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1
1 Généralités sur le sujet du travail de maitre
1 1.1 Introduction
1.2 Actualité
1.3
But du travail
1.4 Les tàches générale du développement et d'étude
2 L'étude des circuits de la protection de l'étincelle en courant alternatif et d'impulsion
1. Généralités sur le sujet du travail de maitre
1.1 Introduction
Ces dernières années, un large développement de technologies de pointe et
de recevoir des équipements de haute performance dans les entreprises de
l'industrie minière, le pétrole et les industries chimiques. Sa mise en œuvre
est impossible sans l'automatisation, la gestion et de contrôle des procédés
technologiques. Dans les environnements qui sont dangereux pour le gaz, le type
le plus efficace de protection des circuits de faible puissance est
intrinsèquement sûr. Ce type de protection assure la sécurité la plus complète
de l'électricité dans des environnements dangereux et par rapport aux autres
types de protection peuvent réduire considérablement le coût, le poids et les
dimensions de l'appareil.
Protection
contre les explosions de décharges électriques est une partie intégrante de
l'exploitation minière, de pétrole et les industries chimiques. L'un des types les plus
efficaces et prometteurs de protection contre les explosions avec des circuits
à faible courant est «sécurité intrinsèque». Champ d'application des
appareils électriques intrinsèquement sûrs comprend une alarme, les
communications, les systèmes de surveillance et de contrôle de processus. La
grande complexité de
l'élaboration de matériel électrique à
sécurité intrinsèque associée à une
des
méthodes à long test de la chambre et le manque de
méthodes tubeless pour
évaluer les circuits de sécurité
intrinsèque complexes, qui sont répandues dans
les équipements électriques modernes et ne peut
être évalué pour la sécurité
intrinsèque avec les caractéristiques existantes de la
sécurité intrinsèque.L'établissement de telles
méthodes ne seront pas seulement de réduire la durée et le coût des tests, mais
aussi donner la possibilité de choisir les paramètres optimaux appareils
électriques intrinsèquement sûrs sur le stade de son développement. En outre, ces méthodes donnent souvent
des résultats plus fiables et, dans certains cas, ils ne sont disponibles que
pour l'évaluation des circuits de sécurité intrinsèque.
1.3
But du travail
L'objectif
du travail de maîtrise est de développer une base scientifique pour
l'évaluation, la prévision et des méthodes de circuits à sécurité intrinsèque,
d'élaborer des recommandations dont la mise en œuvre permettra d'éviter
l'inflammation d'un mélange explosif lors du fonctionnement du matériel
électrique antidéflagrant.
Objectifs de travail:
* сréation d'un modèle informatique d'évaluation de la
fréquence des circuits électriques à sécurité intrinsèque AC;
* une étude du modèle mathématique d'inflammation du
mélange méthane-air à partir d'une décharge électrique;
* étude de la capacité d'allumage des circuits à sécurité
intrinsèque avec une alimentation pulsée;
* examen de la recherche sur l'inflammation des mélanges explosifs par des
décharges électriques.
2. L'étude des circuits de la protection de l'étincelle en courant alternatif et d'impulsion
2.1 Ce qui est à sécurité intrinsèque
Intrinsèque du circuit électrique de sécurité - un circuit électrique, fait en sorte que la décharge électrique ne peut pas enflammer une atmosphère explosive avec une probabilité supérieure à 0.001. Ce type de protection est fondé sur le maintien d'une sécurité intrinsèque du courant (tension, de puissance ou d'énergie) dans le circuit électrique et est utilisé dans l'automatisation, les systèmes d'alarme, d'éclairage, etc. Le circuit électrique est à sécurité intrinsèque, lorsque le rejet ou d'effet thermique qui est créé dans le mode normal ou d'urgence ne conduit pas à l'allumage électrique d'un mélange explosif.
Améliorer le niveau de sécurité global
du travail dans les entreprises avec la présence d'une atmosphère explosive est
obtenue en utilisant des équipements intrinsèquement sûrs:
-pour le contrôle du tunnel
et les tondeurs;
-systèmes de commande pour
l'atmosphère de la mine et la réglementation des puits de ventilation;
-pour créer un moyen de communication,
de signalisation et de contrôle;
-systèmes pour les lampes de
puissance dans les mines de charbon de tous les types de régime de la poussière
et gaz.
En travail de Kolosyuka
AV [1], le système dispose d'une alimentation DC pulsé, qui consiste dans le fait
que le flux de courant de ligne de la source à la charge uniquement au cours de
la source de tension d'impulsion, et pendant une pause dans le courant de ligne
est manquante, tk . ligne et une source verrouillé
diode-couches sous l'influence de la tension inverse, et stockées dans
l'énergie inductive est évacué par une diode de roue libre dans son propre
circuit.
Le but de cette étude est de
déterminer le maximum d'énergie de la décharge dans les charges de puissance
pulsée inductive, shunté par une diode, en comparaison avec l'alimentation DC.
Pour le modèle de
simulation a été utilisée à l'arc (Fig. 1) [2]. La charge inductive est équipé
d'une cheminée élément de blocage (défensive) et des diodes de dérivation.
Figure 1 - Schéma de la détermination du
risque de formation d'étincelles lors de puissance pulsée charges inductives
1 - ampèremètre, 2 - diode de
protection, 3 - le modèle de l'arc, 4 -charge, 5 - par la diode passe, 6 - alimentation, 7 - unité de mesure
Figure 2 - Bloc de rupture du circuit électrique
Système d'enregistrement de Myre (1) avec un éditeur d'équations différentielles DEE:
(1)
a) U - transformateur de tension
instantanée enroulement secondaire;
b) il - en ligne (courant lors
de l'impulsion);
c) iv - le courant dans la
diode shunt (en cours pendant la pause);
d) Ir - courant dans le circuit de charge;
Les lignes fines indiquent la
ligne moyenne actuelle (II), la diode shunt (Ic) et la charge (IPN), ainsi que
la tension moyenne redressée (Uc)
D'après le diagramme des valeurs
instantanées de tension et de courants dans un système de rectification
monophasé (fig. 2) montre que l'impulsion de courant dans la ligne de (il) ne
se produit que lors de l'impulsion de tension (U), et pendant la pause - la
ligne actuelle et la source n'est pas parce
que décharge de l'énergie
emmagasinée dans l'inductance de charge (L), se produit dans le circuit de
dérivation, en fournissant le courant à travers la diode shunt (IB) au cours de
la pause et la continuité du courant dans la valeur de charge de Ir.
La charge
inductive est équipé
d'une cheminée élément de blocage
(défensive) et des diodes de dérivation. La tension
moyenne dans
l'alimentation pulsée avec rectification monophasé de
tension AC est exprimé
par rapport
,
(2)
ou 
- tension de la ligne de crête;
- transformateur de courant
de tension enroulement secondaire.
Les résultats des calculs sur le Simulink programme sont présentés dans le tableau. 1, 2.
Tableau
1 - Calcul des paramètres de la décharge de courant pulsé (tension
d'alimentation 12 V, courant - 1A)
| m | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| I′, A | 1,02 | 1 | 1,01 | 1,02 | 1,03 | 1,05 | 1 | 1,09 | 1,02 | 1,04 |
| T′, мкc | 343 | 306 | 266 | 226 | 157 | 108 | 37,4 | 18,2 | 15,1 | 15,5 |
| Wд′,мДж | 1,71 | 1,38 | 1,088 | 0,834 | 0,478 | 0,29 | 0,109 | 0,0402 | 0,0178 | 0,0134 |
| Pcp, Bт | 4,98 | 4,51 | 4,08 | 3,68 | 3,03 | 2,67 | 2,92 | 2,2 | 1,18 | 0,86 |
| R, Oм | 35 | 33 | 30 | 27 | 23 | 20 | 18 | 15 | 15 | 14 |
Tableau 2 - Calcul des paramètres de la décharge de courant constante (tension d'alimentation 12 V, courant - 1A)
| m | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| I′, A | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| T′, мкc | 40,3 | 40,31 | 40,3 | 40,28 | 40,25 | 40,22 | 40,14 | 40,07 | 40 | 39,93 |
| Wд′,мДж | 0,1316 | 0,1316 | 0,1315 | 0,1314 | 0,1312 | 0,1309 | 0,1305 | 0,13 | 0,1295 | 0,129 |
| Pcp, Bт | 3,26 | 3,26 | 3,26 | 3,26 | 3,258 | 3,255 | 3,25 | 3,244 | 3,238 | 3,232 |
| R, Oм | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
m
=
х/R
–
le rapport du circuit réactance inductive (XH) à sa résistance active (R);
Ces
données montrent que des taux de plus en plus de m, soit
inductance du circuit, l'impulsion de courant maximum (I ') est
réduite. Cela est logique puisque avec inductance augmente plus
le circuit d'impédance Z.
Rapport
d'énergie pour deux charges de puissance différents
inductive:
,
(3)
L'utilisation de circuits à sécurité
intrinsèque est l'un des principaux moyens de prévenir les accidents qui
pourraient causer un danger pour la vie humaine dans les industries dangereuses
[3]. sécurité intrinsèque (ILC) est
définie comme une chaîne dans laquelle la décharge ou d'effet thermique qui se
produit en mode normal et d'urgence de fonctionnement de l'équipement électrique
ne doit pas provoquer l'inflammation du mélange méthane-air (ACV).
Le sujet principal de la théorie
de l'ILC est la relation entre les paramètres du circuit et enflammer la
capacité d'exercer à sa commutation. Cette relation est déterminée
par le processus de transition dans la chaîne, à décharge de gaz, de chaleur et
de combustion d'une atmosphère explosive. La complexité de ces phénomènes
n'est pas permis jusqu'à présent d'établir avec une précision suffisante pour
modèle mathématique pratiques de ces processus, de sorte méthodes d'évaluation
de la sécurité intrinsèque fonder sur des caractéristiques expérimentales, ou
sur des hypothèses très partir des données sur l'inflammation.
Actuellement considéré comme [4]
qu'une explosion de gaz étincelle électrique se produit en raison de l'impact
des rejets de chaleur pour le mélange de gaz. Selon la théorie de l'allumage
thermique, tout le gaz peut s'enflammer, s'il s'agit d'un volume élémentaire
sera chauffée à la température d'inflammation Tvosp. L'ensemble du gaz environnant la
décharge explosive à feu, même si la source d'inflammation cessera d'exister
après l'allumage d'un volume élémentaire.
La source de chaleur réelle pour
l'allumage électrique peut être modélisée comme un cylindre, basée dans les
extrémités des électrodes divergentes. La simulation suppose que les
électrodes ont un axe de symétrie et de plan de symétrie perpendiculaire à
l'axe et à égale distance des extrémités des électrodes. Ainsi,
lors du calcul du champ de température est considéré comme un seul quadrant du
plan dans lequel se situe l'axe de symétrie (Fig. 4).
Température de la flamme, qui
caractérise le processus dangereux et en toute sécurité des étincelles, est
calculée selon le modèle ci-dessus. Initialement ignoré la présence
des électrodes, et est déterminée par une bande d'énergie du front de flamme
stable avec la température de combustion MVS 2137 K, ainsi que sa zone de
fracture (voir Fig. 5 a, b).
Ensuite, pour évaluer les
changements dans la décharge de l'agressivité sous l'influence de l'électrode
est considéré comme l'impact de leur diamètre et l'écart InterContact
longuement sur l'énergie d'allumage.
Figure 5 - Contours de la température
sur MVS allumage (l'électrode n'est pas disponible)
a) tp = 100 s, P0 = 2,4 W, le
temps d'observation - 500 ms (front de flamme constante ne semble pas)
Figure 7 - Contours
de la température sur MVS allumage (avec à l'électrode)
a) " l'électrode
mince", tp = 100 s, P0 = 5 W, r1 = 0,13 mm, r2 = 0,25 mm, r3 = 1 mm, z1 = 0,25
mm, z2 = 1,25 mm;
b) " électrode épaisse", tp
= 100 s, P0 = 12 W, r1 = 0,18 mm, r2 = 0,5 mm, r3 = 2 mm, z1 = 0,25 mm, z2 =
1,25 mm
La propagation de la flamme dans le
foyer lentement divergentes électrodes, à savoir à un moment où leur impact
significativement changé (voir Fig. 7 a, b). Cela est dû au renforcement des
obstacles à s'enflammer:
- augmentation des pertes
d'énergie dues à la croissance de la courbure de la flamme et la perte
d'énergie dans les contacts;
- partielle
"screening" des contacts reçus frais mélange air-carburant dans le
centre de l'allumage;
- différence dans le temps des
valeurs de puissance maximale de gaz inflammables et la divergence des contacts
à une distance suffisante au cours de laquelle leur influence est réduite.
La comparaison des
résultats montre que pour un courant pulsé minimum courants inflammables
supérieur à celui de l'alimentation en courant continu. Il démontre également la
possibilité d'augmenter intrinsèque puissance pulsée par rapport à la charge
d'alimentation CC.
Il est montré que dans la
fourniture d'énergie de l'arc pulsé dans l'étincelle diminue avec un rapport de
la chaîne de la traînée induite de sa résistance active, et dans le système DC
est resté pratiquement inchangé. Si la valeur de n est supérieur
à 3,5 ratio pour le circuit avec une tension de 12 V et un courant de 1A,
toutes choses étant égales par ailleurs, l'énergie de la décharge d'arc sont
sincères dans l'alimentation pulsée est inférieur à celui de l'alimentation en
courant continu.
Un modèle mathématique de la MFR
d'allumage électrique de courant continu, qui est basée sur la résolution de
l'équation non stationnaire de la conduction thermique et de diffusion pour les
paramètres donnés de décharge électrique, mécanisme produisant des étincelles
et un mélange explosif peut être utilisé dans une évaluation plus poussée des
circuits estimé sécurité intrinsèque.
Pour un certain mécanisme
produisant des étincelles, il existe une source d'alimentation, avec une
diminution de l'incidence de l'explosion est impossible, quelle que soit la
durée de vie de cette source.
Lorsque le diamètre des
électrodes et de réduire la distance InterContact au moment même de la décharge
(100 ms) augmente l'énergie minimale d'inflammation.
Le
modèle développé a des avantages sur le connu, est aussi stable en utilisant un
schéma aux différences non linéaire implicite est plus précise et ne nécessite
pas de sélection préalable du modèle lorsque les conditions de conception.