🗊Презентация Обеспечение пожаробезопасности аппаратуры автоматики и развитие математических моделей, методов и средств для их решения

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Институт компьютерных наук и технологиц Кафедра «Системный анализ и управление» Симаков Игорь Павлович Лекция на тему: СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИКИ И РАЗВИТИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ ИХ РЕШЕНИЯ Санкт-Петербург

Цели и задачи исследований 1. Развитие математических моделей и методов анализа физических и физико-химических процессов в электрических цепях систем автоматики (контроля и управления) при возможных коротких замыканиях и перегрузках с выявлением закономерностей и условий возгорания электропроводок (в том числе в отдаленных от места возникновения дефектов помещениях). 2. Разработка теоретико-методологических основ для создания инженерной расчетной методики с программным обеспечением, позволяющей для схем любой сложности и конфигурации и выявить потенциально пожароопасные участки схемы и осуществить согласованный выбор типов и сечений проводников и устройств защиты (предохранителей и/или автоматических выключателей), исключающих возможность возгорания при полных и неполных КЗ и перегрузках. 3. Выработка предложений по совершенствованию средств защиты электрических цепей от возгораний при КЗ и перегрузках и принципам сверхраннего обнаружения предпосылок к возгоранию электропроводок и монтажа приборов.

ПРЕДПОСЫЛКИ К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.Установлено, что причиной подавляющего числа возгораний и пожаров является недостаточная теоретическая и экспериментальная проработка вопросов организации защиты электропроводок, приборного монтажа аппаратуры автоматики и электрических цепей от токов К.З. и перегрузок, в том числе и при старении материалов. 2. Действующие НТД и принятые в них критерии по защите электрических цепей и согласованному выбору предохранителей (автоматов защиты) и сечений и марок проводов подвергаются хотя и резкой, но справедливой критике. 3. Проблема проектирования пожаробезопасной аппаратуры систем «упирается» прежде всего в отсутствие информации о токовременных характеристиках (ТВХ) проводов. Для предохранителей и автоматов защиты такие характеристики известны из ТУ, Паспортов и Руководств по эксплуатации. 4. Только совместный анализ ТВХ проводов и ТВХ ПР путем их наложения друг на друга позволит объективно оценить возможность возгорания изоляции и осуществить при проектировании грамотный выбор типов и сечений проводников и средств защиты. 5. Экспериментальное определение ТВХ проводов для всей номенклатуры проводов, сечений, материала оболочки (изоляции), внешних условий не может быть в принципе выполнено (и не только из-за необеспеченности финансированием). 6. Выход один – в разработке адекватных математических моделей для получения ТВХ проводов с проведение «разумного» числа экспериментов для определение небольшого числа параметров модели (в частности, коэффициентов теплообмена)

Содержательная постановка задачи

Несколько «житейских» соображений: Изоляция электропроводки и кабелей – неконтролируемый и неохраняемый склад горючих материалов. Удельная теплотворная способность, например, проводников с поливинилхлоридной изоляцией = 7500 ккал/кг ( как и у АНТРОЦИТА !). Проводники являются и источниками зажигания при К.З. и перегрузках, и горючим веществом. А с окислителем проблем нет. 4. Внешним признаком перегрузки кабельных изделий является их перегрев, приводящий к возможному зажиганию изоляции.

Пример стандарта «Защита электрических цепей. выбор предохранителей» Критерием защищенности цепи от токов короткого замыкания (к.з.) принято неравенство где - расчетный ток короткого замыкания, - номинальный ток плавкой вставки.

Электрическая цепь с последовательно включенными проводами различного сечения

К постановке задач математической физики Модель для расчета нестационарного температурного поля в двухслойной конструкции системы «проводник – изолятор» при К.З. и перегрузках

Математическая модель задачи

Теплофизические характеристики объекта исследования

Методы решения задачи

Методы аналитического решения задачи

Методы аналитического решения задачи

Приближённые методы решения задачи

Приближённые методы решения задачи

Вычислительные методы решения задачи Общая идея метода Уравнение Граничные условия Начальные условия Решение в виде:

Вычислительные методы решения задачи Общая идея метода Вариация функционала невязки по имеет вид

Вычислительные методы решения задачи Общая идея метода ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ПРИВОДИТ К СЛЕДУЮЩЕМУ РЕЗУЛЬТАТУ – ПОЛУЧЕНИЮ СОДУ ДЛЯ Сi(t) После интегрирования по частям получим

Вычислительные методы решения задачи Общая идея метода ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ПРИВОДИТ К СЛЕДУЮЩЕМУ РЕЗУЛЬТАТУ – ПОЛУЧЕНИЮ СОДУ ДЛЯ Сi(t) Окончательное решение После интегрирования получим

БАЗОВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПРОВОДНИКА С ИЗОЛЯЦИЕЙ

Исследование процессов нагрева неизолированного провода (пример)

Исследование процессов нагрева неизолированного провода (пример)

Условия возгорания электропроводки для основных типов монтажных проводов

Условия возгорания электропроводки для основных типов монтажных проводов

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Исследование процессов нагрева изолированного провода

Обобщение результатов и определение дополнительных условий для надежной защиты электропроводки от токов перегрузки