9. Искробезопасные цепи управления и защит, их воспломеняющте и искро безопасные параметры. Методы ограничения искровых разрядов при коммутации искробезопасных цепей.

Воспламенение, взрыв пылегазовой среды могут быть вызваны открытыми искро-дуговыми разрядами, которые возникают в цепях управления и защиты и автоматизации, в рез-те их коммутации и при чрезмерном нагреве поэтому в подземных выработках и помещениях с опасной пылегазовой средой должны применяться только искробезопасные эл. системы т.е. не только токоприемники со взрывозащищенными корпусами и специальными средствами взрывозащиты, но и оборудоваться аппаратами управления, защит и автоматизации с искробезопасными цепями. Эл. цепь является искробезопасной, если возникающие искро-дуговые разряды при ее коммутации или повреждении и нагрев неспособны воспламенить пылегазовую среду. Коммутация или повреждение цепей может сопровождаться двумя видами разрядов: а) Дуговые разряды – свойственны силовым цепям и обусловлены наличием высокого напряжения на контактах и высокой температурой нагрева; б) Искровые разряды – характерны для эл. сетей малой эл. мощностью и при повышении напряжения могут перейти в дуговые разряды. Поэтому понятие искробезопасности относится к цепям управления, защиты и автоматизации малых электромощностей.

Рассмотрим разрыв контактов. При разрыве цепи обладающей омическим сопротивлением и индуктивностью по ней протекает ток, то на разрывных контактах создается разность потенциалов значение которой:

Ер=Епит – Ri – L(di/dt), Ep=∫(Uidt=∫(Eпитi – Ri2)dt + ∫(- Lidt),

Eпитi – Ri2 – высвобождаемая энергия;

-Lidt – накопленная энергия в индуктивности.

При наличии в цепи емкостных элементов накопленная энергия будет зависеть и от емкости, полное сопротивление цепи будет влиять на энергию высвобождаемую при разрыве, поэтому создаваемые искробезопасные цепи делятся:

а) омические – к ним относятся эл. сети с малой индуктивностью (меньше 1 мГенри) и не содержащие емкостных элементов в которых наиболее опасны разряды размыкания. Энергия будет зависеть от мощности источника питания и величины тока;

б) индуктивные – цепи с повышенной индуктивностью (более 1 мГенри), но не содержащая емкостных элементов, в которых энергия разряда зависит от ЭДС источника, тока, индуктивности;

в) емкостные – цепи содержащие емкостные элементы в которых наиболее опасны разряды замыкания и при этом энергия коммутируемого разряда зависит от: величины емкости, напряжения на емкости, и сопротивления. Воспламеняющая энергия коммутационного разряда и длительность его действия зависит от многих факторов: мощности источника тока, величины тока и напряжения, индуктивности емкости цепи, переходных процессов, вида металлов и формы контактов, температуры и влажности окружающей среды и др.

Все факторы связаны сложными зависимостями, что затрудняет расчет энергии разряда, поэтому очень сложно найти исходные параметры для построении искробезопасных цепей. Очевидно, что для снижения энергии разряда неспособного воспламенить внешнюю среду надо ограничить мощность источника питания. Величины тока и напряжения, принудительно ограничивать индуктивность и емкость, сократить длительность разряда. Поэтому за основные параметры.

приняты воспламеняющие искробезопасные значения мощности источника питания, тока и напряжения цепи. Под воспламеняющим током , напряжением и мощностью эл. цепи (омической , индуктивной, емкостной) понимается их минимальное значение формирующее в условиях нормальных и аварийных режимах работы электрический разряд с энергией воспламеняющей пылегазовую среду с вероятностью р=10^-3=0,001. Под искробезопасным током, напряжением, мощностью понимается их максимальное значение в цепи формирующее энергию разряда неспособного воспламенить пылегазовую среду любой концетрации. При этом между воспламенением и искробезопасным параметрам имеется взаимосвязь через коэф-т искробезопасности

К_иб=I_вос/I_иб К_иб=U_вос/U_иб К_иб=P_вос/P_иб

Значение К_иб по ГОСТу должно быть в пределах К_иб=1,5…2,0, т.е. искробезопасные параметры цепей должны приниматься в 1,5 – 2,0 раза меньше их воспламеняющих значений. Воспламеняющие параметры электрических цепей (I, U, P) определяются экспериментально в специальных взрывных камерах, заполненных взрывоопасной метано-воздушной смесью с концентрацией метана 8,5%. Во взрывную камеру помещается эл. цепь подключенная через силовой трансформатор напряжением 10, 30, 70, 140 В первичные

обмотки, которого подсоединены в силовую питающую сеть. Цепи оборудуются коммутационно-искровыми устройствами и при подключении любой из цепей в режим указанных интервалов напряжений производят 16000 замыканий и размыканий. Параметры считаются воспламеняющими если в камере возникает 16 воспламенений, т.е. вероятность 0,001=10^-3. Установив воспламеняющие значения определяют необходимые искробезопасные значения тока, напряжения, мощности по к_иб для омических, индуктивных или емкостных цепей. Т.о. искробезопасными цепями являются эл. цепи малой эл. мощности с величиной тока, напряжения и мощности в 1,5-2 раза меньших воспламеняющих значений.

За основной уровень искробезопасных сетей принято 36,18,12В. В качестве источника питания искробезопасных цепей используются трансформаторы или стабилизирующие с высокоомным сопротивлением для определения т.к.з. , первичные обмотки, которые подключены в силовую цепь; трансформаторы выполняют функцию разделительных элементов для предотвращения прохождения больших токов в искробезопасной цепи. Существенное значение играет ограничение участков цепей с большой индуктивностью и емкостью, т.к. они способствуют накоплению энергии и ее передаче при обрыве, способствующее ограничению мощности разряда. Для ограничения индуктивности и емкости применяют ограничивающие шунты, в качестве которых могут могут использоваться резисторы, конденсаторы подключенные параллельно участку с большой индуктивностью. При разрыве контактов часть накопленной в сети энергии будет рассеиваться в резисторе и частично в искре. При определенном значении резистора воспламенения не произойдет, аналогично емкостной шунт. При разрыве цепи энергия индуктивности будет расходоваться на разряд конденсатора, который в дальнейшем разряжается на индуктивность, и возникнет процесс колебания энергии. При этом шунт должен быть подобран так, чтобы ток разряда был ниже искробезопасного значения. Наиболее эффективными шунтами являются стабилитроны, тиристоры, транзисторы, обладающие ключевыми свойствами, малым сопротивлением, быстродействием. Искробезопасные шунты позволяют не только ограничить величину максимального напряжения на разрывных контактах но и уменьшить длительность действия открытого разряда. При испытании емкостных элементов их разрядный ток не должен превышать искробезопасного значения, для этого обычно подключают разрядное сопротивление. Для ограничения мощности возникающих токов короткого замыкания в искробезопасных цепях помещают в отдельные блоки и заливают эпоксидной смолой. Для предотвращения воспламенения от нагрева участков искробезопасной сети все соединения осуществляются только горячей пайкой с лаковым покрытием. Ремонт и настройка искробезопасных цепей эксплуатирующим персоналом запрещено.