System of electric and fire safety of an object with thermoelectric monitoring of equipment and linear cable structures

Belozerov Vladimir Valer'evich External Doctoral Candidate at State Fire Academy of Emercom of Russia; Technical Director of LLC “Tritart” 346735, Russia, Rostov-on-Don, Pereulok Astronomichesky 22/9 isagraf@mail.ru Other publications by this author

Nguen Tuan An' PhD in Technical Science Vice Dean of Faculty, Institute of Fire Safety 100000, Vietnam, Hanoi, Huat Zui Tiena Street 243 tuan_moskva@mail.ru

Несмотря на теоретический задел по диагностике пожарной опасности электроприборов и линейно-кабельных сооружений по токам утечки ^[1-5], проблема автоматизации предотвращения пожаров с использованием методов контроля токов утечки до настоящего времени была не решена.

Это обусловливалось рядом трудностей в решении задач обеспечения пожаровзрывобезопасности объектов промышленности ^[6,7]:

во-первых, сложностью систем пожаровзрывобезопасности из-за большого количества взаимосвязанных элементов и необходимости их контроля в реальном масштабе времени, что порождает огромный объем обрабатываемой информации;

во-вторых, низкой чувствительностью существующих средств электрической и тепловой защиты, не позволяющих своевременно обнаруживать предпожарные режимы оборудования и линейно-кабельных сооружений;

в-третьих, отсутствием автоматических датчиков и устройств контроля токов утечки, позволяющих своевременно обнаружить превышение допустимого уровня токов утечки в работающем электрооборудовании и передать информацию на верхний уровень автоматизированной системы, или диспетчеру, т.е. лицу принимающему решение (ЛПР).

В настоящее время появились достаточные предпосылки для автоматизированного решения задач в системе пожаровзрывобезопасности объектов промышленности (высокое быстродействие ЭВМ, большие объемы памяти, широкая номенклатура измерительных и управляющих модулей, наличие достаточного опыта создания и эксплуатации автоматизированных систем и т.д.).

В связи с изложенным, была предпринята попытка моделирования автоматизированной системы, которая с помощью термоэлектрозондирования электрообрудования (ЭО) и линейно-кабельных сооружений (ЛКС), контролируя электрические параметры ЭО (напряжение, ток, активную и реактивную мощность, включая перекос фаз), а также температуру и электрофизические параметры изоляции ЛКС, вычисляет токи утечки каждого провода, распознавая пожароопасные ситуации, и предотвращая загорания и пробой, путем автоматизированного отключения.

На примере производственного цеха маширостроительного завода была разработана модель (рис.1) автоматизированной системы предотвращения пожаров от ЭО и ЛКС (АСППЭ).

В связи с отсутствием приборов, позволяющих измерять токи утечки при работающем электрооборудовании, модель построена на вычислении токов утечки по текущим значениям напряжений на проводах (U_Тi), которые измеряется модулями АЕТ-423, текущим температурам проводов (Т_Тi), которые измеряется термометрами-сопротивлениями (ТСМ-50М) и модулями W937T, и сопротивлений изоляции проводов (R_ti), которые получены перед включением электрооборудования (а затем после выключения), по результатам измерений прибором Е7-20 следующих параметров каждого провода, относительно его изоляции в диапазоне частот от 25Гц до 1 МГц ^[8]:

индуктивности- Li;

емкости- Сi;

активного сопротивление- Ri;

реактивное сопротивление - Xi;

проводимости- Gp;

тангенса угла потерь- tg δ;

добротности- Q;

модуля комплексного сопротивления- |Z|;

угла фазового сдвига комплексного сопротивления- φ;

тока утечки (на постоянном токе)- I.

Рисунок 1 - Структурная блок-схема системы

Подключение Е7-20 на каждый провод и отключение после окончания цикла измерений осуществляется реле (по 2 группы в каждом), которые включены в источник вторичного электропитания DRA120-24SSA (24В/5А) через 32-х канальные модули вывода дискретных сигналов М 9540, управляемые контроллером (Trei-05), состоящем из процессорного мастер-модуля М 902Е-24310, расширенного 2-мя модулями Ethernet, 2-мя модулями RS-485 (COM3,COM4) и 4-х проводной платой RS-485 (рис.2). При этом сам Е7-20, в отличие от контроллера, который подключен в компьютер диспетчера через Ethernet, включается через порт СОМ1 (RS-232) и программа «верхнего уровня» осуществляет цикл измерений каждого обесточенного провода, блокируя возможность включения через контроллер, меняя каждые 40 мс частоту измерений от 25Гц до 1 МГц, и записывая на диск функции указанных выше параметров, после чего вычисляет сопротивления изоляции проводов (R_ti), которые используются в дальнейшем при эксплуатации электрооборудования до следующего выключения. Указанный цикл измерений занимает 1,2 секунды на каждый провод (4,8 сек. на 3 фазы и нулевой провод), а с вычислением функции R_ti(Т) на рабочей частоте (в данном случае 50 Гц) составляет – менее 6 секунд на единицу электрооборудования, после чего компьютер диспетчера «разрешает» включение измеренного оборудования в работу и возвращается к циклическому опросу АЕТ-423 и записи в базу данных параметров работающего электрооборудования ^[8,9].

Рисунок 2 Схема контроля и управления электроприводами цеха

Как только компьютер диспетчера «обнаруживает выключение» какого-либо электрооборудования по «нулевым показаниям» АЕТ-423 в цикле опроса, то тут же выдается команда контроллеру на блокировку его включения, и запускается цикл измерений, описанный выше. При этом в базу данных всегда записывается текущая температура проводов и кабелей (Т_Тi), что позволяет в течение длительного времени эксплуатации, дополнять функции указанных выше параметров и функцию сопротивления изоляции проводов (R_ti), включая сезонные изменения температур и влажности в цехе (на схеме термогигрометр не показан), которые измеряются отдельным прибором и записываются в базу данных компьютером диспетчера.

При превышении токами утечки пожароопасного порога, компьютер выдает диспетчеру «предложение на отключение и ремонт электроустановки», в которой это обнаружено. Диспетчер может отклонить отключение, если по технологии это недопустимо, но на его пульте появится окно с возможностью активации выключения, которое можно осуществить в любой момент. Однако после окончания технологического процесса и выключения «пожароопасной электроустановки», контроллер заблокирует её включение вновь, до тех пор пока выявленные нарушения не будут устранены и диспетчер введет команду допуска электроустановки к эксплуатации.

Впервые предложена модель автоматизированной системы, которая с помощью термоэлектрозондирования электрообрудования (ЭО) и линейно-кабельных сооружений (ЛКС) в реальном масштабе времени, контролируя электрические параметры ЭО (напряжение, ток, активную и реактивную мощность, включая перекос фаз), а также температуру и электрофизические параметры изоляции ЛКС, вычисляет токи утечки каждого провода, распознавая пожароопасные ситуации, и предотвращая загорания и пробой, путем их автоматизированного отключения.