авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Метод оценки и прогнозирования остаточного ресурса электропроводки на объектах апк в условиях неопределенности

На правах рукописи

Гончаренко Георгий Александрович МЕТОД ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ НА ОБЪЕКТАХ АПК В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Специальность 05. 20. 02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Научный консультант: доктор технических наук, доцент Воробьев Николай Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Багаев Андрей Алексеевич, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», кафедра «Электри фикация и автоматизация сельского хозяй ства», заведующий кафедрой;

кандидат технических наук, доцент Шахматов Сергей Николаевич, ФГБОУ ВПО «Красноярский государствен ный аграрный университет», институт энер гетики и управления энергетическими ре сурсами АПК, директор;

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится «10» декабря 2013 года в 14:00 на заседа нии диссертационного совета Д 212.004.02 при ФГБОУ ВПО «Алтайский госу дарственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, факс (8–3852) 36–71–29. http://www.altstu.ru, e mail:elnis@inbox.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государ ственного технического университета им. И. И. Ползунова.

Автореферат разослан «_» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. н., профессор Куликова Лидия Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бесперебойное электроснабжение сельских электро потребителей невозможно без надежной работы внутренних электрических се тей 0,4 кВ (электропроводки), проложенных в производственных зданиях и на объектах инфраструктуры сельских населенных пунктов. Электропроводка, яв ляясь для каждого сельскохозяйственного объекта индивидуальной, представ ляет сложную систему, объединенную функциональными, структурными и ин формационными связями. Сбои в работе такой системы могут приводить к пре кращению электроснабжения, простоям технологического оборудования, поте ри продукции и серьезным авариям. В процессе эксплуатации электропроводка (ЭП) подвергается тепловым, электрическим и механическим перегрузкам, негативным влиянием факторов внешней среды, что приводит к ускоренному старению, деградации и ее отказам (пробой изоляции, повреждение токоведу щих элементов и др.). Кроме того, в зданиях и жилых домах, построенных бо лее 50 лет назад, электропроводка выработала свой ресурс, что обусловило вы ход ее из строя, создание опасности электропоражений людей и сельскохозяй ственных животных, возникновение пожаров.

Значительная часть отказов электропроводки связана с локальным старени ем изоляции, снижением электрической прочности, вызванной абсорбцией и поляризацией, повреждением проводников, заводскими дефектами изделия, монтажом, неудовлетворительной эксплуатацией и т.д. Действующая норма тивная база предусматривает периодическое измерение сопротивления изоля ции электропроводки (1 раз в 2 года) и визуальный осмотр, что является явно недостаточным. Сама система эксплуатации сельскохозяйственных электро установок ограничивается лишь фактом обнаружения отказа или аварии, а не направлена на их предупреждение. Специалистам АПК приходится принимать интуитивные решения по предотвращению аварийных режимов в условиях не достаточности исходных данных, обусловленных наличием факторов, не под дающихся прогнозу.

Отсутствуют методики количественной оценки параметров надежности электропроводки в зависимости от совокупности разнородных факторов, опре деляющих техническое состояние (ТС) электроустановки или остаточный ре сурс. Для оценки и прогнозирования остаточного ресурса электропроводки в условиях неопределенности исходной информации представляется перспектив ным использование нового подхода, в основе которого лежит математическая теория нечетких множеств.

Работа выполнена в соответствии с Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года (МСХ РФ, приказ от 25 июня 2007 г. № 342) и аналитической ведомственной программой «Развитие научно го потенциала высшей школы» (2009-2011 гг.).

Целью работы является повышение надежности, безопасной и экономич ной эксплуатации электропроводки на объектах АПК путем обоснования мето да, позволяющего проводить оценку и прогнозирование остаточного ресурса ЭП.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих за дач:

1. Анализ отказов электропроводки зданий и сооружений, существующих методов контроля ТС электроустановок 0,4 кВ.

2. Обоснование диагностических параметров и разработка метода оценки технического состояния, позволяющего определить остаточный ресурс элек тропроводки.

3. Разработка метода прогнозирования остаточного ресурса на основе не четкой логики.

4. Проведение экспериментальных исследований ТС электропроводки про изводственных объектов, общественных зданий и жилых домов.

5. Разработка метода оптимизации интегрированного риска опасности ЭП.



Идея работы заключается в разработке нечеткого алгоритма оценки техни ческого состояния и прогнозирования остаточного ресурса ЭП, с помощью ко торого представляется возможным преодолеть существующую неопределен ность и неоднозначность информации об объекте контроля и обоснованно при нимать решения по увеличению срока службы ЭП за пределами нормативного значения, либо вывода ее в ремонт или замены при возникновении риска опас ности дальнейшей эксплуатации.

Объект исследования. Электропроводки производственных помещений, объектов инфраструктуры села и жилых домов.

Предмет исследования. Контроль ТС электропроводки с целью увеличе ния ее остаточного ресурса.

Методология и методы исследования. Теория электрических цепей, ими тационное моделирование, методы математической статистики, элементы тео рии нечетких множеств.

Научную новизну представляют:

1. Концепция остаточного ресурса электропроводки зданий, в основе кото рой лежит выбор диагностических параметров, определяющих техническое со стояние электроустановки при эксплуатации.

2. Метод оценки остаточного ресурса электропроводки по результатам диа гностики ее технического состояния.

3. Метод прогнозирования остаточного ресурса электропроводки в условиях неопределенности путем применения нечетких логических вычислений.

4. Математические модели, устанавливающие закономерности изменения диагностических параметров электропроводки от факторов внешней среды.

5. Метод оптимизации интегрированного риска опасности ЭП.

Практическая ценность состоит в разработке методики и алгоритма рас чета остаточного ресурса электропроводки, направленных на снижение отказов и аварийности электроустановок, повышение уровня электропожаробезопасно сти до нормативных значений, снижение эксплуатационных затрат и техноло гического ущерба от простоев производственных процессов.

Реализация результатов работы. Научные положения и выводы исполь зованы при разработке «Методических рекомендаций по оценки остаточного ресурса электропроводки объектов АПК», принятых Главным управлением сельского хозяйства Алтайского края для практического использования.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре электрификации производства и быта АлтГТУ и Рубцовском инду стриальном институте при изучении дисциплин «Основы электромагнитной совместимости» и «Техническая диагностика».

Апробация работы. Основные материалы и научные результаты работы докладывались и обсуждались на 10-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь 2013" (НиМ - 2013) (Барнаул, 2013 г.);

ХI Международной научно практической интернет-конференции " Энерго- и ресурсосбережение - XXI век", (г. Орел, 2013 г.);

Всероссийской молодежной конференции «Современ ные аспекты энергоэффективности и энергосбережения» (г. Казань, 2013 г.);

61 й Международной молодежной научно-технической конференции Молодежь.

Наука. Инновации (г. Владивосток, 2013 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Критерии диагностики технического состояния ЭП с учетом факторов старения и отказов.

2. Метод количественной оценки диагностических параметров, позволяю щих определить остаточный ресурс ЭП.

3. Результаты экспериментальных исследований старения и повреждения ЭП.

4. Метод прогнозирования остаточного ресурса ЭП на основе нечеткой ло гики, позволяющий в условиях неопределенности обоснованно принимать управленческие решения.

5. Метод оптимизации интегрированного риска опасности ЭП.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе 7 - в изданиях по перечню ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четы рех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Рабо та изложена на 214 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, таблиц, 9 приложений. Список литературы включает 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и за дачи исследования, ее научная новизна и практическая ценность, изложены ос новные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ технического состояния электропроводки, эксплуатирующейся в условиях сельскохозяйственного производства и быта населения. Рассмотрен механизм старения и деградации изоляционной и токо проводящей частей электропроводки. Приведены статистические данные по электротравматизму и пожарам, произошедших в электропроводках, проанали зированы основные причины отказов. Рассмотрены используемые методы и средства контроля и диагностики технического состояния электропроводки зданий.

Развитие электровооруженности села, специфические условия эксплуата ции и обслуживания электропотребителей выдвигают серьезную проблему обеспечения надежности и техногенной безопасности электроустановок напря жением 380/ 220 В. Ухудшение надежности функционирования электрохозяй ства аграрного сектора приводит к невосполнимым потерям людских и матери альных ресурсов, ухудшению экологической обстановки.

В настоящее время состояние электро-пожаробезопасности окружающей среды является неудовлетворительным. Ежегодно только в электроустановках зданий гибнет более 4500 человек, около 30 тысяч – получают увечья и инва лидность, при этом на долю сельской местности приходится порядка 70% от общего числа электротравм. Наибольший электротравматизм имеет место в сельском хозяйстве, в сфере производства и быта населения. Особую опасность представляют внутренние электропроводки, распределительные щитки, пере движные электроустановки и ручной электроинструмент. Более 40% травм происходят вследствие попадания человека под напряжение в результате по вреждения изоляции электроустановок. Неблагоприятной также является по жарная обстановка: значительную часть (до 25%) составляют пожары, вызван ные действием электрического тока. До 70% пожаров происходит из-за корот ких замыканий электропроводки. Для России характерен самый высокий в мире уровень гибели и травмирования людей при пожарах. Этот показатель в 5 – раз больше, чем в развитых странах. Так, в 2011 году было зафиксировано око ло 168,5 тысяч пожаров, погибло почти 14 тысяч человек, прямой материаль ный ущерб причинен в размере около 14 миллиардов рублей. Необходимо так же иметь в виду, что эксплуатация электроустановок в сельском хозяйстве име ет ряд специфических особенностей, к числу которых относятся: наличие элек трооборудования в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных, а так же вне помещений;

неудовлетворительное состояние и ведение электро хозяйства;

отсутствие профилактических испытаний изоляции и технической диагностики. Однако доминирующим фактором угрозы техногенной опасности следует считать критическим износ электропроводок и коммутационного обо рудования. Более половины всех зданий имеют электропроводку с выработан ным нормативным сроком службы и подлежит полной е замене, что требует значительных капитальных вложений. Приведенные соображения убедительно показывают важность решения задачи оценки и обеспечения нормативного уровня техногенной безопасности электропроводки в современных условиях развития АПК. В этой связи приобретает актуальность прогнозирование оста точного ресурса электроустановок зданий, совершенствование способов кон троля и диагностики технического состояния.

В диссертации рассмотрен подход, в основе которого лежит принцип «тех ногенной безопасности», согласно которому диагностика технического состоя ния ЭП может осуществляться по показателям (или параметрам), обеспечива ющим его надежность и безопасность в соответствии с действующими норма тивами. В этом случае остаточный ресурс или время работы до первого отказа ЭП можно рассматривать как суммарную наработку от момента контроля ТС до перехода в предельное состояние. Тогда оценивать ресурс ЭП можно некоторой совокупностью диагностических параметров и показателей. Примем, что диа гностический параметр поддается количественной оценке путем его измерения, а диагностический показатель – только качественной оценке из-за невозможно сти его измерения.

Для оценки техногенной опасности ЭП электроустановок проведена систе матизация основных дефектов и способов контроля ее технического состояния (табл. 1).

Электропроводка здания может иметь остаточный ресурс не только до ис течения расчетного срока службы, но и после него. Действующие нормы и ме тоды расчета срока службы электропроводки предусматривают обеспечение надежности и безотказности, износостойкости при наиболее неблагоприятных условиях внешней среды (повышенной влажности, колебаний температуры и др.), влияния электрического и теплового поля, механического воздействия, т.е.

тех факторов, которые приводят к преждевременной деградации и выходу из строя токоведущих и изолирующих частей проводки.

Таблица 1 – Систематизация основных дефектов электропроводки и способы их контроля Эксплуатационные дефекты Способы контроля (измерения) Проводники Изоляция Проводники Изоляция -Окисление. -Электрическое -Измерение -Измерение и тепловое старение целостности элек- сопротивления -Усталость металла. диэлектрика. трических цепей. изоляции -Коррозия -Снижение -Измерение -Измерение металла. объемного и поверх- активного сопро- тока утечки на ностного сопротивле- тивления контакт- землю (под -Нагрев токоведущих эле- ний. ных соединений. нагрузкой).

ментов. -Повышение -Измерение -Измерение диэлектрических по- температуры кон- (вычисление) ко -Нагрев контактных соеди- терь. тактных и переход- эффициента аб нений. -Эрозионный износ. ных сопротивлений. сорбции (опреде -Образование сви- ление степени -Образование -Измерение щей и трещин. Ча- токопроводящих мости- сопротивления це- увлажнения изо стичные (микро) ков. пей «фаза – фаза», ляции).





разрывы электриче- «фаза-нуль» (пол -Кавитация. -Измерение ских цепей. ное, активное, реак- (вычисление) ко -Увлажнение.

тивное). эффициента поля -Искрообразование.

ризации (опреде -Обугливание. -Измерение сопротивления за- ление степени -Пробой:

электрический, тепло- земляющего старения изоля вой. устройства. ции).

Основными факторами, определяющими надежность ЭП, являются электриче ская изоляция и состояние токоведущих ее элементов (рис. 1).

Рис. 1 – Схема замещения ЭП Элемент электропроводки может рассматриваться как однород ная линия с распределенными пара метрами, описываемая уравнениями в частных производных:

– = r0 i( + L0, (1) – = g0 u( + C0, где r0 и L0 – первичные параметры токоведущей части ЭП, обусловленные током проводимости iпр;

g0 и C0 - первичные параметры изоляционной части ЭП с током смещения iсм.

Рассмотрено понятие комплексной диэлектрической проницаемости к = ' j'', где действительная часть ' представляет собой непосредственно диэлек трическую проницаемость, а мнимая '' - отражает потери. '' с некоторым до пущением можно принять равным, где E – напряженность электриче ского поля, f – частота в сети, – тангенс угла диэлектрических потерь. Здесь величина – удельная активная проводимость изоляции с параметрами и. Способность диэлектрика создавать потери в перемен ном электрическом поле, характеризуемая произведением, будем рас сматривать как коэффициент диэлектрических потерь.

Показано, что в электропроводке, которая является носителем электриче ского поля, происходит рассеяние (диссипация) энергии. Рассеиваемая энергия за единицу времени рассматривается как диэлектрические потери, которые преобразуются в джоулево тепло, вызывая нагрев изоляции ЭП, вследствие че го ухудшаются е электрические свойства.

В переменном электрическом поле электропроводки можно выделить сле дующие виды диэлектрических потерь: потери на электропроводность, обу словленные током смещения;

релаксационные потери, вызываемые поляриза цией;

ионизационные потери при наличии в диэлектрике воздушных или газо вых включений. Для диэлектриков электропроводки, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, характерно значительное ухудшение его по верхностного сопротивления. На основании проведенного анализа установлено, что на величину поверхностного сопротивления изоляции ЭП оказывают влия ние следующие факторы: относительная влажность помещения, наличие агрес сивной среды (химически активных веществ), температура, шероховатость и чистота поверхности электропровода, наличие водорастворимых примесей в материале диэлектрика и его способность электризоваться, химический состав и структура диэлектрика.

Токоведущая система электропроводки (рис. 1) может быть представлена в виде n последовательно включенных отдельных элементов и единичных контактных переходов, конструктивно выполненных в виде клеммного соеди нения или «скрутки» в распределительных коробках. Многочисленные кон тактные соединения существенно снижают надежность и ресурс ЭП. Деграда ция электрического контакта, являясь потенциально «слабым звеном», протека ет на основе диффузионного роста поверхностных пленок на границе сопри косновения двух контактных элементов. Возникающие процессы окисления и химические реакции образования сульфидов при агрессивной внешней среде приводят к постепенному росту поверхностной непроводящей пленки на гра нице контакта, увеличению активного сопротивления и температуры контакт ных соединений, снижению проводимости электрической цепи.

Рассмотрена кинетическая концепция, объясняющая физические механиз мы старения и разрушения электротехнических материалов, в основе которой лежит признание того факта, что разрушение не может произойти мгновенно, и представляет собой процесс, протекающий во времени. Длительность этого процесса в конечном счете определяется временными характеристиками от дельных микроэлементов материала, находящихся в состоянии непрерывных тепловых колебаний. Эти колебания (дислокации) при воздействии внешних факторов вызывают диффузию (дрейф) в определенном направлении, которая с течением времени приводит к необратимым процессам, приводящим к разру шению изоляции и проводников ЭП.

Рассмотрены детерминистический и статистический подходы к оценке и прогнозированию остаточного ресурса электропроводки. Первый подход, ис пользуемый при сроке эксплуатации менее нормативного и незначительных дефектах, позволяет получить достаточно точные оценки показателей надежно сти. Второй – используется, если срок эксплуатации ЭП близок к нормативному или имеются значительные повреждения изоляции или токоведущих частей. В этом случае требуется определенная диагностика технического состояния, поз воляющая получить прогноз, направленный на выявление остаточного ресурса электропроводки и возможности его увеличения.

Оценка работоспособности ЭП по результатам периодических обследова ний может осуществляться путем выявления повреждений, определения их ве личины и сопоставления с предельно допустимыми значениями повреждений.

Критерии отказов и предельных состояний должны устанавливаться техниче скими условиями на электротехническую продукцию. Под критерием отказа понимается совокупность признаков, характеризующие неработоспособное со стояние ЭП, при котором использование по назначению невозможно и должно быть прекращено. При этом изделие (электропроводка) должно быть заменено на новое. Отметим, что критерии предельных состояний ЭП могут быть как ка чественными (наличие трещин, износ, обугливание и др.), определяемые визу ально-оптическими способами, так и количественными, значения (интервал) которых устанавливается соответствующими нормами.

Большинство опубликованных работ по рассматриваемой проблематике по священо диагностике асинхронных электродвигателей. Научные исследования по оценке остаточного ресурса электропроводки отсутствуют, что предопреде лило цель, поставленную в работе, и задачи, подлежащие решению.

Во второй главе разработан метод оценки и прогнозирования остаточного ресурса электропроводки (ОРЭП) в условиях неопределенности исходных дан ных и приведена его программная реализация, с помощью которой могут быть приняты управленческие решения по профилактике безопасности ЭП.

Концепция определения ОРЭП на основе нечеткой логики строится на предположении, что внешняя среда и режимные параметры влияют на ЭП, формируя рискообразующие факторы (РФ). Однако РФ нестабильны во време ни, а потому наибольшей информативностью о состоянии электропроводки об ладают результаты инструментального контроля ее состояния. Из контролиру емых измерительными приборами диагностических параметров (ДП) форми руют аппаратурные влияющие факторы АВФ (табл. 2). АВФ представляют со бой разнородную нечеткую информацию о техническом состоянии электропро водки, которую трудно интерпретировать, обрабатывать и трансформировать в виде остаточного ее ресурса.

Разработана система нечеткого логического вывода для определения ОРЭП Y Y на основе пакета Fuzzy Logic Toolbox о техническом состоянии ЭП. По резуль татам измерения АВФ формируется входной вектор, соответ ствующий конкретному объекту, и направляется в систему нечеткого логиче ского вывода, на выходе которой получают реальное значение ОРЭП.

На рис. 2 представлена разработанная иерархическая структурная схема не четкого логического вывода для определения ОРЭП.

FY1, FY2, FY3, FQ – свертки АВФ, осу Остаточный ресурс ществляемые посредством логического вы Q электропроводки, лет вода по нечетким базам знаний FQ Рис. 2 Схема нечеткого логического вы вода Y Y Описание АВФ к рис. 2 представлено Y FY FY1 FY в табл. 2. В ней Х1 - отношение либо Iнтпв (номинального значения тока X плавкой вставки предохранителя), либо Iнтнр (номинального значения X X6 X8 X X7 X3 X4 X X тока электромагнитного расцепителя автоматического выключателя), либо N N N N N N N N Iнтур (значения уставки по току сра батывания расцепителя автоматиче Ненормализированные значения АВФ ского выключателя) к Iкз - ожидаемо му току однофазного КЗ.

X1 не должно быть меньше 3;

X2 не должно быть меньше 1,1;

X3-X6 не должно быть меньше 500 кОм;

X7 - не более 4 Ом. При этом учитывается сум марное сопротивление контактов на основе переходных сопротивлений контак тов и проводников.

X8 не должно быть больше 30 мА, X9 - исходя из того, что если коэффици ент поляризации Кпол 1 - изоляция является опасной;

если Кпол =1... 4 - нор мальной;

если Кпол 4 – превосходной;

X10 - исходя из того, что если коэффи циент абсорбции Kaбc 1,25 - изоляция является несоответствующей, если Kaбc1,6 - хорошей, если Kaбc 1,6 - превосходной. При отсутствии каких-либо данных по X1-Х10 для четких факторов выбирают 0 или С‘ (после нормализа тора), а для нечетких факторов выбирают среднее значение от диапазона, а при наличии нескольких значений для каждого из Х1-X10 в качестве влияющего на ОРЭП фактора принимают наихудшее значение.

Таблица 2 – Совокупность факторов Обозначение Описание АВФ [диапазоны АВФ, измеряемых (Х3- Х10) приборами MIC АВФ 1000, MPI-525, мультиметром Prova и вычисляемых (Х1, Х2) на основе из мерений] Нормализатор N Х1 В зависимости от конкретного исполнения электропроводки - либо Iнтпв / Iкз, либо Iнтнр / Iкз, либо Iнтур / Iкз [от 1/3 до 0] Отношение верхнего значения тока срабатывания мгновенно действующего X расцепителя (отсечки) к ожидаемому току однофазного КЗ [от 1/1,1 до 0] Полное сопротивление изоляции цепи «фаза — ноль» [от 1,72 МОм до 22, X МОм] Полное сопротивление изоляции цепи «фаза — фаза» [от 1,72 МОм до 22, X МОм] Полное сопротивление изоляции цепи «фаза — защитный проводник» [от X 1,72 МОм до 22,7 МОм] Полное сопротивление изоляции цепи «фаза — защитный проводник» без X срабатывания УЗО [от 1,72 МОм до 22,7 МОм] Сопротивление заземляющих устройств [от 0,01 Ом до 4 Ом (меньшие зна X чения X7 соответствуют более высокому качеству электропроводки)] Дифференциальный ток утечки на землю [от 0 до 30 мА] X Качество изоляции по коэффициенту поляризации [изоляция: плохая (Н, X 50), хорошая (С,0) и превосходная (В,50)] Качество изоляции по коэффициенту абсорбции [изоляция: плохая (Н,-50), X хорошая (С,0) и превосходная (В,50)] Промежуточные переменные - промежуточные корни дерева Y1, Y2, Y Выходная переменная - корень дерева – ОРЭП Q В таблице 2 обозначения в скобках вида (Н,-50), (С,0), (В,50) соответствуют вводимым в программу нечеткой логики термам (Н-низкий, С-средний, В высокий), либо соответствующим им числам (-50, 0, 50), поскольку допускается и то и другое, кроме того, для Х3-Х6 при значениях от 0,5 Мом до 1,72 Мом принимают 1,72 Мом, при значениях от 22,7 Мом и выше принимают 22,7 Мом.

Связь F между входными переменными Хj и выходными переменными Y, Q описывается системой соотношений:

, (2), (3), (4), (5) [ ]. (6) Соотношения (2) по (6) соответствуют базе знаний, состоящей из логиче ских высказываний о взаимодействии входных Хi и выходных переменных Y1, Y2, Y3, Q. При разработке баз знаний использованы:

- известная кинетическая модель старения и разрушения ЭП в зависимости от времени эксплуатации (рис. 5);

- полученные в результате экспериментальных исследований усредненные зависимости изменения сопротивления изоляции, дифференциального тока утечки на землю, коэффициентов поляризации и абсорбции ЭП от срока ее экс плуатации.

При переходе к зависимостям в терминах нечеткой логики производилась:

- инверсия исходных данных по оси времени (переносом наименьшего вре мени на место наибольшего, второго по величине времени – на место предпо следнего, и т.д.), то есть - переход от времени эксплуатации к остаточному ре сурсу;

- инверсия осей – ОРЭП - по оси ординат, а АВФ - по оси абсцисс;

- замена имеющегося числа точек с четкими данными по осям в исходных зависимостях на 5 точек (средствами редактора Excel);

- замена получаемых 5-ти точек с четкими данными по осям на Н – низкое, НС – ниже среднего, С – среднее, В – выше среднего, В – высокое значение влияющего фактора.

Полученные зависимости использовались при разработке соответствующих нечетких баз знаний. Так, кинетическую модель ЭП от времени эксплуатации (рис. 5), в термах нечеткой логики для переменной Y1 можно представить (рис.

3).

Н – низкое, НС – ниже среднего, С – среднее, ВC – выше среднего, В – высокое значение влияющего фактора Х1, Х2, Х7 (в четких числах -50, -25, 0, 25 и 50 соответ ственно) Рис. 3 - К формированию базы знаний для моделирования переменной Y Разработанную нечеткую базу зна ний о влиянии факторов X1, …, X10 на параметры Y1, Y2, Y3 представим в бо лее общем виде:

, [ ( )] (7) где - нечеткий терм, которым оценивается переменная Xi в строчке с но );

kj - количество строчек-конъюнкций, в которых выход Y мером jp ( ;

m - количество термов, ис оценивается нечетким термом dj (kj = 5), пользуемых для лингвистической оценки выходного параметра Y (m = 5);

;

=10 – число АВФ (рис. 2);

- операция ИЛИ;

- операция И.

Уравнению (7) соответствуют нечеткие логические уравнения, связываю щие функции принадлежности нечетких термов входных и выходных перемен ных. То есть степень принадлежности входного вектора нечетким термам из базы знаний (7) на основе известных соот ношений можно записать в виде:

.

[ ] (8) При работе системы (рис. 2) нечеткое множество, соответствующее входному вектору X*, определяется на основе соотношения:

( ), (9) где операция объединения нечетких множеств;

- функция при.

надлежности выхода Q нечеткому терму dj, Четкое значение выхода Q, соответствующее входному вектору, опреде ляется в результате дефаззификации (преобразования нечеткого множества в четкое число) нечеткого множества. Применяется известная дефаззификация по методу центра тяжести:

, (10) – степень принадлежности выходного вектора его нечетким где термам, Q - ОРЭП в годах (рис. 2).

Предложенная схема формирования базы знаний, отображающая взаимо связь между входными переменными (X1 – X10) и выходной Q, позволяет по результатам измерений параметров электропроводки и соответствующей базы знаний (7) оценить техническое состояние ЭП и определить ее остаточный ре сурс Q. Тогда нечеткий логический вывод системы нечеткой логики (СНЛ) для определения ОРЭП можно представить (рис. 4).

X*1-Х*7 - реальные четкие (X*8-Х*10 - нечет X*1-Х*7 Норма- Функции принадлежности:

кие) АВФ, соответствующие конкретному зда лиза- диапазон изменения [-50 50];

тип (АВФ) тор qgaussmf;

параметры [14 -50] нию, полученным измерениями с помощью при боров;

Н – низкое, НС – ниже среднего, С – сред Дефаззифи нее, В – выше среднего, В – высокое значение катор + блок Фаззи- Машина X*8-Х*10 фи- Q АВФ;

- вектор нечетких множеств, соответ настройки нечеткого (АВФ) катор системы логического ствующий входному вектору X*;

- результат нечеткой вывода логического вывода в виде вектора нечетких логики множеств;

Q - выходной четкий вектор – ОРЭП, Известные и экспериментальные модели старения лет электропроводки - инверсия исходных данных по оси времени (переход от времени эксплуатации Рис. 4 - Нечеткий логический вывод СНЛ электропроводки к ОРЭП) - инверсия осей – ОРЭП - по оси Таким образом, преобразование ин ординат, а АВФ – по оси абсцисс - замена точек с четкими формации от АВФ (X1-Х10) в остаточный данными по осям на 5 точек - замена 5-ти точек с четкими данными по осям на 5 нечетких точек: Н, НС, С, ресурс Q происходит по алгоритму:

ВС, В - Нечеткие базы знаний X*1-Х*7 - реальные четкие (X*8-Х*10 - нечеткие) АВФ, соответствующие конкретному зданию или сооружению, полученным измерениями с помощью приборов;

- вектор нечетких множеств, соответствующий входному вектору X *;

- результат логического вывода в виде вектора нечетких множеств;

Q - выходной четкий вектор – остаточный ресурс электропроводки Рисунок 2.10 - Нечеткий логический вывод системы нечеткой логики для определения ОРЭП - измеряют значения АВФ X*1-Х*10 и печатают их в командном окне Matlab на место соответствующих значений X*1-Х*10 строки conc (X*1, X*2, X*7, X*3, X*4, X*5, X*6, X*8, X*9, X*10), где функция conc.m представляет собой разрабо танную программу, управляющую работой всей системы нечеткого логическо го вывода для ОРЭП, а АВФ X*1, X*2, X*7, X*3, X*4, X*5, X*6 предварительно пропускают через разработанный соответствующий нормализатор;

- в командном окне Matlab исполняют программу conc.m с использованием функций принадлежности, предварительно подобранных для каждой АВФ X1, X2, X7, X3, X4, X5, X6, X8, X8, X10 в FuzzyLogic системы Matlab, с участием ее компонентов (фаззификатора, машины нечеткого логического вывода, де фаззификатора), разработанных нечетких баз знаний и разработанного блока настройки системы нечеткой логики;

- в результате нечеткого логического преобразования АВФ X*1, X*2, X*7, X*3, X*4, X*5, X*6, X*8, X*9, X*10 в командном окне Matlab на основе соотно шений (2) - (10) получают ОРЭП, в годах.

Система нечеткой логики (рис. 2) спроектирована на работу с АВФ Х1-Х в диапазоне от -50 до 50 (в процентах отклонения от номинального значения АВФ), а измеренные значения четких АВФ согласно табл. 2 изменяются в раз личных пределах, поэтому использован дополнительный m – файл – нормали затор (скрипт). Для представления ОРЭП в годах разработан порядок настройки СНЛ Мамдани. При этом уравнение в конце скрипта conc.m с учетом функции округления round должно быть записано в виде:

Q =round((Qтек - Qmin)* T /( Qmax - Qmin)), (11) где Q – ОРЭП в годах;

T – максимальный срок службы ЭП (лет) (принима ется на основе действующих нормативных материалов для различных зданий);

Qтек – текущее значение ОРЭП;

Qmin – значение ОРЭП при минимальных АВФ;

Qmax – значение ОРЭП при максимальных АВФ.

Результаты модельных экспериментов по определению ОРЭП подтвердили:

- максимальный ОРЭП (30 лет), при наилучших значениях АВФ;

- минимальный ОРЭП (0 лет), при наихудших значениях АВФ;

- средний ОРЭП (17 лет), при средних значениях АВФ.

Разработанный метод расчета изложен в «Методических рекомендациях».

Результаты обследования фермы КРС на 400 голов СПК «Суетский» Суетского района Алтайского края на предмет определения ОРЭП свидетельствуют о том, что наибольший ОРЭП имеет родильная на 48 голов (21 год), ОРЭП телятника на 164 головы составляет 14 лет, а ОРЭП коровника на 400 голов равен 12 лет, что удовлетворительно согласуется с результатами экспертного обследования упомянутых объектов.

В третьей главе выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, целью которых является оценка технического состояния элек тропроводки производственных зданий и объектов инфраструктуры сельских населенных пунктов.

Дано обоснование выбора диагностических параметров. Приведена методи ка экспериментальных исследований, рассмотрен аппаратурно-программный комплекс для сбора и анализа статистических данных о состоянии электропро водки. Установлены корреляционно-регрессионные зависимости между диа гностическими параметрами и характеристиками внешней среды.

Сбор информации о техническом состоянии ЭП связан со значительными затратами. Поэтому задачей явилось получение необходимых данных при ми нимальных затратах путем планирования эксперимента и использования мето дов математической статистики. Основным здесь является определение мини мально необходимого количества измерений ДП, статистическая проверка ги потезы о законе распределения случайной величины и установление взаимосвя зи между диагностическими параметрами и рискообразующими факторами.

Процесс старения электропроводки может быть представлен в виде зависи мости S = (t), (12) где S - старение ЭП (вероятность безотказной работы Q0(t), параметр пото ка отказов (t) и т.д.).

В качестве показателя старения могут быть приняты: скорость изменения - отношение величины старения ко времени, в течение которого оно воз = никло;

интенсивность старения = - отношение величины старения к эле менту длины электропроводки, который повергается процессу старения.

Представим кинетическую модель S(t) старения и разрушения электропро водки объекта в зависимости от времени эксплуатации (рис. 5) 1- область приработки;

2- область стабилиза ции;

3- область разрушения Рис. 5 – Кривая старения и разрушения ЭП Выделим три характерных периода. В первом начальном периоде эксплуатации (период приработки) функция S(t) возрас тает монотонно по экспоненте. В конце периода происходит замедление роста и наступает второй период, когда функция S(t) становится почти линейной – наблюдается стабильная интенсивность ста рения ( = const). В третьем периоде по мере накопления повреждений скорость начинает увеличиваться до полного разрушения (отказа). Относительная про должительность этого периода в зависимости от условий эксплуатации при разных видах разрушений может быть различной. Так, при высокой влажности, резких колебаниях температуры и наличии агрессивной среды (животноводче ские помещения) процесс разрушения ЭП является более интенсивным и пер вый период (инкубационный, когда происходит накопление повреждений) мо жет перейти сразу в третий. При определенных условиях (в случае умеренных воздействий факторов внешней среды или нормального технического обслужи вания электроустановок) третий период может отсутствовать (электроустановка снимается с эксплуатации до возникновения отказа).

Показано, что предельное состояние электропроводки определяется некото рыми численными значениями диагностических параметров (ДП), характери зующих изоляционные и токопроводящие е свойства. В качестве ДП приняты:

- для изоляции ЭП: сопротивление изоляции (Rиз);

ток утечки на землю (Iут);

коэффициент абсорбции (Каб);

коэффициент поляризации (Кпол).

- для проводников ЭП: сопротивление целостности электрической цепи (Rц);

активное сопротивление контактных соединений (Rконт);

температуру переход ных сопротивлений (Т 0пер);

сопротивление цепи «фаза-ноль» (Rф-0).

Целью экспериментальных исследований является подтверждение теорети ческих моделей оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса электропроводки в условиях неопределенности, а также определение закономерностей изменения диагностических параметров ЭП от факторов внешней среды.

При выборе факторов, влияющих на значения диагностических параметров (Rиз, Iут, Каб, Кпол), учитывались: назначения объекта, марка провода и способ прокладки, температура и относительная влажность помещения, срок эксплуа тации электропроводки.

Были обследованы производственные здания, животноводческие объекты и жилые дома в сельских поселениях Алтайского края.

Рассматривались электропроводки (алюминиевые и медные) с поливинил хлоридной изоляцией. Учитывались следующие виды электрической нагрузки:

электродвигательная, электротермическая и осветительная.

Для измерения диагностических параметров ЭП и характеристик микро климата помещений использовалась система измерительных приборов (универ сальное диагностирующее устройство MIC-1000, токовые клещи – мультиметр переменного тока Prova и др.).

Целью статистической обработки результатов измерений является опреде ление законов распределения ДП и их числовых оценок, построение уравнений регрессии и определение коэффициентов корреляции, позволяющие установить причинно-следственные связи между ДП и признаками, характеризующими их численное значение.

Выполненная в работе статистическая обработка результатов измерений включает: обоснование объема выборки и оценку е однородности, определе ние коэффициентов вариации, выбор доверительной вероятности относитель ной погрешности измерений.

Формализованное описание процесса старения изоляции и токоведущей ча сти электропроводки может быть представлено в общем виде структурной схе мой влияния факторов на формирование значений ряда S(t) в виде следующего разложения:

S(t) = Fтр(t) + akk (t) + z(t), (13) где Fтр(t) – функция тренда, обусловленная физической природой процесса старения ЭП, характеризующая тенденцию (динамику изменения) диагностиче ского параметра S(t);

k(t) – функция, формирующая изменение диагностиче ского параметра, обусловленное действием k-го фактора;

z(t) – результат воз действия случайных факторов, не поддающихся учету и оценке;

ak - коэффици ент, принимающий значение 1 или 0, в зависимости от того, участвует ли в формировании значений S(t) k-ый фактор. Вывод об учете k-го фактора в фор мировании значений S(t) принимается экспертом на основании статистического анализа диагностических параметров.

Основываясь на разложении (13), можно дать общую формулировку задачи построения модели процесса старения ЭП: по имеющейся траектории S(t1), S(t2), …, S(tm) анализируемого ряда S(t) требуется обосновать модель, адекватно описывающую функции k(t), присутствующие в разложении, а также опреде лить значения параметров ak.

Показана возможность построения тренда по выражению (13) примени тельно к любому диагностическому параметру, описывающему процесс старе ния изоляции и токоведущей части электропроводки.

Для построения математической модели диагностического параметра ЭП в зависимости от факторов внешней среды была принята функция вида M[(ДП)] = (t0, V, T,,, ), (14) где M[(ДП)] – математическое ожидание диагностического параметра при соответствующих значениях контролируемых переменных;

t0 – температура помещения, V – относительная влажность;

T – срок эксплуатации электропро водки;

,, – коэффициенты, определение которых составляет цель экспери мента.

Полученные в диссертации уравнения регрессии позволяют достаточно точно прогнозировать k-ый диагностический параметр, что подтверждается вы сокими значениями множественных коэффициентов детерминизации и коэф фициентов корреляции. Их значения свидетельствуют об адекватном выборе совокупности факторов, влияющих на величину определенного диагностиче ского параметра.

В четвертой главе изложены общие принципы снижения риска обслужи вания электропроводки, рассмотрен вероятностно-статистический метод оцен ки опасности и обоснованы требования к системе электрической и противопо жарной защиты ЭП, сформулирован подход к оптимизации интегрированного риска ЭП.

Комплекс задач, решение которых направлено на создание системы опти мального обслуживания электропроводок сельскохозяйственных объектов, представлен на рис. 6.

Рассмотрены основные требования, предъявляемые к электропроводкам зданий, содержащиеся в отечественных нормативных документах и стандартах Международной электротехнической комиссии. Суть этих требований сводится к тому, чтобы электропроводки, эксплуатирующиеся в нормальных условиях или при возникновении аварийных режимов (коротких замыканий и электриче ских перегрузок), не явились причиной электротравматизма людей, возникно вения пожара, гибели или электропатологии животных. Наиболее пожароопас ными режимами следует считать короткие замыкания и перегрузки в электро проводке. Пожарная опасность КЗ проявляется в виде теплового эффекта от воздействия на проводник сопротивления тока iкз за время tкз, определяемого интегралом. Причем причиной КЗ могут быть не только внутренние факторы, но и внешние, например, температура пожара. Кроме того, в момент КЗ возникает электрическая дуга, которая также может приводить к воспламе нению расположенных вблизи горючих материалов.

Рис. 6 – Задачи оптимизации обслуживания ЭП Электрическая перегрузка относится к аварийному пожароопасному режи му, возникающему вследствие неправильного выбора, включения или повре ждения потребителей, в результате чего проходящий по цепи суммарный рабо чий ток превышает его номинальное значение. Внешним признаком перегрузки электропроводки является е перегрев, приводящий к тепловому старению изо ляции и е преждевременному выходу из строя. Пожарная безопасность ЭП при перегрузках, как и в случае КЗ, зависит от многих общих факторов;

отличием режима перегрузки от КЗ с точки зрения пожарной опасности является отсут ствие выделения части расплавленного металла токопроводящих жил провод ников.

Рассмотрена электрическая и пожарная опасность предаварийных режимов ЭП. Воздействие влаги и агрессивной среды животноводческих помещений, оседание электропроводящей пыли на изоляцию проводов, механические по вреждения изоляции приводят к появлению поверхностных токов утечки. От возникающего при этом тепла накопленная в ЭП влага испаряется, причем на поверхности изоляции остается слой соли. При прекращении испарения влаги ток утечки исчезает. Этот процесс является циклическим и при многократном его повторении возникает устойчивый ток утечки через изоляцию на землю.

Появление такого тока приводит к дуговым поверхностным разрядам, частич ным пробоям изоляции и неполным КЗ.

Приведенный в работе анализ предаварийных режимов ЭП показал, что они являются не менее опасными, чем сами аварии в электроустановках. Возника ющий пробой изоляции приводит к появлению опасного электрического потен циала на металлоконструкциях технологического оборудования и его выносу по PEN-проводникам на сторонние объекты. Эти потенциалы могут быть сколь угодно долго и при прикосновении токопроводящих частей человек попадает под опасное напряжение прикосновения Uпр и может получить электротравму.

При неполных КЗ, обусловленных токами утечки, в точке повреждения имеется определенное переходное сопротивление, в котором может выделяться значительное количество тепловой энергии, приводящей к воспламенению изо ляции ЭП даже при правильно выбранной электрической защите. Протекающий ток утечки по PEN-проводникам или в случае попадания человека под Uпр явля ется недостаточным для срабатывания защиты, например, автоматического вы ключателя. Однако величина этого тока вполне достаточна, чтобы вызвать электропоражение человека или привести к пожару.

Обоснованы требованиями обеспечения безопасности электропроводки.

Основными из них являются:

1. Токоведущие части ЭП не должны быть опасными при случайном пря мом прикосновении к ним человека в нормальном режиме работы.

2. Токи проводников ЭП и металлических частей электрооборудования, а также токи утечки на землю не должны превышать предельно допустимых зна чений (в соответствии с критериями безопасности и с учетом длительности нагрева ЭП) при всех режимах работы электропроводки.

3. Для защиты от электротравм людей, предотвращения электропатологии животных и пожаров должна применяться основная, вспомогательная и допол нительная защита при прямом прикосновении токоведущих частей и токопро водящих металлических конструкций, включая PEN-проводники, в нормаль ном, предаварийном и аварийном режимах (табл. 3).

В качестве основной защиты могут быть использованы: изоляция, соответ ствующая минимальному испытательному напряжению;

усиленная и двойная изоляция. Для вспомогательной защиты используются: зануление (системы TN C, TN-C-S, TN-S);

двойная изоляция;

защитное заземление, в том числе повтор ное;

уравнивание потенциалов;

электрическое разделение цепей;

автоматиче ское отключение, в том числе с применением защиты от сверхтоков и защиты, реагирующий на дифференциальный ток с номинальным отключающим током, не превышающим 30 мА (для обеспечения электробезопасности), и не превы шающим 100 мА (для обеспечения пожарной безопасности).

Таблица 3 – Рекомендации по применению электрической защиты в зависимости от режима ЭП Режим работы ЭП Вид защиты Основная Вспомогательная Дополнительная Нормальный эксплуатационный + - + Предаварийный (старение, + + + деградация) Аварийный + - + В качестве дополнительной защиты должны быть применены устройства защитного отключения с номинальным отключающим дифференциальным то ком 6 мА или 30 мА.

Рассмотрен вероятностно-статистический метод оценки и прогнозирования риска опасности электропроводки R = piyi, (15) если имеет место n опасных событий i с различными вероятностями pi и со ответствующим им ущербом yi, в течение одного года.

Введено обобщенное понятие «опасность электропроводки», под которым следует понимать сумму вероятностей возникновения пожара и электротравма тизма человека. В свою очередь вероятность возникновения пожара электро проводки Pп.эп = Pа.р. * Pп.з. * Pн.з., (16) где Pа.р. – вероятность возникновения аварийного режима (короткое замы кание, перегрузка, высокое переходное сопротивление и т.п.);

Pп.з. – вероятность того, что величина характерного пожароопасного фактора (тока, переходного сопротивления и т.д.) лежит в диапазоне пожароопасных значений;

Pн.з. – веро ятность неисправности или неправильного выбора (загрубления) защиты (элек тромагнитной, тепловой и т.п.).

Вероятность электротравмы человека от электропроводки Рэл. = Рпр. *Рнеот. * Рн.з., (17) где Рпр. – вероятность прикосновения к токоведущему элементу (прямой контакт) или токопроводящему корпусу электрооборудования (косвенный кон такт), на котором находится занесенный опасный электрический потенциал в результате повреждения изоляции ЭП;

Рнеот. – вероятность возникновения эф фекта неотпускания, проявляющаяся в невозможности самостоятельно разжать ладонь, охватывающую токоведущий контакт;

Pн.з. – то же (см. (16)).

Полная вероятность опасности электропроводки на объекте при ее обслу живании за время T (1 год) в общем виде Рп = [ ], (18) где i – фактор опасности ЭП (электротравма, пожар, отказ и др.);

j- эле мент () электропроводки на объекте (между двумя клеммными соединения ми).

Рассмотренный метод позволяет установить количественную связь между влияющими на техногенную опасность ЭП ряда определенных параметров, ис ходя из совместности событий. Получение информации о надежности, вероят ностей возникновения отказов и аварийных режимов ЭП достигается либо пу тем сбора и анализа статистических данных по результатам производственной эксплуатации электроустановок, либо методом экспертных оценок.

Рассмотрена задача оптимизации безопасности ЭП: в качестве критерия предложен показатель риска R, представляющий собой мультипликативную ха рактеристику, отражающую как вероятности возникновения техногенных опас ностей (электротравма и пожар), так и их последствия, выраженные в денежном эквиваленте.

Определение материальных потерь, связанных с электротравматизмом лю дей, объективно связанно с оценкой стоимости среднестатистической жизни человека (ССЖЧ). Признавая приоритет жизни и здоровья отдельного человека, нельзя игнорировать тот факт, что многочисленные случаи электротравм, гибе ли людей в ДТП и т.д. приносят огромные материальные потери обществу, вы ражающиеся недовкладом среднедушевого дохода в ВВП. Показано, что сум марные экономические затраты, связанные с обеспечением техногенной без опасности в электроустановках, состоят из затрат на создание систем техниче ских средств электрозащиты и денежного эквивалента, представляющего сумму всех материальных ущербов. Очевидно, что чем больше ущерб от электротрав матизма, тем больше требуется материальных затрат на их предотвращение и обеспечение приемлемого риска. Поэтому существует оптимум уровня риска, установлению которого предшествует экономический анализ (рис.7).

Рис. 7 – К обоснованию оптимального уровня интегрированного риска Кривая 1 – устанавливает связь между за тратами Зсб и риском Rполн (здесь отмечено предельное значение риска Rпр, при котором дальнейшее его снижение нецелесообразно по экономическим соображениям).

Кривая 2 – характеризует нелинейную функцию между Rполн и полным ущербом Уполн.

Кривая 3 – отражает зависимость Rполн = (Зсб + Уполн), которая показывает четко выра женный оптимум, определяющий экономическую целесообразность материаль ных затрат на систему безопасности (СБ). Точка экстремума функции R (Зсб + Уполн), определяет равенство материальных расходов на обеспечение безопасно сти и материальных ущербов, которые следует ожидать при заданном уровне риска.

Рассмотрены следующие математические постановки задачи оптимизации:

Rполн = min, при Зполн, (19) где - заданные затраты.

Зполн min, при Rполн R0, (20) - где R0 - заданный (нормативный - 110 ) уровень риска.

Принята вторая задача оптимизации Rполн (20), сводящаяся к минимизации всех материальных затрат, связанных с созданием СБ, направленной на сниже ние риска, и ущербов, вызванных электротравматизмом людей, пожарами и электропатологией животных.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Сложившаяся в сельскохозяйственной отрасли система обслуживания электропровод ки зданий и сооружений не отвечает современным требованиям надежности и безопасности.

Электропроводка, основной функцией которой служит непосредственная передача электро энергии потребителям, является наиболее распространенным и опасным видом электротех нических изделий (здесь происходит подавляющее количество отказов и аварий, приводя щих к перерывам электроснабжения, электротравматизму людей, сельскохозяйственных жи вотных, возникновению пожаров).

2. Регламентируемые нормы обслуживания ЭП ограничиваются периодическим измере нием сопротивления изоляции и визуальными осмотрами, что является недостаточным для объективной оценки технического состояния электропроводки. Существующие методы кон троля ТС не позволяют определить остаточный ресурс ЭП, тем самым своевременно прини мать решения, направленные на предотвращение угроз техногенного характера. Разработан ная концепция оценки и прогнозирования остаточного ресурса электропроводки, в основе которой лежит многопараметрическая модель процесса изменения свойств изоляционной и проводниковой частей ЭП, предполагает наряду с параметрами надежности учет критериев риска, включающих компоненты безопасности и экономичности. Реализация выдвинутой в диссертации концепции требует совершенствования методов прогнозирования остаточного ресурса и оценки риска эксплуатации электропроводки.

3. Техническое состояние электропроводки следует оценивать совокупностью диагно стических параметров, характеризующих изоляционные и токоведущие свойства ЭП. Про гнозирование остаточного ресурса с целью продления срока безопасной эксплуатации ЭП предложено проводить, используя более точный статистический метод, основанный на веро ятностных оценках диагностических параметров.

4. Разработан метод оценки остаточного ресурса, позволяющий с помощью нечеткой ло гики прогнозировать техническое состояние ЭП по диагностическим параметрам до дости жения их критических значений. Метод является основой для анализа рисков при эксплуата ции электроустановок и оптимизации системы безопасности. Практическую реализацию раз работанного метода обеспечивает алгоритм оценки остаточного ресурса ЭП, позволяющий в реальных условиях эксплуатации прогнозировать ее критическое состояние, тем самым по высить эффективность технического диагностирования электропроводки. Изложенный метод позволяет оценивать ОРЭП вне зависимости от времени эксплуатации ЭП от момента ввода ее в эксплуатацию до момента текущего контроля, что соответствует стратегии технического обслуживания электроустановок по реальной потребности.

5. На основании экспериментальных исследований построены математические модели рискообразующих факторов воздействия электрического и теплового полей, параметров внешней среды на процесс старения ЭП. Получены статистические распределения диагно стических параметров и подтверждена адекватность теоретической модели ресурса электро проводки опытным данным.

6. Разработанный статистический метод оценки техногенного риска ЭП позволяет полу чить объективную информацию о надежности работы электроустановки (определить крите рии отказов, влияющих на электрическую и пожарную опасность, вероятности возникнове ния аварийных режимов, электротравм и пожаров).

7. Обоснованы требования к созданию системы техногенной безопасности ЭП, пред ставляющей совокупность основных, вспомогательных и дополнительных мер в сочетании с диагностикой технического состояния электропроводки. Реализация предложенных мер поз воляет существенно снизить риски опасности электропроводок и достичь нормативного уровня (1·10-6).

8. Разработан метод оптимизации системы безопасности ЭП, в качестве критерия кото рой предложен показатель интегрированного риска R, представляющий собой мультипли кативную характеристику, отражающую как вероятность возникновения техногенных опас ностей, так и последствия, выраженные в денежном эквиваленте. Оптимизация СБ состоит в минимизации полных затрат Зполн, включающих затраты на создание системы безопасности и материальные потери, вызванные электротравматизмом и пожарами.

Методический подход к оптимизации риска является общим и может служить основой для проектирования безопасных электроустановок 380/220 В.

9. Социально-экономическая эффективность разработанного метода оценки и прогнози рования остаточного ресурса ЭП выражается в повышении качественных и количественных показателей функционирования сельскохозяйственных электроустановок. Социальный эф фект достигается путем снижения риска электропоражений людей и улучшения охраны тру да и техники безопасности. К факторам экономического эффекта следует отнести: предот вращение аварийных ситуаций, снижения рисков пожаров и электропоражения животных, продление ресурса ЭП и исключение неоправданных работ, а также сокращение времени простоев технологического оборудования.

Разработаны предложения по внесению поправок в действующие нормативные доку менты (ПУЭ, ПТЭЭП) в части повышения эффективности технического диагностирования электропроводки.

Список основных публикаций по теме диссертационной работы:

в изданиях по перечню ВАК 1. Гончаренко, Г.А. Физические основы старения и повреждения электропроводки зда ний / Г.А. Гончаренко // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2012. - № 4. – С. 147 - 152.

2. Гончаренко, Г.А. Концепция оценки остаточного ресурса электропроводки и алго ритм его определения / Г. А. Гончаренко, О. К. Никольский // Вестник КрасГАУ. - Красно ярск, 2013. - № 9. - С. 210-214.

3. Гончаренко, Г.А. Математическая модель травмоопасных ситуаций в электрических сетях 0,4 кВ / Г. А. Гончаренко, О.К. Никольский, Н.И. Черкасова // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2013. - № 8. - С. 198-202.

4. Гончаренко, Г.А. Математическое моделирование технического состояния электро проводки сельскохозяйственных объектов/ Г.А. Гончаренко // Вестник КрасГАУ. – Красно ярск, 2013. - № 10. - С. 240-243.

5. Гончаренко, Г.А. Вероятностно-статистический метод оценки и оптимизации риска опасности электропроводки сельскохозяйственных зданий и сооружений /Г.А. Гончаренко // Вестник алтайской науки. – Барнаул, 2013. - № 2/2. - С. 264-267.

6. Гончаренко, Г.А. Обеспечение комплексной безопасности электроустановок зданий / Г.А. Гончаренко // Вестник алтайской науки. – Барнаул, 2013. - № 2/2.- С. 268-271.

7. Гончаренко, Г.А. Обоснование выбора диагностических параметров электропровод ки / Г.А. Гончаренко // Вестник алтайской науки. – Барнаул, 2013. - № 2/2.- С. 260-264.

в других изданиях 8. Гончаренко, Г.А. Методика оценки технического состояния электропроводки зданий / Г.А. Гончаренко, О. К. Никольский // Электробезопасность. - Челябинск, 2012. - № 4. - С.

22-26.

9. Гончаренко, Г.А. Моделирование рисков опасности от состояния электропроводки зданий / Н.П. Воробьев, Г.А. Гончаренко, Е.Ю. Рыжикова Е.Ю. // ХI Международная научно практическая интернет-конференция " Энерго- и ресурсосбережение - XXI век ", г. Орел, марта по 30 июня 2013 г./ Секция № 1. Проблемы энергоресурсосбережения и безопасной эксплуатации зданий, сооружений и городских территорий. С. 41-43 [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – М., [2013]. – Режим доступа: http://www.gu unpk.ru/file/science/confs/2013/ee/publ/MIK-_2013.pdf - Загл. с экрана.

10. Гончаренко, Г.А. Система нечеткой логики для определения остаточного ресурса электропроводки в зданиях и сооружениях / Н.П. Воробьев, Г.А. Гончаренко, Е.Ю. Рыжико ва // ХI Международная научно-практическая интернет-конференция " Энерго- и ресурсос бережение - XXI век ", г. Орел, 15 марта по 30 июня 2013 г./ Секция № 8. Интеллектуальные технологии и автоматизированные системы управления в задачах повышения энергоэффек тивности. С. 262-264 [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – М., [2013]. – Режим доступа:

http://www.gu-unpk.ru/file/science/confs/2013/ee/publ/MIK-_2013.pdf - Загл. с экрана.

11. Гончаренко, Г.А. Алгоритм оценки остаточного ресурса электропроводки зданий и сооружений на основе нечеткой логики / Г.А. Гончаренко // ХI Международная научно практическая интернет-конференция " Энерго- и ресурсосбережение - XXI век ", г. Орел, марта по 30 июня 2013 г./ Секция № 1. Проблемы энергоресурсосбережения и безопасной эксплуатации зданий, сооружений и городских территорий. С. 183-185 [Электронный ре сурс]. – Электрон. дан. – М., [2013]. – Режим доступа: http://www.gu unpk.ru/file/science/confs/2013/ee/publ/MIK-_2013.pdf - Загл. с экрана.

12. Гончаренко, Г.А. Диагностика технического состояния электропроводки на основе интеллектуального анализа данных / Л.С. Попов, Г.А. Гончаренко, Н.П. Воробьев // 10-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь - 2013" (НиМ - 2013). Секция «Электроэнергетика». Подсекция «Элек троснабжение. Электрическая и электромагнитная безопасность». – 3 с. [Электронный ре сурс]. – Электрон. дан. – М., [2013] – Режим доступа:

http://edu.secna.ru/media/f/epb_tez_2013.pdf. - Загл. с экрана.

13. Гончаренко, Г.А. Техническая диагностика и остаточный ресурс электроустановок:

монография / О. К. Никольский, Н.П. Воробьев, Г.А. Гончаренко, А.А. Сошников, Г.В. Су ханкин, А.Ф. Костюков;

под общ. ред. заслуженного деятеля науки и техники России, докт.

техн. наук, проф. О. К. Никольского//Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул:

Изд-во АлтГТУ, 2013. - 207 с.

Подписано в печать 6.11.2013. Формат 60х84 1/16.

Печать – цифровая. Усл.п.л. 1,16.

Тираж 100 экз. Заказ 2013 – Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, тел.: (8–3852) 29–09– Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28–35 от 15.07.97 г.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.