Одним з напрямів рішення задачі безпеки є вживання іскробезпечних систем передачі і використання електроенергії. Електричні кола таких систем безпечні за своєю суттю і не вимагають додаткового захисту. Електричні кола вважаються іскробезпечними, коли розряди або термічна дія, яка виникає в нормальному і при аварійному режимі роботи електроустаткування, не приводить до спалаху вибухонебезпечної суміші.
Для безкамерної оцінки іскробезпеки індуктивних ємкісних кіл зараз використовуються залежності мінімальної запалюючої напруги від ємкості кола і опору обмежувального резистора, отримані для основних газових сумішей груп I і II при струмі заряду конденсатора менше 2 мА (ГОСТ 22782.5-78, IEC 60079-11, ГОСТ Р 51330.10-99). На практиці ж ці кола застосовуються рідко. Тому наявні залежності мінімальної запалюючої напруги знаходять застосування для орієнтовної оцінки допустимої ємкості конденсаторів, особливо на стадії проектування апаратури. Їх застосування обмежується також малим переліком значень ємкості конденсатора і опору обмежувального резистора, для яких є дані залежності. Це робить актуальною розробку розрахункового методу оцінки іскробезпеки ланцюгів, що мають ємкісний, а також індуктивний характер.
Робота виконується згідно з розділами плану Національної академії наук України: постанова №55, п.1.7.4.1, 1.7.8. Робота виконується відповідно до тематики кафедри ЕПМ.
– встановити закономірності електричного запалення в газовому середовищі з урахуванням впливу іскрогасильної дії контактів і тривалості розряду на запалення, а також встановити відносини між параметрами електричного розряду, що забезпечує задану вірогідність вибуху;
- встановити можливості використання розроблених математичних и комп'ютерных моделей іскрогасильних шунтів для розрахункової оцінки іскробезпеки на прикладі ряда складних індуктивних,ємкісних та індуктивно-ємкісних кіл.
– розробити методику, що дозволяє визначати необхідні параметри іскробезпечного кола заданої конфігурації з використанням блоку дугового розмикання та замикання, визначення параметрів розряду в іскробезпечному колі з врахуванням впливу ємнісних та індуктивних елементів і подальша перевірка небезпеки при розвитку ядра полум'я, тобто вибухозахищенності, провести симуляцію перехідних процесів в іскробезпечних колах електроустаткування й спрогнозувати небезпеку запалення у вибухонебезпечному середовищі за допомогою комп'ютерного моделювання.
а) вивчення існуючих моделей дугових та ускрових розрядів;
б) вивчення енерговітдачі з індуктивно-ємносних кіл у розряд;
в) використання розробленої на кафедрі ЕПМ методики для оцінки іскробезпеки;
г) розрахунок схем з індуктивно-ємносними ланцюгами та порівняння результатів.
Визначення іскробезпечних кіл, що містять індуктивні і ємкісні елементи, на основі розрахунково-експериментальних залежностей запалюючої енергії розряду ємкісного кола від часу розряду і напруги схеми.
Іскробезпечні електричні кола, сигналізація, управління, автоматизація вибухонебезпечних виробництв.
Усі методи оцінки іскробезпеки електричних кіл базуються на розробці більш менш точної моделі процесу, який відображає характер електричного запалення вибухонебезпечної газової суміші. Чим точніші будуть моделі процесу, тим ефективніші будуть методи оцінки іскробезпеки. Ефективні розрахункові методи дозволили б зменшити об'єм випробувань у вибухових камерах за рахунок визначення найбільш небезпечних гілок.
Методи оцінки ісробезпеки наведені в ГОСТ Р 51330.10-99 і стандартах Міжнародної електротехнічної комісії, засновані на спрощуючих припущеннях про моделі електричного розряду або експерементальних даних про іскробезпеку простих кіл.
У діючому стандарті наведені основні методи оцінки іскробезпеки. Але ці методи досить трудомісткі, у зв’язку з застосуванням корегуючих коефіцієнтів, поправочних кривих і т.п., що істотно ускладнює вибір оптимальних варіантів іскробезпечної апаратури.
Важливо зазначити, що випробування електричних кіл на іскробезпеку, проведені в вибухових камерах, як один з методів, мають низьку вірогідність і погану відтворюваність результатів. Крім того, вони тривалі й, як правило, доступні тільки для спеціалізованих організацій. Запропоновані безкамерні методи оцінки складні, недостатньо формалізовані й мають багато обмежень.
Тому було застосовано програму MicroCap 9.0 для расчетной оценки искробезопасности емкостных цепей, а также получение расчетных зависимостей минимального воспламеняющего напряжения для емкостных цепей и их сравнение с имеющимися экспериментальными зависимостями. А також був використан цифровий осцилограф для отримання експериментальних кривих для сумішей I та II :
|
Рисунок 1 - Осцилограма експериментальних кривих для сумішей I и II
Досліджена запалююча здатність ємкісних ланцюгів з обмежувальним резистором в розрядному колі за даними IЕС60079-11. Визначена розрахункова залежність мінімальної запалюючої напруги ємкісного кола з обмежувальним резистором в розрядному колі для групи I, а кола з індуктивними елементами – обгрунтована причина погрішностей існуючих методик.
Розроблено програмне забезпечення, підібрані коефіцієнти рівняння регресії, що відображають залежності запалюючої енергії від часу розряду і напруги ланцюга; проведені конкретні розрахунки схем іскробезпечного електроустаткування.
На кафедрі ЕПМ була створена математична модель електричного запалення в газовому середовищі (система рівнянь, що описує процеси теплопровідності і руху електродів, а також методика рішення цієї системи рівнянь на ЕОМ). Вона відрізняється тим, що вперше для вирішення задач електричного запалення газової суміші забезпечує облік залежності теплотехнічних властивостей середовища від температури (включаючи теплове розширення вогнища запалення), а також матеріали, форми і швидкості руху комутуючих електродів.
Модель дозволяє досліджувати розвиток ядра полум’я практично за будь-яких реальних умов комутації і може бути використана для безпосередньої оцінки іскробезпеки конкретних електричних кіл.
Доцентом кафедри ЕПМ Бершадським І.А. запропонована вдосконалена модель оцінки іскробезпеки в колах, що містять індуктивно-ємкісні елементи. Модель працює таким чином: при замиканні ключа Sv1 конденсатор С1 розряджається через модель іскрового розряду, який є опором RR, що змінюється з часом, як показано на ріс.2:
 |
Рисунок 2 - Схема розрахункова для оцінки іскробезпеки індуктивно-ємкісного кола (Анімація: об'єм - 52 кВ; кількість кадрів - 5; затримка між кадрами - 100 мс; кількість циклів повторення - 6)
Питанням розрахункової оцінки іскробезпеки ємкісних кіл займається канд. техн. наук, ведущий науч. сотр. МакНИИ Диденко В.П., який запропонував схему для розрахунку перехідних процесів при замиканні та розмиканні контактів:
 |
Рисунок 3 - Схема розрахункова для оцінки іскробезпеки ємкісного кола (Анімація: об'єм - 104 кВ; кількість кадрів - 5; затримка між кадрами - 100 мс; кількість циклів повторення - 6)
Оцінці іскробезпеки ємкісних кіл присвячені також роботи В.І. Деміхова (1971), в яких приводяться отримані експериментальним шляхом характеристики іскробезпеки.
Аналогичні дослідження проводить німецький вчений Мартін Крамер.
Розроблена методика в пакетах Mathcad і Microcap, яка дозволяє визначити параметри індуктивно-ємкісних кіл, що забезпечують задану вірогідність вибухозахищеності в іскробезпечних колах груп I і II. Це дозволило скоротити трудомісткість, підвищити точність оцінки іскробезпеки електричних ланцюгів на стадії проектування апаратури.
Під час написання цього реферату магістерська робота не була завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2010 року.