автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование способов и средств оценки искробезопасности электрических цепей электрооборудования угольных шахт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

На правах рукописи УДК 621.3.031-783:001.891.573 ЗАЛОГИН Александр Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ ИСКР0БЕ30ПАСН0СТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Специальность 05.26.01 —„Охрана труда и пожарная

безопасность"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Макеевка—Донбасс 19 9 2

> / V ■/

/ V /■ /

Работа выполнена в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ).

Научный руководитель— докт. техн. наук

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. канд. техн. наук, с. н. с.

А. Н. ШАТИЛО

Е. С. ТРАУБЕ В. Ф. ЛАХМАНОВ

Ведущее предприятие—Макеевский завод шахтной автоматики.

Защита диссертации состоится . • 1992 г.

в /3 часов на заседании специализированного совета К-135.08.01 в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (339008, г. Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МакНИИ. Автореферат разослан . /Р * 1992 г.

Ученый секретарь специализированного сове

канд. техн. наук

В. М. ПРИХОДЬКО

_1£1!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных средств обеспечения безопасного применения слаботочного электрооборудования в угольных шахтах является'широкое использование взрывозащигы вида "искробез-опасная электрическая цепь". В настоящее время такой вид взрывоза-шиты непрерывно совершенствуется. Созданы новые средства обеспечения искробезопасности, позволившие увеличить искробезопасную мощность более чем в 10 раз.

Использование новых средств обеспечения искробезопасности при создании взрывозашищенного электрооборудования со сложными и энергоемкими электрическими цепями требует совершенствовангя суиествуюдих и разработки новых способов и средств их оценки. Как показывает практика, традиционный подход к оценке искробезопасности, разработанный для простых иняуктивных, емкостных и реэистивных цепей, не всегда позволяет объективно оценить искробезопасность взрывозасишен-ного электрооборудования сложных электрических систем и, как следствие этого, .- либо необоснованный отказ в допуске электрооборудования в шахту, либо вцяача разрешения на его применение с меньшим .уровнем искробезопасности, чем это требуется по нормативным документам. По данным МакНИН, испытания таких цепей требуют больших затрат времени, а полученные при этом результаты характеризуются недостаточной повторяемостью и достоверностью. Поэтому решение задачи по совершенствованию способов и средств оценки искробезопасности взрывозащиаенного электрооборудования и электрических систем является актуальной.

Представленные в диссертации исследования связаны с научно-исследовательскими работами МакНИИ (№ гос.регистрации отчетов Э184.0049641, 1,168.0000308, 01В8.0011352, 0189.0-021322), выполненными в рамках научно-технической проблемы 171410 "Создать и осуществить широкое внедрение новых (усовершенствованных) способов и технических средств обеспечения безопасных ч здоровых условий труда на угольных шахтах".

Цель работы. Совершенствование способов и средств оценки искробезопасности, заключающееся в повытении достоверности и сокра-аенш! времени испытаний взрывозакгаенного' электрооборудования.

'/лея работы лок.-ючартся и том, что при оценке искробезотс-чосги учитывается комплексное влияние на воспламенение газовой ;м°си ?е параметров, а так:лс параметров искрообразуюиего механ'.' и испытываемой электрической цепи.

Научные положения, вынесенные на защиту, и их новизна.'

Математическая модель процесса воспламенения взрывчатой газовой смеси электрическими разрядами, учитывающая комплексное влияниз состава и температуры газовой смеси, скорости движения и формы контактов искрообразуюшего механизма и параметров электрических цепей; полученные с помощью модели аналитические зависимости искробезопас-ного тока от напряжения при разных температурах газовой смеси, зависимости минимальной энергии воспламенения от диаметра контактов, скорости их движения и длительности электрического разряда.

Экспериментальные зависимости вероятности воспламенения от тока и напряжения цепи при различной степени изношенности дисков унифицированного искрообразукшего механизма I типа.

Аналитические зависимости мгновенных коммутируемых значений токов и напряжений при различном времени замкнутого и разомкнутого .состояния контактов.

Экспериментальные зависимости минимальных воспламеняющих токое от материала контактов искрообразующего механизма и от типа контактов коммутирующих устройств.

Способы оценки искробезопасности электрических целей (а-с. №№ 1461999, 14С5607, 1513154, 1620212, решения о выдаче авторски-: свидетельств по заявкам №№ 4730490 , 4346330).

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечена: применением теоретических основ электротехники, осное«-ных законов теплопроводности и химической кинетики, корректным использованием методов математического моделирования исследуемых про-г. '"сг. теории вероятности и строгим обоснованием принятых' допущений; большим объемом материалов экспериментальной проверки основны/. теоре,. ических выводов; удовлетворительной сходимостью теоретически и экспериментальных данных (относительная погрешность не превышает !&.£); положительными результатами лабораторных и промышленных испытаний разработанных способов и средств оценки искробезопасности,

Научное значение работы заключается в развитии теоретических и экспериментальных методов оценки искробезопасности за счет исследования глиянил на воспламенение газовой смеси большого числа факторов и использования полученных результатов для совершенствования способов и средств оценки искробезопасности.

Практическое значение работу состоит в разработке электроизмерительных и экспериментальных способов и средств оценки искробезопасности, позволяющих повысить достоверность и сократить время одного испытательного режима в десять и белее раз.

Реализация выводов и рекомендаций. Основные результаты исследований внедрены при оценке искробеэопасности электрических цепей горно-иахтного оборудования б "акНИИ. РазраЬиганы и эксплуатируются установки для испытаний искробеэопасных электрических цепей "Искра--1У5" (а.с. №№ 1532719, 1567795, 1714162), а также устройства для электроизмерительной оценки искробеэопасности электрических цепей (а.с. )?№ 1451284, 1571277). Способ проверки взрывной камеры для испытаний электрических цепей на искробезопасносгь (а.с. № 1513154) применяется при настройке искрообразующего механизма. Способ электроизмерительной оценки искробеэопасности индуктивных электрических-цепей переменного и пульсирующего токов (а.с. № 1461999) реализован При сертификации аппаратуры приводов гидроуправляемых шахтных за-,;21геек ПГ3.1М и других аналогичных устройств. Способы испытаний (а.с. №№ 14656С7, 1626212, решения о выдаче авторских свидетельств по заявкам К)» 4750490 , 484СЗЗС) использованы при сценке искробеэопасности аппаратуры шахтной автоматики: КК/К, КУЗ и др.

.'.пробляия рчботы. Основные положения диссертационной работы доложены на I Всесоюзной школе-ссминаре молодых ученых и специалистов "Разработка и обогащение рудных и нерудных месторождений при их комплексном освоении" (г.Москва, 1987 г.), конференции молодых ученых п специалистов "Повышение безопасности труда в пахтних усло-ьинх ускорения научно-технического прогресса" (г.Макеевка, 1907 г.), международной конференции "Системы контроля безопасности труда а горном .мле" (г.Зажеш Польша, 1939 г.), научно-технической конференции "Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечи-ь..1ю::шх улучшение охрани труда и техники безопасности на предприятиях страсли" (г.Свердловск, 1989 г.), ХУ1 Всесоюзной конференции молодых ученых "Теория и практика комплексной разработки месторождений >: обогащения полезных ископаемых" (г.Москва, 1939 г.), республиканцам семинаре "Технические средства автоматики" научного совета по проблеме "Кибернетика" Академии наук УССР (г.Донецк, 1939 г.), семинаре "Искробезопасносгь-90" на мездународной выставке "Уголь~9С" (г.Донецк, 1990 г.) и получили положительную оценку.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 статей; получено 12 авторских свидетельств на изобретения и 4 решения о выдаче авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста, содержит 5(. рисунков, 13 таблиц, список' литературы из 106 наименований и приложения.

- 6 -

ОСНОВНОЕ СОДЕНШИЕ РАБОТЫ

Большой вклад в развитие теории взрывобезопасносги, разработку норматшных документов на виды взрывозащиты и создание взрывозасш-щенного электрооборудования внесли д.т.н. Ковалев П.Ф., д.т.н. Серов В.И., д.т.н. Траубе Е.С., д.т.н. Ерыгин А.Т., д.т.н. Лаев-ский С.Г., д.т.н. Пархоменко А.И., д.т.н. Силаев В.И., д.т.н. Бойко В.А. и др. Среди созданных ими видо'в взрывозащиты важное место занимает "кскробезопасная электрическая цепь".

Применение искробезопасных электрических цепей автоматики, управления, связи и телемеханики позволяет сравнительно просто обеспечить наиболее высокий уровень взрывозащиты, исключая при этом использование громоздких взрывонепроницаемых оболочек, создает определенные удобства при эксплуатации аппаратуры. Решение все более сложных технологических задач потребовало создания мощных искробезопасных систем, совершенствования средств обеспечения искро-безопасносги. В то же время оценка искробезопасности таких систем производится по методике, разработанной несколько десятков лет назад. Несмотря на большой объем исследований, проведенных В.С.Кравченко, П.Ф.Ковалепым, В.И.Серовым, А.Т.Ерыгиньм,' Э.Г.Коганом,

A.Е.Погорельским, Я.Л.Красиком, Н.И.Теребило, Н.А.Черниковым,

B.П.Виноградовым, Б.М.Кириченко, М.А.Васневым, З.П.Яковлевым,

В.В.Давыдовым, В.Ф.Лахмановым, Б.В.Черновым, С.В.Мамченко, А.Л.Трем-бицким, А.Г.Коганом, П.В.Лаппо, В.П.Диденко, Г.И.Макаровым, В.Б.Нейманом, Л.Б.йаерштейном, Л.И.Гаврильченко, В.Ф.Сенько и др. по обеспечению и оценке искробезопасности электрических цепей,.до настоящего времени любые цепи испыгываются по той же методике, что и простые индуктивные, емкостные и резистивные. Многолетний опыт сертификационных испытаний на искробезопасность позволил с большой степенью достоверности установить, что в ряде случаев применяемая методика оценки искробезопасности не обеспечивает необходимой повторяемости результатов испытаний. Кроме того, экспериментальные методы оценки очень трудоемки. Разработанные расчетные и электроизмерительные методы не нашли широкого применения из-за недостаточной достоверности результатов. До настоящего времени проблема оценки искробезопасности сложных электрических цепей не разработана в достаточной степени. Ото объясняется сложностью протекающих электрофизических, физикохимических и электрических процессов, определяющих воспламенение газовой смеси коммутационными электрическими разрядами.

, В соответствии с целью диссертационной работы и на основании проведенного анализа работ ученых, занимавшихся исследованиями искробезопасности, в частности, в области физических процессов воспламенения взрывоопасной смеси электрическими разрядами, а также разработкой способов'обеспечения и оценки'искробезопасности, в работе поставлены следующие задачи:

разработать математическую модель процесса воспламенения взрывчатых газовых смесей электрическими разрядами и на ее основе провести теоретические исследования факторов, оказывающих влияние на воспламенение газовой смеси;

провести экспериментальные исследования влияния параметров цепи и искрообразую'щего механизма на воспламенение взрывоопасной газовой смеси;

разработать более соверженные методы электроизмерительной оценки искробезопасности электрических цепей;

разработать новые способы и средства экспериментальной оценки искробезопасности сложных электрических цепей.

При разработке математической модели процесса воспламенения взрывчатых газовых смесей электрическими разрядами учитывались процессы теплопередачи от электрического разряда и зоны горен :я газовой смеси, выделение энергии в результате химической реакции, вольт-амперные характеристики электрического разряда между расходящимися контактами, влияние контактов, находящихся в зоне химической реакции, влияние параметров цепи на выделение энергии и последующее воспламенение газовой смеси. Система уравнений, описывающих процесс воспламенения с учетом перечисленных факторов:

И _ -1 .

(I)

9Т ~ Т '

где lp , Up - мгновенные значения тока и напряжения разряда; V(t)- закон изменения скорости движения электродов в функции времени; 7, и Z - цилиндрические координаты; ^ - относительная глубина использования (расхода) лимитирующего компонента за счет химической реакции, теплового расширения газа; Tf - температура, до которой нагреется единица' объема исходной газовой смеси .'при её мгновенном сгорании; и - функции, значения

которых определяют соответственно расположение электродов и ствола электрического разряда в зоне моделируемого.пространства; ß - константа скорости реакции; Хр.^о - начальные концентрации реагирующих компонентов; оС,^. Л* - коэффициенты; Е - энергия активации;

R - универсальная газовая постоянная; Q - действующее значение коэффициента температуропроводности; . "Z0 - диаметр ствола разряда; С>р - теплоемкость и плотность газовой смеси соответственно; 1»к- катодное падение напряжения контактах; t - текущее время.

Решение системы уравнений производило^ численными методами. В результате выполненных исследований установлено, что скорость движения контактов влияет на воспламенение газовой смеси, причем количество энергии, необходимой для воспламенения, возрастает как при увеличении, так и при уменьшении скорости относительно некоторой оптимальной величины. Существенно оказываются на воспламенении колебания температуры газовой смеси. 'Гак, при уменьшении температуры от 300 до 100 °К минимальный воспламенявший ток увеличивается в 5-7 раз. Исследованиями на математической модели установлено вли- . пние диаметра электродов на воспламенение газовой смеси и подтверждена её адекватность известным экспериментальным исследованиям, что подтверждает возможность использования теоретических методов оценки искробеэопасности. Сравнение теоретической и экспериментальной зависимостей минимального воспламеняющего тока от напряжения для резис-тивной цепи также показывает их качественное совпадение. На рис.1 приведены эти характеристики.

Одним из основных факторов, оказывающих влияние на воспламенение газовой смеси, является характеристика искрообразуюшего механизма, в частности, степень изношенности кадмиевого диска,-а также материал контактов. Проведенные экспериментальные исследования влияния степени изношенности диска на характеристики искробез-опасносги показали, что наибольшая вероятность воспламенения обеспечивается при коммутации индуктивных, емкостных и безреактивньгх цепей лисками с различной степенью изношенности.

20 50 100 £00 Напряжение Ё Еолмтшк

' Рис.1. Зависимость Минимального воспламенявшего тока от напряжения источника для резистивной цепи:

1 - экспериментальная зависимость,- при., ¿денная в

ГОСТ 22782.5-78;

2 - расчетная зависимость, полученная на модели Существенное влияние на воспламенение газовой смеси оказывают

материал■контактов и степень изношенности диска, определяющая частоту и скважность коммутаций . В табл. I приведены результаты экспериментальных исследований по определению наименьших значений воспламеняющих токов и напряжений для различных цепей при использовании дисков с разной степенью-изношенности (знаком "+" отмечен диск, при коммутации которым исследуемая цепь воспламеняет газовую смесь с наибольшей вероятностью), из которых следует, что наибольшая вероятность воспламенения зависит от вида испытываемой цепи и состояния поверхности диска.

Так, например, для емкостной цепи напряжением менее 30 Б наибольшая' вероятность■воспламенения будет наблюдаться, если при её испытаниях используется старый диск, а для емкостной цепи напряжением более 30 В - новый диск. Эти результаты объясняются тем, что токи и напряжения в момент коммутации цепи могут как превышать, так и не достигать номинального пначенил. Эти факторы не учитывались при проведении испытаний, из-за чего не всегда обеспечиваясь

Таблица I

Вид цепи — — ■ ■ »■........... ■■ ................ ¡Безреактив-!Индуктивная ¡Емкостная (Индуктивно

!ная цепь ! цепь ! цепь ■ !емкостная

1 ! ! ! цепь

Диск М<700!1>700! Ш<30Ш>30!

! мА I мА ! 1 В ! В !

Новый - _ _ +

Среднеизношенный - + + _ •

Старый + — — + - + •

повторяемость и достоверность результатов. Для повышения достоверности результатов испытаний предложен новый способ экспериментальной оценки искробеэопасности, позволяющий производить коммутацию цепи в наиболее опасных условиях и независимо от состояния лскрообразую-щего механизма. .

Проведенные исследования влияния материалов контактов на искро-безопасность позволили установить, что хотя кадмиевый диск во многих . случаях и обеспечивает минимальные воспламеняющие токи, однако при определенных параметрах цепи цинковый или стальной диски приводят к воспламенению при меньших'значениях токов. Поэтому при проведении сертификационных испытаний необходимо применять различные материалы в зависимости от параметров коммутируемой цепи.

Известно, что форма контактов также существенно оказывает влйя-. ние на воспламенение газовой смеси. Проведенные исследования наиболее часто встречающихся контактов (контактов реле) показали, что минимальный воспламеняющий ток увеличивается ъ 5-7 раз по сравнению с током,' Полученным на стандартном искрообразуюаем механизме. Поэтому наличие нормально искрящих контактов в искробезопасных цепях не повышает опасности и но требует более жесткого подхода при оценке искробеэопасности. Учитывая это, предложен способ оценки искробеэопасности электрических цепей с нормально искрящими контактами, согласно которому оцениваются взрывозащитные свойства контактов и определяются условия, цри которых их применение не нарушает взрыво-• защищенности аппаратуры.

При электроизмерительной оценке электрических цепей переменного и пульсирующего токов одним из важнейших факторов, определяющих её достоверность, является измерение параметров, характеризующих искро-беэоласность цепи. Так, эффективные значения напряжения и тока могут быть существенно ниже искробезопасных, в то время как мгновенные их значения могут существенно превышать эти величины. Для повышения

достоверности электроизмерительной оценки предлагается новый способ, основанный на тон, что к электрической цепи периодически подключают устройство, имитирующее разряд, причем период подключения выбирают таким, чтобы гарантировать измерение при максимальных значениях тока и напряжения цепи. Измеренные таким образом параметры цепи используются для оценки её искробезопасности. Предложен также новый способ электроизмерительной оценки, основанный на определении характера цепи, т.е. обладает ли цепь инпуктивностыо и ёмкостью. В сложных электрических цепях, содержащих большое количество реактивных элементов, индуктивных и емкостных; одна и та же цепь может вести себя как ш-щуктивная, так и как емкостная соответственно при размыкании и замыкании цепи. Поэтому оценивать искробезопасность такой цепи необходимо с учетом раздельного влияния как индуктивности, так и емкости. В качестве критерия оценки вида цепи принят характер изменения тока при её включении и изменение напряжения при отключении. Если цепь обладает емкостью, то в начальный момент ток цепи будет больше номинального, а длительность протекания такого тока зависит от величины емкости. Г1о этим двум факторам можно не только определить, что в цепи имеется конденсатор, но и определить его величину. По величине емкости конденсатора и напряжения цепи можно определить её" искробезопасность. Аналогично при размыкании цепи наличие напряжения, превышающего напряжение питапия, говорит о том,что цепь обладает инпуктивностыо. Оценка искробезопасности индуктивных цепей производится по величине энергии, запасенной в этой индуктивности. Раз-.работаны устройства, реализующие электроизмерительную оценку цепей, содержащих индуктивности-и емкости. В работе исследованы вопросы контроля настройки ¡«¡прообразующего механизма взрывной камеры. В настоящее время для оценки правильности.настройки используется критерий, заключающийся в том, что воспламенение газовой смеси иск-рообразующим механизмам должно произойти не более, чем за 400 оборотов держателя вольфрамовых проволочек, то•есть не более, чем за 1600 искрений. Очевидно, что при таком подходе искрообразуюший механизм считается настроенным прэвильно, если до воспламенения газовой смеси произошло как 10,. так и ЮСО искрений. Такой большой, разброс при оценке.правильности настройки искрообразуюшего механизма приводит к тому, что одна' Та же цепь дакет быть признана как искроопасно/, так к'искробсэтпсксй при различных сериях испытаний. Для, исключения недостаточно;'! пзвгосяекчсги результатов испытаний •предлагается новый способ настройки искрообразуюшего механизма, .который-заключается в гом, что определяется зерхняя и нижняя грани-

ца частости взрывов. Величина допустимой частости выбирается исходя из угла наклона зависимости вероятности воспламенения газовой смеси от тока или напряжения цепи. Проведенные исследования показали, что максимальное число искрений до возникновения взрыва не должно превы-

е» 0 - Ро) ,

Ед.0-Рг) ' (2)

т

а минимальное:

п =

Мо

^ 0 - р,) о)

где Р - вероятность ошибки, Р^ и ~ соответственно максимальная и минимальная вероятности, в диапазоне которых производятся испытания электрических цепей на искробеэопасность. Если при проведении контрольного взрыва количество искрений будет больше Ц и меньше ГП , то искрообразующий механизм настроен оптимальным образом и достоверность испытаний повышается. •

Для повышения достоверности результатов испытаний сложных электрических цепей в работе предложен новый способ оценки искро-беэопасности, суть которого заключается в том, что при испытании цепи оценивают не только величину вероятности воспламенения газовор смеси при коммутации цепи с заданным коэффициентом запаса, но и скорость ' изменения этой вероятности при уменьшении тока или напряжения. Известно, что при испытаниях простых цепей (резистивных, индуктивных и емкостных), где основным фактором, определяющим воспламенение, является энергия, выделяемая в разряде, скорость изменения вероятности, т.е. угол наклона вероятностной кривой является примерно постоянным. Поэтому, уменьшив ток или напряжение цепи в число раз, равное коэффициенту запаса, обеспечивается выход из зоны вероятностного воспламенения (Р=0), т.е. обеспечивается искробезопасность цепи. В тех искробезопасных системах, где на вероятность воспламенения оказывают влияние дополнительные фактору, например, время срабатывания искрозащиги, отключение источника энергии при коммутации, изменение скорости нарастания напряжения на расходящихся контактах и др., роль тех факторов, которые являются определяющими для Простых цепей, уменьшается, а, следовательно, угол наклона вероят- . постной кривой может быть как больше, так и меиошр. угла кривой для простых цепей. Если угол наклона больше,.ю при уменьшении тока или напряжения цепи в число раз, равное коэффициенту запаса', цепь будет иснробезопасной с большим запасом я, наоборот, если угол наклона меньше, то при соответствующем .уме,ны..г'нии тока и напряжения

параметры цепи не выйдут из зоны вероятностного воспламенения, а, следовательно, эксплуатация такой цепи во взрывоопасной атмосфере не допустима. Сущность способа заключаемая в том, что испытание цзпи проводят с различными коэффициентами запаса, определяют угол наклона вероятностной кривой, сравнивают этот угол наклона кривой, полученной для сложной цепи, с углом наклона вероятностной кривой простой цепи и по величине вероятности воспламенения, а также углу наклона вероятностной кривой определяют искробезопасность цепи. Необходимыми н достаточными условиями для определения иснробезопасности цели являются:

Рп * Р ;

.Ва < 1ч Рп ^ Р

р. -> I р< м

(4)

(5)

где Р, Р|, Рг - вероятности воспламенения газовой смеси при коммутации испытываемой цепи с коэффициентами запаса К ( 11 Кг соответственно , Рп , РЛ1И РП1- вероятности воспламенения газовой смеси при коммутации с максимальными параметрами простой индуктивной, емкостной или безреактивной цепи с коэффициентами запаса К,!<| И К^ соответственно.

На рис.2 приведены экспериментальные зависимости вероятности воспламенения от тока для индуктивной цепи в 2Ь% воаородно-возпушной смеси (кривая I) и той же цепи в 47% водоролно-воздушной смеси (кривая 1); аля источника питания с нелинейной характеристикой без шунтирующего конденсатора (кривая 2) и с шунтируюацми конденсаторами 0,05 и С,СЬ мк$ (нрмвке 3 и 4);.для источника питания, отключающегося при коммутации цепи (кривая 5). Зависимость 6 получена пля источника, отключающегося при коммутации, у которого узел искрозащиты искусственно затрублен.

Как следует из этих зависимостей, кривые I, I* , 2, 3 и 5 практически параллельны, т.е. к таким цепям Применимы метопы, используемые при оценке иснробезопасности простых цепей. При увеличенном значении емкости конденсатора, шунтирующего источник (кривая 4), наблюдается увеличение угла наклона кривой, т.е. такую цепь допустимо испытывать с меньшим коэффициентом запаса. При искусственном снижении чувствительности искрозащиты источника, отключающегося при коммутации, наблюдается не только изменение угла наклона характеристики

ю'1 иг' 10* «'

Ток Ь омщрок

Рис.2. Зависимости вероятности -воспламенения, газовой смеси от тока для источников питания с различными схемами искрозащиты

количественно, но и изменение знака угла наклона (кривая б), т.е. при уменьшении тока в цепи вероятность воспламенения увеличивается (в определенном диапазоне токов). Это объясняется тем, что■ эффективность искрозащиты в свою очередь зависит от величины тока, т.е. на вероятность воспламенения оказывают влияние более сложные процессы. Учитывая то, что си-:емы, отключающиеся при коммутации, ■ имеют' мощность, как правило, на порядок превышающую мощность простых цепей, и при неэффективной работе искрозащиты могут воспламенять газовую -смесь при первой же коммутации, существующая методика оценки искро-безопасности для них не приемлема. Так, например, при токе'порядка 1,3 А вероятность воспламенения составляет величину порядка 6.10"^ (рис.?. кривая С), т.е. цепь.является искробезопасной согласно существующей методике.. Если в этой'цепи'гок уменьшится в 2 раза,, что может быть при отключении части нагрузки, то вероятность воспламенения превысит величину Естественно, что такая цепь, не'может быть признана искробезопасной.

Для реализации предлагаемых способов оценки 'искробезоласнос/' разработан ряд устройств, в.том числе:

устройство для электроизмерительной оценки искробеэопасности ицдуктивних электрических цепей переменного и пульсирующего токов;

устройство для электроизмерительной оценки искробеэопасности индуктивных электрических цепей;

устройство для испытаний электрических цепей на искробезопас-ность во взрывных камерах;

устройство для контроля коммутаций электрических цепей при их испытании во взрывных камерах;

устройство для электроизмерительной оценки искробезопасности электрических цепей;

устройство для испытаний электрических цепей на искробезопас-

кость, содержащих нормально искрящие контакты. »

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В'диссертационной работе решена актуальная научная задача по 'становлению закономерное• . й комплексного влияния параметров иекрооб-;азуюаего механизма, газовой смеси и испытываемой цепи на воспламени-. 1Ную способность электрических разрядов, на основании которых разра- . отаны более совершенные способы и средства оценки искробезопасности лектрических цепей электрооборудования угольных цахт, обеспечивающие овышение достоверности и сокращение времени испытаний.

Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем;

1. ^Разработана математическая модель воспламенения газовой смеси эммутационными электрическими разрядами, учитывающая комплексное чияние состава и температуры.газовой смеси, скорости движения и фор-■j контактов искрообразующего механизма и параметров электрических ;пей.

2. Проведенные на математической модели исследования влияния :орости движения и диаметра контактов, длительности разряда, а такде млературы газовой смеси показали, что полученные результаты cor..а-ются с экспериментальными данными (относительная погрешность не евышает 15 %). Разработанное программное обеспечение для определе-я воспламенения' газовой смеси расчетным путем позволит оценить кробезопасность электрических цепей на стадии проектирования аппа-гуры, выбирать оптимальные параметры цепей для обеспечения их искро-зопасности, а также повысить достоверность и сократить время оценки (робезопасности.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями влияния [има коммутации и параметров ц^пи на параметры разряда установлено, | в зависимости от частоты и скважности коммутаций мгновенные зна-

чения тока и напряжения цепи отличаются от номинальных значений как в большую, так и в меньшую сторону. Поэтому при испытании цепей на искробезопасность необходимо для повышения их достоверности контролировать режимы коммутаций и создавать условия, при которых коммутация цепи с определенными параметрами происходила бы в момент достижения в ней максимальных значений тока и (или) напряжения.

Предложен способ испытаний таких цепей на искробезопасность.

4. Исследования воспламеняющей способности электрических разрядов, возникающих при коммутации различных классов цепей, показали, что наибольшую вероятность взрыва газовой смеси могут обеспечить при различных параметрах цепей не только кадмиевый, но также стальной и цинковый диски. Поэтому выбор материалов контактов искро-образующего механизма при испытаниях на искробезопасность должен производиться с учетом параметров'электрической цепи.

5. Экспериментальные исследования воспламеняющей 'способности эле1 • ¡ческих разрядов, возникающих при коммутации цепей реальными . контактами (контакты реле, кнопок, переключателей и,т.д.), позволили установить, что минимальные воспламеняющие токи увеличиваются в 5-7 раз, что существенно превышает принятый в настоящее время коэффициент безопасности К=1,5; С учетом этого предложен способ испытаний электрических цепей, содержащих нормально искрящие контакты.

6. Разработаны и внедрены в эксплуатацию способы электроизмерительной оценки искробеэопасности сложных цепей, содержащих индуктивные, емкостные и резистивные элементы, основанные на определении момента коммутации цепи, при котором обеспечивается максимальное вьщеление в разряде энергии, а также на определении характера коммутируемой сложной цепи (индуктивная и емкостная).

7. Предложено повысить достоверность оценки искробеэопасности электрических цепей во взрывных камерах за счет оптимальной настройки искрообразующего механизма и правильного выбора количества иск- ■ рений при испытаниях. Обоснован интервал количества искрений,.в пределах которого должен происходить контрольный'взрыв при правильной настройке искрообразующего механизма; разработано и внедрено ' устройство для точного'определения количества искрений при испытании электрических цепей на искробезопасноссь,

6. Разработан новый способ испытаний сложных энергоемких систем, основанный на определении допустимой величины вероятности воспламенения, а также допустимой величины угла наклона вероятностной кривой, который позволит исключить получение ошибочных результатов при испытании сложных цепей, содержащих нелинейные элементы (источ-

ники питания повышенной мощности), а также цепей, содержащих индуктивные и емкостные элементы.

9. Разработанные способы и средства оценки искробезопасности использованы при проведении сертификационных испытаний аппаратуры автоматизации, сигнализации и связи (КУЗ, VMK и др.). Использование этих способов и средств позволило повысить достоверность оценки искробезопасности и снизить трудоемкость испытаний электрических цепей, на искробезопасность.

10. 'Дальнейшее развитие исследований по данному направлению целесообразно проводить в части уточнения параметров модели электрического воспламенения газовой смеси и разработки программного обеспечения для аналитической оценки искробезопасности, проведения дополнительных исследований в части разработки методик применения различных материалов диска искрообразуюшего механизма, степени их изношенности для цепей с различными параметрами, разработки болео совершенных устройств, реализующих предлагаемое способы электроизмерительной и экспериментальной оценки искробезопасности электрических цепей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДЩИХ РАБОТАХ:

1. Залогин A.C. К вопросу о воспроизводимости результатов испытаний' электрических цепей на искробезопасность во взрывной камере. - В сб.: Разработка и обогащение рудных и нерудных месторождений при их комплексном освоении. - М,: ИПКОН АН СССР, IftiB, с. 135-88.

2. Коптиков В.П., Залогин A.C., Коган А.Г. Особенность электрического зажигания газовых смесей. - Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб. научных трудов, изд.МакНШ, I9CJÜ, с. 31-33.

3. Шатило А.Н., Залогин A.C., Коган А.Г. О влиянии длительности электрического разряда на искробезопасность индуктивных электрических цепей. - Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб. научных трудов, изд. МакНИИ, 1Э8о, с.24-31.

4. Еатило Л.Н., Залогин A.C., Коган А.Г. Устройство для электроизмерительной оценки искробезопасности индуктивных электрических цепей порченного и пульсирующего токов. - 'J с"».: Передовой производственный опгт и научно-технические лос1и :•■«-•:.- в угольной промкв-ленносгн, ргкомечяуе'.'ь'е для внедрения. - ii»nycK 2. - М.: Ц}1ИЭИуголь, I'ib'J, C.Z7-2*.

5. Лаппо П.В., Коптиков В.П., Залогин A.C. Устройство для определения воспламеняющей способности электрических цепей переменного тока. - В сб.Передовой производственный опыт и научно-техничес- . кие достижения в угольной промышленности, рекомендуемые для внедрения. -Выпуск 2. - М.: Ц-ШЭИуголь, 1989, с.29-31.'

6. Залогин. A.C. Совершенствование способов и средств оценки искробезопасности взрывозащишенного и рудничного электрооборудования. В сб.: Тезисы докладов научно-технической конференции: "Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечивающих улучшение охраны труда и техники безопасности на предприятиях отрасли". Свердловск, Свердловский Дом науки и техники, 1939, с.6-7.

7. Лаппо П.В.j Коптиков В.II., Залогин A.C. Воспламеняющая способность переменного тока прямоугольной формы повышенной частоты. -Уголь Украины. - 1989. - № 7. С.33-34. .t

8. Лаппо П.В., Коптиков В.П., Залогин A.C., Кошман A.B. Обеспечение искробезопасности цепей переменного тока 36 В йзрывобезопаснмх пускателей. - В сб.: Тезисы докладов'научно-технической конференции: "Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечивающих улучшение охраны .труда и техники безопасности на предприятиях отрасли". Свердловск, Свердловский Дом науки и техники, 1989, е.7-8.

9. Шатило А.Н., Коган Э.Г., Залогин A.C., Коган А.Г. Исследование некоторых вопросов искробезопасности методом математического моделирования. - Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб.научных трудов, изд.МакНШ, 1989,'с.87-95.

10. Залогин A.C. Новый метод испытаний на искробезопасность горношахтного оборудования, содержащего нормально искрящие контакты. - В сб.: 4изико-механические способы и процессы разработки и обогащения полезных ископаемых. - М.: ротапринт ИПКОН АН СССР, 1989,

с.93-100.

11. Шатило А.Н., Залогин A.C., Иванилов В.Н. Электроизмерительная оценка искробезопасности электрических цепей. - Безопасная эксплуатация оборудования и машин в угольных тахтах. Сб.научных трудов. Изд. МакНИИ, 1990, с.12-20.

12. Залогин A.C., Коган Э.Г., Лаппо П.В. Особенности проведения испытаний на искробезопасность индуктивных цепей с полупроводниковыми шунтами. - Безопасная эксплуатация оборудования и машин в угольных шахтах. Сб.научных трудов, изд.МакП1,"!.!, 19УО,.-с.20-2С.

13. Здлопш A.C., Катило А.Н., Коган Э.Г. влияние степени изношенности диска ь„к?ообраэуюаего 'механизма I типа im.'воспламенение .взрывоопасной газэьой смеси. - Безопасная эксплуатация оборудования ■

и машин в угольных шахтах. Сб.научних трудов, изд.МакНИИ, 1991, с.10-13.

14. Шатило Д.Н., Коган Э.Г., Залогин .A.C. Совершенствование методов испытаний электрических цепей на искробеэопасность. - Безопасная эксплуатация оборудования и машин в угольных шахтах. Сб.научных трудов, изд.МакНИИ, 1991, с.5-10. ,

15. A.c. I45I284 (СССР) МКИ F 9/00. Устройство для электроизмерительной оценки искробезопасности индуктивных электрических цепей/ Коган А.Г., Залогин A.C., Шатило А.Н.; МакНИИ. - Заявл. 9.05.87.

№ 4259260/24-21; Опубл. в Б.И., 1938, № 2.

16. A.c. 1461999 (СССР) Ш1 E2IF9/00. Способ электроизмерительной оценки искробезопасности индуктивных электрических цепей переменного и пульсирующего токов/ Коган А.Г., Залогин A.C., Шатило А.Н. МакНИИ. - Заявл. 28.05.87 № 4290753/23-03; Опубл. в Б.И., 1980, № 8.

17. A.c. 1465607 (СССР) МКИ E21F9/00. Способ испытаний на искробеэопасность во.взрывной камере электрических цепей, содержащих нормально искрящие контакты /Коптиков З.П., Ыатнло А.П., Коган Э.Г., Залогин A.C.; МакНИИ, УФ ВШШ. - Заявл. 13.04.87. № 4229416/24-21; Опубл. в Б.И., 1989, »10.

18. A.c. I5I3I54 (СССР) МКИ Е 21F9/00. Способ проверки взрывной камеры для испытаний электрических цепей на искробеэопасность /Залогин A.C., Коптиков В.П., Шатило А.Н... 'Коган А.Г., МакНИИ. - Заявл. 20.01.80. № 4368476/23-03; Опубл. в Б.И., 1989, № 37.

19. A.c. 1532719 (СССР) ШИ Е 21F9/00. Устройство для испытаний электрических цепей на искробеэопасность /Коптиков В.П., Ыатнло А.II., Залогин A.C., Козловский В.Д., Сокуренко В.Г., Григорьев В.И., Марченко A.A.; МакНИИ. - Заявл. 10.02.87, № 4220694/23-03; Опубл. в Е.И., 1989, № 48. .

2.0. -A.c. 1567795 (СССР) МКИ E2IF9/00. Устройство для контроля коммутаций электрических цепей рудничного электрооборудования при испытаниях на искробегопэсность /Лаппо П.В., Баранов Ю.В., Залогин A.C., Самохвалов И.А., Коптиков В.П., Шатило А.Н.; МакНИИ. - Заявл. 05.07.88, № 2452845/24-03; Опубл. в Б.И., 1990, »20.

21. A.c. 1571277 (СССР) МКИ E2I F9/00. Устройство для электроизмерительной оценки искробезопасности электрических цепей /Залогин A.C., Коптиков В.П., Шатило А.II., Коган А.Г.: МакНИИ. - Заявл. 11.04.88, № 4409644/24-03; Опубл. в Б.И., 1990, № 22.

22. A.c. 1576690 (СССР) МКИ E2I F9/00. Способ обеспечения искробезопасности промышленных образцов электрооборудования/ Крыгнн А.Т., Трембицкий A.A., Чернов Ь.В., Яковлев ¡3.11., Шатило Д.Н., Залогин А.С;

ИШОН, МакНИИ, - Заявл. 25.04.88, ¿ 4455609/24-03; Опубл. в Б.И,, 1930, № 25. .

23. A.c. I6262I2 (СССР) МКИ 601 R 31/02. Способ испытаний электрических цепей на искробезопасность /Залогин A.C.1, Коган Э.Г., Коптиков В. П., Песок В. Я1., Шатило А.Н.; МакНИИ, УФВНИМИ. - Заявл, 19.04.68,№ 4413843/21; Опубл.'в Б.И., 1991, 5.,

24. A.c. 1681024 (СССР) ДОИ Е 21F9/00. Способ обеспечения ис«~ робезопасности шахтных источников питания /Коган Э.Г., Задогин A.C., Коптиков В.П., Муранов Б. А., Диденко B.II., Лаппо П.В., Песок В.Я.., Шатило А.И, i УФ ВНИМИ, ЫакНИИ. - Заявл. 03.05.89, № 4684271/03; Опубл. в Б.И., 199I, № 36.

25. A.c. № 1700266 (СССР) МКИ. E2IF9/00, Н02 Н7/00, Искробез-опасный источник питания /Коган Э.Г., Залогин A.C., Шатило А.НТ, Иванилов В.П., Илыошкина И.К.; МакНИИ - Заявл. 26.03.90,

\i- 4806363/07; Опубл. в Б.И., 1991,- № 47,

£6. A.c. I7I4I62 (СССР) МКИ E2IP9/00. Устройство для испытаний электрических цепей на искробезопасность /Залогин A.C., Котиков В.П., Ыатило A.Ii., Иванилов В.Н.; ЫакНИИ. -'Заявл. 9.10.89, ■№ 4747132/03; Опубл. в Б.И., 1992', № 7. . '

27, Способ обеспечения-взрывозащиты электрооборудования /Ноло-сюк £».Г1.', Коптиков В.П., Залогин A.C., Шатило А.Н,, Лаппо П. В., Иванилов В.Н.; Решение о вьщаче авторского свидетельства по заявке' № 4В32183 от 28.06.91. •■ '

2В. Способ испытаний на искробезопасность электрических цепей с динамическими элементами искрозащиты /Залогин A.C., Коптиков В.П,, Шатило А.Н., Нейман В.Б., Иванилов В.Н., Илыошкина И.К.: Решение о вдааче авторского свидетельства по заявке ÍÍ» 4780490/03 от 18.04.91.

29. Способ испытаний электрических цепей на искробезопасность/ Коган Э.Г., Залогин A.C., Иванилов В.Н.: Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке № 4346280/03 от 12.05.91.

30. Способ взрывозациаенного отключения электрических цепей/ Коган Э.Г., Залогин A.C., Иванилов З.Н.: Решение о вцдачо авторског го свидетельства по заявке 4782263/03 or (J7.06.9I.

31.Szatilo d.U., Zalohln fl,S.,Kohan E.G. /ZSRR/: Zagadnienia oceny i zapewnienie iskrobezpieczenstua kopalnianych syStemou tacznosci 1 sterouania droga modelouania oicitematycznego.-Systeiny kontroli parametrou bezpieczenstua u gornictwie.-XUIII Syiapoziuu Polska akademia nauk.Zbior referatou.Katouice,i9B9.-S,248-259. '