Изучение условий по выбору параметров реактивных нагрузок и средств обеспечения их искробезопасности

9.2.1. Выбор параметров и средств

Выбор средств обеспечения искробезопасности индуктивных нагрузок часто определяется типом искробезопасного источника питания. В общем случае для обеспечения искробезопасности целесообразно выбирать эле­менты с малой индуктивностью и менее энергоемкие. Для обеспечения искробезопасности емкостных нагрузок выбирают конденсаторы с меньшей емкостью, ограничивают максимальное напряжение на конденсато­рах, например, с помощью резисторов или стабилитронов, а также раз­рядный ток конденсаторов.

Максимальная величина искробезопасного тока для индуктивных на­грузок, применяемых без искрогасящих шунтов, определяется по харак­теристике искробезопасности Е = I - L, приведенной в [1,7]. При этом значение индуктивности определяется как сумма, индуктивностей источ­ника питания и нагрузки. Если искробезопасность цепи не обеспечивает­ся, то применяют искрогасящие шунты. Ориентировочные значения ис­кробезопасных токов и мощностей, достигаемых с помощью диодных. стабилитронных, а также диодно-емкостных и стабилитронно-емкостных шунтов в случае применения источников питания с линейной и нелиней­ной характеристикой с выходным напряжением 12, 24 и 36 В, приведе­ны в табл. 9.1.

 

 

Таблица 9.1

Типы шунтов	12 В	24В	36В
I,A	P,Bт	I,A	P,Bт	I,A	P,Bт
Стабилитронный	0,18	2,2	0,1	2,4	0,065
Диодный	0,9	10,8	0,17		0,085
Стабилитронно- емкостной	0,62		0,4	9,6	0,25	9,7
Диодно-емкостной	1,5		0,55	13,2	0,31	11,2

При применении источников питания, отключающихся при коммута­ции и использующих в качестве измерительного элемента дроссель, величина емкости в диодно или стабилитронно-емкостном шунте нагруз­ки определяется из выражения, приведенном в [3].

При наличии кабеля в системе питания, содержащей источник с линейной или нелинейной характеристиками, величину емкости опреде­ляют из выражения, приведенном в [3]. В системах питания, содержащих кабель и ис­кробезопасный источник питания, необходимо учитывать, что длитель­ность разряда, возникающего при коммутации цепи, не может быть меньше времени, равного удвоенному времени прохождения электро­магнитной волны от места коммутации до источника питания. В связи с увеличением длительности электрического разряда, вызванного наличием кабеля, эффективность способов обеспечения искробезопасности, основанных на отключении источников питания при коммутации, умень­шается. В этих случаях необходимо проводить секционирование кабеля с установкой искрозащиты на каждой секции.

 

9.2.2. Особенности конструктивного исполнения искробезопасных электрических цепей

Автономные и сетевые источники питания. Обеспечение уровня искроза­щиты РО аккумуляторных источников питания достигается в том случае, если каждый отдельный элемент батареи обладает искробезопасными параметрами, а батарея из электрохимических элементов, искробезопас­ность выходных параметров которой обеспечивается только в сборе, с ограничителями и шунтами, помещена в дополнительную защитную обо­лочку, выдерживающую гидравлические испытания избыточным давле­нием 0,05 МПа в течение 1 мин без остаточных деформаций с последую­щей заливкой эпоксидным компаундом толщиной не менее 2 мм со всех сторон.

Автономные пневмоэлектрические источники питания должны иметь сочетание средств взрывозащиты: взрывонепроницаемость оболочки, искробезопасность выходных цепей, продувание взрывонепроницаемой оболочки под избыточным давлением чистым воздухом. Кроме того, источник питания должен быть снабжен устройством, исключающим воз­можность генерирования электроэнергии при открытых крышках взры­вонепроницаемой оболочки.

Конструктивное исполнение блоков искрозащиты. Блоки искроза­щиты, располагаемые во взрывонепроницаемой оболочке, могут быть выполнены в виде единого блока с защищаемыми элементами или уста­навливаться отдельно от них. В первом случае неповреждаемость искро­защитных элементов обеспечивается следующим образом: 1) заливкой эпоксидным компаундом блока искрозащиты и защищаемого элемента толщиной не менее 5 мм. Допустимо заливать эпоксидным компаундом только часть защищаемого элемента (выводы реле, трансформаторов и пр.) совместно с защитными элементами; 2) заливкой пластичными компаундами с помещением блока в дополнительную неразборную или запломбированную защитную оболочку; 3) помещением блока в герме­тичную оболочку, герметичность которой гарантируется на весь срок службы изделия; 4) обволакиванием блока компаундом или покрытием лаком с последующим заключением в дополнительную защитную нераз­борную или запломбированную оболочку. При размещении блоков искрозащиты отдельно от защищаемого элемента неповреждаемость может обеспечиваться: 1) заливкой блока искрозащиты совместно с частью элементов конструкции штепсельных разъемов термореактивными компаундами; 2) запрессовкой элементов в стенки корпуса или разделительные перегородки между отсеками корпуса; 3) выполнением блока защиты в виде составной части аппара­та, располагаемой внутри общего корпуса в непосредственной близости от входного или выходного разъемов, или проходных зажимов.

При расположении блока искрозащиты отдельно от защищаемого элемента соединительные провода между ними должны быть помещены в дополнительную изоляционную трубку. Эта трубка должна быть надежно закреплена на входе блока искрозащиты и защищаемого элемента. При обрыве соединительных проводов необходимо исключить возможность их соприкосновения с корпусом оболочки.

Узлы типа „шунтируемый элемент", во внутренних цепях которых протекают искроопасные токи, необходимо размещать в отдельной ка­мере или дополнительной защитной оболочке (выдерживающей гидрав­лические испытания избыточным давлением 0,05 МПа в течение 1 мин без остаточной деформации, превышающей 0,5 мм) и заливать эту ка­меру или оболочку эпоксидным компаундом толщиной не менее 2 ммсо всех сторон, если оболочка электрооборудования не обеспечивает взры­возащиту. Применение пластичных компаундов, а также размещение узла в гер­метичной оболочке допустимо в том случае, если этот узел помещен во взрывозащищенной оболочке. Монтаж искробезопасных цепей. При монтаже недублированных шун­тирующих элементов с жесткими выводами, подсоединяемыми по двух­точечной схеме для каждого вывода, необходимо:

при навесном монтаже соединение элементов с внешней искробезо­пасной цепью и защищаемым элементом выполнять через промежуточ­ные опорные лепестки. Монтажное отверстие элементов соединять с за­щищаемым элементом и внешней искробезопасной цепью неразрезным монтажным проводом;

при печатном монтаже элемент крепится к плате гайкой. Диаметр монтажной площадки должен быть не менее диаметра опорной поверх­ности элемента. Контактная площадка Должна иметь разрыв, перекрывае­мый опорной поверхностью элемента. Соединение между выводом эле­мента, имеющего монтажное отверстие, и печатным проводником выпол­няют неразрезным монтажным проводом;

при прокладке жгутов, соединяющих искроопасные и искробезопас­ные цепи, а также искробезопасные цепи различных источников питания, гальванически не связанных между собой, необходимо цепи каждого из искробезопасных источников прокладывать в дополнительные изоля­ционные трубки.

а - электрическая схема; б - навесной монтаж; в - печатный монтаж; V - шунтирующий диод; R - ограничительный резистор; е-е - к искробезопасной цепи (шунтирующему элементу); 1 - панель; 2 - провод; 3 - печатный проводник

Рис. 9.1. Пример выполнения искрозащитного блока на диодах с проволочными выводами

а - электрическая схема; б - навесной монтаж; в - печатный монтаж; V - шунтирующий диод; R - ограничительный резистор; е-е - к искробезопасной цепи (шунтирующему элементу); 1 – панель; 2 – провод; 3 – лепесток; 4 - печатный проводник

Рис. 9.2. Пример выполнения искрозащитного тиристорного блока

 

 

Рис. 9. 3. Пример посадки на клей изоляционной трубки

1 - место присоединения провода; 2 - изоляция провода; 3 - изоляционная трубка; 4 - места заполнения изоляционным клеем; 5 - основание штепсельного разъема

 

9.2.3. Оценка искробезопасности систем, содержащих индуктивные элементы с искрогасящими шунтами

Достоверная аналитическая оценка искробезопасности электрических цепей может быть произведена при создании модели, одновременно учи­тывающей переходные процессы в цепи при различных условиях комму­тации, развитие электрического разряда при этих условиях, а также влияние искрообразующего механизма на воспламенение. До настояще­го времени такая модель не разработана. Поэтому основным методом оценки искробезопасности является экспериментальный, основанный на испытании электрических цепей во взрывных камерах. Такой метод оценки искробезопасности весьма трудоемок и в большинстве случаев не дает возможности оценить искробезопасность на начальной стадии разработки аппаратуры.

В частных случаях результаты испытаний во взрывных камерах могут быть использованы для оценки искробезопасности электрических цепей на стадии проектирования аппаратуры. Так, электрические цепи, характеризующиеся неизменной величиной тока разряда в течение всей его длительности, могут быть оценены по характеристикам искробезо­пасности, полученным специально для таких цепей. К такому классу цепей относятся индуктивные нагрузки с диодными и стабилитронными шунтами, индуктивность которых превышает 50 мГ, а также источники питания с нелинейной характеристикой, обеспечивающей постоянный ток в разряде[3].

При испытаниях во взрывных камерах одной из важнейших задач является выбор наиболее опасных режимов. Обоснованный выбор таких режимов позволяет существенно сократить время испытаний. Можно считать, что наиболее опасными режимами при испытании индуктивных нагрузок с искрогасящими шунтами являются:

1) испытание линейных и нелинейных источников при подключении к нагрузке с максимальной мощностью;

2) испытание источников, отключающихся при коммутации, - режим, при котором параллельно источнику подключена постоян­ная нагрузка с минимальной мощностью, но с максимальной емкостью искрогасящего шунта (коммутируется остальная часть нагрузки). Кроме того, необходимо проверять режимы с максимальной мощностью нагрузки, а также режим с ограниченной мощностью, несколько превышающей искробезопасную мощность для безреактивных цепей, опреде­ляемых по характеристикам искробезопасности;

3) испытание цепей с кабелем в случае малой мощности цепи и повышенного напряжения цепи — короткое замыкание в середине кабеля. При наличии источника с отключением при коммутации цепи — короткое замыкание и разрыв в конце кабеля. При наличии сопротивления кабеля, соизмеримого с сопротивлениями источника и нагрузки, - при различных длинах кабеля. Второй, не менее важной задачей является обеспечение заданного коэффициента искробезопасности. В настоящее время коэффициент искробезопасности обеспечивается увеличением тока (напряжения), цепи при испытаниях или применении более агрессивных газовых сме­сей. Увеличение тока или напряжения цепи при испытаниях не всегда выполнимо. Применение более агрессивных газовых смесей во многих случаях приводит к завышению коэффициента искробезопасности.

Следует отметить, что методы обеспечения коэффициента искробезо­пасности, применяемые в настоящее время, не всегда эффективны Для электрических цепей, отключающихся при коммутации.

В некоторых случаях основным фактором, оказывающим влияние на воспламенение, является величина сигнала, поступающего на вход искрозащиты.

Если при создании определенных условий существует некоторая ве­роятность того, что величины этого сигнала будет недостаточно для сра­батывания искрозащиты, то газовые смеси различной агрессивности будут воспламеняться с одинаковой вероятностью в широком диапазоне изменения тока цепи. Таким образом, ни изменение тока в цепи при испытаниях, ни приме­нение более агрессивной газовой смеси не обеспечат необходимую вели­чину коэффициента искробезопасности. В таких случаях целесообразно определять основные критерии, характеризующие искробезопасность, параметры цепи, оказывающие влияние на эти критерии, и исходя из этого устанавливать необходимый коэффициент искробезопасности.

 

Содержание отчета

• Тема и цель работы.

• Номер варианта и задание на выполнение лабораторной работы

• Изучить рекомендации по выбору параметров реактивных нагрузок, средств искрозащиты и их конструктивного исполнения.Изучить способы выполнения монтажных схем искробезопасных блоков на диодах и тиристорах. Произвести оценку искробезопасности систем, содержащих индуктивные элементы с искрогасящими шунтами

 

Выводы

 

 

Перечень литературы90

1. Озерной М. И. Электрооборудование и электроснабжение подземных выработок угольных шахт/М. И. Озерной.- М.: Недра, 1975. – 448 с.

2. Гаврильченко Л. И. Искробезопасность при применении токов высокой частоты/Л. И. Гаврильченко// В кн.: Вопросы горной электромеханики. Труды МакНИИ.- М.: Углетехиздат, 1959.- с. 51-63-(т. IX, вып.2)

3. Коган Э. Г. Способы и средства обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования/Э. Г. Коган.- М.: Недра,1988.- 101 с.

4. Ковалев П. Ф. О физических основах взрывобезопасности рудничного электрооборудования/П.Ф.Ковалев// В кн.: Вопросы горной электромеханики.- М.: Углетехиздат, 1959. - с.- 3-28(т. IX, вып. 2)

5. Серов В. И. Воспламеняющая способность сложных индуктивных цепей/ В. И. Серов. - М., Наука, 1966.- 93 с.

6. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ) ОАА684.053 – 67. М.: Энергия, 1969.- 223 с.

7. ГОСТ 22782.5 – 78. Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». Технические требования и методы испытаний. [Введен. с 01.01.80] – М.: Изд-во стандартов, 1979.- 70 с.

8. Бершадский И. А. Искробезопасное электрооборудование рудничных электротехнических комплексов/И. А. Бершадский, З. М. Иохельсон // Донецк ООО «Технопарк ДонГТУ «УНИТЕХ», 2016.- 298 с.

9. ГОСТ Р МЭК60079-11-2010; взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная цепь «i»-2011. – 118 с.

10. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть Искробезопасная электрическая цепь «i» - [ c 01. 01. 2001], - М.: Госстандарт России, 2000. – 118 с.

11. Лаппо П. В. Способы и средства обеспечения искробезопасности энергоемкой шахтной геофизической аппаратуры: автореф. Дис. На соиск. степени канд. тех. наук/ МакНИИ – Макеевка – Донбасс, 1985 – 18 с.

12. Кравченко В. С.Искробезопасность электрических цепей переменного тока высокой частоты/Кравченко В. С., Сун-Юн-Чи, Гаврильченко Л. И//М.: Электричество, 1961, № 1.- с. 59-61.

13. А. с. 236604 СССР Способ обеспечения искробезопасности выходных цепей источников питания/ Я. Л. Красик, Б. М. Кириченко, Л. И. Раппопорт и др. Заявл. 03. 09. 66, № 110293/ 22-3; опубл. в Б. И., 1969, № 7.

14. А. с. 750109 СССР Способ обеспечения искробезопасности электро снабжения переменного тока/А. Г. Рассихин, Э.Г. Коган, В. Г. Фродин и др. Заявл. 09. 03. 76, № 2331074/24-7; опубл. в Б. И., 1980, № 27.

15. ГОСТ 30852.1 – 2002 (МЭК 60079-1: 1988). Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Взрывозащита вида «взрывонепроницаемая оболочка».- М.: Стандартинформ, 2014 - с.39.

16. ГОСТ 22782.6 – 81 (Ст.СЭВ 3140 - 81) Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка». Технические требования и методы испытаний. - Изд – во стандартов, М.: 1994. – с.70.

17. Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных работ ХV научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 25-26 мая 2016 г. - Донецк, ДонНТУ, 2016. – 341 с.

18. Методическое пособие (конспект лекций) по дисциплине «Проблемы взрывозащиты рудничного электрооборудования» (для студентов специальности 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств») / Лаппо П.В. – Донецк, ДонНТУ, 2016 - 150 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В