Главная Статьи Маркшейдерское дело Оценка искробезопасности электронных тахеометров «Sokkia»

Оценка искробезопасности электронных тахеометров «Sokkia»

Зыков В.С., Маслов М.В., Баринов Е.А.
Печать
Тахеометр Sokkia SET 530RK3

Мировой опыт применения современных электронных маркшейдерских технологий показывает острую необходимость внедрения в практику повседневной работы маркшейдеров электронных тахеометров. Однако в угольной промышленности они широко применяются только на разрезах. На шахтах тахеометры могут использоваться лишь на поверхности, так как не имеют сертификации в области взрывозащиты. Работы в данном направлении осуществляет только компания «Leika», но пока электронные тахеометры во взрывозащищенном исполнении на российском рынке не появились.
Авторами была поставлена цель исследовать возможность использования данных приборов на угольных шахтах, применив расчетно-измерительный метод оценки искробезопасности электронных блоков тахеометров типа «Sokkia», широко распространенных в ОАО «СУЭК-КУЗБАСС».

Современные электронные тахеометры имеют электронные схемотехнические решения, построенные на новом поколении микросхем, отличающихся пониженным энергопотреблением.

Spark safety estimation of «Sokkia» electronic tachymeters

The authors set forth the results of the research of possible applications of the state-of-the-art «Sokkia» tachymeters at coal mines. They have assessed the spark safety of the device's electric circuits. It has been found out that these tachymeters constitute no danger in reference to methane-air mixture inflammation and explosion.

    Основные паспортные технические характеристики электрической схемы тахеометров следующие:
  • напряжения источников питания тахеометров – от 6 до 12 В;
  • средняя электрическая емкость источников – 2000 мАч;
  • напряжение внешнего питания – от 6 до 12 В постоянного тока;
  • входное напряжение разъема для внешних устройств – от 7,2 до 11 В постоянного тока;
  • уровень сигнала разъема для внешних устройств – 9 В постоянного тока.

Оценка искробезопасности схемотехнических решений электронных тахеометров требует анализа сложных индуктивных цепей с шунтами и индуктивными элементами с ферромагнитными сердечниками. Основы теории искробезопасности перечисленных цепей изложены в работах [1,2,3], в которых энергия разряда при исследованиях рассматривается как главный параметр, определяющий воспламенение.

Математическая модель, учитывающая все теоретически возможные виды разряда, может быть представлена функцией [3]:

(1)

где n – показатель степени, зависящий от вида разряда; I – размыкаемый ток; τкр – критическая длительность разряда; t - текущее время разряда; m – коэффициент, задающий темп спадания тока, который зависит от параметров цепи.

Напряжение разряда определяется из уравнения

(2)

где Е – напряжение источника питания; R – оптическое сопротивление цепи; L – индуктивность цепи.

Энергия разряда в индуктивной цепи при однолинейном спадании тока в разряде за время τкр известна [4] и равна

(3)

где Lэкв – эквивалентная индуктивность цепи; k2 – отношение долей энергии, выделенных из цепи в модель разряда от источника питания и индуктивных элементов, определяемое выражением

(4)

Отношение напряжения холостого хода на разрядном промежутке к удвоенному напряжению измерительной модели разряда равно

(5)

Коэффициенты k1 и k2 связаны соотношением

(6)

Токовая модель разряда с постоянным напряжением для определения максимума энергии разряда в индуктивных и безреактивных цепях может быть представлена в виде функции [3]:

(7)

где Up – напряжение на измерительной модели разряда.
Энергия измерительной модели разряда определяется выражением [4]:

(8)

Результаты определения величин AM/A0 и E/2UP для некоторых значений k2 приведены в табл.1.

Таблица 1
K2 E/2Uр Amax/A0 Am/A0
0,01 10,03 1,003 1,000
0,1 0,14 1,008 1,010
10 0,97 1,430 1,410;
100 1,00 1,500 1,500

Из приведенных результатов видно, что для индуктивных цепей (k2<1,0) значения максимальной энергии разряда Аmax и Аm близки к энергии линейной модели разряда А0, а для омических цепей (k2 → ∞) максимальная энергия разряда в 1,5 раза превышает А0, что говорит о возможности реализации энергии от индуктивных и омических цепей, близкой к теоретически возможной. Рассмотрим, при каких дополнительных условиях в измерительной модели разряда может быть реализована максимальная энергия.

Количество электричества, протекающее через модель разряда, определяется выражением

(9)

Принимая во внимание, что

(10)

Энергия определяется по формуле:

(11)

Учет наиболее опасных условий коммутации в каждой конкретной цепи достигается выбором такого темпа роста напряжения на разряде, при котором из цепи за время разряда выделяется максимум полезной энергии [3]:

(12)

Для расчетного определения максимума полезной энергии разряда эта связь найдена в виде функции:

(13)

где n – отношение э.д.с. источника питания к минимальному напряжению зажигания дуги, равное

(14)

Для нахождения воспламеняющей энергии разряда используются характеристики искробезопасности, полученные на унифицированном искрообразующем механизме [1,5]. Воспламеняющие параметры цепей I, L и Е сведены к параметрам k1 и k2 (рис.1).

График взаимосвязи коэффициентов k1 и k2 Рис. 1.
График взаимосвязи коэффициентов k1 и k2

С помощью приведенных в работе [3] графиков найдены значения полезной энергии разряда, которые определяют границу воспламенения.

Оценка искробезопасности индуктивных и омических цепей сводится к определению полезной энергии разряда за критическое время и сравнению полученного значения с величиной воспламеняющей энергии Ав

По приведенным в работе [4] данным построен график зависимости отношения АПМ от E/2Up при n=E/U3 (рис.2).

Расчет и оценка искробезопасности цепей электронного тахеометра проведены в следующей последовательности: первоначально произведена ориентировочная оценка параметров электрической схемы тахеометров (по причине отсутствия необходимой конструкторско-технологической документации и принципиальных электрических схем на модельный ряд электронных тахеометров «Sokkia» оценка проведена путем вскрытия и электроизмерительного анализа электронного тахеометра «Nicon NPL-302», по классу аналогичного тахеометру «Sokkia серия 30R»), установлен тип индуктивной цепи в соответствии с таблицей, приведенной в работе [1]; определена эквивалентная индуктивность цепи Lэкв. по расчётным выражениям [1]; по имеющейся информации [6,7,8] о технических характеристиках электронных тахеометров «Sokkia» оценены средние токи электрических цепей тахеометров, работающих в различных режимах: измерение углов и расстояний и измерение только углов; для исходного значения тока I0 рассчитаны коэффициенты k2 и n и энергия разряда А0 из графика на рис.1; определена полезная энергия разряда АП; аналогичным образом определена полезная энергия разряда АП при другом значении тока I0; для оценки степени искробезопасности цепей использованы данные о воспламеняющей энергии, полученные для унифицированного искрообразующего механизма; оценка искробезопасности по Ав выполнена по условию [3]

(15)

где K – коэффициент искробезопасности, равный 1,5; Р – вероятность воспламенения газов, присутствующих в атмосфере работы прибора; оценка искробезопасности по ILE и IE выполнена по условию

(16)

где Iв – соответствующий воспламеняющий ток.

Результаты расчетов для основных режимов работы электронных тахеометров «Sokkia» параметров k1, k2, A0 сведены в табл.2, а параметров m1, Аn, Ав – в табл.3.

Таблица 2
      Режимы работы тахеометра
№ п/п Серия Модель Измерение расстояний и углов (каждые 30 с) Измерение только углов
      К2 К1 А0, мкДж К2 К1 А0, мкДж
1 SRX SRx1-SRx5 0,11 0,13 690 0,15 0,20 370
2 NET NET1200 0,16 0,21 310 0,23 0,26 160
3 NET SETNET 1-05 0,16 0,21 310 0,23 0,26 160
4 X SET1х-5x 0,38 0,38 670 0,53 0,49 380
5 30RK/30RK3 SET230RK-630RK 0,19 0,22 230 0,26 0,30 130
6 630RK 30R/30R3 SET230R-630R 0,19 0,22 230 0,26 0,30 130
7 Север SET10L SET530L-530RKL 0,19 0,22 230 0,26 0,30 130
8 Серия 10 SET210-610 0,19 0,22 230 0,26 0,30 130
9 Серия 10К SET210К-610К 0,21 0,25 190 0,29 0,33 100

Таблица 3
      Режимы работы тахеометра
№ п/п Серия Модель Измерение расстояний и углов Измерение только углов
      m1 АП, мкДж Ав, мкДж m1 АП, мкДж Ав, мкДж
1 SRX SRx1-SRx5 0,46 320 720 0,32 120 680
2 NET NET1200 0,32 100 670 0,15 24 580
3 NET SETNET 1-05 0,32 100 670 0,15 24 580
4 X SET1х-5x 0,03 2 470 0 38 370
5 30RK/30RK3 SET230RK-630RK 0,24 55 610 0,10 13 550
6 630RK 30R/30R3 SET230R-630R 0,24 55 610 0,10 13 550
7 Север SET10L SET530L-530RKL 0,24 55 610 0,10 13 550
8 Серия 10 SET210-610 0,24 55 610 0,10 13 550
9 Серия 10К SET210К-610К 0,17 32 590 0,06 6 520

Таблица 4
      Режимы работы тахеометра
№ п/п Серия Модель Измерение расстояний и углов Измерение только углов
      АПmax, мкДж Ав2, мкДж Заключение об искро­безопасности (неопасно, опасно) АПmax, мкДж Ав2, мкДж Заключение об искро­безопасности (неопасно, опасно)
1 SRX SRx1-SRx5 320 320 неопасно 120 300 неопасно
2 NET NET1200 100 300 неопасно 24 260 неопасно
3 NET SETNET 1-05 100 300 неопасно 24 260 неопасно
4 X SET1х-5x 2 210 неопасно 38 160 неопасно
5 30RK/30RK3 SET230RK-630RK 55 270 неопасно 13 240 неопасно
6 630RK 30R/30R3 SET230R-630R 55 270 неопасно 13 240 неопасно
7 Север SET10L SET530L-530RKL 55 270 неопасно 13 240 неопасно
8 Серия 10 SET210-610 55 270 неопасно 13 240 неопасно
9 Серия 10К SET210К-610К 32 260 неопасно 6 230 неопасно

В табл.4 представлены результаты оценки искробезопасности электрических цепей тахеометров «Sokkia» (коэффициент искробезопасности К=1,5, так как использованы характеристики искробезопасности, полученные на унифицированном искрообразующем механизме; вероятность воспламенения Р=1•10-3).

Таким образом, результаты выполненной аналитической оценки показывают, что электронные тахеометры типа «Sokkia» при их применении в угольных шахтах опасности по воспламенению и взрывам метановоздушной смеси не пред- ставляют.

 

В.С. Зыков,
ведущий научный сотрудник, доктор технических наук, профессор, Институт угля СО РАН
г. Кемерово

М.В. Маслов,
ведущий инженер кафедры маркшейдерского дела, кадастра и геодезии Кузбасского государственного технического университета
г. Кемерово

Е.А. Баринов,
главный маркшейдер шахты «Полысаевская» ОАО «СУЭК-КУЗБАСС»

 

Литература

  1. Комаров В.С. Искробезопасность рудничного и взрывозащищенного электрооборудования, М.: Недра, 1972. - 101 с.
  2. Льюис Б., Эльбе Г.Горение, пламя и взрывы в газах. М.: Мир, 1968. - 463 с.
  3. Разгильдеев Г.И., Серов В.И.. Безопасность и надежность взрывозащищенного электрооборудования, М.: Недра, 1992. - 207 с.
  4. Васнев М.А., Серов В.И., Ерыгин А.Т.. Некоторые исходные данные для электроизмерительной оценки на искробезопасность индуктивных электрических цепей. Сб. науч. тр. /ИГД им. А.А. Скочинского. Вып. 104. М., 1973. - с.103-118.
  5. Исследование и разработка способа и средств обеспечения взрывобезопасности на горных предприятиях. Сб. науч.тр.. АН СССР, ИПКОН, М: ротапринт, 1983. - 237 с..
  6. Безотражательные электронные тахеометры Sokkia. Серия 30RK - рекламный проспект SOKKIA COLTD.
  7. Геодезическое оборудование. Приборы неразрушающего контроля. Программное обеспечение.- Каталог ЗАО «Геостройизыскания». Выпуск 8. М. 2008. - 148 с.
  8. Каталог геодезических приборов и оборудования фирмы Sokkia [Электронный ресурс]. М.: Геостройизыскания WWW.GSI.RU, 2009. - 1 электрон. опт. диск (CD-R).

 


 
Дорогие читатели! Вы можете прокомментировать данный материал. Интересные идеи, непредвзятые точки зрения и конструктивные замечания - приветствуются.
Информация
Нет информации о выставках на ближайшие 30 дней

Выставки и форумы одной строкой

Дата проведения: 17.10.2017 - 19.10.2017. 10-я специализированная выставка «Горное дело: Технол... далее
Дата проведения: 12.09.2017 - 15.09.2017. 13-я Международная выставка и конференция по о... далее
Дата проведения: 23.05.2017 - 24.05.2017. XIV Всероссийский Конгресс «Государственн... далее

Котировки

Курсы Валют  Дата ЦБ РФ
LME - Лондонская биржа цветных металлов цены ($/тн):
 

Подписка на новости

Подпишитесь на новости. Введите Ваш e-mail

Подписка на RSS канал

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter