CC BY
52
© А.Т. Ерыгин, Р.Ю. Толченкин, 2009
А. Т. Ерыгин, Р.Ю. Толченкин
УСТАНОВЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ В РУДНИЧНЫХ ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРАХ
Предложена методика расчета для определения минимальных воспламеняющих токов применительно к метановоздушной смеси для параметров электрических цепей, характерных для химических источников тока.
Ключевые слова: искробезопасность, электрические цепи, метановоздушная смесь.
~П удничные переносные приборы и электрооборудование
-МГ обычно имеют автономные источники питания в виде аккумуляторов и сухих элементов. Параметры химических источников тока характеризуются малыми значениями напряжений, малыми значениями индуктивностей и большими значениями размыкаемых токов. Воспламеняющая способность электрических разрядов, возникающих при коммутации данных электрических цепей, не изучена в России и за рубежом и в действующих стандартах информация о них не содержится. Изучение воспламеняющей способности электрических разрядов в этих цепях позволит получить исходные данные для оценки искробезопасности химических источников питания без ограничительных сопротивлений в режиме короткого замыкания и вместе с линией связи и индуктивными нагрузками. Такими исходными данными могут быть характеристики искробезопасности !в = ДЪ, E), полученные с помощью экспериментов во взрывной камере, заполненной испытательной активизированной взрывоопасной смесью для рудничного электрооборудования. Диапазон изменения значений напряжений источников питания, их индуктивностей и токов будет охватывать параметры встречающихся на практике автономных источников питания.
Основным методом оценки искробезопасности электрических цепей до последнего времени был экспериментальный, основанный на коммутации электрической цепи искрообразующим механизмом во взрывной камере, заполненной испытательной взрывоопасной смесью, и определении вероятности воспламенения взрывоопасной
смеси. В соответствии с действующим стандартом [1] для оценки искробезопасности одного испытательного режима необходимо выполнить 16000 искрений. Кроме экспериментального метода действующим стандартом разрешен расчетный метод оценки, основанный на использовании характеристик искробезопасности, полученных с помощью экспериментов во взрывной камере для определенного класса электрических цепей. Расчетный метод оценки искробезопасности по сравнению с испытаниями во взрывной камере имеет значительные преимущества [2] :
- более высокая достоверность, точки на характеристиках ис-кробезопасности исключают значительные колебания данных в сравнении с отдельными испытаниями;
- более широкая область применения по сравнению с испытаниями во взрывной камере, характеристики искробезопасности могут быть получены в области параметров электрических цепей, где экспериментальные методы невозможны из-за значительного влияния индуктивности искрообразующего механизма и присоединительных проводов;
- возможность выбора рациональных параметров электрооборудования;
- более высокая информативность расчетного метода оценки за счет получения ее результатов в количественной форме в виде значения коэффициента безопасности, испытания во взрывной камере обеспечивают только качественный (положительный или отрицательный) результат;
- сокращение времени проведения испытаний;
- возможность оценки искробезопасности электрических цепей не только испытателями сертификационных центров взрывозащищенного и рудничного электрооборудования, но и разработчиками взрывозащищенного электрооборудования во время его создания.
При всей привлекательности расчетной оценки искробезопас-ности электрических цепей она до сих пор не стала повсеместной при разработке и сертификации взрывозащищенного и рудничного электрооборудования. В настоящее время могут оцениваться только простые электрические цепи, для которых в действующем стандарте [1] приведены характеристики искробезопасности 1в = f(L, E). Однако оценка искробезопасности этих электрических цепей имеют ограниченную область применения. Характеристики искро-безопасности 1в = f(L, E) получены для рудничного электрообору-
дования только для токов до 2 А в пределах области применения искрообразующего механизма I типа. В настоящей работе ставится задача получить исходные данные для расчетной оценки искробе-зопасности химических источников тока вместе с индуктивными нагрузками в рудничных переносных приборах и электрооборудования.
На первом этапе с помощью расчетного метода, разработанного в ИПКОН РАН [2], и приведенного в действующем стандарте [1] будут построены характеристики искробезопасности 1в = f (L, E). Данный метод расчета основан на том, что источником воспламенения взрывоопасной смеси является электрический разряд. При больших размыкаемых токах предположительно возможен нагрев контактов, который будет способствовать воспламенению взрывоопасной смеси и снижать искробезопасные параметры электрических цепей. Поэтому экспериментальное определение воспламеняющих параметров электрических цепей и сравнение их с расчетными данными должно определить насколько существенно влияние нагрева контактов или до каких значений размыкаемых токов им можно пренебречь.
В данной работе методика расчета была использована только для определения минимальных воспламеняющих токов применительно к метановоздушной смеси для параметров электрических цепей, характерных для химических источников тока (рис. 1). Полученные значения минимальных воспламеняющих токов применительно к метановоздушной смеси затем были уменьшены на коэффициент искробезопасности, равный 1,5, чтобы затем оперировать при оценке искробезопасности с искробезопасными значения токов применительно к рудничному электрооборудованию (рис. 2).
Экспериментальные исследования воспламеняющей способности электрических разрядов, возникающих при коммутации электрических цепей рудничных переносных приборов и электрооборудования, проводились в водородокислородной смеси с содержанием водорода 85%. Данная взрывоопасная смесь согласно ГОСТ Р 51330.10-99 [1] является испытательной активизированной взрывоопасной смесью при оценке на
1в,А
7
^ 3 \
\
4 \
V
\
5 \ ч
N \
6 \ \
\
Ч
1 10 100 Е, В
Рис. 1. Минимальный воспламеняющий ток для метановоздушной смеси (8,3%СН4 + 91,7% воздуха) в зависимости от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи: 1 - 10-6 Гн; 2 - 10-5 Гн; 3 - 10-4 Гн; 4 - 10-3 Гн; 5 - 10-2 Гн; 6 -10-1 Гн
искробезопасность рудничного электрооборудования. Для приготовления данной взрывоопасной смеси использовано электролитическое питающее устройство ПУЭ [3], позволяющее получать любые составы водородокислородной смеси с высокой точностью. В качестве искрообразующего устройства использован механизм МЭК, являющийся стандартным при проведении на искробезопасность электрических цепей как в
1в, л
1 Ю 100 Е, В
Рис. 2. Искробезопасный ток для метановоздушной смеси (8,3%СН4 + 91,7% воздуха) в зависимости от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи: 1
- 10-6 Гн; 2 - 10-5 Гн; 3 - 10-4 Гн; 4 - 10-3 Гн; 5 - 10-2 Гн; 6 - 10-1 Гн
России, так и за рубежом. Искрообразующее устройство устанавливалось во взрывной камере БВК-3 .
Воспламеняющие токи для каждой электрической цепи будут определяться при трех - пяти вероятностях воспламенения водородокислородной (85% Н2 + 15% О2) смеси. По полученным данным строится зависимость вероятности воспламенения взрывоопасной смеси от размыкаемого тока Р = Щв) и путем интерполяции и экстраполяции определяются воспламеняющие
!.А
Рис. 3. Зависимости минимального воспламеняющего тока от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи для водородокислородной (85% Н2 + 15% О2) смеси
токи при стандартном значении вероятности воспламенения взрывоопасной смеси Р = 10-3. В результате выполненных экспериментальных исследований построены характеристики искробезопасно-сти 1в = ДЪ, Е) (рис. 3), которые служат для оценки искробезопас-ности химических источников тока как в режиме их короткого замыкания, так и совместно с линией связи и индуктивными нагрузками.
Анализ результатов экспериментальных исследований, приведенных на рис. 3, показывает, что полученные расчетом и с помощью эксперимента значения искробезопасных токов в изученном диапазоне практически полностью совпадают. Это подтверждает справедливость основ, на которых базируется метод расчета, а также тот факт, что нагрев контактов искрообразующего механизма в результате протекания по ним больших токов (до 10 А) не влияет на процесс воспламенения (не снижает уровень воспламеняющей энергии электрического разряда). Только при токах более 10 А замечено слабое влияние нагрева контактов на уровень воспламеняющих токов.
В результате выполненных исследований в диапазоне размыкаемых токов до 20 А может быть сделан важный вывод о том, что для оценки искробезопасности химических источников тока в режиме короткого замыкания, с линией связи и индуктивными нагрузками может быть использован как расчетный метод, так и характеристики искробезопасности 1в = f (L, E), полученные на основании экспериментальных исследований.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь i. Введ. от 01.01.00. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 117 с.
2. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., ЯковлевВ.П. Методы оценки искробезопасности электрических цепей. М., Наука, 1984 -256с.
3. Серов В.И., Виноградов В.П. Электролитическое питающее устройство. -М: ИГД им. А.А. СкочинскогоД968. -23 с. шгЛ
A.T. Erygin, R.J. Tolchenkin
ESTABLISHMENT OF THE INITIAL DATA FOR SPARK-SAFETY OF INDEPENDENT POWER SUPPLIES IN MINING PORTABLE DEVICES ESTIMATION
The calculation method for definition of the minimum igniting currents in respect to methane-air mix for electric chains parameters, typical for chemical sourced currents is offered.
Key words: spark-safety, electric chains, methane-air mix.
___ Коротко об авторах __________________________________________________
Ерыгин А. Т. - профессор, доктор технических наук,
Толченкин Р.Ю. -аспирант,
ИПКОН РАН, [email protected]
