CC BY
39
----------------------------------------- © А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин,
2005
УДК 621.3.011.1
А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин
К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПЛАВКИХ ПРОВОЛОЧНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Семинар № 17
1Уо взрывозащищенном электро-
-М-Э оборудовании для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания используются плавкие проволочные предохранители. При перегорании они являются потенциальными источниками воспламенения взрывоопасной смеси. Для изоляции их от взрывоопасной среды их вместе с защищаемыми электронными блоками заливают термореактивным компаундом. При перегорании предохранителя в виду невозможности его замены приходится заменять весь электронный блок. Такое техническое решение нельзя признать рациональным. Более эффективным решением является исключение плавкого предохранителя из числа источников воспламенения взрывоопасной смеси. Это может быть достигнуто путем разработки методики оценки взрывобезо-пасности плавких проволочных предохранителей. Для разработки методики оценки взрывобезопасности плавких проволочных предохранителей необходимо изучить воспламеняющую способность предохранителей. Проведенные до настоящего времени исследования воспламенения взрывоопасных смесей от перегорающих проволочек носят фрагментарный характер [1, 2, 3, 4]. Они не позволяют решить задачу оценки и обеспечения взрывобезопасности перегорающих проволочных предохранителей.
Для решения этой задачи в ИПКОН РАН был выполнен цикл научно -
исследовательских работ по изучению воспламенения представительных взрывоопасных смесей I, 11А, 11В и 11С категорий взрывоопасности. На первом этапе были определены эмпирические зависимости допустимых токов и токов перегорания от диаметра и материала проволочки. Для проводников из меди:
1доп, А/мм2=( 17,68 + 26,87/ф ±10,17%
(1)
1пер, А/мм2 = (23,42 + 55,3/ф ± 9,58%
(2)
где d - диаметр проволочки в мм.
На втором этапе определялись наиболее легко воспламеняемые концентрации (НЛВК) представительных взрывоопасных смесей при их поджигании перегорающими проволочками. В качестве электрического параметра, определяющего НЛВК использовался электрический ток. В результате проведенных исследований были определены наиболее легко воспламеняемые концентрации для смесей метана, пропана, этилена и водорода с воздухом. Их значения составили:
для метановоздушной смеси -(7,0 ± 0,25) % об.; (3)
для пропановоздушной смеси -(5,2 ± 0,2) % об.; (4)
для этиленовоздушной смеси -(6,7 ± 0,3) % об.; (5)
для водородовоздушной смеси -(13,3 ± 0,5) % об.; (6)
Дальнейшие исследования были направлены на определение параметра, од-
нозначно определяющего воспламеняющую способность перегорающих проволочек. Применение для этих целей электрического тока нереально вследствие зависимости его от геометрических размеров и материала проводника. Температура же зажигания газовоздушной смеси зависит от размеров проводника, точнее от очага воспламенения [1, 2, 5]. Кроме этого измерение температуры микрообъектов, окруженных слоем горящего газа, пирометрическим методом возможно лишь с большими погрешностями [6]. Использование импульса энергии, предложенного в работе [4], связано с недостатками, обусловленными необходимостью измерения температуры воспламенения среды, а также геометрических и электрофизических параметров проводников. Ранее в результате проведенных исследований установлено, что критерием воспламеняющей способности нагретых тел малого размера является удельная воспламеняющая мощность. Используя этот критериальный параметр, была разработана методика оценки взрывобезопасности нагретых тел малого размера. Проанализируем возможность использования данного критериального параметра для оценки взрывобезопасности плавких проволочных предохранителей.
Воспламенение метановоздушной смеси происходило перегорающими проволочками при удельной воспламеняющей мощности, равной (0,25 ± 0,05) Вт/мм, вместо 2,0 Вт/мм для неперегорающих удлиненных нагретых проводников. Соответственно, для пропановоздушной, этиленовоздушной и водородовоздушной смесей удельная воспламеняющая мощность составила 0,21 Вт/мм, 0,20 Вт/мм и 0,18 Вт/мм. Очевидно, что воспламенение взрывоопасной смеси происходило не от всей
поверхности проводника, а от наиболее нагретой и расплавившейся его части. Мощность выделения энергии на этом участке проводника может быть определена из выражения
Р = (х vпd2)/4тl (7)
где х, V - удельная теплота плавления и плотность материала проводника; d, 1 -диаметр проводника и длина его расплавившегося участка; т - время, за которое произошло расплавление участка проводника.
Используя выражение (7), была рассчитана удельная воспламеняющая мощность на перегоревшем участке проводника. Она составила 1,12 Вт/мм для метановоздушной смеси.
Феноменологически эта картина напоминает воспламенение взрывоопасной смеси от расходящихся нагретых контактов, которая изучалась З.М. Иохель-соном [6]. Применение удельной воспламеняющей мощности для оценки взрывобезопасности перегорающих проволочных предохранителей требует установления зависимости ее величины от температуры взрывоопасной среды.
В заключении следует отметить, что воспламенение взрывоопасных смесей от перегорающих проводников происходило при параметрах электрической цепи, когда электрический разряд мог возникнуть только за счет энергии, накопленной в индуктивности электрической цепи [8].
Таким образом, установив зависимость удельной воспламеняющей мощности от температуры нагрева взрывоопасной смеси при ее поджигании нагретыми телами малого размера, можно будет разработать алгоритм оценки взрывобезопасности плавких проволочных предохранителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. - М.: Мир, 1968. - 592 с.
2. Иост В. Взрывы и горение в газах. М., Издательство иностранной литературы, 1952. 687 с.
3. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование условий воспламенения шахтной атмосферы от нагретых элементов электронных схем и разработка рекомендаций по их безопасному использованию». № государственной регистрации 01860118524. г. Люберцы, иГд им. А.А. Скочинско-го, 1987. - 87 с.
4. Граевский М.М. Справочник по электрическому взрыванию зарядов ВВ. М., Рандеву-АМ, 2000. - 448 с.
5. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В. П. Оценка искробезопасности электрических цепей. - М.: Наука, 1976. - 304 с.
6. Геращенко О.А., Гордов А.Н., Лах В.И. Температурные измерения. - Киев, Наукова думка, 1984. - 496 с.
7. Иохельсон З.М. Оценка искробезопасности нагревающихся элементов электрооборудования для взрывоопасных газовых сред. Безопасность труда в промышленности, № 11, 2001. - С. 24-25.
8. Петренко Б.А. Воспламеняемость газов и физические основы электровзрыво-безопасности. - М.: Наука, 1989. - 150 с.
— Коротко об авторах ----------------------
Ерыгин А. Т. - профессор, доктор технических наук, Охапкин А.Ю. - кандидат технических наук,
ИПКОН РАН.
-------------------------------------- © Ю.П. Сташинов, Е.В. Крутиков,
2005
УДК 622.625-83:681.3.00.57(06)
Ю.П. Сташинов, Е.В. Крутиков
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТЯГОВОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ РУДНИЧНОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА С РЕКУПЕРАТИВНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ
Семинар № 17
Для привода рудничных электровозов предпочтительна механическая характеристика тяговых электродвигателей, мягкая при повышенных нагрузках и жесткая, с автоматическим ограничением скорости, в области малых и отрицатель-
ных нагрузок. Такую характеристику можно получить, осуществляя подпитку обмотки последовательного возбуждения тягового электродвигателя от низковольтного источника [1, 2].
