ОЦЕНКА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
И.А.Бершадский, Л.С.Соломатина
Украина, г. Донецк,
Донецкий национальный технический университет
Предприятия нефтехимической, химической, фармацевтической, газоперерабатывающей промышленности, а также ряд предприятий пищевой отрасли предъявляют особые требования к системам управления и контроля технологическими процессами. Неисправности слаботочных электрических цепей систем управления и контроля подобных объектов (замыкание или появление высокого потенциала в сигнальных цепях) может вызвать искрение и спровоцировать пожар или взрыв. Вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» (ИБЦ), получивший распространение в последние десятилетия, позволяет избежать использования для электрических цепей указанного типа взрывозащитных оболочек, т.е. отсутствует необходимость в прокладке проводов в стальных трубах и расположении приборов в литых алюминиевых коробках, что создавало бы значительные неудобства при монтаже и эксплуатации.
В тепловой модели решают систему дифференциальных уравнений в частных производных, определяющую развитие теплового взрыва с учетом явлений теплопроводности и диффузии при экзотермической химической реакции окисления метано-воздушной смеси. С целью упрощения алгоритма расчета выведены аналитические зависимости, формирующие метод «технической бескамерной тепловой оценки» (ТБТО), что делает решение данной научно-технической проблемы общедоступной для разработчиков рудничной и химической аппаратуры. По результатам накопленных данных вычислительного эксперимента, проведенным по методу БТО, получен массив точек в 3-х мерной области определения, связывающий энергию воспламенения разряда Wв, мДж, его длительность Tр , мс (мкс) и скорость размыкания цепи v, м/с.
Основой метода оценки искробезопасности сложных индуктивно-емкостных цепей служат результаты работы. Согласно графикам зависимостей минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи по определены воспламеняющие параметры для разных категорий смесей и значений сопротивлений токоограничительного резистора R, Ом, напряжений батареи U, В, емкостей С, мкФ. В расчетах принимаются допущения о постоянстве напряжения разряда Uр = 11 В и тока окончания переходного процесса Ір = 3 мА.
Источники питания (ИП) связанных электрических цепей могут иметь не только «линейные», но и «трапецеидальные», и «прямоугольные» выходные характеристики при использовании, например, электронных устройств ограничения тока. Для таких цепей необходима оценка внутренних соединений в аварийных режимах работы, то есть определение наиболее опасных режимов для случаев последовательного (параллельного) соединения источников.
В наиболее общем случае несколько цепей, составляющих электрическую систему в аварийных режимах могут составлять произвольные взаимосвязи, и в зависимости от вида повреждений создавать параллельное или последовательное соединение, т.е. рассматривается сложение, как силы тока, так и напряжения. Т.к. оба случая не могут существовать одновременно, то результирующие вольтамперные характеристики должны моделироваться отдельно. В завершение оценки рассматривается взаимосвязь соединений активного источника, нагрузки и модели разряда размыкания (индуктивная нагрузка) и разряда замыкания (емкостная нагрузка). Вычислительный эксперимент позволяет получить цифрограммы переходного процесса в цепи, энергии Wp, выделяемой в разряд, и длительности разряда Tp .
Список литературы:
1. 3. Бершадский И.А. Расчет параметров разряда для оценки искробезопасности емкостных цепей / И.А. Бершадский // Уголь Украины. - 2010. - №12. - С. 33-36.
2. 2. Бершадский И.А. Тестирование метода бескамерной тепловой оценки искробезопасности схемы источника питания / Бершадский И.А., Дубинский Ал.А. // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. научных трудов УкрНИИВЭ. –Донецк, 2011. - С. 230 – 240.
3. 1. Жданкин В.К. Оценка искробезопасности электрических цепей / В.К. Жданкин // Современные технологии автоматизации, 2000. - №3. – С. 72-80.
4. 4. ГОСТ P 51330.10 – 99. Электрооборудование взрывозащищенное, Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь «i». - [Введ. c 01.01.2001]. – М.: Госстандарт России, 2000. – 118 с.