Анотація до роботи:

Діденко В.В. Удосконалення заходів безпеки управління забійними машинами в умовах впливу електромагнітного поля силових мереж. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01-"Охорона праці". Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості (МакНДІ), м. Макіївка, 2005.

Аналіз травматизму показує, що з причини недосконалості систем і схем управління забійними машинами випадки травмування складають 23% від загальної кількості нещасних випадків на таких машинах, а також мають місце випадки їх самовключення. Самовключення машин може бути наслідком впливу електрорушійної сили (ЕРС) у допоміжних жилах, яка формується електромагнітним полем силових кіл живильного кабелю.

Результати досліджень людино-машинного комплексу показали, що ефективність функціонування технічних засобів і в цілому рівень безпеки під час управління та обслуговування забійних машин знаходиться на рівні 0,74, що не можна визнати достатнім, і потрібно вжити заходів щодо зниження ймовірності небезпечних факторів, у тому числі усунути вплив наведеної ЕРС і інших факторів на безпечні властивості системи управління забійними машинами.

Показано, що наведена струмами силових кіл ЕРС у колах управління забійними машинами є однією з причин їх самовключення і небезпеки травмування обслуговуючого персоналу робочими органами, а також порушення іскробезпеки системи управління. Наведені імпульси напруги можуть призводити до виходу з ладу функціональних елементів схем управління.

Одержано математичні моделі, що дозволяють установити залежність наведеної ЕРС у колах управління від електричних параметрів системи електропостачання, конструкції кабелю, вхідного опору схеми управління й опору лінії управління й дають можливість оцінити рівень ЕРС для конкретної системи електропостачання забійної машини і значущості факторів, що впливають. Показано, що наведена ЕРС прямо пропорційна струмові навантаження приводу машини й довжині живильного кабелю. При реальних струмах навантаження й довжинах кабелів наведена синусоїдальна ЕРС може перевищувати 6,4 В, а імпульси, що наводяться у момент комутації силових кіл через ємнісні зв'язки, можуть складати сотні вольтів.

Показано, що наведена ЕРС може змінювати результуючу напругу схем управління, що призводить до самовключення машин або до порушення функціонування схеми управління. Одержано математичні залежності, які дозволяють визначити результуючі напруги та струм у схемах управління з урахуванням ЕРС.

Розроблено номограму, що дозволяє вибрати параметри системи електропостачання на стадії проектування, при яких забезпечується запобігання самовключенню машини й порушення функціонування її схеми управління.

Уточнено залежність ємності між двома жилами силового кабелю, використовуваними в схемах управління, і показано, що для даної довжини кабелю вона має вигляд експоненти, показник якої залежить від еквівалентного перерізу жил і відстані між ними. Запропоновано для виключення впливу імпульсів напруги, що наводяться, здійснювати стабілізацію схем управління також з боку підключення кабельної лінії.

Одержано закономірності ймовірності запалення воднево-повітряної суміші наведеною ЕРС. Показано, що ймовірність запалення збільшується при збільшенні довжини живильного кабелю за прямою залежністю в напівлогарифмічній сітці координат, що дозволяє встановлювати допустиму довжину живильного кабелю згідно з умовами іскробезпеки схем управління.

За одержаними результатами розроблено заходи забезпечення безпеки управління забійними машинами в умовах електромагнітного впливу силових кіл на кола управління, що включено до "Нормативів з безпеки забійних машин, комплексів та агрегатів" і "Технічних вимог до рудникового вибухозахищеного електрообладнання з силовими напівпровідниковими приладами напругою до 1140В" і використано під час розроблення «Апаратури зв'язку, сигналізації та управління забійними машинами АЗСУ», «Апарата управління забійними машинами АУЗМ», «Комплексу технічних засобів автоматизації та управління очисним вузькозахватним комбайном УКН 400» і технічних завдань на кабелі силові гнучкі екрановані шахтні типів КГШЭР 6х70+1х10+3х4 і КГЭШР 3х70+3х35+1х10+3х4.

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи установления закономерностей формирования ЭДС в схемах управления забойными машинами, обусловленной электромагнитным полем тока нагрузки, и обоснования путей совершенствования мер безопасности при эксплуатации машин, имеющей важное социальное значение для угольной промышленности.

Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Показано, что воздействие силовых цепей нагрузки на цепи управления проявляется в наведении в цепях управления забойными машинами синусоидальной ЭДС, обусловленной взаимной индуктивностью жил, и коротких импульсов, обусловленных ёмкостными связями между силовыми и вспомогательными жилами кабеля.

2. Определена логико-вероятностная модель опасности травмирования людей рабочими органами и корпусом забойной машины при её самовключении и нахождении человека в опасной зоне, позволяющая оценить уровень безопасной эксплуатации машин в шахтах. Показано, что вероятность безопасной эксплуатации находится на уровне 0,74, что нельзя признать достаточным, и необходимо принять меры по снижению вероятности опасных факторов, в том числе устранить влияние наведенной ЭДС.

3. Показано, что наведенная токами силовых цепей ЭДС в цепях управления забойными машинами является одной из причин их самовключения и опасности травмирования обслуживающего персонала рабочими органами, а также нарушения искробезопасности схемы управления. Наведенные импульсы напряжения могут приводить к выходу из строя функциональных элементов схем управления.

4. Получены математические модели, позволяющие установить зависимость наведенной ЭДС в цепях управления от электрических параметров системы электроснабжения, конструкции кабеля, входного сопротивления схемы управления и сопротивления линии управления, и дающие возможность оценить уровень ЭДС для конкретной системы электроснабжения забойной машины и значимости влияющих факторов. Показано, что наведенная ЭДС прямо пропорциональна току нагрузки привода машины и длине питающего кабеля. При реальных токах нагрузки и длинах кабелей наведенная ЭДС может превышать 6,4 В, а наводимые импульсы в момент коммутации силовых цепей из-за ёмкостных связей могут составлять сотни вольт.

5. Показано, что наведенная ЭДС может изменять результирующее напряжение схемы управления и приводит к самовключению машин или к отказу функционирования схемы управления. Получены математические зависимости, позволяющие определить результирующие напряжения и ток в схемах управления с учетом ЭДС.

6. Разработана номограмма, позволяющая выбрать параметры системы электроснабжения на стадии проектирования, при которых обеспечивается предотвращение самовключения машины и отказ в функционировании её схемы управления.

7. Уточнена зависимость емкости между двумя жилами силового кабеля, используемыми в схемах управления, и показано, что для данной длины кабеля вышеуказанная зависимость имеет вид экспоненты, показатель которой зависит от эквивалентного сечения жил и расстояния между ними. Предложено для исключения влияния наводимых импульсов напряжения осуществлять стабилизацию схем управления также со стороны подключения кабельной линии.

8. Получены зависимости вероятности воспламенения водородно-воздушной смеси наведенной ЭДС. Показано, что вероятность воспламенения увеличивается при увеличении длины питающего кабеля по прямой зависимости в полулогарифмической сетке координат, что позволяет устанавливать допустимую длину питающего кабеля по условиям искробезопасности схем управления.

9. По полученным результатам разработаны меры обеспечения безопасности управления забойными машинами в условиях электромагнитного воздействия силовых цепей на цепи управления, вошедшие в нормативы безопасности забойных машин и комплексов и реализованные во вновь создаваемой и модернизируемой аппаратуре управления и в конструкции питающих кабелей.

Публікації автора:

1. Вейцман Р.Л., Диденко В.В., Муфель Л.А. Математическое моделирование опасных событий в системе управления забойными машинами // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ, - 1984. - С.27-31.

Соискателем предложена логико-вероятностная модель, раскрывающая условия самовключения схемы управления и травмирования обслуживающего персонала.

2. Вейцман Р.Л., Диденко В.В., Муфель Л.А., Зайцев С.Л. Оценка эффективности технических средств системы управления забойными машинами // Безопасность труда в промышленности. - 1985. - №3. - С.45-46.

Соискателем предложены аналитические зависимости, позволяющие произвести оценку эффективности функционирования средств управления.

3. Диденко В.В. Графоаналитический метод определения фактического напряжения в цепях управления забойными машинами при влиянии индуктированной ЭДС // Безопасная эксплуатация оборудования и машин в угольных шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1990. - С.76-85.

Соискателем обоснована зависимость наведенной ЭДС в цепях управления забойными машинами от эксплуатационных и схемных факторов.

4. Диденко В.В. Концепция безопасности эксплуатации забойных машин в условиях воздействия электромагнитных полей силовых цепей. // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. тр. – Макеевка: МакНИИ. - 2001. - С.285-286.

Соискателем определена концепция безопасности эксплуатации забойных машин.

5. Диденко В.В. Математическое моделирование процесса генерирования ЭДС от токов силовой нагрузки в цепи управления забойными машинами // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1989. - С.35-38.

Соискателем установлена математическая модель, раскрывающая зависимость наведенной ЭДС в цепях управления от влияющих факторов.

6. Диденко В.В. Параметры электрической емкости вспомогательных жил гибких силовых кабелей // Безопасность эксплуатации электромеханического оборудования в шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. 1986. - С.53-56.

Соискателем на основании собранных статистической выборки данных измерений получена эмпирическая зависимость значений ёмкости вспомогательных жил.

7. Диденко В.В. Обеспечение безопасности управления горными машинами в условиях электромагнитного воздействия силовых цепей // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. тр. – Макеевка: МакНИИ. - 2002. - С.142-148.

Соискателем обоснованы требования безопасности к системе электроснабжения и управления забойными машинами.

8. Диденко В.В. Колосюк В.П. Влияние токов нагрузки привода горных машин на функционирование систем их дистанционного управления // Безопасность эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1988. - С.74-81.

Соискателем определена зависимость вероятности воспламенения водородно-воздушной смеси от параметров наведенной ЭДС.

9. Колосюк В.П., Диденко В.В., Муфель Л.А. Помехозащищенность схем управления забойными машинами при индуктивном влиянии силовой цепи // Уголь Украины. - 1987. - №12. - С.29-30.

Соискателем экспериментально показано влияние наведенной ЭДС на безопасность управления забойными машинами.

10. Колосюк В.П., Муфель Л.А., Диденко В.В. Некоторые требования к взрывобезопасности цепей и устройств управления забойными машинами // Уголь Украины. - 1991. - №1. - С.36-37.

Соискателем обоснованы исходные требования к схемам управления забойными машинами.

11. Муфель Л.А., Диденко В.В., Баркалова Н.А. Формирование дополнительных источников энергии в схемах управления забойными машинами // Безопасность труда в промышленности. - 1991. - №5. - С.30-32.

Соискателем обоснована актуальность работы.

12. Муфель Л.А., Диденко В.В., Вейцман Р.Л. Классификация и параметры факторов, влияющих на безопасные свойства схем управления забойными машинами // Безопасность эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах: Сб. научн. тр. - Макеевка-Донбасс: МакНИИ. - 1985. - С.48-52.

Соискателем обоснованы факторы, способствующие формированию наведенной ЭДС в цепях управления.

13. А. с. СССР №1379799 Электрический кабель для трехфазных систем электроснабжения // Колосюк В.П., Путилов Э.П., Муфель Л.А., Диденко В.В., Коптиков В.П., Сумин И.Ф., Кухтарева Г.Д., Костенко Н.В. № заявки 4103291; заявлено 11.08.86, зарегистрировано в госреестре 8 ноября 1987г.

Соискателем предложено с целью снижения наведенной ЭДС в цепях управления расположить контрольную и заземляющую жилы в центре свивки силовых жил.

14. Технические требования к рудничному взрывозащищенному электрооборудованию с силовыми полупроводниковыми приборами напряжением до 1140В. ВостНИИ, МакНИИ (Колосюк В.П., Коптиков В.П., Овсянников А.И., Торгашов В.С., Диденко В.В.), ВНИИВЭ, КНИУИ, ДПИ, КузПИ. Утверждены Главным управлением по эксплуатации, ремонту электромеханического оборудования и связи Минуглепрома СССР 21 октября 1988. - 17с.

Соискателем разработаны требования к системе электроснабжения с силовыми полупроводниковыми приборами и схемам управления забойными машинами в условиях воздействия ЭМП силовой цепи.

15. Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов ДНАОП 1.1.30 - 1.08.90. (Аккерман Ф.М., Диденко В.В., Колосюк В.П., Муфель Л.А. и др.) - 1990. – 101с.