Виконання електроустаткування

Рудникове електроустаткування виготовляється для експлуатації у вугільній, гірничорудній, хімічній і інших галузях промисловості в умовах можливої появи вибухонебезпечного середовища. Імовірність виникнення вибухонебезпечного середовища в різних виробках шахт неоднакова. Відповідно до вимог ПУЕ усі приміщення з вибухонебезпечним середовищем розділені на шість класів. Відповідно і вимоги до електроустаткування, що працює в таких приміщеннях будуть різні.

Електроустаткування, призначене для застосування у вугільних шахтах за рівнем вибухозахисту розділяється на:

— рудникове нормальне (РН), що не має засобів вибухозахисту і призначене для експлуатації в шахтах, безпечних за газом або пилом;

— рудникове підвищеної надійності (РП), у якому передбачені засоби і міри, що знижують імовірність виникнення небезпечного іскріння, електричних дуг і неприпустимого нагрівання в нормальному режимі роботи. Таке електроустаткування є безпечним у відношенні вибуху тільки поки воно справно, тобто відсутні механічні й електричні ушкодження. Рудникове електроустаткування підвищеної надійності допускається до застосування в стаціонарних електроустановках, розташованих у виробках, омиваних свіжим струменем повітря за рахунок загальношахтної депресії, шахт, небезпечних за газом або пилом;

— рудникове вибухобезпечне (РВ), у якому передбачені засоби і міри захисту від вибуху навколишнього вибухонебезпечного середовища як при нормальній роботі, так і при ймовірних ушкодженнях електричних кіл. Вибухобезпечне електроустаткування втрачає свої захисні властивості тільки при ушкодженнях засобів вибухозахисту. Воно призначено для експлуатації в шахтах, небезпечних за газом або пилом там, де імовірність виникнення вибухонебезпечного середовища велика (очисні і підготовчі виробки). В очисних і підготовчих виробках на крутих пластах, небезпечних або погрозливих за раптовими викидами, застосування електроустаткування припустиме тільки при дотриманні ряду додаткових вимог, що підвищують безпеку експлуатації (див. розд. 7.5);

— рудникове вибухобезпечне при будь-яких пошкодженнях (РО), у якому передбачені засоби і міри проти вибуху як при нормальній роботі, так і при будь-яких механічних і електричних пошкодженнях. Вибухозахист забезпечується параметрами електричних кіл. При їхньому пошкодженні енергія виниклих іскор недостатня для ініціювання вибуху або виникнення пожежі. Таке електроустаткування припустиме в будь—яких виробках шахт, небезпечних за газом або пилом.

Зазначеним рівням вибухозахисту привласнені наступні лiтерні символи, що заключаються в кружок і наносяться на корпуси відповідного електроустаткування:

Для забезпечення перерахованих вище рівнів вибухозахисту ПВВРЕ передбачає такі види або засоби вибухозахисту:

Залежно від величини номінальної напруги і можливої величини струму короткого замикання, поміщеного в ній електроустаткування, установлені чотири класи оболонок, яким привласнені такі позначення:

при і ;

при і .

Для рудникових вибухобезпечних світильників незалежно від

і приймається клас оболонки ;

вибухобезпечні ;

розряду і при розрахунку захисного шару за умовами дугового

— підвищена надійність проти вибуху або вибухозахист виду

— масляне заповнення оболонки ;

— автоматичне захисне вимикання ;

— спеціальний вид вибухозахисту .

Цей вид вибухозахисту може бути забезпечений заповненням внутрішнього обсягу електроустаткування діелектриком будь-якого типу, що виключає можливість зіткнення струмоведучих частин з вибухонебезпечним середовищем.

У даний час масляне заповнення як засіб вибухозахисту електроустаткування , застосованого в підземних виробках заборонено. Ефективним способом забезпечення вибухозахисту рудникового електроустаткування є заповнення корпусів інертним газом (азот, елігаз і ін.). Однак, труднощі підтримки надлишкового тиску усередині оболонки електроустаткування в шахті обмежують застосування цього виду вибухозахисту.

Одним з перспективних видів захисту є використання ефекту безполум’яного горіння, тобто окислення газів, що утворилися або проникнули усередину оболонки. Такий спосіб знайшов застосування для видалення водню з батарей акумуляторних електровозів при їхній зарядці і розрядці.

Рівень вибухозахисту (РВ) може бути досягнутий одним чи декількома видами вибухозахисту в сполученні з автоматичним вимиканням за час не більш ніж 2,5 мс ушкодженого силового кабелю з одночасною енергетичною ізоляцією місця ушкодження як з боку джерела живлення, так і з боку приймача, здатного після його вимикання генерувати електричну енергію.

Маркування рудникового вибухозахищеного електроустаткування за ДСТУ 12.2.020—76 складається з двох частин. У першій указується знак рівня вибухозахисту, у другій – знак виду вибухозахисту. Наприклад, магнітний пускач має маркування

			ЗВІ

що означає:

рудникове вибухобезпечне з вибухонепроникненою оболонкою (ЗВ) і іскробезпечними зовнішніми колами керування ( ).

Якщо електрифікований агрегат має оболонки з різними рівнями вибухозахисту, загальний рівень вибухозахисту такого електроустаткування встановлюється оболонкою, що має найбільш низький рівень.

Для експортних поставок рудникове електрообладнання має таке маркування:

— те ж, вибухонепроникнена оболонка ;

— те ж, iскробезпечне електричне коло ;

— електрообладнання вибухобезпечне з видом вибухозахисту

— те ж,та іскробезпечне електричне коло ;

— з масляним заповненням оболонки ;

— з кварцевим заповненням оболонки ;

Галузі застосування електрообладнання встановлюють ПБ в залежності від його рівня вибухобезпеки.

Лекція № 16

Тема 17. Електрообладнання у вибухобезпечному виконанні. (3 години)

Засоби захисту можна поділити на дві основні групи:

Перша група – обладнання, в якому допускається можливість вибуху, але він локалізується всередині, не спричиняючи вибух зовнішнього середовища.

Друга група – електрообладнання, в якому використовуються засоби, які забезпечують контроль середовища біля струмоведучих частин, тобто в якому вибухонебезпечне середовище не допускається до струмоведучих елементів.

Найбільш поширеним і традиційним видом вибухозахисту першої групи є розміщення обладнання в оболонці, яка унеможливлює передачу вибуху зовні, ГОСТ 22782.6–81 (EN 50.018).

Ідея вибухозахисту ґрунтується на ідеї стримання вибуху, згідно з якою газовий струмінь, що виникає в разі вибуху, виходячи з оболонки, швидко охолоджується завдяки тепловій провідності оболонки, швидкому розширенню та ослабленню струменя гарячого газу в більш холодній зовнішній атмосфері. Це можливо лише, якщо оболонка має спеціальні газовивідні щілини досить малих розмірів. Вибухонепроникна оболонка є найбільш поширеним видом вибухозахисту, особливо для електрообладнання з високим рівнем потужності. Вибухонепроникна оболонка повинна мати такі основні властивості:

Вибухостійкість – здатність з відповідним запасом надійності витримати тиск вибуху всередині без руйнування та небезпечних деформацій. Вибухонепроникність – здатність не передавати в навколишнє середовище вибух через конструктивні щілини та отвори в місцях сполучення оболонки з імовірністю не більше допустимої: 10–8 у нормальному режимі (у разі іскрового розряду) і 10–4 у режимі дугового короткого замикання.

Зовнішні поверхні оболонки в будь-яких режимах не повинні нагріватися до температур, небезпечних щодо займання зовнішнього вибухонебезпечного середовища.

Механічна міцність – здатність без порушення вибухозахисту витримати механічні дії під час транспортування та експлуатації. Тиск в оболонці після вибуху залежить від джерела запалення, початкового тиску, вільного об’єму оболонки, її форми тощо. Оболонка та її елементи кріплення повинні витримувати тиск вибуху, спричиненого займанням вибухонебезпечної суміші всередені її як за допомогою малопотужних розрядів, так і в режимі дугового короткого замикання (для оболонок 2В, 3В, 4В рудникового електрообладнання), коли тиск додатково підвищується за рахунок суміші, що виникає всередині від розкладу ізоляційних

матеріалів.

Дослідження показують, що з підвищенням потужності дуги та часу її горіння підвищується тиск в оболонці; збільшуються кількість розплавленого матеріалу та кількість матеріалу, що випарувався; теплове навантаження на фланці; підвищується небезпека нагрівання зовнішніх частин оболонок. Тобто обов’язковою умовою забезпечення вибухобезпеки електрообладнання є обмеження часу дії дуги, швидке відключення струмів короткого замикання максимальним захистом, що має коефіцієнт чутливості не менший за 1,5 (рудникове електрообладнання). Тиск в оболонці зменшується зі зменшенням розмірів оболонки за рахунок збільшення питомої площі поверхні охолодження. Тиск, спричинений вибухом, в оболонці збільшується в кратну кількість раз відносно початкового тиску. В результаті різної швидкості поширення хвилі тиску і хвилі вибуху (із запізненням) за наявності в оболонці перегородок з вузькими щілинами тиск в окремих відсіках оболонки може різко підвищитись. Тому окремі камери оболонки, що утворюються при монтажі електрообладнання, рекомендується з’єднувати отворами не меншим за 750 мм2, при цьому ні одна із сторін отвору не повинна бути меншою за 4 мм.

Найбільш поширеними формами оболонки є круглі (циліндрічні та сферичні) та прямокутні. Круглі оболонки мають вищі механічну міцність та жорсткість конструкції, що дозволяє припускати стінки більш тонкими, ніж стінки прямокутних. Маса останніх також більша, ніж круглих. Однак прямокутні оболонки характеризуються можливістю кращого заповнення об’єму елементами електрообладнання. Для оболонок рудникового обладнання вибирають такий матеріал, щоб він був достатньо міцним, а коефіцієнт вибухостійкості

Кв = σдоп/σф = 2,

де σдоп, σф – напруженості у матеріалі оболонки відповідно допустима та фактична під час вибуху.

Як матеріал оболонок електрообладнання переважно використовують сталь. Для стаціонарного обладнання дозволяється використання сірого чавуну, міцність якого не нижча, ніж марки СЧ-15-32. Алюміній та його сплави допускаються для оболонок групи 1В. Для оболонок з вільним об’ємом до двох літрів дозволяється використовувати пресматеріал.

Як матеріал оболонок вибухозахищеного електрообладнання для приміщень використовують метал (сталь, алюміній і т. ін.) та пластмаси й інші матеріали для невеликих об’ємів оболонок (до 3 дм3). Корозійна атмосфера нафтохімічних та хімічних виробництв потребує використання таких матеріалів, як неіржавійна сталь або бронза. Роль вибухонепроникності виконують спеціальні фланцеві з’єднання окремих частин оболонок у вигляді плоских, циліндричних, різьбових, ступінчастих, лабіринтних або комбінованих площин, здатних охолоджувати продукти вибуху до безпечної температури, попереджуючи можливе спалахування навколишнього вибухонебезпечного середовища. Для різних видів фланців стандарти нормують їх параметри: ширину, довжину щілини, за яких досягається охолодження продуктів вибуху. Ширина щілини становить 0,1–0,5 мм, довжина – 5–25 мм.

Поверхні вибухонепроникних з’єднань повинні мати надійне антикорозійне покриття. Водночас у щілинах, які не покриті фарбою чи лаком та в місцях втрати лакофарбованого покриття, збільшується їх ширина. Не допускається використання прокладок у вибухонепроникних сполученнях; у разі їх пошкоджень або втрат збільшується ширина щілини. Якщо вибухонепроникна оболонка волого- або пилонепроникна, то можна використовувати еластичні прокладки з міцного вологостійкого, теплостійкого матеріалу, які мають бути невтратними і закладатися у спеціальні пази. Таким чином, вибухобезпечне елетрообладнання не є герметичним і наявність щілин допустимої ширини зменшує тиск всередині оболонки під час вибуху та механічну напруженість у матеріалі оболонки.

Вибухонепроникність кабельного вводу має надійність нижчу, ніж вибухонепроникність фланцевого захисту оболонок електрообладнання. Тому камера кабельних вводів виконується окремо від камери з нормально іскровими елементами і з’єднується з основною апаратурною камерою через вибухонепроникні з’єднання.

Класифікація вибухонепроникних оболонок для електрообладнання приміщень грунтується на категоріях вибухонебезпечних сумішей та максимальної температури самоспалахування. Кабельні вводи такого електрообладнання потребують пристосувань для особливого монтажу (обтиснення, кабельні хомути, металеві труби, кабель в оболонці з наповнювачем та ін.), що збільшує вартість установки. Для вибухозахисту за допомогою вибухонепроникних оболонок характерним недоліком є погане провітрювання внутрішньої порожнини оболонки, в результаті чого погіршується охолодження електрообладнання, розташованого в оболонці, знижується його потужність. У випадках, коли необхідне ефективне провітрювання всередені оболонок та відповідне сполучення із зовнішнім середовищем, використовується пла-

стинчастий (пакетний) вибухозахист. При цьому електрообладнання розміщують в оболонки з отворами, що закриваються пакетами з набору тонких металевих пластин товщиною 0,5–1 мм, з отворами, зазори між пластинами не більше 0,5 мм. Пластини набираються в пакет таким чином, щоб їх отвори були зміщені один відносно одного. З виникненням вибуху всередині оболонки продукти вибуху охолоджуються пакетами цих пластин. Потрібен захист пакета від механічних пошкоджень та періодичне їх очищення від пилу, інакше порушуються їх захисні властивості. Потреба в інтенсивному провітрюванні оболонок та використанні пакетного вибухозахисту виникає для вибухозахисту аку-

муляторних батарей (де, крім того, може створитися вибухонебезпечна водневоповітряна суміш), пускових опорів та опорів регулювання, для контактних електротермометрів та ін. Крім пакетного вибухозахисту, для захисту електрообладнання можна використовувати гасильні властивості дрібночарункової сітки. Принцип гасильної сітки, відомий здавна, досліджував Х. Деві, який використав його в конструкції безпечної шахтарської бензинової лампи (за рахунок тепловідведення продуктів горіння сіткою з кількістю чарунок, що менша 144 на 1 см2, за товщини дроту не меншої за 0,35 мм). Полуменевогасильна здатність залежить від кількості чарунок на одиницю площі, теплопровідності матеріалу сітки, термостійкості матеріалу. Недоліки цього способу вибухозахисту: низька механічна міцність сіткового елемента; зниження газопроникних властивостей в разі запилення; явище «післягоріння», що виникає в результаті підсмоктування свіжої суміші в оболонку (необхідно використовувати багатошарові сітки). Захист із металевих сіток використовується обмежено: гасильні елементи вогнеперешкоджувачів у дегазаційних системах, вентиляційних трубопроводах резервуарів горючих рідин і в технологічних комунікаціях з виробництва та транспортування паро- і газоповітряних сумішей. Вибухозахист електрообладнання за рахунок контролю середовища навколо струмоведучих елементів грунтується на тому принципі, що, незважаючи на наявність вибухонебезпечного середовища в атмосфері в місці установлення електрообладнання, струмоведучі частини обладнання розміщені в безпечному середовищі. Середовище утворюється діелектриками у вигляді газу, рідини, сипучих чи твердих наповнювачів.

Якщо чисте повітря, або інертний газ в обладнанні перебувають під надмірним тиском, то вибухонебезпечне навколишнє середовище не попадає всередину обладнання. Цей вид захисту має назву «заповнення або продувка оболонки під надмірним тиском» (ГОСТ 22782.2–77 та EN 50.016). Продування надмірним тиском провадиться перед увімкненням під напругу. Цей метод не залежить від класифікації газу, оскільки газ не контактує з електричними деталями та гарячими поверхнями. Його дозволяють для використання у вибухонебезпечних зонах 1 та 2. Необхідно передбачати заходи щодо забезпечення відповідної системи вентиляції електрообладнання (повітропроводи, джерела подачі повітря, повітроохолоджувачі та ін.), захист від витоку повітря, прилади контролю тиску, автоматичне вимкнення напруги за відповідного падіння тиску та ін. Тому цей вибухозахист стали використовувати для стаціонарного обладнання в приміщеннях промислових підприємств, у яких можлива поява вибухонебезпечних сумішей, і коли ні один з інших видів вибухозахисту не може бути використаним, наприклад, якщо електрообладнання має великі потужності (панелі керування та інше подібне обладнання).

Для використання рідинних діелектриків струмоведучі частини електрообладнання розміщують у захисні оболонки, заповнені мінеральним маслом чи негорючою рідиною (трансформаторне масло, синтетичні рідини ПМС-40, ПМС-400 та ін.). Для рудникового електрообладнання горючі масла не допускаються. Цей вид захисту названо «масляним заповненням» (ГОСТ 22782.1–77 та EN 50.016).

Вибухозахисний шар масла має забезпечувати вибухозахист як у разі іскрового, так і дугового замикання. Синтетичні масла (совол, совтол, ПМС-40, ПМС-400) мають недоліки – токсичність продуктів розпаду та велику в’язкість. Практичного використання в шахтах цей метод захисту не набув.

Метод занурення в масла не може використовуватись для контрольно-вимірювального електрообладнання або для електрообладнання, яке потребує частого технічного обслуговування або огляду. Найчастіше метод використовують для нерухомого електрообладнання, такого як трансформатори.

Кварцове заповнення (сипучий діелектрик) як вид вибухозахисту полягає в тому, що струмоведучі елементи електрообладнання, вмонтовані в оболонку з кварцовим заповнювачем, розміщено під захисним шаром заповнювача (ГОСТ 22782.2–77 та EN 50.016). Хоч кварцовий пісок не є абсолютним діелектриком, він настільки надійно гасить полум’я, що виникло в його порах, що можна в цьому випадку не говорити про контакт джерела іскріння із зовнішнім середовищем. Для задоволення вимог вибухозахисту пісок повинен бути певного гранулометричного складу, чистим, очищеним від домішок, осушеним. Для зменшення волого-поглинальної властивості піску його обробляють (гідрофобізація) кремнієорганічною рідиною на основі уайт-спірита. Захист забезпечується за рахунок певної товщини шару піску над струмоведучими елементами, яка залежить від потужності короткого замикання та часу

його існування.

Для зменшення товщини захисного шару використовують захисні металеві екрани, що перешкоджають рихленню піску під час дугового короткого замикання та зменшують висоту зони оплавлення піску. Недоліком цього виду вибухозахисту є велика маса обладнання. В гірничій промисловості цей вид вибухозахисту використовують для захисту силових трансформаторів.

У випадку, коли обладнання не має рухомих елементів і не потребує контролювання струмоведучих частин для їх ізоляції від довкілля, можна використовувати герметичні оболонки або термореактивні компаунди. Вибухозахищеність залежить від товщини шару заливки, від фізико-хімічних властивостей компаунда, його стійкості до дії зовнішнього середовища. По-

трібно враховувати, що під впливом температури по-різному змінюються розміри металевих деталей і компаундів. Тому можуть бути порушення цілісності компаунда і руйнування заливки, що обмежує використання цього виду захисту.

Одним зі способів вибухозахисту може бути полуменеве та безполуменеве (каталітичне) спалювання (окиснення) горючих речовин у міру надходження їх в оболонку. Як каталізатор поширення набув хлористий паладій. Можливе використання також інгібіторів – спеціальних речовин, що уповільнюють або припиняють хімічну реакцію окиснення.

Для систем шахтної автоматики, сигналізації і зв’язку широко використовують електрообладнання у виконанні РО. Перспективним є використання для цих виробів спеціальних видів вибухозахисту «С» для іскронебезпечних елементів:

– заключення електричних частин в оболонку, вибухобезпека якої забезпечується як в нормальному режимі, так і в разі ймовірних пошкоджень за рахунок нерозбірності конструкції;

– герметизацію іскронебезпечних елементів епоксидними компаундами, що виключають контакт електричних частин з вибухонебезпечним середовищем та розміщенням цих елементів у вибухобезпечну оболонку, зовнішні приєднання виконуються іскробезпечними (РО-С-І).

Лекція № 17

Тема 18. Іскробезпечне виконання електрообладнання. (2 години)

Іскробезпечною електричною системою називають комплекс електрообладнання або електротехнічних засобів, які складаються тільки з іск-робезпечних кіл. Електротехнічна система, в якій, крім іскробезпечних кіл, є також іскронебезпечні, називають комбінованою. Такі системи широко використовують у рудниковій апаратурі.

Електричне коло вважається іскробезпечним, якщо в нормальному режимі роботи електрообладнання та в аварійному стані в разі штучно пошкоджених елементів та з’єднань коефіцієнт іскробезпеки, тобто відношення мінімальних запалювальних параметрів (струму, напруги, потужності або енергії), що викликають займання вибухонебезпечної суміші з імовірністю 10–3, до відповідних іскробезпечних параметрів становить на менше 1,5 (відповідає імовірності займання 10–6). Іскробезпечні електричні кола не здатні генерувати електричні дуги, іскри або проявляти теплову дію, які можуть спричиняти вибух небезпечної суміші як за нормального функціонування, так і в разі відповідних аварійних ситуацій.

Іскробезпека електричних кіл досягається обмеженням енергії, нагромадженої в них, що виділяється електричним розрядом під час розриву або замикання електричного кола. Величина енергії визначається параметрами комутаційного кола: струмів, напруги, індуктивності, ємності та ін. Система може бути іскробезпечною за умови одночасного іскро-безпечного джерела живлення та іскробезпечних кіл навантаження.

Іскробезпека кола досягається: обмеженням потужності електричних кіл; зменшенням впливу реактивних елементів кола за допомогою іскрогасильних шунтів; збільшенням іскробезпечної потужності через штучне обмеження тривалості розряду; зменшенням енергоспоживання іскробезпечних схем; зменшенням імовірності випадкового пошкодження елементів схеми та ін.

Іскробезпечні кола допускають дуже низькі рівні енергії і використову-ються в контрольно-вимірювальній апаратурі, в обладнанні керування з деяким обмеженням енергії. До того ж поширена нині напівпровідникова технологія забезпечує високий ступінь робочих характеристик та обчислювальних потуж-ностей з мінімальним споживанням енергії.

Як іскробезпечні використовуються кола телефонного зв’язку, радіозв’язку, дистанційного керування магнітними пускачами, блокувальні кола, кола системи сигналізації, контрольно-вимірювальні та ін.

ГОСТ 22782.5–78 (EN 50.020) Електрообладнання вибухозахищене з видом вибухозахисту «іскробезпечне електричне коло» поширюється на вибухозахищене електрообладнання I та II груп. ГОСТ 12.2.020–76 (МЕК-79-3 і МЕК79-11) встановлює вимоги до іскробезпечних кіл і елек-трообладнання з іншими видами вибухозахисту, що мають іскробезпечні та пов’язані з ними іскронебезпечні кола. Цей стандарт передбачає поділ іскробезпечних електричних кіл на три рівні: Exіа – особливо вибухобез-печний (допускає до двох незалежних пошкоджень, використовується в зонах 0, 1, 2); Exів – вибухобезпечний (допускає тільки одне пошкоджен-ня, використовується в зонах 1 і 2); Exіc – підвищена надійність.

У стандартах на іскробезпечні електричні кола розглядаються три типи пристроїв: елементарні пристрої, іскробезпечне електрообладнання та сполучене електрообладнання. До елементарних пристроїв належать такі, у яких не перевищується ні одне з таких значень: 1,2 В; 0,1 А; 20 мкДж; 25 мВт. Це пасивні сприймальні елементи (резистивні датчики, контакти, світлодіоди і т. ін.), які можуть бути безпосередньо розташовані в небезпечних зонах.

Іскробезпечним обладнанням є електрообладнання, у якого зовнішнє і внутрішнє електричні кола іскробезпечні. Зовнішнє електрообладнання, що використовується у вибухонебезпечних зонах, має бути сертифіковано на іскробезпеку. Іскробезпечне електрообладнання не використовується окремо, а зазвичай є частиною електротехнічної системи (рис. 3.7).

Вибухобезпечна зона Вибухонебезпечна зона

Рис. 3.7. Спрощена схема іскробезпечної

До сполученого електрообладнання належать електрообладнання або його кола, які за нормального або аварійного режимів роботи не відокремлені гальванічно від іскробезпечних кіл. Пасивні бар’єри, ізольовані бар’єри постійного струму, контрольно-вимірювальне обладнання, яке використовується для сполучення та вимірювання сигналів, що надходять з небезпечних зон, є основною частиною цього обладнання, яке повинно бути сертифіковано на відповідність максимальному значенню енергії (за групою газу), що може бути переданою в вибухонебезпечну зону.

Сполучене електрообладнання має бути розміщенним у вибухобезпечній зоні, а для розміщення у вибухонебезпечній зоні потрібно мати відповідний вид вибухозахисту.

Для гірничодобувних підприємств, небезпечних щодо газу та вугільного пилу, характерним є те, що все електрообладнання систем розміщено у виробках, де можливе виникнення вибухонебезпечного середовища. Тому в рудникових іскробезпечних системах – сполучене електрообладнання і зазвичай джерела живлення, що мають іскронебепечні кола, мають інші види вибухозахисту (наприклад, розміщення у вибухонепроникній оболонці).

Сполучене електрообладнання, яке розміщується у вибухонебезпечній зоні і має вид вибухозахисту «вибухонепроникна оболонка» маркується таким чином: Ех «d» [ia] II CT4, або для рудникового обладнання: Ех «d» [ia] I, де [ia] – (в квадратних дужках) вказує на те, що це сполуче-не електрообладнання. Вибухозахисне електрообладнання «іскробезпечні електричні кола», розташоване у вибухобезпечній зоні, має бути сертифікованим.

Іскробезпечні кола рудникового електрообладнання проходять випробування в спеціальних камерах, де утворюється вибухонебезпечне середовище оптимальної концентрації. При цьому, якщо в камері при створенні 16000 іскрінь струмами (напругами) займання (робочі струми схеми, що досліджуються, збільшені в два рази) відбувається не більше 16 вибухів (Р = 10-3), тоді схема є іскробезпечною.

Іноді, коли струми (напруги) схеми не можна збільшити в два рази, агресивність вибухонебезпечного середовища в камері збільшується у два рази (підбирається водневоповітряна суміш відповідної концентрації замість метаноповітряної).

Живлення іскробезпечних кіл може відбуватись як від автономних джерел (гальванічні елементи, акумулятори, індуктори), так і від спеціальних трансформаторів, приєднаних до силової мережі. Значення струму короткого замикання на виході джерела живлення залежить від внутрішнього опору джерела. Тому джерела живлення іскробезпечних кіл повинні або мати високий внутрішній опір, або його треба підвищувати додатковими резисторами (Rд), увімкненими послідовно. Джерела конструктивно виконуються таким чином, щоб перекриття резисторів не відбувалось.

Джерела з обмеженою потужністю мають лінійну вольт-амперну характеристику (рис. 3.8, а). Максимальна потужність, яка передається в кола навантаження від джерела живлення, буде за умови Rдж = Rн. При цьому: Uн = Uх. х, а Ін = Ік. з, тоді корисна потужність Рн = Iк. зUх. х = = Рк. з/4, тобто джерело використовується мало. 12 21 41

Підвищення корисної іскробезпечної потужності досягається використанням джерел з нелінійною вольт-амперною характеристикою, що досягається застосуванням нелінійних елементів (стабілітронів, транзисторів, діодів, тиристорів та ін.)

У таких джерелах (рис. 3.8, б) напруга Uх. х та струм короткого зами кання Ік. з обмежені до значень, близьких до робочих значень напруги Uн та струму Ін. При цьому коефіцієнт використання потужності в них близький до одиниці.

Іскробезпека джерела живлення має забезпечуватись як у сталому режимі, так і в разі перехідних процесів, зокрема в разі короткого замикання. Суттєвим фактором забезпечення іскробезпеки є також наявність стабілізації напруги джерела.

Для підвищення робочої іскробезпечної потужності необхідно до мінімуму звести вплив реактивних елементів на іскробезпеку кіл, зокрема індуктивності. Так, зменшення впливу індуктивностей кола можливе за паралельного їх увімкнення, наприклад, підключення реле керування паралельно обмотці трансформатора живлення в схемах дистанційного керування шахтних пускачів.

Але найчастіше вплив реактивних елементів в іскробезпечних колах рудникового електрообладнання досягається за рахунок шунтування цих елементів за допомогою спеціальних пристроїв.

У місці розриву кола на напругу живлення накладається ЕРС самоіндукції, що призводить до збільшення енергії розряду. Для змен-шення впливу індуктивності можна використати резисторні (Rш) шунти (рис. 3.9, а). При цьому напруга розряду:

Більш ефективні ємнісні шунти, які знижують перенапругу та швид- кість її підвищення (рис. 3.9, в) (чим більша ємність, тим більша ефекти- вність шунта).

Зі збільшенням ємності кола збільшується потужність розряду, а отже, і небезпека кола під час замикань. Тому ємнісний шунт доцільно використовувати в схемах, у яких можливе лише однократне розмикання кола або передбачені заходи проти розряду зарядженої ємності на місце розриву (ввімкнення послідовно з ємністю резистора з активним опором).

Доцільно використовувати варикондові шунти (рис. 3.9, г), у яких, крім менших габаритів, за нормальної роботи ємність менша, ніж у разі розриву кола, коли вона значно підвищується зі збільшенням напруги розряду.

Ефективним є діодний шунт (рис. 3.9, д) для кіл постійного струму, який вмикається тільки з боку навантаження. В колах змінного струму використовують стабілітронні шунти (рис. 3.9, е). Іскробезпечні кола мають відповідати вимогам: під час проектування брати до уваги ємність, індуктивність, опір з’єднувальних кабелів і проводів; ураховувати максимально можливу перенапругу джерела живлення.

Рис. 3.9. Схема іскробезпечного кола: а – з резисторним шунтом; б – з варисторним шунтом; в – з ємнісним шунтом; г – з варикондовим шунтом;

д – з діодним шунтом; е – зі стабілітронними шунтами

Іскробезпека електричного кола досягається за допомогою обмежен-ня енергії нижньою межею вибуху вибухонебезпечної суміші.

Обмежують енергію іскробезпечних кіл сполученого електрооблад-нання переважно блоки іскрозахисту на стабілітронах (БІЗС), які за нор-мального або аварійного режимів роботи не відокремлені гальванічно від іскробезпечного кола (пасивні бар’єри безпеки).

У більшості випадків сполучене обладнання розміщується у вибухо-бехпечній зоні і захищено в місцях установлення за допомогою іскробез-печних кіл. Це обладнання обмежує максимальні напругу і струм, що проходять через іскробезпечні кола навіть у випадку аварій. Захист може виконуватись за допомогою БІЗС або гальванічно- ізольованих засобів сполучення розв’язувальних пристроїв (активних бар’єрів безпеки).

Лекція №18

Тема 19. Рівні та види вибухозахисту, маркування вибухобезпечного електрообладнання. (2 години)

Під вибухозахищеним електрообладнанням розуміють таке, в якому використано спеціальні засоби, які виключають або зводять до мінімуму можливість вибуху навколишнього вибухонебезпечного середовища.

Існують такі основні групи засобів (ГОСТ 12.2.020–76, EN 50.014):

засоби, що допускають можливість вибуху в середині електрообладнання, але виключають його поширення в навколишнє середовище (затримання вибуху); засоби, що запобігають вибуху від електрообладнання за допомогою ізоляції його струмоведучих частин (ізоляція) від вибухонебезпечного середовища, або ліквідацією небезпечного іскріння чи нагрівання частин електрообладнання, що можуть зіткнутися з вибухонебезпечним середовищем (запобігання вибуху).

Розділяють вибухозахищене електрообладнання для шахт і рудників та електрообладнання для приміщень та зовнішніх установок. Його класифікують за рівнями та видами вибухозахисту. Рівень вибухозахисту електрообладнання визначає ступінь вибухозахисту, а вид – сукупність конструктивних заходів, що виключають чи ускладнюють можливість запалення зовнішнього середовища і забезпечують потрібний рівень вибухозахисту.

Залежно від рівня вибухозахисту рудникове електрообладнання поділяють на таке:

– рудникове нормальне виконання, яке не має засобів вибухозахисту, виконане з урахуванням специфічних вимог до електрообладнання, що працює в умовах експлуатації в підземних виробках, має маркування РН1; – рудникове підвищеної надійності, що має заходи та засоби, які затрудняють появу небезпечних іскор, дуг, нагрівання та забезпечують вибухозахист тільки в режимі нормальної роботи має маркування (РП);

– рудникове вибухобезпечне: захист від вибуху довкілля у разі появи небезпечного іскріння, дугоутворення, нагрівання як за нормальних режимів роботи, так і в разі імовірних пошкоджень маркування (РВ);

– рудникове особливо вибухобезпечне електрообладнання – це таке вибухобезпечне електрообладнання, у якому передбачено додаткові засоби вибухозахисту, що забезпечують вибухобезпеку за будь-яких пошкоджень, крім пошкоджень засобів вибухозахисту маркування (РО).

Правила будови електроустановок та чинні стандарти передбачають для вибухозахисного обладнання для приміщень і зовнішніх установок три рівні вибухозахисту: підвищеної надійності, вибухозахищене та особливо вибухозахищене. Ці рівні виконання за вибухозахистом забезпечуються відповідними видами вибухозахисту. Діючі стандарти передбачають такі види вибухозахисту:

– вибухонепроникна оболонка (позначення – «В»). Залежно від напруги і максимально можливого струму короткого замикання у місці встановлення електрообладнання розрізняють оболонки типу:

«1В» – напруга не нормується, а струм короткого замикання до 100 А, або напруга до 100 В, а струм не нормується; «2В» – напруга більша за 100 В до 220 В, струм короткого замикання від 100 А до 450 А;

«3В» – напруга понад 220 В до 1140 В, струм короткого замикання більший за 100 А;

«4В» – напруга перевищує 1140 В, струм короткого замикання понад 100 А.

– підвищена надійність проти вибуху (захист виду «е») – «П»;

– іскробезпека електричних кіл у нормальному й аварійному станах «И» (Иа, Ив, Ис);

– кварцове заповнення оболонки  «К» (1К, 2К, 2КЕ);

– автоматичне захисне вимикання – «А»;

– спеціальні види вибухозахисту – «С»;

– маслонаповнене обладнання – «М» (1М; 2М; 3М; 4М).

Загальний рівень вибухозахисту електрообладнання, до складу якого входять елементи з різними рівнями захисту, встановлюють за нижнім рівнем захисту елементів.

На рудниковому вибухобезпечному електрообладнанні, виготовленому на експорт, або імпортному з інших країн, та вибухозахищеному електрообладнанні для приміщень і зовнішніх установок, маркування виконують відповідно до рекомендацій МЕК. Це маркування містить такі позначення:

1. Знак рівня вибухозахисту електрообладнання: «2» – підвищена

надійність проти вибуху; «1» – вибухонебезпечне»; «0» – особливо вибухонебезпечне.

2. Знак «Ех» вказує на відповідність обладнання стандартам на вибухозахищене обладнання.

3. Знак виду вибухозахисту: d – вибухонепроникна оболонка; e – захист підвищеної надійності; o – масляне заповнення оболонки; q – заповнення кварцовим піском; p – продувка та заповнення з надлишком тиску; i – іскробезпечні кола; ia – особливо вибухозахищений рівень; ib – вибухозахисний рівень; ic – рівень підвищеної надійності; S – спеціальний вибухозахист, захист виду «m», захист виду «n».

4. Знак групи обладнання: І – рудникове; ІІ – для внутрішньої та зовнішньої установок (для групи ІІ вказується категорія суміші ІІА, ІІВ, ІІС та її група Т1–Т6).

Для рудникового електрообладнання у вибухонепроникній оболонці позначення має вигляд ExdI, а рудникове електрообладнання підвищеної надійності маркується ExeI. Прикладами маркування рудникового електрообладнання для внутрішнього використання можуть бути: РП П 1В; РП П И; РВ 3В; РВ 3В Иа та ін. Приклади маркування обладнання другої групи 2Ехеd IIB T3 – електрообладнання підвищеної надійності з видами вибухозахисту виду «е» та вибухонепроникної оболонки для сумішей категорій ІІА та ІІВ і груп Т1, Т2, Т3; 1ExdIIAT3 – вибухонебезпечне електрообладнання з вибухопроникною оболонкою для категорії суміші ІІА та груп Т1, Т2, Т3.

Змістовий модуль № 3.Захист електроустановок в аварійних режимах і режимах перевантаження як засіб підвищення безпеки

Лекція №19

Тема 20. Експлуатаційні режими електроустановок та основні види їх захисту (2 години)

Специфічні умови експлуатації електроустановок на геотехнічних виробництвах зумовлюють їх часті пошкодження. Несвоєчасне усунення несправностей, вплив вологої атмосфери, пилу на обладнання та кабелі призводять до появи струмів витоку на землю, які за відповідних умов можуть переходити в струми короткого замикання.

Найбільш важкі експлуатаційні режими характерні для електрообладнання вибійних машин та механізмів і електромеханічного обладнання свердловин. Їх визначають за конструктивними особливостями машин, технологією робіт, гірничо-геологічними та організаційно-технічними умовами, кваліфікацією обслуговуючого персоналу та ін. Електродвигуни та апаратура керування вибійних машин працюють в переривчатому режимі з безперервно змінним пульсуючим навантаженням та відносно високою частотою вмикання, нерідко зі значним перевантаженням через твердіші вкраплення, заклинення різального органа та ін. Крім основної операції, ці двигуни виконують допоміжні та маневрові операції з підготовки машин до роботи, перевірки та зміни різального інструменту та інші, що потребують частих вмикань, вимикань і призводять до перегрівань обмоток. Важкими є також режими роботи двигунів-конвеєрів, для яких характерні часті перевантаження через заштибовки, що призводять до перекидання та зупинки двигуна; тяжкі умови пуску при заваленому стані

Станції керування

При проведенні очисних і прохідницьких робіт широко застосовуються механізовані комплекси. Для керування машинами і механізмами комплексів на штреку розміщають низьковольтні розподільні пункти, які складаються з великої кількості пускачів. Це викликає певні труднощі при переміщенні їх слідом за посуванням вибою. У зв'язку з цим розроблені магнітні станції керування в рудниковому вибухобезпечному виконанні. Вони являють собою вибухонепроникнені оболонки, котрі складаються з окремих зварених відсіків, з'єднаних між собою, або являють собою корпус, розділений вибухобезпечними перегородками. Усередині відсіків розміщується необхідна апаратура захисту і керування електродвигунами комплексів і транспортних засобів. В даний час випускаються такі станції керування: СУВ-350, СУВ-350А і СУВ-350АВ для керування асинхронними електродвигунами вуглевидобувних комплексів КМ-87 і йому подібних; СУВК-8 для дистанційного керування електродвигунами прохідницьких комбайнів ПК-8 і ПК – 8М; СУВК-9 для керування двигунами прохідницьких комбайнів ПК-9рА і 4ПП-2; СУВ-1Л-100 і СУВ-2Л-120 для дистанційного керування електродвигунами приводних станцій, електромагнітами гальмової системи і стопорних пристроїв, автоматичного натяжного пристрою, приводами ножів рідинного реостата, вентилятора і насоса системи охолодження електроліту в стрічкових конвеєрах 1Л-100 і 2Л-120; КУУВМ1-400 і КУУВМ2 – 400 для керування асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором у шахтах небезпечних за газом або пилом, а також для захисту відхідних приєднань від ненормальних режимів роботи. Сумарне струмове навантаження всіх приєднань не повинне перевищувати 400 А. конвеєра, заклиненні тягового ланцюга та ін. Запуск перевантаженого конвеєра виконується в «поштовховому» режимі двигуна на пускових струмах. Кількість увімкнень за добу досягає 500. Для електродвигунів бурових машин характерний повторно-короткочасний режим роботи з пульсуючим навантаженням, частими перекидами і зупинками двигуна. Аналогічний режим роботи маневрових лебідок.

Усе це викликає появу небезпечного стану обладнання, причини якого необхідно знати для розроблення заходів щодо запобігання аварійності.

Основні причини появи небезпечного стану:

– для комутаційної апаратури – помилки обслуговуючого персоналу та порушення ПТЕ (35–41 %), знос та розрегулювання основних вузлів (25–26 %);

– для гнучких кабелів – пошкодження оболонок породою і механізмами (83 %) та експлуатаційним персоналом (17 %);

– для вибійного електрообладнання – погіршення ізоляції обмоток статорів двигунів внаслідок дії води (37–45 %), пробої ізоляції через перегрів двигуна (29,6 %), відмови елементів внаслідок неякісного ремонту (32 %), пошкодження вузлів вибухозахисту конвеєрних двигунів (14,8 %), міжвиткові короткі замикання та пробої ізоляції двигунів насосних станцій (64 %) та ін.

Для зменшення імовірності появи небезпечного стану елементів еле-ктрообладнання та підвищення електробезпеки необхідно проводити періодичні профілактичні огляди та ремонти, виконувати безперервний контроль стану електрообладнання за допомогою різних видів захисту.

Таким чином, основними завданням захисту є автоматичний безперервний контроль режиму роботи електричного устаткування та автоматичне вимикання аварійної дільниці мережі без припинення роботи інших дільниць. Розрізняють дві основні групи засобів захисту:

– захист персоналу і навколишнього середовища;

– захист електроустаткування, експлуатаційний захист.

Захист електрообладнання виконується разом з комутаційним обладнанням.

У свою чергу, цю групу захисту поділяють на дві підгрупи:

1. Захист від пошкодження – попередити розвиток вже виниклого пошкодження ізоляції для запобігання дії струму короткого замикання на непошкоджені елементи кола, запобігти спалахуванню електрообладнання під дією струмів, зменшити збитки від пошкодження та прискорити ремонт, зробити його більш дешевим. Можливі види пошкодження: замикання між фазами; замикання на землю; міжвиткові замикання; обрив чи підвищення опору в контактному колі. У всіх випадках (крім остан-нього) виникають більші або менші значення струму, тобто всі види за-хисту при цьому грунтуються на зміні значення струму (максимальний захист, захист на основі використання струмів симетричних складових – фільтровий захист, захист від струмів витоку на землю).

2. Захист від ненормальних режимів роботи – попередити пошкодження ще справних елементів електричних кіл через недопустиме нагрівання ізоляції внаслідок підвищення струму в разі збільшення навантаження, тривалості пуску, зниження напруги та ін. Ненормальні режими – всі режими, за яких непошкоджені електроустановки починають спожи-вати струму більше від допустимого для температури зовнішнього середовища. В момент виникнення ненормальні режими не є небезпечними. Але, якщо вчасно не вжити відповідних заходів, вони можуть перейти в аварійні (з пошкодженням елементів). Крім цього, ненормальні режими скорочують термін служби електроустаткування внаслідок інтенсивного старіння ізоляції. Ненормальні режими – це симетричні перевантаження двигунів; технологічні перевантаження пусковими струмами небезпечної тривалості через пуск, який не відбувся або затримався; часті ввімкнення двигуна; неповнофазні режими роботи двигунів; понижена напруга та ін.