційного технічного засобу захисту; вироблення управлінських рішень щодо заходів безпеки об’єкту захисту. 2. Розроблено математичну модель протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей, яка являє собою систему з двох аналітичних залежностей. Перша описує залежність основних параметрів елементу системи протипожежного захисту від основних параметрів електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. Друга дозволяє визначити ефективні параметри елементу системи протипожежного захисту залежно від варіантів розв’язування окремих задач: з визначення перехідних процесів під час короткого замикання; з визначення розрахунку струмів короткого замикання; з визначення температури та часу спрацювання плавкого запобіжника. 3. Розроблено фізичну модель елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях надмірних споживчих потужностей, яка спирається на процес розмикання електричного кола за умови перегрівання з’єднання в місцях надмірних споживчих потужностей за умови постійної візуалізації світлової індикації працездатності чи спрацювання теплового запобіжника елементу протипожежного захисту. У вступі обґрунтовано актуальність напряму дослідження за обраною темою; показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами; сформульовано мету й завдання дисертаційного дослідження; розкрито наукову новизну отриманих результатів і практичну значущість роботи; наведено дані про особистий внесок здобувача й упровадження результатів дисертації. У першому розділі «Сучасний стан з підвищення ефективності протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей» проаналізовано шляхи підвищення протипожежного захисту споруд та електричних мереж, акцентовано увагу на стійкій тенденції до збереження кількості пожеж, викликаних джерелами запалення електричного походження. Незважаючи на розвиток сучасних апаратів захисту, електричні розетки залишаються одним із місць, де внаслідок виникнення великого перехідного опору можуть відбуватися значні тепловиділення. Для попередження небезпечного виділення тепла запропоновано обладнати електричний елемент системи протипожежної безпеки електричних мереж температурними запобіжниками, які спрацьовуватимуть у разі перевищеня допустимої температури з’єднання і припинятимуть подальше нагрівання шляхом розмикання електричного кола. У другому розділі «Структурно-логічна модель елементу системи протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей» проаналізовано причини виникнення пожеж та шляхи підвищення пожежної безпеки електричних розеток. Розроблено інноваційну структурно-логічну модель елементу системи протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. Запропоновано ефективні параметри елементу системи протипожежного захисту. У третьому розділі «Математична модель протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей» досліджено поле формування математичної моделі. Отримано розв’язок окремої задачі з визначення перехідних процесів у разі короткого замикання. Розв’язано окремі задачі з розрахунку струмів короткого замикання й визначення температури та часу спрацювання плавкого запобіжника. Подано результати дослідження щодо опису математичної моделі протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. У четвертому розділі «Фізична модель елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей» розроблено фізичну модель елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях надмірних споживчих потужностей, інтегровано математичну модель у фізичну. Визначено основні підходи до розроблення фізичної моделі елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. Запропоновано опис фізичної моделі елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях надмірних споживчих потужностей. У п’ятому розділі «Перевірка достовірності розроблених моделей» доведено, що результати всіх натурних експериментів елементу протипожежного захисту електричних мереж у місцях надмірних споживчих потужностей, який побудовано за принципом, розглянутим у фізичній моделі, і теоретично розраховані значення опору та сили струму в місцях надмірної комутації, як складові численних експериментів, розташовуються в межах довірчих інтервалів, розрахованих відповідно до критерію Стьюдента з надійністю 0,95. Це свідчить про хорошу збіжність результатів емпіричних досліджень і теоретичних розрахунків та уможливлює коректні висновки в процесі наукової розвідки, підтверджуючи достовірність математичної моделі протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. Також запропоновано варіанти впровадження розроблених моделей. Доведено, що найбільш ефективним застосуванням розроблених моделей протипожежного захисту електричних мереж в місцях комутації надмірних споживчих потужностей є сучасна електрична розетка з температурними запобіжниками, які спрацьовуватимуть у разі перевищення допустимої температури з’єднання й припинятимуть подальше нагрівання шляхом розмикання електричного кола. Перспективним убачається використання її в усіх наявних вітчизняних системах протипожежного захисту електричних мереж у місцях комутації надмірних споживчих потужностей. Ключові слова: математична модель, фізична модель, електрична мережа, пристрої захисту електрообладнання, місця комутації надмірних споживчих потужностей, пожежна небезпека, штепсельне з’єднання. Список опублікованих праць за темою дисертації Наукові праці, у яких опубліковані основні результати дисертаційного дослідження: