CC BY
12
СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЕЙ, НАХОДЯЩИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ НА АТОМНЫХ
СТАНЦИЯХ
Рудаков С.В., к.т.н., доцент, Мусиенко А.Н., адъюнкт Национального университета гражданской
защиты Украины, г. Харьков
Анализ статистических данных показывает, что ежегодно в Украине от электротехнических изделий происходит около 50 000 пожаров; это составляет 20-25% к общему числу пожаров в стране. Традиционно наиболее пожароопасными из года в год (более 60% к общему числу пожаров от электроустановок) являются кабельные изделия [1,2].
"Первенство" кабельных изделий по пожарной опасности среди всех электротехнических изделий особенно наглядно подтверждает интегральный показатель - ранг пожарной опасности, который включает три основных статистических показателя: число пожаров, наносимый ущерб и число погибших на пожаре людей.
Коэффициент значимости пожарной опасности К каждого вида изделий определяется по сумме рангов (мест), которые этот индекс занимает в ранжированном, в порядке уменьшения показателя, ряду по количеству пожаров (Яп), наносимому пожаром ущербу (Яу) и числу погибших (Яг)
где Si - Яп + Яу + Яг - сумма рангов ¿-го изделия; Sl - сумма рангов наиболее пожароопасного изделия (в данном случае кабелей).
Для обеспечения новых требований пожарной безопасности в 2011 году были разработаны рецептуры ПВХ-пластикатов, предназначенных для изоляции, оболочек и внутреннего заполнения кабелей. Своевременное выявленное отклонение значений параметров изоляции отдельного кабеля от нормативных, помогает спрогнозировать старение изоляции остальных кабелей, находящихся в одинаковых условиях эксплуатации, что способствует снижению пожарной опасности кабелей. В кабелях контроль характеристик (частичной емкости, угла диэлектрических потерь) каждой из компонент (полиэтилен, ПВХ-пластикат) изоляции по отдельности невозможен.
Рис.1. Поле экранированной витой пары. Рассмотрим поле экранированной витой пары (рис.1). Она содержит три электрода: две жилы и экран. Это дает возможность создавать в ней разные
К = Sl / Si
в
структуры электрического поля, концентрируя его, в основном, либо в изоляции одной жилы, либо - другой, либо в промежутке между ними. Электроды из участка изоляции, который необходимо исключить из контроля, закорачиваются. Часть силовых линии при этом, все таки проникнет в закороченную часть изоляции, вызывая потери в ней.
Существует несколько методов нахождения характеристик одного (искомого) компонента на фоне совокупных измерений: частотный, временной, пространственный [2, 3]. При использовании этих методов не учитывается частичное проникновение электромагнитного поля в изоляцию отдельных элементов кабеля. Рассмотрим два вида испытательных схем (рис..2): а) "две жилы - экран"; б) "жила - против второй жилы и экрана совместно".
В расчетной модели учтем различие диэлектрических проницаемостей межфазного заполнения (е1) и изоляции жил (е2).
Рис.2. Характер силовых линий поля при разных схемах испытаний.
Расчет выполним методом расчета поля в вакууме. Расчетные модели содержат поверхности, совпадающие с границами раздела сред исходной задачи. На поверхностях следует расположить заряды и подобрать их плотности а, Кл/м так, чтобы на поверхностях модели, отражающих электроды, достигались заданные потенциалы, а на поверхностях, отражающих границы раздела диэлектрических сред - выполнялись граничные условия равенства нормальных составляющих вектора электрического смещения. Тогда поле модели будет идентично полю исходной задачи. Испытуемый отрезок кабеля изогнут по форме окружности радиуса R0 . Именно в таком виде он и помещается в испытательную камеру.
Система интегральных уравнений может быть представлена для узлов, расположенных на поверхностях электродов, записываются интегральные уравнения Фредгольма первого рода :
1 г а(М)• 4Rм • К(к)• Шм = ^(е),
_ _*м ^У'У ""м
4ЖВп * ^т ^ ч2 , , „
№в - гм )2 + (Rв + Rм )2 где К (к) - полный эллиптический интеграл первого рода;
а)
k =
4rqrm
\ (%в - гм )2 + (Rв + Rм )2 Rв, гв - цилиндрические координаты точки Q, в которой ищется потенциал; Rм, 1м - цилиндрические координаты точки М, в которой расположен заряд; dlм - длина участка образующей с центром в точке М; а(м - плотность вторичного заряда на этом участке (Кл/м ); е0 -электрическая постоянная; (р(в) - заданный потенциал точки Q. Интегрирование в (1) осуществляется по всем образующим кольцевых поверхностей осесимметричной модели. Численно решая СЛАУ, найдем плотности искомых вторичных зарядов.
Энергия электростатического поля в изоляции закороченной жилы может составлять 0,0616 ^ 0,157 от энергии поля в изоляции не закороченной жилы. Для кабеля с полиэтиленовой изоляцией и типовым соотношением = 1 величина W2/ W1 = 0,117 « 12 % .
Приведена оценка числового значения относительной погрешности измерения напряженности поля в изоляции кабелей, которое позволило учесть влияние зондирующего электромагнитного поля при контроле параметров изоляции кабелей. Предложена расчетная модель влияния зондирующего электростатического поля на погрешность результата контроля изоляции отдельных компонент кабелей, которая применяется для своевременного выявления отклонений значений параметров изоляции отдельного кабеля от нормативных. А это, в свою очередь, помогает спрогнозировать старение изоляции остальных кабелей, находящихся в одинаковых условиях эксплуатации, что способствует снижению пожарной опасности кабелей.
Список литературы
1. Рудаков С.В. Предотвращение чрезвычайных ситуаций на атомных станциях путем оценивания состояния изоляции кабельных изделий. - Х.: Проблеми надзвичайних ситуацш. Зб. наукових пр. УЦЗУ, 2008. - 325 с.
2. Шалыг Г.М. Определение мест повреждения в электрических цепях. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 312 с.
3. Беспрозванных А.В., Набока Б.Г., Рудаков С.В. Контроль параметров изоляции трехфазных кабелей методом косвенных. - Х.: НТУ «ХПИ», 2002. - Вып. 7, Т.1. - С.103-108.
