Результаты экспериментальных исследований по установлению характеристик для оценки искробезопасности емкостных нагрузок в рудничных переносных приборах

Р.Ю. Толчёнкин

РЕЗУЛЬ ТА ТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УСТАНОВЛЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЕМКОСТНЫХ НАГРУЗОК В РУДНИЧНЫХ ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРАХ

Приведены результаты экспериментов во взрывной камере расширивших диапазон характеристик искробезопасности на большие токи и меньшие напряжения источников питания с емкостными нагрузками.

Ключевые слова: горные предприятия, безопасность труда, взрывозащищенное электрооборудование, искробезопасность.

Яа горных предприятиях опасных по газу или пыли для обеспечения безопасности труда используется взрывозащищенное электрооборудование. Современные рудничные переносные приборы и электрооборудование существенно уступают по своим технико-экономическим показателям (габариты, масса, стоимость) аналогичным приборам и электрооборудованию в общепромышленном исполнении. Это связано с тем, что обеспечение взрывозащиты существенно усложняет их конструкцию, что сказывается на технико-эконо-мических показателях искробезопасного электрооборудования.

В переносных искробезопасных приборах и электрооборудовании в качестве источника питания используются аккумуляторы и сухие элементы. Параметры таких источников питания характеризуются малым напряжением и индуктивностью и большими значениями размыкаемых токов. Воспламеняющая способность электрических разрядов при коммутации цепей с такими параметрами изучена недостаточно для того, чтобы рационально выбирать параметры обеспечения искробезопасности при разработке переносных приборов и электрооборудования.

В действующем Российском стандарте [1] приведены характеристики искробезопасности Цв = Д(С, Rl, R2), полученные с помощью экспериментов во взрывной камере в ИПКОН РАН и предназначенные для оценки искробезопасности емкостных нагрузок. Эти характеристики построены для размыкаемых токов не выше 2,0 А и напряжений источников питания не менее 10 В.

Характеристики искробезопасности, приведенные в Российском стандарте не позволяют использовать их для оценки искробе-зопасности переносных приборов и электрооборудования. Аналогичные характеристики искробезопасности в зарубежных стандартах отсутствуют, и выбор безопасных значений емкостных нагрузок там осуществляют с помощью длительных и трудоемких испытаний во взрывной камере.

В данной работе с помощью экспериментов во взрывной камере диапазон характеристик искробезопасности расширен на большие токи и меньшие напряжения источников питания с емкостными нагрузками, что позволяет охватить расчетной оценкой искро-безопасности переносные приборы и электрооборудование с автономными источниками питания.

В качестве исходных данных для оценки искробезопасности химических источников тока с емкостными нагрузками могут быть использованы характеристики искробезопасности, учитывающие влияние ограничительных сопротивлений в цепях емкости и источника питания [1]. Для того, чтобы охватить встречающиеся на практике случаи испытательных режимов с емкостными электрическими цепями, требуется экспериментально получить четыре семейства характеристик. Поэтому в данной работе решена задача при помощи проведения исследований с целью получения характеристик, учитывающих влияние как зарядного, так и ограничительного сопротивлений на воспламеняющие параметры емкостной цепи.

Исследования воспламеняющего напряжения в зависимости от параметров емкостных цепей проведены на искрообразующем механизме МЭК [2] применительно к активизированной кислородоводородной смеси I категории взрывоопасности, содержащей 85% водорода. Использование активизированной взрывоопасной смеси позволяет получать данные с учетом коэффициента искробезопас-ности, что значительно удобнее для дальнейшего их использования, так как они сразу определяют искробезопасные параметры оцениваемой электрической цепи. Для приготовления данной взрывоопасной смеси использовалось электролитическое питающее устройство ПУЭ [3], позволяющее получать любые составы водородокислородной смеси с высокой точностью.

Рис. 1. Электрическая схема исследования емкостных электрических цепей

Для установления необходимых значений ограничительных сопротивлений R1 в цепи емкости и R2 источника питания (рис. 1) использовался магазин сопротивлений Р 58. Величина емкости С устанавливалась магазином емкостей Р 544.

На значение воспламеняющего напряжения в емкостной цепи оказывают влияние следующие параметры: величина емкости и величины ограничительных сопротивлений R1 и R2. Чтобы учесть влияние этих трех параметров необходимо иметь несколько семейств зависимостей. В качестве последних должны быть выбраны зависимости воспламеняющего напряжения от емкости цепи, получаемые при различных фиксированных значениях сопротивления R2 (или фиксированных значений тока через сопротивление R2) при заданной для данного семейства величине сопротивления R1.

Воспламеняющие напряжения для каждой электрической цепи определялось при трех - пяти вероятностях воспламенения водородокислородной (85% Н2 + 15% О2) смеси. По полученным данным строилась зависимость вероятности воспламенения взрывоопасной смеси от напряжения источника питания Р = Д (ии.п.) и путем интерполяции и экстраполяции определяются воспламеняющие напряжения ив при стандартном значении вероятности воспламенения взрывоопасной смеси Р = 10-3, определенное стандартом ГОСТ Р 51330.10-99. Воспламеняющие напряжения ив определялись при изменении емкости цепи С от 10-4 мкФ до 1000 мкФ, разрядного сопротивления R1 от 100 Ом до 0 и зарядного сопротивления R2 при значениях 10 Ом, 5 Ом, 2 Ома и 0,5 Ом. Последнее значение R2, равное 0,5 Ом, соответствовало току источника питания 20 А.

Результаты выполненных исследований приведены в таблице.

Анализ результатов экспериментальных исследований, приведенных в таблице, показывает, что полученные значения искробезопасных напряжений в емкостных цепях в изученном диапазоне могут послужить исходными данными для построения

Рис. 2 Минимальное воспламеняющее напряжение в активизированной водородо-кислородной смеси для емкостных цепей рудничного электрооборудования при R1=10 Ом

Е Результаты экспериментальных исследований

04

С, мкФ 10'4 1 1000 10'4

Яь Ом 1000 1000 1000 1000

Я2, Ом 10 10 10 5

ив,в 20 20 20 16

С, мкФ 1 1000 10'4 1

Яь Ом 1000 1000 100 100

Я2, Ом 0,5 0,5 10 10

ив,в 10 10 20 20

С, мкФ 1000 10'4 1 1000

Яь Ом 100 100 100 100

Я2, Ом 2 0,5 0,5 0,5

ив,в 14 10 10 10

С, мкФ 10'4 1 1000 10'4

Яь Ом 10 10 10 10

Я2, Ом 2 2 2 0,5

ив,в 14 14 13 10

С, мкФ 1 1000 10'4 1

Яь Ом 0 0 0 0

Я2, Ом 5 5 2 2

ив,в 16 9 14 14

1

1000

5

16

1000

100

10

20

10'4

10

10

20

1

10

0,5

10

1000

0

2

9

1000 10'4 1 1000 10'4

1000 1000 1000 1000 1000

5 2 2 2 0,5

16 14 14 14 10

10'4 1 1000 10'4 1

100 100 100 100 100

5 5 5 2 2

16 16 16 14 14

1 1000 10'4 1 1000

10 10 10 10 10

10 10 5 5 5

20 19 16 16 15

1000 10'4 1 1000 10'4

10 0 0 0 0

0,5 10 10 10 5

9,5 20 21 9,5 16

10'4 1 1000 - -

0 0 0 - -

0,5 0,5 0,5 - -

10 10 9 _ _

характеристик искробезопасности ив =Д(С, R1, R2), позволяющих выполнять оценку искробезопасности химических источников тока с емкостными нагрузками до 20 А размыкаемых токов.

Результаты исследований воспламеняющей способности электрических разрядов в емкостных цепях, приведенные в действующем стандарте [1] и дополненные результатами исследований, приведенными в таблице настоящей работы, позволяют установить характеристики искробезопасности ив = Д(С, R1, R2) (рис. 2), позволяющие расширить область их применения на переносные приборы и электрооборудование.

Таким образом, в результате выполненных исследований установлены зависимости воспламеняющего напряжения от параметров емкостной цепи с учетом влияния источника питания применительно к активизированной испытательной взрывоопасной смеси I категории взрывоопасности, используемой для оценки искробезо-пасности рудничного электрооборудования. Установленные зависимости позволяют проводить расчетную оценку искробезопасно-сти химических источников тока совместно с емкостными нагрузками в переносных приборах и электрооборудовании. В результате исследований было показано, что источник питания, в зависимости от величины протекающего через него тока, может более чем на порядок снижать воспламеняющее напряжение в емкостной цепи. Поэтому его влияние необходимо учитывать при конструировании и испытаниях искробезопасного электрооборудования.

Полученные результаты для химических источников тока с емкостными нагрузками, малыми напряжениями и большими значениями размыкаемых токов, позволяют существенно расширить существующие характеристики искробезопасности и применять их при проектировании рудничных переносных приборов и электрооборудования.

Результаты экспериментальных исследований соответствуют требованиям к обеспечению искробезопасности электрических цепей и позволяют определять непосредственно искробезопасные параметры емкостных цепей с коэффициентом искробезопасности не менее 1,5, удовлетворяющие требованиям Российских и международных стандартов на взрывозащищенное электрооборудование.

1. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь ь Введ. 01.01.00. - М.: Издательство стандартов. 2000-117с.

2. ГОСТ Р 51330.4-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 3. Искрообразующие механизмы для испытаний электрических на искробезопас-ность. Введ. 01.01.00. - М.: Издательство стандартов. 2000- 12 с.

3. Серов В.И., Виноградов В.П. Электролитическое питающее устройство. -М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1968. -23 с. И5И=1

R.J. Tolchenkin

THE RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCHES ON THE ESTABLISHMENT OF CHARACTERISTICS FOR ESTIMATION SPARK-SAFETY OF CAPACITOR LOADINGS IN MINING PORTABLE DEVICES

Results of experiments in the explosive chamber which have expanded a range of spark-safety characteristics to the big currents and smaller voltage of power supplies with capacitor loadings are adduced.

Key words: mining enterprises, work safety, explode-protected electric equipment, spark-safety.

Коротко об авторе _________________________________

Толченкин Р.Ю. -аспирант, ИПКОН РАН, info@ipkonran.ru