Напоминание

Принципы управления пожарными рисками в электроустановках зданий


Авторы: Никольский Олег Константинович, Холодков Артем Игоревич
Должность: Профессор, магистрант
Учебное заведение: Алтайский Государственный Технический Университет им. И. И. Ползунова
Населённый пункт: Барнаул, Алтайский край
Наименование материала: Статья
Тема: Принципы управления пожарными рисками в электроустановках зданий
Раздел: высшее образование





Назад




Принципы управления пожарными рисками в электроустановках зданий

Никольский О. К., Холодков А. И.

Одним из основных видов техногенных рисков является пожарная опасность зданий и

сооружений. Известно, что пожары от электротехнических причин (в дальнейшем будем

их называть «электропожары») составляют до 20 - 25 % от общего их числа; до 70 %

электропожаров происходят от аварийных и ненормальных режимов (короткие замыкания,

перегрузки, токи утечки). При этом наиболее пожароопасным видом электротехнических

изделий являются электропроводки.

В последнее десятилетие в РФ введены законодательные и нормативные акты, в

частности, ФЗ № 123 – «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»

от 22.07.2008 года, который определяет процедуру оценки пожарного риска (R

п

). Весьма

важным представляется принятие Конвенции Международной организации труда в сфере

управления охраной труда и директив Европейского Союза.

Отдавая должное отечественным и зарубежным исследователям

в развитии общей

теории рисков, в том числе и техногенного характера, отметим, что в настоящее время не

достаточно проработана концепция и механизм управления пожарными рисками объектов

электроэнергетики.

Остаются

также

не

изучены

принципы

оптимизации R

п

с

учетом

человеческого

фактора

и

методы

идентификации

пожарных

рисков

опасности

электроустановок человеко-машинных систем.

Изложена методология оценки пожарного риска опасности электроустановок. Дан

анализ

вероятностно-статистического

метода

оценки R

п

.

Показано,

что

принцип

управления

пожарными

рисками

при

эксплуатации

электроустановок

реальных

производственных объектов может быть реализован на основе рассмотрения эргадической

человеко-машинной системы вида «человек-электроустановка-среда» (ЧМС «Ч-ЭУ-С»)

Ключевые слова: техногенный риск, электроустановка, человеко-машинная система,

нечеткие множества, логико-лингвистическое моделирование.

Вопросом оценки и анализа техногенных рисков посвящено множество работ,

которые отличаются неоднозначностью и противоречивостью сущности и трактовки

самого понятия риска. Очевидно, что объяснением этому является многогранность и

сложность самого явления риска [1-3].

Анализируя различные определения риска, следует отметить, что они проявляются

через

множество

других

понятий,

ключевыми

из

них

являются

опасность

и

ущерб,

которые, в свою очередь, интерпретируются в широком спектре семантики.

Риск, являясь наиболее ёмким интегральным понятием, фактически служит своего

рода объективной мерой осознаваемой человеком опасности его жизни и деятельности. С

этих позиций опасность техногенного характера может рассматриваться как состояние,

внутренне

присущее

какому-либо

техническому

объекту.

Такое

состояние

может

проявляться

в

виде

поражающих,

вредных

или

деструктивных

воздействий

в

форме

прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе обычной

эксплуатации этих объектов или при создании нештатных ситуаций. Изложенные общие

соображения относительно сущности техногенного риска в полной мере относятся к

рассматриваемым

нами

объектам

системе

электроснабжения

и

различным

электроустановкам.

Причем,

техногенная

опасность

(риск)

трактуется

более

широко:

создаются не только угрозы жизни и здоровью человека, но и ухудшается качество

электроэнергии потребителей, увеличиваются потери, возникают негативные помехи, т.е.

ухудшается электромагнитная совместимость (ЭМС). Здесь ЭМС мы рассматриваем как

способность электроустановок надежно функционировать с заданным качеством и не

создавать

при

этом

угроз

жизни

и

здоровью

человека,

включая

недопустимые

электромагнитные помехи другим техническим средствам [1].

Необходимость

изучения

проблемы

анализа

и

управления

риска

вытекает

из

признания многими исследователями, с одной стороны, факта полной неустранимости

риска

антропогенного

происхождения,

а

с

другой

возможности

его

коррекции.

В

настоящее

время

при

анализе

техногенного

риска

используются

следующие

его

трактовки [3]: а) риск рассматривается как вероятность появления какого-либо опасного

события;

б)

риск

интерпретируется

в

виде

ущерба

(материального,

социального,

экологического), наносимого в результате наступления неблагоприятного события; в) риск

представляется в виде двухпараметрической модели, включающей в себя как вероятность

наступления опасного события, так и величину связанных с ним потерь.

Кроме того, в широкой постановке риск трактуется как мера неопределенности

какого-либо события.

Отдавая

должное

используемым

трактовкам

риска,

отметим,

что

представление

риска электроустановки в виде двухпараметрической случайной величины наиболее полно

отражает его сущность. Поэтому в дальнейшем будем использовать эту трактовку риска.

Несмотря

на

значительное

число

исследований,

посвященных

методам

оценки

рисков на особо опасных объектах (химическое производство, нефтегазовый комплекс,

энергетика

и

др.),

в

настоящее

время

отсутствуют

методические

основы

разработки

математических моделей рисков систем электроснабжения (в т. ч. электроустановок), не

обоснованы также соответствующие критерии и показатели в контексте рассмотрения

объекта исследования как человеко-машинной системы [4].

Рассмотрим

подход

к

оценке

техногенной

опасности

электроустановки

(ЭУ),

в

основу которого положим концепцию её отказа. Суть этой концепции состоит в том, что

отказ

ЭУ

интерпретируется

как

причина

двух

основных

угроз,

приводящих

как

к

возникновению электротравмы, так и к пожару. Причем, уровень опасностей следует

оценивать с помощью некоторого стохастического показателя риска R

,

позволяющего

учитывать не только вероятность возникновения электротравмы или пожара, но и их

последствия, т. е. ущербы. В этом случае риск опасности ЭУ в общем виде может быть

представлен как если имеет место n опасных событий i с различными вероятностями p

i

и

соответствующими ущербами y

i

в течение, например, одного года.

n

R∑ = ∑p

i

∙ y

i

(1)

i

При формировании математической модели интегрального риска использовалось

свойство аддитивности опасностей, позволяющее рассматривать ЭУ как источник двух

равновеликих

техногенных

угроз.

Отмеченное

обстоятельство

позволяет

ввести

обобщенное

понятие

«опасность

электроустановки»,

под

которым

следует

понимать

сумму

вероятностей

двух

несовместных

событий

возникновения

пожара

или

электротравмы.

Оставляя в стороне рассмотрение возникновения опасного события электротравмы,

введем статистический показатель М(П), характеризующий математическое ожидание

количества пожаров на n множестве электроустановок производственного объекта

(предприятия) за время Т, равное 1 году.

n

М(П) =

∑p

i

)

i

,

(2)

N

где p

i

(П) – вероятность возникновения пожара.

Представим интегральный риск электроустановки как

R

= R

ЭП

+ R

П

, (3)

где R

ЭП

и R

П

– риски, обусловленные соответственно возникновением электропоражения и

пожара. Эти риски могут быть выражены как

R

ЭП

= М(ЭП) · Y

ЭП

, (4)

R

П

= М(П) · Y

П

, (5)

где Y

ЭП

и Y

П

– материальные ущербы от травм или пожара

Вероятность

возникновения

пожара

от

ЭУ

с

учетом

рекомендаций

[5]

можно

представить как

Р

П.

= Р

А.Р.

·

Р

Н.З.

·

Р

П.О.З.

, (6)

где Р

А.Р.

– вероятность возникновения аварийного режима в ЭУ (короткое замыкание,

перегрузка

и

др.);

Р

Н . З .

вероятность

неисправности

или

неправильного

выбора

(загрубления) защиты (электромагнитной, тепловой и т.д.) или его отсутствие; Р

П.О.З.

условная вероятность того, что величина пожароопасного параметра (тепловой энергии)

лежит

в

диапазоне

пожароопасных

значений.

Тогда

полная

вероятность

опасности

электроустановки на объекте при её обслуживании за время Т в общем виде

M N

М(П) =

∑П[P

ОП

(ЭП)

ij

]

, (7)

i=1j=1

где i – фактор опасности ЭУ (пожар, электротравма и др.); j – ая ЭУ.

Изложенное позволяет сделать вывод, что причиной возникновения пожара (или

электропоражения)

является

наличие

четкой

совокупности

так

называемых

инициирующих

условий

(случайных

событий),

возникающих

на

некотором

отрезке

реального

времени.

Причем,

эти

инициирующие

условия

(предпосылки)

образуют

темпоральную

причинно-следственную

цепь[6].

Наиболее

типичной

цепью

для

рассматриваемой ЧМС «Ч-ЭУ-С» является последовательность следующих предпосылок:

-

ошибки

или

неправильные

действия

человека

(персонал,

население);

-

отказы

электроустановки;

-

негативные

(сверхнормативные)

воздействия

факторов

внешней

среды.

Несмотря на то, что перечисленные предпосылки, как об этом уже отмечалось,

являются

случайными,

можно

установить

присущие

им

закономерности.

Во-первых,

возникновение каждого техногенного происшествия следует рассматривать как следствие

не отдельной причины, а результат появления цепи соответствующих предпосылок. Во-

вторых,

все

виды

опасностей,

возникающие

в

электроустановках,

можно

интерпретировать как поток случайных событий, количество которых на ограниченном

интервале времени (например, одного года) распределяется по закону Пуассона, а время

между появлением отдельных происшествий – по экспоненциальному распределению.

В

основе

решения

практических

задач,

направленных

на

снижение

(предупреждение) техногенных опасностей в электроустановке и их последствий, должна

лежать методология оценки и управления рисками, включающая в себя обоснование

интегрального показателя эффективности систем безопасности с учетом необходимых

затрат и предотвращенного ущерба. В настоящее время сформулирована единая научно

обоснованная методология, обеспечивающая закономерности возникновения и развития

техногенных опасностей, сущность которой базируется на так называемой энтропийной

концепции

[3,7].

В

соответствии

с

этой

концепцией

опасность

электроустановки

обусловлена естественным стремлением энтропии к постепенному или скачкообразному

ухудшению

свойств

материального

объекта

из-за

разрушения

связей

между

его

элементами.

Ущерб

электроустановки

проявляется

в

процессе

её

старения

и

износа,

формирования происшествий, которые рассматриваются как результат неконтролируемого

высвобождения

энергии

и

опасного

её

воздействия

на

человека

и

среду

обитания.

Изложенное является основанием считать, что модель (Ч-ЭУ-С) относится к категории

открытых

нелинейных

систем,

её

поведение

представляется

слабо

предсказуемым.

Опасные экстремальные явления в электроустановках, связанные с неконтролируемыми

выбросами

энергии,

обуславливаются

специфическим

режимом

функционирования

неустойчивостью техногенной системы, что проявляется в виде аварий, электротравм и

пожаров. Анализ эмпирических распределений опасных выбросов энергии показывает, что

эти

распределения

не

описываются

нормальным

законом,

а

имеют

так

называемые

«тяжёлые

хвосты».

Причинами

опасных

техногенных

событий

(ОТС)

могут

быть

внутренние и внешние факторы. Внутренние факторы – отказы электроустановки и её

элементов

(электрической

защиты),

ошибочные

действия

персонала

и

т.д.

Внешние

факторы опосредованно могут оказывать негативное воздействие на функционирование

рассматриваемой

человеко-машинной

системы

ним

следует

отнести

состояние

законодательной и нормативной базы, макроэкономические показатели региона и др.).

Обобщая основные положения системного исследования техногенной безопасности

электроустановок, отметим что:

1. Опасность

электроустановки

имманентное

её

свойство,

проявляющееся

в

возможности

причинения

ущерба

(вреда)

человеку,

материальным

объектам

и

окружающей среде при эксплуатации (обслуживании) ЭУ.

2. Взаимосвязь человека с электроустановкой в процессе производства или в быту

потенциально

опасна,

т.к.

выполнение

любых

технологических

операций

требует

потребления электроэнергии.

3. Опасное событие может произойти при совмещении в пространстве и времени

трёх

независимых

факторов:

наличие

электроустановки,

присутствие

потенциальной

жертвы (человека, животного), создание опасной техногенной ситуации (ОТС).

1. Человеко-машинная

система

совокупность

трёх

компонентов

(человек,

электроустановка,

среда),

объединённых

общей

целью

и

функциональной

средой,

предназначенная для изучения и описания причинно-следственных связей, приводящих к

возникновению ОТС. Основная цель изучения этой системы – выработка превентивных

мер предупреждения негативных происшествий (барьеров) и снижение их последствий.

Учитывая,

что

понятие

опасности

(безопасности)

электроустановок

является

одним

из

базовых,

т.к.

содержит

в

себе

другие

нечётко

определенные

термины

и

показатели, дадим некоторые пояснения:

- техногенная опасность проявляется в процессе функционирования системы (Ч-

ЭУ-С), обладающей определенными свойствами риска;

-

риск

рассматривается

как

мера

опасности

и

характеризуется

вероятностью

возникновения

негативного

события

(аварии,

электротравмы,

и

др.)

и

тяжестью

его

последствия;

- техногенный ущерб – результат изменения устойчивого состояния (гомеостазиса)

системы

(Ч-ЭУ-С),

которое

характеризуется

утратой

её

целостности

и

ухудшением

свойств компонентов из-за появления техногенных происшествий, которые повлекли за

собой гибель людей, аварии, материальные ущербы и потери.

Изложенные

соображения

позволяют

безопасность

ЧМС

(Ч-ЭУ-С)

интерпретировать как некоторое её свойство сохранять при функционировании такое

состояние, при котором с высокой вероятностью исключаются негативные события, а

ущерб от неизбежных энергетических выбросов не превышает допустимого (заданного)

уровня.

Управление

пожарными

рисками

электроустановок

производственных

объектов

будем рассматривать как процесс, направленный на разработку методов и мер, призванных

эффективно реализовать решения по обеспечению техногенной безопасности. Основной

целью такой деятельности следует считать оптимальное распределение ограниченных

материальных и финансовых ресурсов для достижения уровня безопасности населения и

окружающей среды, приемлемого по социальным и экономическим условиям общества.

Представим пожарную обстановку производственного объекта на различных этапах

жизненного цикла в виде динамической модели «Ч-ЭУ-С», описывающую временную

последовательность

четырех

её

состояний:

а)

нормальное

функционирование;

б) критическое

(угроза);

в)

катастрофическое

(пожар);

г)

во сстановление

работоспособности.

Каждые

из

перечисленных

состоянии

характеризуются

численным

значением

пожарного риска (рис. 1).

Рис.1 Сценарный цикл состояния модели «Ч-ЭУ-С»

В качестве методической основы управления пожарными рисками рекомендуется

теория принятия решений (ТПР), позволяющая выбрать наилучшую альтернативу из числа

имеющихся

на

этапах

проектирования

и

эксплуатации

человеко-машинной

системы.

Отличительная

особенность

ТПР

состоит

в

том,

что

она

позволяет

формализовать

определенный

вид

человеческой

деятельности,

ориентированной

на

установление

наилучшего варианта решения путём определения количественных зависимостей между

компонентами системы (Ч-ЭУ-С) и критериями её эффективности.

Нельзя не отметить, что решение практических задач по расчёту пожарных рисков

затруднено:

а) сложностью

(неясностью)

процессов

взаимодействия

компонентов

различной природы человеко-машинной системы «Ч-ЭУ-С»; б) количеством случайных

рискообразующих

факторов,

влияющих

на

выбор

управленческих

решений;

в) непрерывностью потока энергоэнтропийных «возмущений» на объекте, вследствие чего

образуется

причинная

цепь

предпосылок

(неисправность

и

отказы

электроустановки,

ошибочные

действия

персонала

и

т.д.);

г) многокритериальностью

целей

и

наличием

разнообразных ограничений технологического, социального и экономического характера;

д) недостаточностью

исходных

данных

и

отсутствием

информации

количественного

характера.

Преодолеть

возникшую

неопределенность

позволяет

проведение

качественно-

количественного анализа пожарного риска, в основе которого должно лежать определение

частоты

опасного

события

и

его

последствий.

Сочетание

этих

событий

является

достаточным основанием признания факта объективного существования пожарного риска

электроустановок объекта.

Рассмотрим процедуру анализа R

П

. На этапе постановки задачи основными являются

формирование

цели

и

альтернатив-вариантов

(способов)

построения

системы

безопасности

электроустановок,

а

также

определение

ресурсов,

требуемых

для

осуществления каждой из альтернатив. Этап информационно-аналитической подготовки

предполагает

построение

моделей

функционирования

рассматриваемой

человеко-

машинной

системы

с

помощью

некоторого

формального

языка

(математики,

логики,

экспертных

оценок,

семантического

описания),

отражающего

связи

между

целями,

альтернативами и затратами. На этапе принятия решения обосновывается критерий (или

система критериев), с помощью которого сопоставляются альтернативные варианты и

выбирается

наиболее

предпочтительный

из

них

с

учётом

затрат

и

вклада

каждой

альтернативы в достижение установленных целей.

Этап

1.

Обоснование

методологии,

выбор

и

описание

объекта

исследования

(системы).

При анализе рисков будем придерживаться концепции трёхкомпонентной человеко-

машинной

системы

(Ч-ЭУ-С),

характеризующей

взаимодействия:

с

человеком

(социальный фактор), с электроустановкой (техногенный фактор), с окружающей средой

(экологический фактор).

Этап 2. Выявим перечень неблагоприятных факторов, проявление которых способно

нанести вред человеку, основным фондам (материальным объектам) и ухудшить качество

окружающей среды (экологическую обстановку).

Применительно

к

электроустановке

инициирующими

событиями

являются

физические

процессы

старения

и

износа

проводниковых,

изоляционных

и

конструкционных

частей

(элементов)

ЭУ

под

влиянием

факторов

внешней

среды.

Общеизвестным,

объясняющим

физико-химические

механизмы

старения

и

износа

электрооборудования

конструкционных

материалов,

является

кинетический

подход,

в

основе

которого

лежит

признание

того

факта,

что

разрушение,

например,

электропроводки,

не

может

произойти

мгновенно

и

представляет

собой

процесс,

протекающий во времени.

В

таблице

1

приведена

систематизация

основных

дефектов

электроустановки,

приводящих к отказу. Для оценки технического состояния ЭУ с целью последующего

определения её остаточного ресурса на этапе эксплуатации необходимо знание временных

характеристик наступления заданных предельных состояний элементов электроустановки.

К индуцирующим факторам рабочей среды отнесем метеорологические условия (для

наружных ЭУ) и параметры микроклимата для производственных помещений.

Таблица 1 - Систематизация основных дефектов электроустановки

Эксплуатационные дефекты электроустановки

Токопроводящие и

конструкционные элементы

Изоляционные элементы

- Окисление

- Усталость металла

- Коррозия металла

- Нагрев токоведущих элементов

- Нагрев контактных соединений

- Образование свищей и трещин

- Частичные микроразрывы

- Электрическое и тепловое старение диэлектрика

- Снижение поверхностного и объемного сопротивлений

- Повышение диэлектрических потерь

- Эрозийный износ

- Образование токопроводящих мостиков

- Кавитация

- Увлажнение

- Искрообразование

- Облучение

- Пробой (электрический, тепловой)

Этап 3. Для изучения условий реализации техногенных опасностей формируется

перечень рискообразующих факторов компонентов человеко-машинной системы с учетом

следующего:

1. Компонент « Человек» характеризуется эргатическими свойствами, отражающими

результат деятельности персонала: Ч

1

– правильные действия; Ч

2

– неопределенные; Ч

3

неправильные

отказ

эргатического

элемента,

заключающегося

в

потере

его

работоспособности

или

ошибочным

функционировании

(работоспособность

здесь

рассматривается

как

свойство

оператора,

определенное

состоянием

физического

и

психологического здоровья в течение требуемого периода времени).

2. Компонент «Электроустановка» будет характеризовать следующими состояниями:

ЭУ

1

– рабочее; ЭУ

2

– функциональный отказ, вызванный износом, заключающийся в

нарушении

функционирования

электроустановки

при

условии

сохранения

её

работоспособности;

ЭУ

3

неработоспособное

(поломка),

интерпретируемое

как

структурный отказ.

3. Компонент

«Среда»

будет

описывать

как

С

1

комфортное,

характеризуемое

параметрами,

не

превышающими

нормативное

значение;

С

2

допустимое;

С

3

сверхнормативное (негативное).

В свою очередь в зависимости от поставленных задач для каждого компонента ЧМС

может быть сформирован перечень рискообразующих факторов – случайных событий.

Таких событий может быть более 30. [3]

Этап

4. Определение

вероятностных

характеристик

опасного

события

возникновение пожара.

Определяется как количественно (в виде точечных или интервальных оценок), так и

качественно (с помощью лингвистических переменных). Для определения частот пожара

может быть использован анализ статистических данных или методы прогнозирования с

построением деревьев событий.

Этап 5. Анализ последствий (исходов) пожара направлен на оценку моральных

потерь, вызванных гибелью людей и материальных ущербов от простоя технологического

оборудования

и

недоотпуска

продукции,

а

также

компенсационными

издержками

вследствие вызванных аварий и пожара.

Этап 6. Оценка пожарного риска. Включает в себя определение численного значения

R

П

и

сопоставление

его

с

нормативным

(приемлемым)

риском.

В

общем

случае

приемлемый риск должен сочетать в себе технологические, социальные и экологические

аспекты

и

представлять

компромисс

между

стремлением

повысить

уровень

противопожарной безопасности электроустановок объекта и ресурсными возможностями

его достижения.

Этап

7.

Управление

пожарного

риска

представляет

собой

алгоритмическую

процедуру, включающую идентификацию источников опасности, оценку и мониторинг R

п

,

целью которых является гарантированное обеспечение нормативного его уровня.

Целью управления пожарным риском является оптимизация его значения. В общем

виде задачу оптимизации можно формулировать двояко:

а)

при

заданных

затратах

(экономических

ограничениях)

минимизировать

показатель

пожарного

риска;

б)

при

минимальных

затратах

обеспечить

заданный

(приемлемы,

нормативный) уровень R

п

.

Указанные задачи допускают следующую формализованную постановку:

Пусть R(X) функция пожарного риска ЭУ и ЧМС от векторного аргумента Х (х

1

, ... х

i

, ...

x

n

), где х

i

- i-ый рискообразующий фактор.

Примем Q(X), функцию - вектор, определяющую полные затраты, состоящие из затрат на

создание

и

функционирование

СЭБ,

остаточного

(неустраненного)

ущерба

и

компенсационные издержки.

Тогда математическая формулировка постановки задачи оптимизации может быть

представлена :

1. Найти min

R

(Х) при условии, что Q (X) ≤ Q

0

;

(8)

2. Найти min Q(X) при условии, что

R

(Х) ≤

R

∑0

,

(9)

где Q

0 –

заданные (приемлемые или нормативные) затраты;

R

∑0

- заданный

(приемлемый или нормативный) интегральный риск.

Задачу оптимизации человеко-машинной системы (Ч-ЭУ-С) можно свести к выбору

таких значений РОФ, при которых на этапе проектирования достигается минимум общих

затрат при ограничениях на интегральный риск, либо на этапе эксплуатации - обеспечение

минимизации

R

при заданных ресурсных ограничениях и издержек.

При оценивании пожарного риска полученную расчетную величину R

П

сравниваем с

допустимым

уровнем

R

доп.

.

Допустимый

уровень

риска

определяется

критериями

приемлемого

риска.

Для

определения

R

П

,

как

известно,

необходима

математическая

модель,

адекватная

исследуемому

объекту,

и

достоверные

статистические

данные.

В

случае

невозможности

получения

количественных

показателей

риска

могут

быть

использованы качественные методы, основанные на семантическом описании следующих

компонентов

опасного

события:

возможности

его

наступления

(вероятности);

длительности времени воздействия опасного фактора на объект (субъект); последствия,

характеризуемые мерой тяжести события.

На

рис.

3

приведена

лингвистическая

оценка

R

П

в

виде

функционала

трёх

переменных, расположенных интервально соответственно по осям X, Y, Z.

R

П

= F [X, Y, Z] , (10)

Матрица пожарного риска электроустановок строится следующим образом:

-

по

оси

Х

отсчитываются

вероятности

(частоты)

возникновения

пожара,

представленные в виде шкалы в соответствии с принятыми лингвистическими оценками;

- по оси Y отсчитываются длительности воздействия пожарного фактора (величина

тока короткого замыкания или тока утечки), представленные в виде шкалы в соответствии

с принятыми лингвистическими оценками;

- по оси Z отсчитываются размеры последствий пожара, представленные в виде

шкалы в соответствии с принятыми лингвистическими оценками.

Рис.3 Лингвистическая оценка пожарного риска электроустановок объекта

Отметим,

что

существенным

недостатком

современных

подходов

к

анализу

человеко-машинных систем является отсутствие средств описания и обработки нечеткой

информации, а, следовательно, и невозможность систематического накопления знаний

экспертов при решении конкретных задач [8]. Поэтому представляется своевременным

создание интеллектуальной информационной системы поддержки принятия решения на

основе

имитационного

моделирования

[9].

Имитационная

модель

(рис.

4)

позволяет

использовать всю доступную информацию вне зависимости от форм её представления и

степени формализации, что приобретает особую значимость при отсутствии надёжных

статистических

данных

и

достоверных

знаний

об

электроустановках;

понимать

физические процессы, происходящие на реальных объектах.

Рассматриваемая нами модель представляет собой стохастическую сеть, в которой

инициирующие события и соответствующие предпосылки имеют случайный характер.

Основание этой сети составляют компоненты человеко-машинной системы (Ч-ЭУ-С),

которые

генерируют

рискообразующие

факторы.

Например,

электротехнический

персонал,

при

производстве

определенных

видов

работы

формирует

мыслительный

алгоритм выполняемых тех или иных действий (операций). Однако, в силу ряда причин

этот алгоритм может отличаться от действительной объективной информации о состоянии

выполняемых

работ,

причём,

это

несоответствие

может

восприниматься

или

не

восприниматься персоналом. В первом случае, когда ожидаемая информация идентична

действительной, персонал адекватно реагирует и последующие его действия являются

правильными.

Во

втором

случае,

неадекватное

восприятие

этой

информации

вносит

человеком определенные искажения. Последние вызывают возмущение в системе, что

приводит к нарушению в ней равновесия, предполагая возможность появления ОТС.

Возникающие при этом альтернативные сценарии могут вызвать полное или частичное

устранение

опасности

или

невозможность

ее

устранения,

а,

следовательно,

и

предупреждения последствий (аварии и пожара).

Рис.4 Имитацинная модель функционирования системы «Ч-ЭУ-С»

В основе имитационного моделирования лежит установление причинно-

следственных

связей

между

переменными,

характеризующими

"входы"

и

"выход"

исследуемого

объекта.

В

качестве

входных

переменных

примем

рискообразующие

факторы компонентов системы. "Выходом" системы будем считать пожарный риск. Таким

образом,

нами

ставится

задача

исследования

логических

связей

между

РОФ

и

их

последствиями (R

П

) путём семантического (смыслового) представления этих связей с

применением

лингвистических

оценок,

используя

при

этом

аппарат

теории

нечетких

множеств.

[10]

Дальнейшую

формализацию

модели

будем

проводить

с

помощью

построения соответствующей диаграммы влияния (дерево рисков).

В качестве исходных данных, необходимых для имитационного моделирования,

введем:

а) веса

рискообразующих

факторов

в

совокупности

тех

или

иных

при-чин

возникновения

техногенного

риска

(определяются

на

основании

сбора

и

анализа

статистических

данных

или

экспертным

путем);

б) индикаторы

опасности

РОФ

компонентов

системы

-

нормируемые

оценки,

получаемые

путем

суммирования

рискообразующих факторов и последующего деления каждого их них на полученную

сумму;

в) лингвистические оценки РОФ, представляющие собой

терм-множества на

трехуровневом

классификаторе

(определяются

экспертным

путём);

г) множество

альтернативных

мер

(систем)

безопасности

электроустановок;

д) математическое

ожидание ущербов (потерь), вызванных пожаром [11,12].

При проведении экспертной оценки рискообразующих факторов (рис. 5) нами была

принята нечётная логико-лингвистическая модель, с помощью которой были определены

веса, индикаторы опасности и терм-множества РОФ.

Проведена

группировка

полученной

совокупности

РОФ

по

кластерам,

характеризующим базовые показатели функционирования рассматриваемой ЧМС.

Каждый кластер формируется в соответствующий вектор:

R

ЧФ

= {x

1

, x

2

, …, x

n

}, R

ЭУ

= {y

1

, y

2

, …, y

m

}, R

PC

= {z

1

, z

2

, …, z

p

}, (11)

где n = 1 ÷ 12, m = 1 ÷ 8, p = 1 ÷ 5 – количество РОФ в компонентах системы Ч-ЭУ-С.

Детализируем структура ИМ (рис. 4) с помощью дерева рисков (ДР), моделирующего

процесс

возникновения

отдельных

инициирующих

событий

и

предпосылок

и

перерастания их в пожарную ситуацию. По существу, дерево рисков пожара представляет

многоуровневую графологическую структуру причинно-следственных связей, полученных

в результате изучения динамики развития техногенной опасности.

Рассмотрим трёхуровневую структуру, учитывающую следующие события:

- базовое (инициирущее) – исходное, трактующееся как первичный отказ системы;

- промежуточное, возникающее при неблагоприятных условиях и являющееся одной из

возможных причин результирующего события;

- результирующее – опасная техногенная ситуация, приводящая к пожару.

При построении ДР будем руководствоваться следующими правилами (рис. 6):

1.

Располагаем первичные события (исходные причины) внизу; последовательность

событий образуется с помощью логических знаков И, ИЛИ; конечное событие

(пожар) помещается вверху.

2.

Устанавливаем

пропускные

сочетания

(ПС),

включающие

в

себя

набор

инициирующих событий и предпосылок, приводящих к головному событию.

3.

Определяем возможность появления отсечённого сочетания (ОС), прерывающего

причинно-следственную

цепь

развития

пожара.

Наличие

ОС

трактуется

как

предотвращение возникновения пожара.

ис.5

Балльно-лингвистическая

оценка

рискообразующих

факторов

компонентов

системы «Ч-ЭУ-С»

4. Проводим качественный анализ ДР с использованием установленных сочетаний.

При ПС определяется маршрут и начальные условия с целью нахождения критических

(наиболее опасных) путей, приводящих к пожару. При ОС устанавливаются узлы

(гипотетические

мероприятия)

предупреждающие

опасное

событие.

Качественный

анализ

предусматривает

приближенно-количественные

оценки

с

помощью

лингвистической переменной.

Предоставленное ДР отражает достаточно типичный процесс возникновения пожара

в электроустановке. Вместе с тем эта модель не претендует на некоторое эталонное

решение и в зависимости от постановки задачи может быть выражена с большим или

меньшим

уровнем

детализации

(декомпозиции)

рассматриваемой

человеко-машинной

системы.

С целью автоматизации расчета рисков для различных опасных ситуаций с учетом

введенных рискообразующих факторов нами разработана экспертная система (ЭС) [13],

реализующая имитационную модель возникновения техногенных происшествий.

ЭС

содержит

в

своем

составе

модули

для

ввода

исходных

данных

и

предварительной

обработки,

формирования

базы

знаний,

представляющих

собой

структурированные

и

интерпретированные сведения, факты и правила, изложенные в системе нечеткой логики

и

логического

вывода,

на

основании

которого

делается

заключение

о

техническом

состоянии электроустановок объекта. Разработанная экспертная система использована для

оценки

пожарного

риска

в

электрохозяйстве

птицефабрики

Алтайского

края

(ООО

«Компания Чикен–Дак»). Полученное значение интегрального риска электроустановок

оценивается как высокое - R

=1,445∙10

-3

, выходящие за интервал допустимых значений [10

-

3

– 10

-5

]. Несоответствие нормативным требованиям техногенной безопасности объекта

подтверждается так же анализом построенного дерева риска электротравмы с летальным

исходом; значение локального риска составило порядка 10

-3

.

Рис.6 Дерево рисков возникновения пожара в электротехнических объектах

Реализована

функция

управления

интегральным

риском

электроустановок

на

предприятии путем проведения поэтапной итерации по умолчанию наиболее критичных

рискообразующих факторов: полученное значение R

=2,138 ∙ 10

-4

соответствует среднему

уровню риска и является допустимым в соответствии с нормативными требованиями.

Выводы. Изложенные в работе основные принципы управления пожарными рисками

электроустановок производственного объекта использованы при создании экспертной

системы, позволяющей наиболее эффективно проводить диагностику

технического

состояния

ЭУ,

тем

самым

предупреждать

возникновение

аварий

и

пожаров

и

оптимизировать меры обеспечение техногенной безопасности.

Список литературы

1. Основы электромагнитной совместимости: учебн. пос. докт. техн. наук, проф. Р. Н.

Карякина;

Алт.

гос.

техн.

ун-т

им.

И.

И.

Ползунова.

Барнаул:

ОАО

«Алтайский

полиграфический комбинат», 2007 – 480 с.

2. Махутов, Н. А. Научные проблемы безопасности техногенной среды [Текст]/ Н.А.

Махутов// Проблемы машиностроения и надежности машин. – 1999, №1. С.109 -116.

3. Теория

и

практика

управления

техногенными

рисками:

учебн.

пособие/

О.К.

Никольский и др./, под общей ред. Заслуженного деятеля науки и техники России, докт.

техн. наук О.К. Никольского. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2015, -219 с,

4. Черкасова Н.И., Мглшлкритериальная оценка эффективности функционирования

сельских электрических сетей 10-0,4 кВ в условиях неопределенности: многография/ под

общей

ред.

Заслуженного

деятеля

науки

и

техники

России,

докт.

техн.

наук

О.К.

Никольского. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014,-160 с.

5. Смелов Г.И. Пожарная безопасность электроустановок – М.: ООО «Кабель», 2009,

-328с.

6. Смолянинов А.Ю., Пушев А.Н., Никольский О.К. Метод оценки технического

состояния электроустановок производственного объекта//Электробезопасность, 2016, №1,

С.42-47.

7. Никольский

О.К.,

Развитие

научных

основ

безопасности

электроустановок

зданий/О.К. Никольский, А.А. Сошников, А.В. Полонский// Вестник АлтГТУ, - 2000, -3. –

С. 17-24.

8. Никольский,

О.К.

Проблема

неопределенности

при

анализе

рисков

электроустановок. [Текст]: статья / ,О.К. Никольский А.Ф. Костюков, Н.И. Черкасова //

Ползуновский Вестник. АлтГТУ: - 4, т.1 - 2014. - С. 140 - 146.

9. Ларичев

О.И.,

Качественные

методы

принятия

решений.

Вербальный

анализ

решений/ О.И. Ларичев, Е.М. Мошкович. – М., Наука, Физматлит,1996, - 208 с.

10. Поспелов Д.А. Логико-лингвистическая модель в системах управления. - М.:

Энергоиздат, 1981

11. Заде

Л.

Понятие

лингвистической

переменной

и

применение

к

принятию

приближенных решений. – М.: Мир, 1976, - 167 с.

12. Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьев Г.В. Обработка нечеткой информации в

системах принятия решений. М.: Радио и связь, 1989, 304 с.

13. Патент на изобретение №2556299 Российская Федерация, 4.02.2014 г. Способ

определения

остаточного

ресурса

электропроводки.

Воробьев

Н.П.,

Воробьева

С.Н.,

Гончаренко

Г.А.,

Никольский

О.К.

Патентообладатель

ФГБОУ

ВПО

«Алтайский

государственный технический университет им. И.И. Ползунова».

Никольский

Олег

Контантинович

заведующий

кафедрой

электрификации

производства и быта « ФГБОУ» Алтайский государственный технический университет

им.

И.И.

Ползунова,

доктор

технических

наук,

профессор.

Окончил

Московский

энергетический институт в 1962 году. Защитил докторскую диссертацию по теме:

Создание оптимальных систем обеспечения электробезопасности в сельском хозяйстве в

1979 году.

Холодков

Артём

Игоревич

магистрант

«ФГБОУ»

Алтайский

государственный

технический университет им. И.И. Ползунова.



В раздел образования