CC BY
38
УДК 621.3.011.1 Р.Ю. Толченкин
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА В РУДНИЧНЫХ ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРАХ
Семинар № 21
ЖЭ ыделение метана и его гомоло-
-Л-М гов в угольных шахтах создает возможность образования взрывоопасной среды в результате смешивания их с воздухом, ее воспламенения и взрыва, влекущего за собой тяжелые последствия. По этой причине там используется взрывозащищенное электрооборудование, которое в сравнении с аналогичным по функциональному назначению электрооборудованием в общепромышленном исполнении имеет более низкие техникоэкономические показатели. Наиболее прогрессивное искробезопасное исполнение взрывозащищенного электрооборудова-
ния также в настоящее время полностью не решает эту задачу.
Целью данной работы является разработка способов обеспечения искробе-зопасности рудничных переносных приборов, позволяющих максимально приблизить их к общепромышленному исполнению и благодаря этому снизить габариты, вес, стоимость и повысить их конкурентноспособность в сравнении с зарубежными аналогичными приборами
Для реализации данного подхода требуется:
1. Разработать методику оценки ис-кробезопасности химических источников тока без ограничительных элементов.
2. Используя данную методику оценить выпускаемые промышленностью
химические источники тока, включая параллельное и последовательное их соединение, а также дать рекомендации заводам-изготовителям по обеспечению необходимых параметров их изделий для повышения эффективности использования их в переносных искробезопасных рудничных приборах.
3. Разработать методику оценки тел, нагреваемых химическим источником тока.
4. Разработать методы обеспечения искробезопасности реактивных нагрузок без искрогасящих шунтов.
Эта проблема как в России, так и за рубежом до настоящего времени не решена и действующие стандарты в области искробезопасности электрических цепей не содержат соответствующих материалов. Выполнение этой работы позволит повысить технико-эконо-мические характеристики переносных рудничных приборов. Кроме этого, выполнение этой работы будет инициировать у разработчиков искробезопасной аппаратуры стремление к миниатюризации приборов за счет умень-шения энергопотребления с помощью микроэлектроники, что приведет к дополнительному повышению их технико-экономических характеристик. В настоящее время эта мотивация практически отсутствует в виду невозможности снизить габариты источника питания с ограничительным сопротивлением.
В начале в работе предстоит ответить на вопрос, что собой представляет с точки зрения искробезопасности электрических цепей химический источник тока.
В основе современной классификации искробезопасных электричес-ких цепей лежит предложенный В.С. Кравченко [1] признак - энергия, поступающая из элементов электрической цепи в электрический разряд. В омических цепях основная доля энергии поступает в электрический разряд из источника питания, в индуктивных - из индуктивного элемента, в емкостных - из емкости, а в смешанных - из источника питания и реактивных элементов цепи.
Зависимости минимального воспламеняющего тока от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи для водородокислородной (85% Н2 + 15% О2) смеси.
В настоящее время наиболее полно изучены закономерности воспламенения взрыво -опасных смесей электрическими разрядами, возникающими при размыкании омических и простых индуктивных цепей. Минимальный воспламеняющий ток в омических цепях имеет место при малых скоростях разведения контактов, а в простых индуктивных цепях - при больших скоро -стях разведения контактов. В работе [2] экспериментально установлены численные значения наиболее опасных скоростей разведения контактов в омических и простых индуктивных цепях применительно к метановоздушной смеси. Индуктивной с позиции искробе-зопасности следует считать не ту цепь, в которой содержится сосредоточенная индуктивность, а цепь, в которой в электрический разряд основная доля энергии поступает из индуктивности цепи. Одна индуктивность без взаимосвязи с другими ее параметрами не может характеризовать цепь. Например, цепь с индуктивностью порядка 10-7 Гн может быть индуктивной, а цепь с индуктивностью 1,0 Гн - безреактивной. Можно утверждать, что при любой индуктивности цепь может быть как безреактивной, так и индуктивной.
В этом случае все определяется комплексом всех ее параметров.
По характеристикам искробезопас-ности 1в = Г(Ь,Б) (рисунок) омические цепи представлены правой граничной кривой. Все кривые, лежащие левее этой граничной кривой относятся к индуктивным цепям. При э.д.с. источника питания ниже минимального напряжения зажигания дуги, равного для пары контактов из кадмия и вольфрама 8 В, цепь может быть только индуктивной, так как электрические разряды при малой скорости разведения контактов будут невозможны. В качестве источника питания с э.д.с., превышающей минимальное напряжение зажигания дуги, химический источник тока может быть как индуктивной, так и омической цепью. Так как традиционно оценить на искробезо-пасность химический источник тока испытаниями во взрывной камере невозможно. Это вызвано, во-первых, тем, что при замыкании цепи имеет место значительный разряд батареи и невозможно при испытаниях обеспечить необходимое число искрений. Во-вторых, трудно во времени совместить начало размыкания цепи с достижением максимального тока в ней. В третьих, индуктивность химического источника тока на несколько порядков меньше индуктивности искрообразующего механизма и его присоединительных проводов, что приводит к тому, что мы будем испытывать взрывную камеру, а не химический
1. Кравченко В.С. Воспламеняющая способность электрического искрения. Электричество, 1952, №9, с.21-28.
источник тока. Поэтому единственным методом остается оценка с помощью характеристик искробезопасности 1в = Г(Ь,Б). Применительно к активизированной водородокислородной смеси I категории взрывоопасности с помощью экспериментов получены характеристики искробезопасности 1в = Г(Ь,Б) (рисунок). Для оценки на искробезопасность химического источника тока достаточно измерить его параметры (I, Е, Ь), определяющие его воспламеняющую способность. Если э.д.с. источника питания легко измерить с помощью вольтметра, то определение тока короткого замыкания и его индуктивности представляют определенную сложность и требуется разработать методы их измерения. Установленные характеристики искробе-зопасности 1в = :£"(Ь,Е) необходимо дополнить аналогичными зависимостями при малых индуктивностях цепи и больших ее токах для распространения метода оценки искробезопасности на химические источники тока большей емкости и совместно с линией связи и индуктивными нагрузками.
Таким образом, в результате выполненной работы предложен метод оценки химических источников тока без ограничительных сопротивлений и намечены пути его развития в части совместного его рассмотрения с линией связи и реактивными нагрузками.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В.П. Методы оценки искробезопасности электрических цепей. - М.: Наука, 1980.- 144 с.
— Коротко об авторах --------------------------
Толченкин Роман Юрьевич - аспирант ИПКОН РАН.
