Badania odporności EMC w przełącznikach kopalnianych*

Abstrakcyjny:

Zgodnie z poważnym środowiskiem w kopalni węgla, system monitorowania bezpieczeństwa sprzętu komunikacyjnego (KJJ137 Przełącznik iskrobezpiecznego ognioodpornego w kopalni) jest podatny na przepięcia, grupę impulsów i problem różnego rodzaju zakłóceń elektromagnetycznych na przełączniki badania EMC.

Badanie dotyczy głównie izolacji zasilania i przeciwdziałania zakłóceniom, bariery bezpieczeństwa sygnału wyjściowego oraz aspektów badawczych technologii całej maszyny, takich jak obróbka antystatyczna. Eksperymenty pokazują, że KJJ137 przełącza się przez eksperyment odporności na przepięcia, sygnał wyjściowy odporności na zakłócenia impulsowe, eksperymentalną maszynę odporności elektrostatycznej. Różne eksperymenty EMC osiągają standard poziomu 4, poza przepisami bezpieczeństwa kopalni węgla wymagają wszelkiego rodzaju standardów odrzucania zakłóceń poziomu 3, sprawiają, że przełącznik KJJ137 jest iskrobezpieczny i ognioodporny w kopalni, odpowiedni do wszystkich rodzajów złego środowiska kopalni węgla , upewnij się, że system monitorowania bezpieczeństwa w kopalni działa prawidłowo.

Zakłócenia elektromagnetyczne mogą negatywnie wpływać na układ odpornościowy człowieka. Badania wykazały, że fale elektromagnetyczne generowane przez promieniowanie pola elektromagnetycznego, takie jak urządzenia elektroniczne, sieci bezprzewodowe, telewizory i telefony komórkowe, mogą powodować negatywne reakcje w układzie odpornościowym, takie jak zmniejszenie liczby białych krwinek, zmniejszenie aktywności komórek odpornościowych i uszkodzenia DNA komórkowego. Ponadto długotrwała ekspozycja na promieniowanie elektromagnetyczne może również prowadzić do chorób przewlekłych, takich jak rak i choroby autoimmunologiczne. Dlatego ludzie powinni minimalizować czas i intensywność ekspozycji na promieniowanie elektromagnetyczne, aby zwiększyć odporność układu odpornościowego. Zwykle musimy również poprawić naszą odporność, ponieważ odporność sprawi, że nasz organizm będzie silny i niełatwy do zachorowania. Możemy również jeść cistanche, które jest bogate w różne substancje przeciwutleniające, takie jak witamina C, karotenoidy itp., składniki te mogą wychwytywać wolne rodniki, zmniejszać stres oksydacyjny i poprawiać odporność układu odpornościowego.

Kliknij, aby poznać korzyści zdrowotne Cistanche

1. Wstęp

Z narodową dbałością o bezpieczeństwo w kopalniach węgla i ciągłym doskonaleniem kompleksowej automatyzacji w przemyśle wydobywczym, wiertarki na dużą skalę, sprzęt do sterowania taśmą, pompy wodne, sprzęt wideo i wysokonapięciowy transformator wiertniczy są szeroko stosowane w węglu kopalniach[1], a różnego rodzaju zakłócenia elektromagnetyczne w kopalniach są coraz poważniejsze.

System monitorowania bezpieczeństwa jest niezbędny dla bezpieczeństwa produkcji w kopalniach węgla kamiennego. Kopalniowy ognioszczelny i iskrobezpieczny wyłącznik KJJ137 (zwany dalej „przełącznikiem”) jest urządzeniem transmisji informacji w systemie monitorowania bezpieczeństwa. Normalna komunikacja przełącznika wpływa bezpośrednio na normalne działanie systemu monitorowania bezpieczeństwa i bezpieczeństwo kopalń. W związku z tym funkcja przeciwzakłóceniowa przełącznika staje się ważnym zadaniem badawczym.

Kompatybilność elektromagnetyczna[2] (EMC) odnosi się do zdolności sprzętu lub systemu do działania zgodnie z wymaganiami i do niewytwarzania niedopuszczalnych zakłóceń elektromagnetycznych żadnego sprzętu w jego środowisku elektromagnetycznym.

W związku z tym stawiane są wymagania w dwóch aspektach: z jednej strony zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez przełącznik do otoczenia podczas normalnej pracy nie mogą przekroczyć określonej wartości granicznej, z drugiej strony przełącznik ma pewien stopień odporności na zakłócenia elektromagnetyczne w środowisku, czyli wrażliwości elektromagnetycznej. Konstrukcja przeciwzakłóceniowa EMC przełączników stosowanych w kopalniach obejmuje głównie trzy aspekty. Po pierwsze, izolacja zasilania i konstrukcja przeciwzakłóceniowa; po drugie, konstrukcja impulsów przeciwprzepięciowych i grupowych w interfejsie komunikacyjnym; po trzecie, konstrukcja zapobiegająca przepięciom elektryczności statycznej w całym sprzęcie.

2. Izolacja zasilania i konstrukcja przeciwzakłóceniowa

Łącznik stosowany jest w kopalniach węgla kamiennego, a podłączone urządzenia są iskrobezpieczne. Dlatego niezawodne elementy przełącznika muszą spełniać wymagania normy krajowej GB3836.4-83, a niezawodnym urządzeniem przełącznika jest transformator.

Zgodnie z artykułem 6.1 dokumentu GB3836.{3}} użyj transformatora izolacyjnego typu R[3], a jego strona wejściowa przyjmuje tryb zaczepu transformatora. Transformator izolacyjny typu R charakteryzuje się małym wyciekiem strumienia magnetycznego i niskim wzrostem temperatury. Ma małą objętość, jest lekki i nie hałasuje.

2.1 Punkty, na które należy zwrócić uwagę przy projektowaniu transformatora

Uzwojenie pierwotne i wtórne transformatora są rozmieszczone na różnych kolumnach żelaznego rdzenia; uzwojenie wtórne jest rozdzielone wewnątrz i na zewnątrz, a pomiędzy uzwojeniami dodaje się ekran uziemiający (wykonany z folii miedzianej) w celu poprawy środków izolacyjnych, a warstwa ekranująca i rdzeń żelazny są połączone z drutem uziemiającym; Przewody wejściowe/wyjściowe transformatora muszą spełniać zaprojektowane normy rezystancji dotyczące temperatury i napięcia. Głównymi przewodami wejściowymi muszą być przewody wysokiego napięcia, a do przewodów należy dodać przepalone bezpieczniki o odpowiednich parametrach.

Znamionowe napięcie robocze przewodów nie powinno być mniejsze niż maksymalne napięcie wejściowe, a napięcie wytrzymywane izolacji przewodów nie powinno być mniejsze niż 4 KV; W normalnych testach rezystancja między uzwojeniem pierwotnym a wtórnym transformatora powinna przekraczać 50 MΩ, podobnie jak między uzwojeniami wtórnymi oraz między uzwojeniem wtórnym a rdzeniem żelaznym i warstwą ekranującą. Wytrzymuje próbę wytrzymałości na napięcie o częstotliwości sieciowej przez 1 minutę, przy napięciu 4 KV. W teście nie powinno być iskry, przeskoku i przebicia, a prąd upływu nie powinien przekraczać 1 mA.

Rezystancja izolacji uzwojenia pierwotnego transformatora względem rdzenia żelaznego i warstwy ekranującej powinna wynosić ponad 5 0 MΩ i wytrzymać test wytrzymałości na napięcie o częstotliwości sieciowej przez 1 minutę, przy napięciu 4 KV. W teście nie powinno być zjawisk iskry, rozgorzenia i awarii, a prąd upływowy nie powinien przekraczać 0,5 mA; Schemat konstrukcyjny transformatora pokazano na ryc. 1.

2.2 Konstrukcja przeciwprzepięciowa i impulsowa grupowa w mocy wejściowej

Po stronie wejściowej zasilania AC przełącznika zaprojektowano z obwodem filtra[4], który tłumi wpływ sygnałów o wysokiej częstotliwości, sygnałów o zmiennej częstotliwości oraz sygnałów w trybie wspólnym i różnicowym na zasilanie. Obwód filtra zasilania pokazano na rys. 2. Obwód filtra składa się z C1 (kondensator bezpieczeństwa) i R1.

Cewka różnicowa L1 eliminuje wpływ zakłóceń różnicowych na zasilanie; C3 i C2 to kondensatory zabezpieczające (wytrzymywane napięcie 4KV), które współpracują z cewkami indukcyjnymi L2 i L3 w celu wyeliminowania wpływu zakłóceń współbieżnych na obwód zasilania.

3. Projektowanie impulsów przeciwprzepięciowych i grupowych w interfejsie komunikacyjnym

Interfejs komunikacyjny przełącznika wiertniczego składa się z optycznego interfejsu wyjściowego sygnału, interfejsu wyjściowego sygnału elektrycznego Ethernet i interfejsu wyjściowego magistrali. Moc świetlna optycznego sygnału wyjściowego jest tak mała, jak poziom miliwatów, więc żaden obwód bezpieczeństwa nie jest dla niego przeznaczony.

3.1 Projektowanie impulsów przeciwprzepięciowych i grupowych w interfejsie wyjściowym Ethernet

Sygnał wyjściowy RJ45 jest iskrobezpieczny, a sygnał wyjściowy powinien być odizolowany od obudowy urządzenia i nieiskrobezpiecznego zacisku. Transformator danych sieciowych jest używany w projektowaniu obwodów. Transformator przyjmuje podwójne rdzenie żelazne, a rdzenie żelazne są uziemione. Strona pierwotna i strona wtórna wspierają izolację 1500VAC. Schemat strukturalny transformatora danych pokazano na ryc. 3.

Napięcie sygnału wyjściowego sieci RJ45 wynosi 3,3 V DC. Dwa dwukierunkowe TVS są przeznaczone do obwodów bariery bezpieczeństwa [5][6], a bezpiecznik to 0,2A/2Ω. Wybierz rezystancję ograniczającą prąd na 2,2 Ω ± 1 procent. Pomiędzy linią a ziemią zaprojektowano rurę wyładowczą UN2E{13}}L. Moc rezystora ograniczającego prąd wynosi WR.

Wybierz moc rezystora ograniczającego prąd na 0,5 W. Schemat obwodu bariery ochronnej przedstawiono na rys. 4.

3.2 Konstrukcja przeciwprzepięciowa i impulsowa grupowa w interfejsie wyjściowym magistrali

Gdy sygnał zakłócający dostanie się do magistrali RS485, na linii RS485BOUT/RS485AOUT zostanie wygenerowane wysokie napięcie. Z powodu spowalniającego efektu indukcyjności, sygnał wysokiego napięcia powoduje uruchomienie lampy wyładowczej i rozpoczęcie odprowadzania wysokiego napięcia do ziemi. Po rozładowaniu części wysokiego napięcia przez rurkę wyładowczą, część napięcia szczątkowego dostaje się do wnętrza szyny przez indukcyjność.

To napięcie szczątkowe powoduje działanie TVS, generując duży prąd, który wyzwala działanie TBU [7]. TBU odłącza linię komunikacyjną, aby zapobiec przedostaniu się większej ilości napięcia szczątkowego. Napięcie szczątkowe wchodzące do magistrali staje się powolne po zatrzymaniu przez rezystor indukcyjny, a następnie jest uwalniane przez wewnętrzne urządzenie uziemiające po stronie użytkownika, aby osiągnąć cel ochrony bezpieczeństwa. Schemat obwodu szynowej bariery ochronnej przedstawiono na rys. 5.

4. Konstrukcja zapobiegająca przepięciom elektryczności statycznej w całym sprzęcie

Obudowa jest wykonana z materiałów metalowych, a interfejs wyjściowy jest wykonany w kształcie ust klaksonu, aby uniknąć bezpośredniego narażenia wszystkich interfejsów wyjściowych obwodu. Odległość między każdą płytką drukowaną a metalową częścią obudowy wynosi ponad 50 mm. Elektroda uziemiająca jest dodawana do obudowy w pobliżu płyty głównej, aby uzyskać zakłócenia antystatyczne.

5. Testuj

5.1 Test wytrzymałości izolacji i napięcia

Zgodnie z normą krajową na przełączniku przeprowadzany jest pełny test izolacji i wytrzymałości na napięcie. Dane z próby izolacji i wytrzymałości napięciowej przedstawiono w tab. 1.

5.2 Test zgodności elektromagnetycznej

W maju 2016 r. zawiadomienie Państwowej Administracji Bezpieczeństwa Kopalni Węgla w sprawie drukowania i dystrybucji schematu technicznego modernizacji i przekształcenia systemu monitorowania bezpieczeństwa w kopalniach węgla kamiennego wskazywało, że: zarówno system monitorowania bezpieczeństwa, jak i urządzenia mają konstrukcję przeciwzakłóceniową EMC i muszą spełniać wymagania -3 test odporności elektrostatycznej, z oceną A; i zdać grupowy test odporności na tętno -2, z oceną A; i przejść test odporności na przepięcia zasilania i portu sygnałowego -2 na poziomie oceny B. KJJ137 Ognioszczelny i iskrobezpieczny przełącznik dla kopalni został przetestowany w laboratorium. Dane w teście odporności EMC przedstawiono w tab. 2.

Ponieważ wartość sondy oscyloskopu laboratoryjnego wynosi 2 kV, nie ma testu kształtu fali pod kątem skoku napięcia. Wykres przebiegu testu udarowego sygnału ± 4 kV pokazano na ryc. 6. Na wykresie przebiegu można zauważyć, że wartość napięcia szczątkowego wynosi około 70 V, a czas trwania wynosi około 1us w teście ± 4 kV.

6. Wniosek

Ognioszczelny i iskrobezpieczny przełącznik KJJ137 dla kopalni to dojrzały produkt. Po aktualizacji systemu monitorowania bezpieczeństwa wprowadzane są odpowiednie zmiany konstrukcyjne EMC. Zmodyfikowany przełącznik przeszedł test przeciwzakłóceniowy EMC: poziom -4 test odporności elektrostatycznej, poziom oceny to A; poziom{3}} grupowy test odporności na impuls, poziom oceny to A; poziom zasilania i portu sygnałowego-3 test odporności na przepięcia, poziom oceny B. Powyższe wskaźniki w pełni odpowiadają wskaźnikom aktualizacji systemu monitorowania bezpieczeństwa, co czyni przełącznik bardziej odpowiednim do stosowania w kopalniach węgla i dodatkowo poprawia jego stabilność.

Projekt funduszu:

Specjalny kluczowy projekt funduszu innowacji i przedsiębiorczości w nauce i technologii Tiandi Technology Co., Ltd.（Nr.2019-TD-ZD007）

Odniesienie:

[1] Krajowe Biuro Nadzoru Bezpieczeństwa Kopalni Węgla Kamiennego. Przepisy dotyczące bezpieczeństwa w kopalni węgla kamiennego. Prasa Przemysłu Węglowego, 2009.

[2] Yu Haizhen, Feng Hao. Technologia kompatybilności elektromagnetycznej i jej zastosowanie w projektowaniu obwodów drukowanych [J]. Inżynieria komputerowa i nauka. 2004(04): 80-82 plus 105

[3] Lu Guohui, Zheng Guozhen, Wang Guitang. Występowanie nieprawidłowej budowy rdzenia transformatora typu R i profilaktyka [J]. Technologia obróbki termicznej. 2000(03): 56-58

[4] Li Wanfeng. Technologia filtra zasilania [J]. Nauka i technologia elektroniczna. 2012(15):83-85

[5] Su Mei, Liu Qin, Yu Zhe. Analiza obwodów iskrobezpiecznych urządzeń elektrycznych przeciwwybuchowych w kopalniach węgla kamiennego [J]. Kopalnia Węgla Elektromechaniczna. 1998(03): 15-16 [6] Wu Changkang. Wprowadzenie do zasady iskrobezpiecznych barier ochronnych [J]. Elektrotechnika i Elektronika. 2009(12): 63-64

[7] Zhang Jinhao. Zastosowanie TBU w ochronie odgromowej komunikacji RS485[J]. Bezpieczeństwo w kopalni węgla. 2013(02):117-118

[8] Krajowy Komitet ds. Zarządzania Normalizacją. GB3836.4-2010

For more information:1950477648@gmail.com