Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.
М: ИПКОН РАН, 2002. — 362 с.
Специальность 05.26.01 – Охрана труда в горной промышленности
ВВЕДЕНИЕ. 1. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ВЗРЫВООПАСНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ.
1.1. Взрывоопасность атмосферы горных предприятий и обеспечение взрывозащиты электрооборудования от электрического искрения
1.2. Характеристика основных форм электрических разрядов.
1.3. Факторы, влияющие на воспламенение взрывоопасных смесей от электрических разрядов.
1.4. Обзор результатов исследований по воспламенению взрывоопасных смесей электрическими разрядами.
1.5. Методы оценки опасности электрического искрения.
1.6. Постановка цели и задач исследований.
2. УСТАНОВЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА.
2.1. Установка для определения минимальных воспламеняющих параметров электрического разряда.
2.2. Влияние межэлектродного расстояния на величину воспламеняющего тока электрического разряда.
2.3. Влияние концентрации взрывоопасной смеси на величину минимального воспламеняющего тока электрического разряда.
2.4. Зависимость наиболее легко воспламеняемой концентрации взрывоопасной смеси от пламегасящего действия электродов.
2.5. Минимальная мощность электрического разряда при воспламенении взрывоопасной смеси.
2.6. Влияние выделившейся в катодной области разряда энергии на воспламеняющую способность электрического разряда.
2.7. Исследование влияния длительности и тока разряда на величину воспламеняющей энергии при неподвижных электродах.
2.8. Влияние длительности и тока разряда на величину электрического заряда при воспламенении взрывоопасной смеси.
2.9. Время формирования минимального ядра пламени, критическое время теплового воздействия источника воспламенения.
Выводы.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДУГОВЫХ РАЗРЯДОВ РАЗМЫКАНИЯ.
3.1. Искрообразующий механизм с регулируемой скоростью размыкания контактов.
3.2. Исследование влияния скорости размыкания омических и индуктивных цепей на величины воспламеняющих токов и энергий разрядов.
3.3. Исследование влияния длительности и тока разряда на величину воспламеняющей энергии при размыкании цепи.
Выводы.
4. БЕСКАМЕРНАЯ ОЦЕНКА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПО РАЗРЯДАМ РАЗМЫКАНИЯ.
4.1. Выбор исходных значений энергий для оценки искробезопасности электрических цепей. Принцип бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания.
4.2. Определение статических вольт-амперных характеристик разряда
4.3. Омическая цепь.
4.4. Индуктивная цепь.
4.5. Электрическая цепь с индуктивностью, зашунтированной диодом
4.6. Цепь со стабилитронной защитой.
4.7. Цепь с искусственным сокращением длительности разряда.
4.8. Методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания.
Выводы.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ НА ИСКОБЕЗОПАСНОСТЬ ПОСРЕДСТВОМ ИСКРООБРАЗУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ.
5.1. Общие требования к испытаниям на искрообразующем механизме
5.2. Искрообразующий механизм 1-го типа и условия коммутации на нем. Реализация малых скоростей размыкания.
5.3. Исследование движения вольфрамовой проволочки искрообразующего механизма 1-го типа под действием силы упругости.
5.4. Сопоставление воспламеняющих параметров электрического разряда и условий его образования при размыкании индуктивной цепи на механизме 1-го типа и механизме с постоянной скоростью движения контакта.
5.5. Искрообразующие механизмы II-го и III-го типов.
5.6. Возможности учета наиболее опасных условий по скорости размыкания контактов при оценке искробезопасности электрических цепей.
Выводы.
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЕМКОСТНЫХ ЦЕПЕЙ В АКТИВИЗИРОВАННЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЯХ.
6.1. Постановка задачи.
6.2. Экспериментальная установка и методика исследований.
6.3. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.
Выводы.
7. БЕСКАМЕРНАЯ ОЦЕНКА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ СЛОЖНЫХ ЕМКОСТНЫХ ЦЕПЕЙ.
7.1. Постановка задачи.
7.2. Принцип замещения сложных емкостных цепей простыми.
7.3. Расчет энергии, выделяющейся из п параллельно соединенных RC звеньев в разряд.
7.4. Расчет энергии, выделяющейся из RLC цепи в разряд.
7.5. Методика бескамерной оценки искробезопасности сложных емкостных цепей.
Выводы. Актуальность работы. Возможность возникновения взрывоопасной атмосферы существует на многих горных предприятиях, и число угольных шахт и рудников, опасных по газовому фактору, возрастает. Это связано с освоением новых месторождений со сложными горно-геологическими условиями, переходом на большие глубины, интенсификацией выемки горной массы и увеличением интенсивности выделения горючих природных газов и паров жидкостей при разработке полезных ископаемых. Обеспечение взрывобезопасности от электрических разрядов является неотъемлемой частью работы этих предприятий. Одним из способов обеспечения взрывобезопасности от электрических разрядов является использование искробезопасного электрооборудования. Это такое оборудование, в котором возникновение электрических разрядов и нагретых поверхностей не может привести к воспламенению взрывоопасной атмосферы. Область применения искробезопасного электрооборудования очень широкая. Она охватывает сигнализацию, связь, системы контроля и управления технологическими процессами.
Расширение объема и области применения искробезопасного электрооборудования повышает общий уровень безопасности ведения горных работ, способствует росту производительности труда и снижает экономические затраты. Реализация этих возможностей неотделима от решения проблемы повышения объективности методов оценки искробезопасности электрооборудования и снижения трудоемкости его разработки за счет создания новых бескамерных методов оценки искробезопасности электрических цепей и совершенствования камерных испытаний.
Объективность оценки искробезопасности электрооборудования непосредственно связана с полнотой учета факторов, влияющих на воспламеняющую способность электрического разряда. Опасность электрического разряда с точки зрения воспламенения взрывоопасной атмосферы определяется его параметрами, условиями возникновения и существования. Эти факторы в свою очередь неразрывно связаны с параметрами цепи и условиями ее коммутации. Объективная оценка опасности электрического искрения может быть выполнена только при учете совместного влияния указанных факторов в их наиболее опасном возможном сочетании, что должно отражаться в используемом методе оценки искробезопасности электрической цепи.
Высокая трудоемкость разработки искробезопасного электрооборудования связана с большой продолжительностью камерных испытаний и отсутствием бескамерных методов оценки искробезопасности сложных электрических цепей, которые преобладают в современном электрооборудовании и не могут быть оценены на искробезопасность с помощью существующих характеристик искробезопасности. Создание таких методов позволит не только сократить продолжительность испытаний, но и даст возможность выбирать оптимальные ис-кробезопасные параметры электрооборудования на стадии его разработки. Кроме того, эти методы во многих случаях дают более достоверные результаты, а в ряде случаев они являются единственно доступными для оценки искробезопасности электрических цепей.
Имеющиеся до выполнения этой работы результаты экспериментальных и теоретических исследований не позволяли решить эту проблему. Решение этой актуальной проблемы возможно только на базе углубленного изучения влияния на воспламеняющие параметры таких факторов, как параметры цепи и разряда, пламегасящее действие контактов, скорость размыкания цепи и создания на этой основе методов оценки опасности электрического искрения. Цель работы. Установление закономерностей и зависимостей воспламенения взрывоопасных смесей электрическим разрядом, разработка критериев эквивалентности воспламеняющих параметров электрических цепей и электрических разрядов, необходимых для создания и совершенствования методов оценки опасности электрического искрения на горных предприятиях со взрывоопасной атмосферой, позволяющих повысить объективность оценки искробезопасности электрического и технологического оборудования, снизить трудоемкость испытаний, а также осуществлять рациональный выбор его параметров в процессе разработки. Идея работы. Учет совместного влияния параметров электрической цепи, условий ее коммутации и характеристик разрядного промежутка на параметры, определяющие опасность воспламенения взрывоопасной атмосферы от электрического искрения. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие основные научные и практические результаты:
1. Впервые получены зависимости воспламеняющего тока и мощности электрического разряда от его длительности, межэлектродного расстояния и концентрации горючего во взрывоопасной смеси. Установлено, что при воспламенении взрывоопасной смеси неограниченным по длительности электрическим разрядом наиболее опасная концентрация горючего в смеси определяется пламегасящим действием электродов. Показано, что наименьшие значения воспламеняющего тока и мощности электрического разряда имеют место в смеси обедненной концентрации.
2. Впервые установлена общая закономерность высокотемпературного воспламенения взрывоопасных газовых смесей электрическим разрядом и нагретым телом, заключающаяся в том, что величина воспламеняющего тока разряда и температура нагретого тела уменьшаются с обеднением взрывоопасной смеси.
3. Получены зависимости воспламеняющей энергии от длительности и тока электрического разряда. Впервые установлено, что для неподвижных, разведенных на критическое расстояние электродов наименьшее значение воспламеняющей энергии имеет место при дуговом разряде минимальной мощности.
4. На основе экспериментальных исследований влияния на воспламеняющие параметры электрического разряда его длительности и величины протекающего тока, пламегасящего действия неподвижных электродов и концентрации горючего во взрывоопасной смеси выявлены наиболее опасные условия воспламенения. Разработаны методы определения минимальных воспламеняющих значений тока, мощности и энергии воспламенения горючих газов электрическим разрядом и установлены их численные значения для представительных взрывоопасных смесей. Показано, что учет наиболее опасных условий воспламенения приводит к снижению минимальной воспламеняющей энергии электрического разряда в два и более раз (в зависимости от взрывоопасное™ смеси) по сравнению со значениями, получаемыми по методу искрового разряда конденсатора.
5. Разработан искрообразующий механизм с регулируемой скоростью размыкания контактов. Впервые для различных скоростей размыкания цепей применительно к представительным взрывоопасным смесям установлены зависимости воспламеняющей энергии разряда от его длительности. Показано, что рост воспламеняющей энергии относительно ее минимального значения обусловлен изменением мощности электрического разряда. Определены граничные значения наиболее опасных скоростей размыкания омических и простых индуктивных цепей. Установлено, что промежуточные между граничными значения скоростей размыкания менее опасны и могут быть исключены при испытаниях таких цепей на искробезопасность. Показано, что с увеличением взрывоопасное™ смеси наиболее опасная скорость размыкания простых индуктивных цепей снижается.
6. Разработана модель электрического разряда на основе его статических вольт-амперных характеристик, позволяющая определять параметры разряда расчетным и электроизмерительным способами.
7. Разработан принцип бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания, заключающийся в определении энергий и длительностей электрических разрядов при всех возможных скоростях размыкания цепи и последующим сравнении полученных энергий со значениями воспламеняющих энергий разрядов при одинаковых их длительностях и скоростях размыкания цепи.
8. Разработана методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания, включающая для представительных взрывоопасных смесей категорий I, IIA и IIB семейства зависимостей, характеризующих одновременное влияние скорости размыкания цепи и длительности электрического разряда на его воспламеняющую энергию, а также модель разряда. Помимо наименее трудоемкой бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей, данная методика позволяет определять минимальный воспламеняющий ток и наиболее опасную скорость размыкания цепи. Это дает возможность получать численное значение коэффициента искробезопасности и из многих испытываемых электрических цепей выбирать наиболее опасную, которую, при необходимости, затем подвергают камерным испытаниям, снижая тем самым сроки испытаний электрооборудования на искробезопасность. Использование методики позволяет осуществлять оптимальный выбор параметров разрабатываемого искробезопасного электрооборудования.
9. Получены зависимости, характеризующие движение контактов стандартных искрообразующих механизмов 1-го и П-го типов, которые позволяют оценивать их пригодность для проведения камерных испытаний на искробезопасность конкретных электрических цепей, а также дают возможность определять параметры разрядов, возникающих при коммутации электрических цепей.
10. Исследовано влияние на воспламеняющее напряжение емкостной цепи сопротивлений в разрядной цепи и цепи источника питания. Показано, что источник питания, в зависимости от величины протекающего через него тока, может более чем на порядок снижать воспламеняющее напряжение в емкостной цепи. Это необходимо учитывать при конструировании и испытаниях искробезопасного электрооборудования.
11. Разработан принцип бескамерной оценки искробезопасности сложных емкостных цепей по разрядам замыкания, заключающийся в замене сложной емкостной цепи на простую с аналогичной или близкой более опасной характеристикой выделения энергии в разряде и последующей оценке искробезопасности простой емкостной цепи по установленным характеристикам искробезопасности.
12. Разработана методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам замыкания, включающая для активизированных испытательных взрывоопасных смесей категорий I, IIA, IIB и IIC семейства зависимостей, характеризующих одновременное влияние на воспламеняющее напряжение емкостной цепи значений ее емкости и сопротивлений в разрядной цепи и цепи источника питания. Методика позволяет получать численное значение коэффициента искробезопасности, из многих испытательных электрических цепей выбирать наиболее опасную, искробезопасность которой, при необходимости, оценивают посредством камерных испытаний. Это, наряду с использованием бескамерной оценки, сокращает трудоемкость и продолжительность испытаний электрооборудования на искробезопасность, позволяет осуществлять оптимальный выбор параметров разрабатываемого искробезопасно-го электрооборудования.
Результаты исследований внесены в ГОСТ Р 51330.10-99 Электрооборудование взрывозащищенное. Часть И. Искробезопасная электрическая цепь «i»; в "Методику определения критического зазора при зажигании аэровзвесей горючих пылей и минимальных значений тока, мощности и энергии зажигания горючих газов и паров с воздухом", согласованную с ГУПО МВД СССР и изданную ВНИИПО МВД СССР; в "Правила безопасности при эксплуатации магистральных газопроводов", разработанные ВНИИГАЗом; использованы в электронной модели дугового разряда типа "РАЗРЯД", которая применяется для бескамерной оценки искробезопасности электрооборудования и выпущена опытной партией ИГД им. А.А. Скочинского; использованы в институте Ги-проуглеавтоматизация Минуглепрома СССР для выбора оптимальных параметров и предварительной оценки искробезопасности системы громкоговорящего оповещения с питанием по линиям связи.
Специальность 05.26.01 – Охрана труда в горной промышленности
ВВЕДЕНИЕ. 1. ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ВЗРЫВООПАСНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ.
1.1. Взрывоопасность атмосферы горных предприятий и обеспечение взрывозащиты электрооборудования от электрического искрения
1.2. Характеристика основных форм электрических разрядов.
1.3. Факторы, влияющие на воспламенение взрывоопасных смесей от электрических разрядов.
1.4. Обзор результатов исследований по воспламенению взрывоопасных смесей электрическими разрядами.
1.5. Методы оценки опасности электрического искрения.
1.6. Постановка цели и задач исследований.
2. УСТАНОВЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА.
2.1. Установка для определения минимальных воспламеняющих параметров электрического разряда.
2.2. Влияние межэлектродного расстояния на величину воспламеняющего тока электрического разряда.
2.3. Влияние концентрации взрывоопасной смеси на величину минимального воспламеняющего тока электрического разряда.
2.4. Зависимость наиболее легко воспламеняемой концентрации взрывоопасной смеси от пламегасящего действия электродов.
2.5. Минимальная мощность электрического разряда при воспламенении взрывоопасной смеси.
2.6. Влияние выделившейся в катодной области разряда энергии на воспламеняющую способность электрического разряда.
2.7. Исследование влияния длительности и тока разряда на величину воспламеняющей энергии при неподвижных электродах.
2.8. Влияние длительности и тока разряда на величину электрического заряда при воспламенении взрывоопасной смеси.
2.9. Время формирования минимального ядра пламени, критическое время теплового воздействия источника воспламенения.
Выводы.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДУГОВЫХ РАЗРЯДОВ РАЗМЫКАНИЯ.
3.1. Искрообразующий механизм с регулируемой скоростью размыкания контактов.
3.2. Исследование влияния скорости размыкания омических и индуктивных цепей на величины воспламеняющих токов и энергий разрядов.
3.3. Исследование влияния длительности и тока разряда на величину воспламеняющей энергии при размыкании цепи.
Выводы.
4. БЕСКАМЕРНАЯ ОЦЕНКА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПО РАЗРЯДАМ РАЗМЫКАНИЯ.
4.1. Выбор исходных значений энергий для оценки искробезопасности электрических цепей. Принцип бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания.
4.2. Определение статических вольт-амперных характеристик разряда
4.3. Омическая цепь.
4.4. Индуктивная цепь.
4.5. Электрическая цепь с индуктивностью, зашунтированной диодом
4.6. Цепь со стабилитронной защитой.
4.7. Цепь с искусственным сокращением длительности разряда.
4.8. Методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания.
Выводы.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ НА ИСКОБЕЗОПАСНОСТЬ ПОСРЕДСТВОМ ИСКРООБРАЗУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ.
5.1. Общие требования к испытаниям на искрообразующем механизме
5.2. Искрообразующий механизм 1-го типа и условия коммутации на нем. Реализация малых скоростей размыкания.
5.3. Исследование движения вольфрамовой проволочки искрообразующего механизма 1-го типа под действием силы упругости.
5.4. Сопоставление воспламеняющих параметров электрического разряда и условий его образования при размыкании индуктивной цепи на механизме 1-го типа и механизме с постоянной скоростью движения контакта.
5.5. Искрообразующие механизмы II-го и III-го типов.
5.6. Возможности учета наиболее опасных условий по скорости размыкания контактов при оценке искробезопасности электрических цепей.
Выводы.
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЕМКОСТНЫХ ЦЕПЕЙ В АКТИВИЗИРОВАННЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЯХ.
6.1. Постановка задачи.
6.2. Экспериментальная установка и методика исследований.
6.3. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.
Выводы.
7. БЕСКАМЕРНАЯ ОЦЕНКА ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ СЛОЖНЫХ ЕМКОСТНЫХ ЦЕПЕЙ.
7.1. Постановка задачи.
7.2. Принцип замещения сложных емкостных цепей простыми.
7.3. Расчет энергии, выделяющейся из п параллельно соединенных RC звеньев в разряд.
7.4. Расчет энергии, выделяющейся из RLC цепи в разряд.
7.5. Методика бескамерной оценки искробезопасности сложных емкостных цепей.
Выводы. Актуальность работы. Возможность возникновения взрывоопасной атмосферы существует на многих горных предприятиях, и число угольных шахт и рудников, опасных по газовому фактору, возрастает. Это связано с освоением новых месторождений со сложными горно-геологическими условиями, переходом на большие глубины, интенсификацией выемки горной массы и увеличением интенсивности выделения горючих природных газов и паров жидкостей при разработке полезных ископаемых. Обеспечение взрывобезопасности от электрических разрядов является неотъемлемой частью работы этих предприятий. Одним из способов обеспечения взрывобезопасности от электрических разрядов является использование искробезопасного электрооборудования. Это такое оборудование, в котором возникновение электрических разрядов и нагретых поверхностей не может привести к воспламенению взрывоопасной атмосферы. Область применения искробезопасного электрооборудования очень широкая. Она охватывает сигнализацию, связь, системы контроля и управления технологическими процессами.
Расширение объема и области применения искробезопасного электрооборудования повышает общий уровень безопасности ведения горных работ, способствует росту производительности труда и снижает экономические затраты. Реализация этих возможностей неотделима от решения проблемы повышения объективности методов оценки искробезопасности электрооборудования и снижения трудоемкости его разработки за счет создания новых бескамерных методов оценки искробезопасности электрических цепей и совершенствования камерных испытаний.
Объективность оценки искробезопасности электрооборудования непосредственно связана с полнотой учета факторов, влияющих на воспламеняющую способность электрического разряда. Опасность электрического разряда с точки зрения воспламенения взрывоопасной атмосферы определяется его параметрами, условиями возникновения и существования. Эти факторы в свою очередь неразрывно связаны с параметрами цепи и условиями ее коммутации. Объективная оценка опасности электрического искрения может быть выполнена только при учете совместного влияния указанных факторов в их наиболее опасном возможном сочетании, что должно отражаться в используемом методе оценки искробезопасности электрической цепи.
Высокая трудоемкость разработки искробезопасного электрооборудования связана с большой продолжительностью камерных испытаний и отсутствием бескамерных методов оценки искробезопасности сложных электрических цепей, которые преобладают в современном электрооборудовании и не могут быть оценены на искробезопасность с помощью существующих характеристик искробезопасности. Создание таких методов позволит не только сократить продолжительность испытаний, но и даст возможность выбирать оптимальные ис-кробезопасные параметры электрооборудования на стадии его разработки. Кроме того, эти методы во многих случаях дают более достоверные результаты, а в ряде случаев они являются единственно доступными для оценки искробезопасности электрических цепей.
Имеющиеся до выполнения этой работы результаты экспериментальных и теоретических исследований не позволяли решить эту проблему. Решение этой актуальной проблемы возможно только на базе углубленного изучения влияния на воспламеняющие параметры таких факторов, как параметры цепи и разряда, пламегасящее действие контактов, скорость размыкания цепи и создания на этой основе методов оценки опасности электрического искрения. Цель работы. Установление закономерностей и зависимостей воспламенения взрывоопасных смесей электрическим разрядом, разработка критериев эквивалентности воспламеняющих параметров электрических цепей и электрических разрядов, необходимых для создания и совершенствования методов оценки опасности электрического искрения на горных предприятиях со взрывоопасной атмосферой, позволяющих повысить объективность оценки искробезопасности электрического и технологического оборудования, снизить трудоемкость испытаний, а также осуществлять рациональный выбор его параметров в процессе разработки. Идея работы. Учет совместного влияния параметров электрической цепи, условий ее коммутации и характеристик разрядного промежутка на параметры, определяющие опасность воспламенения взрывоопасной атмосферы от электрического искрения. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие основные научные и практические результаты:
1. Впервые получены зависимости воспламеняющего тока и мощности электрического разряда от его длительности, межэлектродного расстояния и концентрации горючего во взрывоопасной смеси. Установлено, что при воспламенении взрывоопасной смеси неограниченным по длительности электрическим разрядом наиболее опасная концентрация горючего в смеси определяется пламегасящим действием электродов. Показано, что наименьшие значения воспламеняющего тока и мощности электрического разряда имеют место в смеси обедненной концентрации.
2. Впервые установлена общая закономерность высокотемпературного воспламенения взрывоопасных газовых смесей электрическим разрядом и нагретым телом, заключающаяся в том, что величина воспламеняющего тока разряда и температура нагретого тела уменьшаются с обеднением взрывоопасной смеси.
3. Получены зависимости воспламеняющей энергии от длительности и тока электрического разряда. Впервые установлено, что для неподвижных, разведенных на критическое расстояние электродов наименьшее значение воспламеняющей энергии имеет место при дуговом разряде минимальной мощности.
4. На основе экспериментальных исследований влияния на воспламеняющие параметры электрического разряда его длительности и величины протекающего тока, пламегасящего действия неподвижных электродов и концентрации горючего во взрывоопасной смеси выявлены наиболее опасные условия воспламенения. Разработаны методы определения минимальных воспламеняющих значений тока, мощности и энергии воспламенения горючих газов электрическим разрядом и установлены их численные значения для представительных взрывоопасных смесей. Показано, что учет наиболее опасных условий воспламенения приводит к снижению минимальной воспламеняющей энергии электрического разряда в два и более раз (в зависимости от взрывоопасное™ смеси) по сравнению со значениями, получаемыми по методу искрового разряда конденсатора.
5. Разработан искрообразующий механизм с регулируемой скоростью размыкания контактов. Впервые для различных скоростей размыкания цепей применительно к представительным взрывоопасным смесям установлены зависимости воспламеняющей энергии разряда от его длительности. Показано, что рост воспламеняющей энергии относительно ее минимального значения обусловлен изменением мощности электрического разряда. Определены граничные значения наиболее опасных скоростей размыкания омических и простых индуктивных цепей. Установлено, что промежуточные между граничными значения скоростей размыкания менее опасны и могут быть исключены при испытаниях таких цепей на искробезопасность. Показано, что с увеличением взрывоопасное™ смеси наиболее опасная скорость размыкания простых индуктивных цепей снижается.
6. Разработана модель электрического разряда на основе его статических вольт-амперных характеристик, позволяющая определять параметры разряда расчетным и электроизмерительным способами.
7. Разработан принцип бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания, заключающийся в определении энергий и длительностей электрических разрядов при всех возможных скоростях размыкания цепи и последующим сравнении полученных энергий со значениями воспламеняющих энергий разрядов при одинаковых их длительностях и скоростях размыкания цепи.
8. Разработана методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам размыкания, включающая для представительных взрывоопасных смесей категорий I, IIA и IIB семейства зависимостей, характеризующих одновременное влияние скорости размыкания цепи и длительности электрического разряда на его воспламеняющую энергию, а также модель разряда. Помимо наименее трудоемкой бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей, данная методика позволяет определять минимальный воспламеняющий ток и наиболее опасную скорость размыкания цепи. Это дает возможность получать численное значение коэффициента искробезопасности и из многих испытываемых электрических цепей выбирать наиболее опасную, которую, при необходимости, затем подвергают камерным испытаниям, снижая тем самым сроки испытаний электрооборудования на искробезопасность. Использование методики позволяет осуществлять оптимальный выбор параметров разрабатываемого искробезопасного электрооборудования.
9. Получены зависимости, характеризующие движение контактов стандартных искрообразующих механизмов 1-го и П-го типов, которые позволяют оценивать их пригодность для проведения камерных испытаний на искробезопасность конкретных электрических цепей, а также дают возможность определять параметры разрядов, возникающих при коммутации электрических цепей.
10. Исследовано влияние на воспламеняющее напряжение емкостной цепи сопротивлений в разрядной цепи и цепи источника питания. Показано, что источник питания, в зависимости от величины протекающего через него тока, может более чем на порядок снижать воспламеняющее напряжение в емкостной цепи. Это необходимо учитывать при конструировании и испытаниях искробезопасного электрооборудования.
11. Разработан принцип бескамерной оценки искробезопасности сложных емкостных цепей по разрядам замыкания, заключающийся в замене сложной емкостной цепи на простую с аналогичной или близкой более опасной характеристикой выделения энергии в разряде и последующей оценке искробезопасности простой емкостной цепи по установленным характеристикам искробезопасности.
12. Разработана методика бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей по разрядам замыкания, включающая для активизированных испытательных взрывоопасных смесей категорий I, IIA, IIB и IIC семейства зависимостей, характеризующих одновременное влияние на воспламеняющее напряжение емкостной цепи значений ее емкости и сопротивлений в разрядной цепи и цепи источника питания. Методика позволяет получать численное значение коэффициента искробезопасности, из многих испытательных электрических цепей выбирать наиболее опасную, искробезопасность которой, при необходимости, оценивают посредством камерных испытаний. Это, наряду с использованием бескамерной оценки, сокращает трудоемкость и продолжительность испытаний электрооборудования на искробезопасность, позволяет осуществлять оптимальный выбор параметров разрабатываемого искробезопасно-го электрооборудования.
Результаты исследований внесены в ГОСТ Р 51330.10-99 Электрооборудование взрывозащищенное. Часть И. Искробезопасная электрическая цепь «i»; в "Методику определения критического зазора при зажигании аэровзвесей горючих пылей и минимальных значений тока, мощности и энергии зажигания горючих газов и паров с воздухом", согласованную с ГУПО МВД СССР и изданную ВНИИПО МВД СССР; в "Правила безопасности при эксплуатации магистральных газопроводов", разработанные ВНИИГАЗом; использованы в электронной модели дугового разряда типа "РАЗРЯД", которая применяется для бескамерной оценки искробезопасности электрооборудования и выпущена опытной партией ИГД им. А.А. Скочинского; использованы в институте Ги-проуглеавтоматизация Минуглепрома СССР для выбора оптимальных параметров и предварительной оценки искробезопасности системы громкоговорящего оповещения с питанием по линиям связи.