Повышение уровня безопасности рудничных переносных взрывозащищенных головных светильников Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

СЕМИНАР 21

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001”

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило,

И.К. Ильюшкина, 2001

УДК 621.3.064.4.001

А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило, И.К. Ильюшкина

ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ РУДНИЧНЫХ ПЕРЕНОСНЫХ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ ГОЛОВНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ

В

зрывозащищенный головной светильник может иметь три уровня взрывозащиты: повышенная надежность против взрыва (РП), взрывобезопасный (РВ) и особовзрывобезопасный (РО). Головные светильники с уровнем взрывозащиты РП и РВ в настоящее время серийно выпускаются нашей промышленностью. В отношении их задача состоит в том, чтобы совершенствовать их конструкцию и повышать технико-экономические характеристики за счет новых более совершенных способов обеспечения их взрывозащиты. Рудничные переносные головные светильники с уровнем взрывозащиты РО пока не созданы и задачей настоящей работы является доказательство практической возможности их создания. Рассмотрим конструкцию головного светильника, технические требования которым она должна соответствовать, и методы их реализации. В части методов реализации прежде всего будут рассмотрены методы обеспечения их взрывозащиты.

Рудничный головной светильник состоит из источника питания, фары и соединительного шнура. В головных светильниках в качестве источника питания используются герметичные аккумуляторы. Допускается использова-

ние доливных аккумуляторных батарей, конструкция которых исключает возможность выливания из них электролита при любом положении батареи.

Рудничный светильник индивидуального пользования должен снабжаться устройством, препятствующим доступу внутрь фары и к аккумуляторной батарее без специального ключа, а также иметь возможность пломбирования фары и корпуса аккумуляторной батареи. Эти меры направлены на предотвращение доступа в шахте к токоведущим частям светильника и возникновение открытого искрения. В рудничных световых приборах должны применяться только источники света, в которых отсутствуют материалы, самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом при разрушении колбы источника света, чтобы предотвращалась опасность появления открытого искрения или наличия незащищенных частей, нагреваемых до высокой температуры.

Корпус переносного рудничного светового прибора с автономным источником света должен выполняться прочным и выдерживать трехкратное сбрасывание на бетонное основание с высоты 1,8 м, считая от центра тяжести. Фара рудничного аккумуляторного светильника должна иметь на-

дежное уплотнение защитного стекла с помощью эластичной прокладки, обеспечивающей установленную степень защиты от внешних воздействий.

При этом должны сохраняться степень защиты от внешних воздействий, целостность изоляции, внутреннего монтажа и контактных соединений. Это требование основывается на том, что в процессе эксплуатации возможно падение светильника с высоты головы горнорабочего, однако даже при таком падении не должно происходить указанных повреждений и опасного искрения. По этим соображениям конструкция рудничных световых приборов должна быть вибро- и ударопрочной, вибро- и удароустойчивой в соответствии со степенями жесткости, регламентированными ГОСТ 24471-80.

Корпус взрывозащищенного светильника, его светопропускающий элемент и защитная сетка должны выдерживать энергию свободнопадающего груза не менее 7 Дж при взрывобезопасном уровне взрывозащиты. При РП энергия удара для корпуса светильника принимается не менее 4 Дж.

Шнур головного светильника должен быть механически прочным с маслостойкой оболочкой, не поддерживающей горения, морозостойкой при температуре -40 0С, устойчивым к циклическим нагрузкам с кручением и изгибом, а для взрывозащищенных светильников к тому же шнур должен быть защищен от токов короткого замыкания плавким предохранителем. В месте ввода шнура в оболочку источника света и корпус аккумуляторной батареи должны быть предусмотрены устройства, предохраняющие шнур от выдергивания при усилии не менее 150 Н. Ввод шнура в корпус аккумуляторной батареи, кроме того, должен быть снабжен устройством, предохраняющим шнур от

резких перегибов. Опыт эксплуатации головных аккумуляторных светильников показывает, что короткое замыкание между жилами шнура, вызванное разрушением изоляции жил под воздействием масел, разрывом сердечника, повреждением оболочки, некачественной разделкой жил под крышкой светильника, приводят в некоторых случаях к загоранию шнура, а иногда и корпуса светильника. По соображениям безопасности при эксплуатации светильников в шахтах наиболее целесообразным является выбор защиты по условиям исключения опасного перегрева токами короткого замыкания, вызывающими загорание шнура.

Рассмотрим отдельно методы обеспечения взрывозащиты аккумуляторной батареи, шнура и фары.

Для уровня взрывозащиты РП аккумуляторная батарея должна быть помещена в оболочку, обеспечивающую уровень защиты аккумуляторной батареи от внешних воздействий не менее 1Р54. Выходные электрические цепи аккумуляторной батареи должны соответствовать «/'с» в соответствии с ГОСТ Р 51330.10-99. Перегорание предохранителя не должно явиться источником воспламенения испытательной взрывоопасной смеси. Это может быть достигнуто различными методами: заливкой его компаундом, размещением его во взрывонепроницаемой оболочке, ограничением его параметров до величин, при которых исключается воспламенение испытательной взрывоопасной смеси. Последний метод является наиболее рациональныи и универсальным, пригодным для любого уровня взрывозащиты электрооборудования и должен быть рассмотрен в данной работе.

Рассмотрим предохранитель. Его сопротивление вместе с присоединительными проводами равно 0,01 Ом, а постоянная времени

- 5 мкс. В качестве непосредственно плавкого элемента используется медная луженая проволока диаметром 0,213 мм длиной 10 мм. Тогда омическое сопротивление непосредственно проволочки, используемой в качестве плавкого элемента будет равно:

R = pl/S = 0,0184х0,01/3,14х х(0,213)2 =0,006 Ом (1)

Рассмотрим предохранитель с точки зрения определения величины тока, когда он не перегорая не может воспламенить метановоздушную смесь P=I 2R=50x50x0,06=15 Вт (2)

Удельная мощность Р/l =15/10 = 1,5 Вт/мм (3)

При токе 50 А предохранитель не перегорая не будет воспламенять метановоздушную смесь с коэффициентом безопасности 1,5. Учитывая, что предохранитель будет перегорать при меньшем токе необходимо с помощью экспериментов во взрывной камере установить на какую величину может быть увеличено безопасное значение разрываемого предохранителем тока цепи благодаря эффекту перегорания. Кроме этого, следует установить значения коэффициентов безопасности применительно к представительным взрывоопасным смесям для различных размыкаемых токов цепи.

Искробезопасность выходных цепей аккумуляторной батареи может быть выполнена для любого уровня взрывозащиты с помощью использования искрозащитных элементов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51330.10-99. Основной задачей в этом направлении является наиболее рациональное решение обеспечения искро-безопасности выходных электрических цепей аккумуляторной батареи.

В качестве соединительного кабеля между аккумуляторной батареей и фарой используется шнур типа АШУ 2х1 длиной 1,4 м, который имеет следующие электрические параметры: L = 1,8 мкГн

и RL= 0,2 Ом. Подключение шнура к герметичной аккумуляторной батарее создает условия для накопления в нем магнитной энергии, что следует учитывать при обеспечении искробезопас-ности электрических цепей светильника.

Для осуществления максимальной защиты при прохождении больших токов, вызывающих опасные перегревы шнура, плавкая вставка в соответствии с требованиями Правил безопасности должна отвечать условию 1в = 1кз/4. Параметры предохранителя должны отвечать этому требованию и исключать ложные срабатывания при зарядке аккумуляторной батареи.

Основными потенциальными источниками воспламенения взрывоопасной смеси в фаре являются:

• переключатель;

• накопление зарядов статического электричества на поверхности

• пластмассовой оболочки фары;

• лампа.

Обеспечение искробезопас-ности электрической цепи питания лампы светильника приводит к тому, что процесс переключения режимов работы и возникающие при этом искрения не являются опасными и не требуют размещения переключателя во взрывонепроницаемой оболочке.

Обеспечение электростатической искробезопасности оболочки фары может быть достигнуто путем снижения сопротивления изоляции пластмассовой оболочки, уменьшения поверхности оболочки и емкости наружных металлических элементов.

Для разработки головных светильников в особовзрывобезопасном исполнении и снижении веса фары необходимо решить вопрос взрывобезопасно-сти лампы, доказав, что при лю-

бых повреждениях она не может явиться источником воспламенения испытательной взрывоопасной смеси. Искробезопас-ность электрических цепей питания лампы и ее взрывобезо-пасность во всех испытательных режимах позволят оболочку фары выполнять в облегченном виде с защитой вида «е».

Исходя из данных ГОСТ Р 51330.10-99 номинальное напряжение для оценки температуры поверхности компонентов для герметичной аккумуляторной батареи равно 3,9 В, а для доливной - 4,4 В. При токе, протекающем через более мощную спираль в 1,0 А, максимальная выделяемая мощность на спирали лампы в случае герметичной аккумуляторной батареи будет равна 3,9 Вт, а в случае доливной -4,4 Вт.

Удельная воспламеняющая мощность нагретого тела малого размера (характеристический

размер не более 5 мм) для метановоздушной смеси равна 2,5 Вт/мм, а безопасная удельная мощность при коэффициенте безопасности 1,5 равна 1,66 Вт/мм. В нашем случае характеристический размер спирали равен не менее 3 мм. Удельная мощность, выделяемая на спирали в случае герметичной аккумуляторной батареи, равна 1,3 Вт/мм, а для доливной - 1,46 Вт/мм.

Проведенный анализ показывает, что можно ожидать того факта, что используемые в головных светильниках лампы для исследованных аккумуляторных батарей могут быть взрывобезопасны с коэффициентом безопасности не менее 1,5. Подробно на основании экспериментов во взрывной камере можно будет не только подтвердить этот факт, но и определить реальную величину коэффициента безопасности. Для этого необходимо будет

подобрать состав водородокислородной смеси, начиная с которого увеличение кислорода в смеси будет обеспечивать надежное воспламенение взрывоопасной смеси.

Таким образом, расчетами и испытаниями на моделях предохранителя и лампы показана перспектива создания рудничных переносных взрывозащищенных головных светильников в особовзрывобезопасном исполнении, что должно найти свое отражение в будущих стандартах на этот вид электрооборудования. Дальнейшие исследования в этом направлении должны быть направлены на установление значений коэффициентов безопасности для используемых на практике предохранителей для различных размыкаемых токов цепи и для ламп, используемых в светильниках, в зависимости от параметров аккумуляторной батареи.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

,____________________________________________________________________________________

Со

Ерыгин А.Т., Шатило А.Н., Ильюшкина И.К. —. Институт проблем комплексного освоения недр РАН.