Введение к работе
Актуальность работы. Современные рудничные переносные приборы и электрооборудование существенно уступают по своим технико-экономическим показателям (габариты, вес, стоимость) аналогичным приборам и электрооборудованию в общепромышленном исполнении. Это связано с тем, что обеспечение взрывозащиты существенно усложняет их конструкцию, что сказывается на технико-экономических показателях рудничных переносных приборов и электрооборудовании. Прогрессивный вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» также не решают полностью эту задачу. Для максимального приближения конструкции рудничных переносных приборов и электрооборудования к общепромышленному исполнению требуется разработать более совершенные методы оценки и обеспечения искробезопасности в сравнении с действующими в мировой практике.
В переносных приборах и электрооборудовании используются автономные источники питания, в качестве которых применяются химические источники тока – аккумуляторы и сухие элементы. Параметры их характеризуются малым напряжением и индуктивностью и большими значениями размыкаемых токов. Воспламеняющая способность электрических разрядов при коммутации этих цепей до настоящего времени не изучена ни в России, ни за рубежом, что не позволяет рационально выбирать параметры рудничных переносных приборов и электрооборудования. Отсутствие исходных данных, позволяющих оценивать на искробезопасность химические источники тока в режиме короткого замыкания и совместно с индуктивными и емкостными нагрузками, не позволяет повысить технико-экономические показатели рудничных переносных приборов и электрооборудования.
При этом для эффективного обеспечения искробезопасности переносных приборов и электрооборудования необходимо установить характер электрической цепи (омическая или индуктивная) – химического источника тока и установить области параметров электрических цепей, где химический источник тока является омической, а где индуктивной цепью. Для оценки искробезопасности химического источника тока необходимо измерять его параметры: э.д.с., ток короткого замыкания и индуктивность. Первые два параметра измеряются известными методами. Задача измерения индуктивности химических источников тока до настоящего времени не решена. Требуется разработать способ и конструкцию прибора для определения индуктивности химического источника тока.
Кроме того, в настоящее время существует необходимость в методике оценки и обеспечения искробезопасности на основе новых научных и практических результатов, обеспечивающей доступность оценки искробезопасности разработчиками рудничных переносных приборов и электрооборудования и позволяющая создавать их с более высокими технико-экономическими показателями (уменьшить вес, габариты, стоимость).
Цель работы. Установление исходных данных для разработки метода оценки и способов обеспечения искробезопасности рудничных переносных приборов и электрооборудования, позволяющих повысить их технико-экономические показатели.
Идея работы заключается в получении новых знаний о воспламеняющей способности электрических разрядов, возникающих при коммутации электрических цепей рудничных переносных приборов и электрооборудования, служащих для оценки и обеспечения их искробезопасности.
Методы исследования. В работе теоретически проанализированы переходные процессы электрической цепи химического источника тока и установлены основные параметры искробезопасности химических источников тока. С помощью экспериментов установлены новые исходные данные для оценки искробезопасности рудничных переносных приборов.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Зависимости минимального воспламеняющего тока от э.д.с. и индуктивности химического источника тока для активизированной испытательной взрывоопасной смеси I категории взрывоопасности, служащие для оценки искробезопасности химических источников тока в режиме короткого замыкания и совместно с линией связи и индуктивными нагрузками рудничных переносных приборов и электрооборудования.
2. Зависимости минимального воспламеняющего напряжения химического источника тока от значения сопротивления и параметров емкостной цепи для испытательной активизированной взрывоопасной смеси I категории взрывоопасности, служащие для оценки искробезопасности химических источников тока совместно емкостными нагрузками рудничных переносных приборов и электрооборудования.
3. Значения минимального напряжения зажигания дугового электрического разряда для материалов контактов, используемых для обеспечения искробезопасности рудничных переносных приборов и электрооборудования.
4. Закономерность, связывающая между собой параметры химического источника тока, емкость конденсатора, включенного параллельно его выходу, и максимальное напряжение на конденсаторе, возникающее при колебательном режиме размыкания данной электрической цепи без электрического разряда. Установленная закономерность используется для разработки способа и устройства для измерения индуктивности химического источника тока.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами анализа большого объема статистического материала, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований при использовании стандартизированной методики экспериментальных исследований по установлению минимальных воспламеняющих параметров электрических разрядов, которая обеспечивает погрешность в их определении на уровне 10%, при доверительной вероятности не менее 95 %.
Научная новизна результатов, полученных в работе, заключается в том, что в работе впервые установлены:
- характеристики искробезопасности Iв = f(L, E) и Uв = f(С, R1, R2), служащее для оценки и обеспечения искробезопасности электрических цепей рудничных переносных приборов и электрооборудования;
- значения минимального напряжения зажигания дуги для различных материалов контактов, используемых для обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования;
- области параметров электрических цепей, где химический источник тока в режиме короткого замыкания является индуктивной или омической цепью;
- закономерность, связывающая между собой параметры химического источника тока, емкость конденсатора, включенного параллельно его выходу, и максимальное напряжение на конденсаторе, возникающее при коммутации цепи химического источника тока, являющуюся научным базисом разработки прибора для измерения индуктивности химического источника тока.
Практическая ценность работы состоит в том, что новые научные знания и разработанная на их базе методика оценки и обеспечения искробезопасности переносных приборов и электрооборудования позволяет:
- производить оценку искробезопасности рудничных переносных приборов и электрооборудования на стадии разработки и определять их рациональные параметры;
- предложить эффективные методы обеспечения искробезопасности рудничных переносных приборов и электрооборудования, позволяющие повысить их технико-экономические показатели;
- разработать прибор для измерения индуктивности химических источников тока, обеспечивающий электроизмерительную оценку их искробезопасности.
Основные технические решения в работе защищены патентом Российской Федерации «Способ обеспечения искробезопасности переносных приборов» (патент № RU 2336417 C1), и подана заявка на предполагаемое изобретение «Устройство для измерения индуктивности химических источников тока» (заявка на получение патента Российской Федерации от 17.09.2008 г. №2008137228).
Реализация выводов и рекомендаций.
Результаты исследований использованы:
- при анализе причин аварийности горношахтного оборудования и составлении статистических сборников о состоянии охраны труда и промышленной безопасности на предприятиях угольной промышленности Федеральным агентством по энергетике;
- при испытаниях электрооборудования на искробезопасность в сертификационном центре МОС «Сертиум».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку в Федеральном агентстве по энергетике (Росэнерго) в 2008 году на научной конференции по итогам конкурса научно-технических разработок среди молодёжи предприятий и организаций топливно-энергетического комплекса «ТЭК-2007» ; на научных симпозиумах «Неделя горняка» МГГУ в 2006, 2007 и в 2008 г.г.
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликованы 4 печатных работ в изданиях, рекомендуемых ВАК-3.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 217 страниц машинописного текста, в том числе 44 страницы приложения, 52 рисунка, 11 таблиц, список литературы из 117 наименований.
