Analysis of Electrical Explosion Safety Based on Dynamic Electrical Circuit Switching Discharge Models
Keywords:
: intrinsic safety quantification method, discharge current, discharge energy, discharge duration, discharge mathematical model, minimal igniting parameters
Abstract
A mathematical model describing a switching arc discharge in an RL electric circuit based on the Mayr equation is developed and tested. The body of mathematics representing an arc discharge appearing in an RL circuit that takes into account the dynamic current-voltage arc characteristic and arc thermal processes is described. The results from calculating the arc thermal inertia constant for the switching period for a resistive circuit by several known methods, including the values obtained during simulation, are given. It has been found that the arc discharge model that takes into account the arc thermal inertia constant dynamics calculated from the instantaneous values of the average discharge power (taking the cathode losses into account) gives better convergence of the simulation results. An improved mathematical model of discharge in resistive and inductive electrical circuits is proposed, which makes it possible to refine the well-known method for quantifying their intrinsic safety. The convergence with the minimal igniting parameters obtained experimentally for similar circuits is analyzed.
References
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.
Published
2021-11-29
Issue
Section
Article
