Douchevine Vassiliy

Département électrotechnique

Сhaire de l'approvisionnement en énergie électrique des villes et des entreprises industrielles

La prevision des paramètres de sécurité intrinsèque des circuits électriques complexes de l'equipement minier

Le chef : Ilya A. Bershadskiy

Résumé

Contenu

1 Actualité

2 Buts et objectifs à traiter

3 La valeur pratique

4 Examen des méthodes existantes pour la réalisation de la sécurité intrinsèque

Conclusion

Un type de l'explosion la plus efficace et à moindre coût est une circuit de sécurité intrinsèque qui a reçu une large diffusion dans l'équipement minere (équipement de protection contre les gaz, les communications, automatisation, etc). Ceci permet le fonctionnement de l'équipement de protection contre les explosions en cas d'urgence liée à l'augmentation soudaine de la concentration de gaz explosifs dans l'atmosphère de mine, ce qui augmente considérablement le niveau global de sécurité dans les mines.

L'expérience d'exploitation de sécurité intrinsèque a montré que le coût du matériel et l'automatisation ainsi réduit de 25–30% par rapport au coût du même appareil, dont sécurité contre l'explosion est assurée par d'autres moyens (coquilles remplis par l'environnement inerte, purge intensive d'air propre...). Toutefois, pour l'instant pas créé assez de théorie complète d'allumage électrique des mélanges de gaz explosifs. méthodes existants d'évaluation de la sécurité intrinsèque sont basées sur des hypothèses simplificatrices sur le modèle de décharge électrique et les données expérimentales pour des circuits simples  de sécurité intrinsèque.

La conséquence de cette hypothèse est trop grande complexité des méthodes de calcul et expérimentales pour évaluer les circuits de sécurité intrinsèque, qui utilisent des associés à l'utilisation des coefficients d'ajustement, les courbes de correction, etc, les données ce qui compliquent considérablement le choix des variantes optimales de l'appareil au sécurité intrinsèque, comme les exigences les plus satisfaisantes technologique et exigences de sécurité.

2 Buts et objectifs à traiter

Ainsi, l'une des tâches urgentes est d'établir des modèles de prises électriques dans l'atmosphère afin de déterminer les relations entre les paramètres de la décharge électrique, qui fournit une probabilité d'explosion, ce qui permet la production pour accroître la sécurité en améliorant les méthodes d'évaluation des circuits de sécurité intrinsèque.

La liste suivante présente les tâches liées à quatre grands domaines de la recherche en sécurité intrinsèque:

1. la spécification des conditions initiales pour évaluer les circuits de sécurité intrinsèque;
2. améliorer la prédiction de la méthode de facturation de sécurité intrinsèque dans les circuits complexes contenant de nombreux éléments, y compris les semi–conducteurs;
3. les études utilisant un modèle de calcul de décharge dans les circuits de sécurité intrinsèque et les options d'installation en fonction étincelle (énergie, durée) et leur influence sur l'inflammation;
4. amélioration de la sécurité intrinsèque des circuits de puissance.

 3 La valeur pratique

L'importance scientifique de l'ouvrage réside dans le fait que fiables d'évaluation analytique des circuits de sécurité intrinsèque peut être faite lors de la création d'un modèle qui tient simultanément dans transitoires compte dans le cercle dans des conditions différentes de commutation, le développement de la décharge électrique dans ces conditions, ainsi que le mécanisme produisant des étincelles influence sur l'allumage. À ce jour la méthode principale d'évaluation de la sécurité intrinsèque est basé sur des tests de circuits électriques dans la chambre d'explosion. 

Dans les tests dans des chambres d'explosifs de l'une des tâches les plus importantes est la sélection des régimes les plus dangereux. Le choix éclairé de ces régimes peut réduire considérablement le temps des essais. On peut supposer que les régimes les plus dangereux dans l'essai de charges inductives shunts coupe-étincelles sont:

1. l'essai de sources linéaires et non linéaires lorsqu'il est connecté à une charge avec une puissance maximale;
2. les sources d'essai sont désactivées lors de la commutation – un mode dans lequel la source est connectée en parallèle à une charge constante avec une puissance minimale, mais avec un shunt coupe-étincelle (composer le reste de la charge);
3. circuit de test avec le câble dans le cas des circuits de faible puissance et haute tension en circuit – court–circuit dans le milieu du câble. Si il ya des sources de la désactivation de la commutation de circuit – court–circuit et l'écart à la fin du câble. 

Parmi les résultats prévus pratiques il comprennent:

1. La clarification des méthodes de prévision les paramètres de sécurité intrinsèque des circuits électriques;
2. Prévision de lancement des paramètres de sécurité intrinsèque de l'équipement minier à l'aide d'une source de courant pulsé;
3. la justification économique d'un projet visant à développer un modèle mathématique de l'allumage électrique dans un milieu gazeux.

4  Examen des méthodes existantes pour la réalisation de la sécurité intrinsèque

Dans [1] on décrit une alimentation de sécurité intrinsèque et la protection des systèmes de contrôle numérique et d'expédition. Enquête sur les rejets et les processus de commutation, ainsi que l'opération d'urgence nous permet d'estimer les circuits de sécurité intrinsèque qui lui sont connectés. [2, 5] montrent la possibilité d'utiliser à cette fin, la méthode proposée d'évaluation des risques tubeless thermique d'arc dans l'équipement de circuits électriques protégés contre les explosions. 

La méthode proposée pour le calcul des circuits de sécurité intrinsèque, ci–après dénomme la méthode tubeless d'évaluation thermique, améliore la précision de la détermination du risque de formation d'étincelles pour la rupture des contact du circuit électrique d'une configuration complexe dans une atmosphère de mélange explosif grâce à un modèle amélioré pour le calcul des paramètres de la décharge de courants faibles dans les équipements électriques antidéflagrants circuits électriques [4]. En outre, le procédé prévoit une réduction des tests sur une main–d'œuvre à l'évaluation pilote de la sécurité intrinsèque, en particulier au stade de la planification et la recherche de la conception du circuit optimal.

La structure du modèle mathématique (Fig. 1) met en oeuvre cette méthode fournit une source d'énergie électrique avec une caractéristique linéaire, de forme trapézoïdale et rectangulaire de tension–courant à la sortie, le circuit réactif 2 avec la connexion arbitraire de ses éléments, le bloc 3 arc de décharge, en tenant compte des changements dynamiques de la chaleur constante de temps de la décharge d'arc et de la décharge détournés de puissance PA, selon le processus courant et de tension de commutation, le convertisseur 4 du modèle électrique de la chaleur, bloc 5, des résultats de front de flamme température est égale à la température de combustion du mélange méthane–air de 2000 K, lecteurs de 6 et 7 l'information, permettant d'utiliser des outils graphiques pour afficher les résultats, ou à la préservation et la documentation des rapports. Pour les calculs dans les blocs 3 et 4, en utilisant une base de données de propriétés thermodynamiques des mélanges de gaz de 8 dans les conditions données des équipements électriques et la conception de base du mécanisme produisant des étincelles 9, qui prend en compte la vitesse et la nature de la divergence des contacts, leurs tailles et de matériaux.

Programme de la réalisation de la méthode proposée fonctionne comme suit. En fonctionnement normal, sous l'influence de la source 1 dans le circuit électrique 2 est calculé l'état d'équilibre, caractérisé par une intensité de courant des appareils produisant des étincelles I(t) et le stress des éléments de travail U(t). Lors de la commutation d'un circuit de dérivation, dans lequel l'appareil est installé 3 d'ouverture à l'arc avec les paramètres spécifiés, calculer l'énergie communiqué de niveau W(t) et sa durée de vie t, ainsi que la dépendance de la variation instantanée du effective d'arc électrique de puissance P(t) sur le temps t. fonction de transfert du modèle de la décharge est présentée comme un des dossiers mathématiques Mira équation, et la constante de temps thermique de l'arc est ajusté les informations sur l'intensité du courant dans le bloc 3.

Les paramètres reçus de la décharge sont transférés dans le modèle thermique du bloc 4. Il a résolu le système d'équations différentielles aux dérivées partielles, qui détermine le développement de l'explosion thermique (la présence ou l'absence de la température du front de flamme de combustion) avec les phénomènes de conduction de la chaleur et la diffusion en présence d'une réaction chimique exothermique d'oxydation du mélange méthane–air. 

Figure 1 – Schéma de principe du logiciel de l'analyse automatique d'allumage dans le circuit d'essai

Des études menées par l'exemple de la commutation de la fourniture de charge active à induction de puissance intrinsèque de type sécurisé d'IPI–24–3 (tension de sortie nominale de 24 V, la puissance du courant de sortie nominal 3 A) Ex Ib selon le norme 12.2.020, est effectuée par un système mixte: la coupure de courant et la coupure d'alimentation à partir du dérivé du courant de charge.

IPI–24–3 se compose de deux unités fonctionnelles: le convertisseur de tension 127 ... 220 V à tension DC 12 V ou 24 V et une barrière de protection contre les étincelles

Figure 2 – Schéma principale d'alimentation à sécurité intrinsèque.

Barrière de protection Spark est constitué de deux commutateurs de puissance à commande indépendante, fournissant des doubles emplois, un shunt pour mesurer la force de la source de courant de charge et de circuits de commande. Pour assurer les performances requises tout en limitant les cours à un niveau donné au moyen de deux circuits de comparaison indépendante 3 et 4, qui portent sur les touches en mode linéaire. La limitation du courant est obtenu en contrôlant la résistance des touches. Schémas 3 et 4 forment l'incident caractéristiques actuelles avec un niveau de coupure 5,5 A (pour 12) et 3,3 A (pour 24). systèmes de garantie de performance limiter le courant dans le cas de court–circuit dans un temps de 2 ... 3 ms.

Le contrôleur prend la barrière, il se met en marche et fournit un engagement des clefs à un taux de variation du courant, à moins que le seuil du comparateur 1 et 2, la suite de la charge thermique des clés, les empêchant de surchauffer et surveille la tension aux bornes de la charge. Il peut désactiver les commutateurs de priorité et de la puissance incluent des commutateurs, s'il n'y a pas d'interdiction à ce sujet par les circuits de comparaison 1–4. En analysant les signaux d'entrée, le régulateur calcule la puissance de commutateurs de chaleur la puissance de calcul et les désactive au besoin de faire une pause.

Inductance de charge et la résistance de la LH RH est invalide à la c_br temps. circuit de décharge modèle se compose de touche SW1, contrôlé par le temps, la résistance, RD dont la résistance reflète le modèle dynamique d'inertie de la décharge à faible courant [2] et le circuit auxiliaire (la source de l'IE et de l'inductance = 1 TR, Fig. 3 LI). La résistance R0 est utilisé pour contrôler la sortie source de courant et la résistance R2 – pour résoudre les conflits dans le programme lorsqu'il est connecté à une inductance de source de tension.

Conséquence des variations du courant peut être la perturbation de la décharge pour tester l'alimentation de la sécurité intrinsèque dans des chambres d'explosions occasionnelles (avec une probabilité de<10–3). Dans certains cas, cela entraîne la nécessité d'avoir des stocks excédentaires sur la force actuelle du circuit testé.

Les dispositions ci–dessus montrent la faisabilité de l'essai préliminaire des circuits de sécurité intrinsèque, les alimentations à l'aide d'un modèle informatique de la méthode d'évaluation thermique tubeless et la détermination des paramètres de la décharge et les risques susceptibles d'inflammation.

Les résultats des tests sont résumés dans le tableau. 1 et 2. Selon GOST 22782.5–78 doit avoir circuits à sécurité intrinsèque par un facteur de sécurité intrinsèque, afin de s'assurer que test ou d'évaluation de la chaîne, qui est plus susceptible de provoquer une inflammation que le circuit primaire, ou circuit primaire devraient être testés dans un mélange inflammable explosive [3]. Avec l'augmentation de la tension jusqu'à 110% (y compris ses variations) de la valeur nominale ou en appliquant une tension de la batterie de sources d'énergie et des dispositifs qui limitent la tension au niveau maximum, le coefficient de sécurité intrinsèque doit être assurée par les moyens suivants:

1. pour les circuits inductifs et résistifs réduire la résistance de limitation d'augmenter circuit d'essai en cours dans le nombre de fois le multiple du coefficient de sécurité intrinsèque. Si le coefficient de sécurité intrinsèque ne peut être atteint de cette façon, augmenter la tension;
2. pour les circuits capacitifs de test du circuit de tension à l'augmentation du nombre de fois où un multiple du coefficient de sécurité intrinsèque.

Pour un rapport donné de la sécurité intrinsèque, tels que le 1,5, pour de tels chaînes à partir de 1,5 fois augmenter la force agissant sur le circuit de courant. Définir l'inducteur, lorsqu'ils sont installés dans le circuit est minime inflammables (inflammation causes du mélange explosif). Puis, en augmentation de 1,5 fois la tension et l'intensité égale à la valeur trouvée inductance à sécurité intrinsèque et l'augmentation du stress. Après le test est effectué sur le circuit de sécurité intrinsèque.

Lors de l'essai du circuit, qui travaillent dans un mélange de gaz du groupe I (méthane) avec un courant I (R0) = 2,93 A, on obtient les paramètres de sécurité: inductance LH = 160 uH, décharge d'énergie W = 614,6 uj, v vitesse dangereuse rupture = 6 5 m / sec. allocation de C pour la sécurité intrinsèque de la force actuelle Ki = 1,5, nous avons I (R0) = 4,95 A et la source de tension U0 = 26,4 V.

Le commutateur S1 est utilisé pour simuler le mode de transition de la résistance à l'arc à la résistance des contacts au cours de leur descente. Cette transition est effectué en douceur depuis la fin de la décharge d'arc pour éviter les surtensions.

Paramètres de sécurité à la suite de tests sont les suivants: LH = 55 uH, T = 17,3 ms, W = 0.646 uJ, la vitesse dangereuse de rupture v= 6,5 m/s, une capacité de charge maximale de raccordement du LH et RH – 9 uF.

Figure 3 – Schéma de calcul de la barrière de déconnexion décharge d'étincelles de type protection de l'approvisionnement électrique FPI–24–3

Figure 4 – La dépendance de l'unité d'alimentation de charge PD1 (A, B) et SD énergie de décharge (b, d) l'intervalle de temps a), b) – 0 .. 4 ms), d) – 2 .. 2,3 ms

Figure 5 – Schéma de la conception d'un circuit de décharge capacitive étincelle barrière de protection, tels que l'IPI–24–3

Pour UPE tests de contrôle IPI–24–3 ont été réalisées dans le centre de certification par l'Etat aux flammes d'équipements électriques et des mines (Donetsk) (retrait d'examen № 1843 à 2010).

Les options valides circuits de sécurité intrinsèque sont comme suit:

1. L0 inductance – pas plus de 0,05 mH;
2. C0 capacité – pas plus de 10 microfarads.

Ces résultats sont en accord satisfaisant avec les paramètres de sécurité obtenu par la méthode de calcul de l'évaluation thermique tubeless.

Tableau 1 – les résultats pour le mélange méthane–air (I), la force du courant de charge – 2,93 A

Tableau 2 – les résultats pour le mélange méthane–air (I), le facteur de sécurité pour les 1,5 actuels. Ainsi 
I0 = 3,3 * 1,5 = 4,95 A, U0 = 25 B * 1,1 = 26,4 B.