Анализ электровзрывобезопасности на основе динамических моделей разряда при коммутации электрической цепи
Ключевые слова:
метод расчетной оценки искробезопасности, ток разряда, энергия разряда, длительность разряда, математическая модель разряда, минимально воспламеняющие параметры
Аннотация
Статья посвящена развитию и апробации математической модели дугового коммутационного разряда в индуктивно-резистивной электрической цепи, основанного на модификации типового уравнения Майра. Описан математический аппарат дугового разряда, возникающего в индуктивно- резистивной электрической цепи, учитывающий динамическую вольт-амперную характеристику дуги и ее тепловые процессы. Приведены результаты расчета тепловой постоянной инерции дуги за период коммутации для резистивной цепи несколькими известными способами, включая значения, полученные при моделировании. Установлено, что учет в модели дугового разряда динамики тепловой постоянной инерции дуги, рассчитанной по мгновенным значениям средней мощности разряда (с учетом потерь на катоде), дает лучшую сходимость результатов моделирования. Предложена усовершенствованная математическая модель разряда резистивных и индуктивных электрических цепей, позволяющая уточнить известный расчетный метод оценки их искробезопасности. Проанализирована сходимость с минимально воспламеняющими параметрами, полученными экспериментально для аналогичных цепей.
Литература
1. Жданкин В.К. Вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». – Современные технологии автоматизации, 1999, № 2, с. 72–83.
2. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В.П. Методы оценки искробезопасности электрических цепей. М.: Наука, 1984, 256 с.
3. Andrea J., et al. Model of an Electric Arc for Circuit Analysis. – 28th International Conference on Electric Contacts ICEC, 2016, pp. 361–366.
4. Исакаев Э.Х., Синкевич О.А. Шунтирование тока и вызванные им изменения напряжения в канале плазмотронов с самоустанавливающейся длиной электрической дуги. – Теплофизика высоких температур, 2003, т. 41, № 3, с. 334–341.
5. Савицки А., Хальтоф М. Проблемы определения параметров математических моделей электрических дуг в цепях с источниками тока. – Электричество, 2016, № 1, с. 25–34.
6. Rau S.-H., Lee W.-J. DC Arc Model Based on 3-D DC Arc Simulation. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52(6), p. 5255–5261, DOI:10.1109/TIA.2016.2587760.
7. Киреев К.В. Интегральная модель электрической дуги. – Вестник СамГТУ, Серия: Технические науки, 2012, № 1 (33), c. 134–141.
8. Фурманов Б.М. Научные основы, методы оценки и обеспечения искробезопасности горного слаботочного электрооборудования. М.: Недра, 1970, 150 с.
9. Ковалев А.П. Моделирование параметров разряда и расчетная оценка искробезопасности при размыкании электрической цепи. – Электричество, 2009, № 11, с. 62–69.
10. ГОСТ P 51330.10 – 99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь i. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000, 118 с.
11. Крижанский С.М. К теории вольтамперной характеристики столба нестационарного дугового разряда высокого давления. – Журнал технической физики, 1965, т. 35, № 10, с. 1882–1888.
12. Бершадский И.А. Развитие научных основ и методов создания искробезопасного электрооборудования для повышения безопасности труда горнорабочих: дис. … докт. техн. наук, 2014, 356 с.
13. Гладков А.Ю., Бершадский И.А., Якимишина В.В. Использование методов расчетной оценки искробезопасности для источников питания с опережающим отключением. – Безопасность труда в промышленности, 2019, № 2, с. 13–19.
14. Таев И.С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения. М.: Энергия, 1965, 224 с.
15. Диденко В.П. Расчетное определение граничных воспламеняющих токов индуктивных цепей. – Вісті Донецького гірничого інституту, 2009, № 1, с. 233–240.
#
1. Zhdankin V.K. Sovremennye tekhnologii avtomatizatsii – in Russ. (Modern Automation Technologies), 1999, No. 2, pp. 72–83.
2. Erygin A.T., Trembitskiy A.L., Yakovlev V.P. Metody otsenki iskrobezopasnosti elektricheskih tsepey (Methods for Assessing the Intrinsic Safety of Electrical Circuits). М.: Nauka, 1984, 256 p.
3. Andrea J., et al. Model of an Electric Arc for Circuit Analy-sis. – 28th International Conference on Electric Contacts ICEC, 2016, pp. 361–366.
4. Isakaev E.H., Sinkevich О.А. Teplofizika vysokih temperatur – in Russ. (Thermophysics of high temperatures), 2003, vol. 41, No. 3, pp. 334–341.
5. Savitski A., Hal'tof М. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 1, pp. 25–34.
6. Rau S.-H.; Lee W.-J. DC Arc Model Based on 3-D DC Arc Simulation. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52(6), p. 5255–5261, DOI:10.1109/TIA.2016.2587760.
7. Kireev К.V. Vestnik SamGTU, Seriya: Tekhnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of SamSTU, Series: Technical Sciences), 2012, No. 1 (33), pp. 134–141.
8. Furmanov B.М. Nauchnye osnovy, metody otsenki i obespecheniya iskrobezopasnosti gornogo slabotochnogo elektrooborudovaniya (Scientific Foundations, Methods of Evaluation and Ensuring Intrinsic Safety of Low-Current Mining Electrical Equipment). М.: Nedra, 1970, 150 p.
9. Kovalev А.P. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2009, No. 11, pp. 62–69.
10. GОSТ R 51330.10–99. Elektrooborudovanie vzryvozashchi-shchennoe. Chast' 11. Iskrobezopasnaya elektricheskaya tsep' i (Electrical Apparatus for Explosive Atmospheres. Part 11. Intrinsic Safety i). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2000, 118 p.
11. Krizhanskiy S.М. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki – in Russ. (Journal of Technical Physics), 1965, vol. 35, No. 10, pp. 1882–1888.
12. Bershadskiy I.A. Razvitie nauchnyh osnov i metodov sozdaniya iskrobezopasnogo elektrooborudovaniya dlya povysheniya bezopasnosti truda gornorabochih: dis. … dokt. tekhn. nauk (Development of Scientific Foundations and Methods of Creating Intrinsically Safe Electrical Equipment to Improve the Safety of Miners: Dis… Dr. Sci. (Eng.)), 2014, 356 p.
13. Gladkov A.Yu., Bershadskiy I.A., Yakimishina V.V. Bezopasnost' truda v promyshlennosti – in Russ. (Occupational Safety in Industry), 2019, No. 2, pp. 13–19.
14. Taev I.S. Elektricheskaya duga v apparatah nizkogo napryazheniya (Electric Arc in Low Voltage Devices). М.: Energiya, 1965, 224 p.
15. Didenko V.P. Vesti Donetsk Mining Institute, 2009, No. 1, pp. 233–240.
2. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В.П. Методы оценки искробезопасности электрических цепей. М.: Наука, 1984, 256 с.
3. Andrea J., et al. Model of an Electric Arc for Circuit Analysis. – 28th International Conference on Electric Contacts ICEC, 2016, pp. 361–366.
4. Исакаев Э.Х., Синкевич О.А. Шунтирование тока и вызванные им изменения напряжения в канале плазмотронов с самоустанавливающейся длиной электрической дуги. – Теплофизика высоких температур, 2003, т. 41, № 3, с. 334–341.
5. Савицки А., Хальтоф М. Проблемы определения параметров математических моделей электрических дуг в цепях с источниками тока. – Электричество, 2016, № 1, с. 25–34.
6. Rau S.-H., Lee W.-J. DC Arc Model Based on 3-D DC Arc Simulation. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52(6), p. 5255–5261, DOI:10.1109/TIA.2016.2587760.
7. Киреев К.В. Интегральная модель электрической дуги. – Вестник СамГТУ, Серия: Технические науки, 2012, № 1 (33), c. 134–141.
8. Фурманов Б.М. Научные основы, методы оценки и обеспечения искробезопасности горного слаботочного электрооборудования. М.: Недра, 1970, 150 с.
9. Ковалев А.П. Моделирование параметров разряда и расчетная оценка искробезопасности при размыкании электрической цепи. – Электричество, 2009, № 11, с. 62–69.
10. ГОСТ P 51330.10 – 99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь i. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000, 118 с.
11. Крижанский С.М. К теории вольтамперной характеристики столба нестационарного дугового разряда высокого давления. – Журнал технической физики, 1965, т. 35, № 10, с. 1882–1888.
12. Бершадский И.А. Развитие научных основ и методов создания искробезопасного электрооборудования для повышения безопасности труда горнорабочих: дис. … докт. техн. наук, 2014, 356 с.
13. Гладков А.Ю., Бершадский И.А., Якимишина В.В. Использование методов расчетной оценки искробезопасности для источников питания с опережающим отключением. – Безопасность труда в промышленности, 2019, № 2, с. 13–19.
14. Таев И.С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения. М.: Энергия, 1965, 224 с.
15. Диденко В.П. Расчетное определение граничных воспламеняющих токов индуктивных цепей. – Вісті Донецького гірничого інституту, 2009, № 1, с. 233–240.
#
1. Zhdankin V.K. Sovremennye tekhnologii avtomatizatsii – in Russ. (Modern Automation Technologies), 1999, No. 2, pp. 72–83.
2. Erygin A.T., Trembitskiy A.L., Yakovlev V.P. Metody otsenki iskrobezopasnosti elektricheskih tsepey (Methods for Assessing the Intrinsic Safety of Electrical Circuits). М.: Nauka, 1984, 256 p.
3. Andrea J., et al. Model of an Electric Arc for Circuit Analy-sis. – 28th International Conference on Electric Contacts ICEC, 2016, pp. 361–366.
4. Isakaev E.H., Sinkevich О.А. Teplofizika vysokih temperatur – in Russ. (Thermophysics of high temperatures), 2003, vol. 41, No. 3, pp. 334–341.
5. Savitski A., Hal'tof М. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 1, pp. 25–34.
6. Rau S.-H.; Lee W.-J. DC Arc Model Based on 3-D DC Arc Simulation. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52(6), p. 5255–5261, DOI:10.1109/TIA.2016.2587760.
7. Kireev К.V. Vestnik SamGTU, Seriya: Tekhnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of SamSTU, Series: Technical Sciences), 2012, No. 1 (33), pp. 134–141.
8. Furmanov B.М. Nauchnye osnovy, metody otsenki i obespecheniya iskrobezopasnosti gornogo slabotochnogo elektrooborudovaniya (Scientific Foundations, Methods of Evaluation and Ensuring Intrinsic Safety of Low-Current Mining Electrical Equipment). М.: Nedra, 1970, 150 p.
9. Kovalev А.P. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2009, No. 11, pp. 62–69.
10. GОSТ R 51330.10–99. Elektrooborudovanie vzryvozashchi-shchennoe. Chast' 11. Iskrobezopasnaya elektricheskaya tsep' i (Electrical Apparatus for Explosive Atmospheres. Part 11. Intrinsic Safety i). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2000, 118 p.
11. Krizhanskiy S.М. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki – in Russ. (Journal of Technical Physics), 1965, vol. 35, No. 10, pp. 1882–1888.
12. Bershadskiy I.A. Razvitie nauchnyh osnov i metodov sozdaniya iskrobezopasnogo elektrooborudovaniya dlya povysheniya bezopasnosti truda gornorabochih: dis. … dokt. tekhn. nauk (Development of Scientific Foundations and Methods of Creating Intrinsically Safe Electrical Equipment to Improve the Safety of Miners: Dis… Dr. Sci. (Eng.)), 2014, 356 p.
13. Gladkov A.Yu., Bershadskiy I.A., Yakimishina V.V. Bezopasnost' truda v promyshlennosti – in Russ. (Occupational Safety in Industry), 2019, No. 2, pp. 13–19.
14. Taev I.S. Elektricheskaya duga v apparatah nizkogo napryazheniya (Electric Arc in Low Voltage Devices). М.: Energiya, 1965, 224 p.
15. Didenko V.P. Vesti Donetsk Mining Institute, 2009, No. 1, pp. 233–240.
