Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей

Что такое время-токовые характеристики автоматических выключателей
 

Характеристика срабатывания автоматического выключателя является очень важной характеристикой, которая описывает то, насколько время срабатывания автоматического выключателя зависит от отношения силы тока, протекающего через автомат, к номинальному току автомата.
Данная характеристика сложна тем, что для ее выражения необходимо использование графиков. Автоматы с одним и тем же номиналом будут при разных превышениях тока по-разному отключаться в зависимости от типа кривой токовой характеристики автомата, благодаря чему имеется возможность применять автоматы с разной характеристикой для разных типов нагрузки.
Тем самым, с одной стороны, осуществляется защитная токовая функция, а с другой стороны, обеспечивается минимальное количество ложных срабатываний – в этом и заключается важность данной характеристики.
В энергетических отраслях бывают ситуации, когда кратковременное увеличение тока не связано с появлением аварийного режима и защита не должно реагировать на такие изменения. Это же относится и к автоматам.
При включении какого-нибудь мотора, к примеру, дачного насоса или пылесоса, в линии происходит достаточно большой бросок тока, который в несколько раз превышает нормальный.
По логике работы, автомат, конечно же, должен отключиться. К примеру, мотор потребляет в пусковом режиме 12 А, а в рабочем – 5 А. Автомат стоит на 10 А, и при значении 12 А он должен отключиться. Что в таком случае делать? Если, например поставить автомат номиналом на 16 А, тогда непонятно отключится он или нет если заклинит мотор или замкнет кабель.
Можно было бы решить эту проблему, если его поставить на меньший ток, но тогда он будет срабатывать от любого движения. Вот для этого и было придумано такое понятие для автомата, как его «время-токовая характеристика».
 

Какие существуют время токовые характеристики автоматических выключателей и их отличие между собой

Эти буквы указывают ток мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя автомата. Проще говоря, характеристика срабатывания автоматического выключателя показывает чувствительность автомата – наименьший ток при котором автомат отключится мгновенно.
Автоматы имеют несколько характеристик, самыми распространенными из которых являются:
·         — B — от 3 до 5хIn;
·         — C — от 5 до 10хIn;
·         — D — от 10 до 20хIn.
Что означают цифры указанные выше?
 
Приведем небольшой пример: допустим, есть два автомата равные по номинальному току, но характеристики срабатывания (латинские буквы на автомате) разные: автоматы В16 и С16.
Диапазоны срабатывания электромагнитного расцепителя для В16 составляет 16*(3. ..5)=48…80А. Для С16 диапазон токов мгновенного срабатывания 16*(5…10)=80…160А.
При токе 100 А автомат В16 отключится практически мгновенно, в то время как С16 отключится не сразу а через несколько секунд от тепловой защиты (после того как нагреется его биметаллическая пластина).
В жилых зданиях и квартирах, где нагрузки чисто активные (без больших пусковых токов), самыми чувствительными и предпочтительными к применению являются автоматы с характеристикой B. На сегодняшний день очень распространена характеристика С, которую также можно использовать для жилых и административных зданий.
Что касается характеристики D, то она как раз годится для питания каких-либо электромоторов, больших двигателей и других устройств, где могут быть при их включении большие пусковые токи. Также через пониженную чувствительность при КЗ автоматы с характеристикой D могут быть рекомендованы для использования как вводные для повышения шансов селективности со стоящими ниже групповыми автоматами при КЗ.

Согласитесь, логично, что время срабатывания зависит от температуры автомата. Автомат отключится быстрее, если его тепловой орган (биметаллическая пластина) разогретый. И наоборот при первом включении когда биметалл автомата холодный время отключения будет больше.
Поэтому на графике верхняя кривая характеризует холодное состояние автомата, нижняя кривая характеризует горячее состояние автомата.
На рисунках пунктирная линия – это верхняя граница время-токовой характеристики для автоматических выключателей с номинальным током In меньше или равно 32 A.
Что показано на графике время-токовой характеристики
На примере 16-и Амперного автомата, имеющего время токовую характеристику C, попробуем рассмотреть характеристики срабатывания автоматических выключателей.

На графике можно увидеть, как протекающий через автоматический выключатель ток влияет на зависимость времени его отключения. Кратность тока протекающего в цепи к номинальному току автомата (I/In) изображает ось Х, а время срабатывания, в секундах – ось У.
Выше говорилось, что в состав автомата входит электромагнитный и тепловой расцепитель. Поэтому график можно разделить на два участка. Крутая часть графика показывает защиту от перегрузки (работа теплового расцепителя), а более пологая часть защиту от КЗ (работа электромагнитного расцепителя).
Как видно на графике, если к автомату С16 подключить нагрузку 23 А то он должен отключится за 60 сек. То есть при возникновении перегрузки на 45 % автомат отключится через 60 сек.

Электротехническая и кабельно-проводниковая продукция — ЭнергоХимСнаб

Каталог продукции

Автоматические выключатели предназначены для защиты электрических цепей и потребителей электрической энергии от токов короткого замыкания и токов перегрузки, проведения тока в нормальном режиме, а также для нечастых (до 30 раз в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей и рассчитаны для эксплуатации в электроустановках бытового и промышленного назначения с напряжением до 400В переменного тока частоты 50Гц. Выпускаются в одно-, двух-, трех- и четырехполюсном исполнениях на номинальные токи от 1 до 63 А с типами защитных характеристик В, С или D. Есть исполнения ВМ63 с независимым расцепителем, со свободными и сигнальными контактами. Максимальная предельная коммутационная способность – 6 кА. Диапазон рабочих температур — от -60оС до +40оС. Автоматический выключатель ВА47-29 Назначение Автоматические выключатели ВА 47-29 — современное поколение аппаратов, предназначенных для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), а также для осуществления оперативного управления участками электрических цепей. Выключатели выпускаются с защитными характеристиками B, С, D. Все изделия соответствуют ГОСТ Р 50345-99 и изготавливаются по ТУ 2000 АГИЕ.641.235.003. Преимущества ·  Пластины из серебряного композита на подвижных и неподвижных контактах ·  Насечки на контактных зажимах, исключающие перегрев и оплавление проводов в местах присоединения ·  Широкий диапазон рабочих температур от –40° до +50°С ·  Работают в любом положении относительно вертикали ·  Варианты исполнения на девятнадцать номинальных токов и три защитные характеристики (В, С и D) ·  Срок службы не менее 15 лет Описание Автоматические выключатели ВА 47-29 — это электрические коммутационные аппараты, снабженные двумя системами защиты от сверхтока: электротепловой и электромагнитной, с взаимосогласованными характеристиками. Предусмотрено одно-, двух-, трех- и четырехполюсное исполнение; монтаж автоматических выключателей производят на 35 мм монтажную DIN-рейку. Принцип действия При перегрузках в защищаемой цепи протекающий ток нагревает биметаллическую пластину. При нагреве пластина изгибается и воздействует на рычаг свободного расцепления. При коротком замыкании в защищаемой цепи ток, протекающий через катушку электромагнита автоматического выключателя, многократно возрастает, соответственно, возрастает магнитное поле, которое перемещает сердечник, воздействующий на рычаг свободного расцепления. В обоих случаях подвижный контакт отходит от неподвижного, автомат выключается, происходит разрыв цепи, тем самым электрическая цепь защищается от перегрузок и токов короткого замыкания. Технические характеристики Значение Номинальное рабочее напряжение Ue, В ~230/400 Номинальный рабочий ток In, А 0,5; 1,6; 2,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 Номинальная частота тока сети, Гц 50 Напряжение постоянного тока на один полюс, не более, В 48 Наибольшая отключающая способность, не менее, кА 4,5 Электрическая износостойкость, циклов включения-выключения (В-О), не менее 6000 Механическая износостойкость, циклов, не менее 20000 Число полюсов 1, 2, 3, 4 Степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP 20 Максимальное сечение провода, присоединяемого к зажимам, мм2 25 Характеристика теплового расцепителя по ГОСТ Р 50345-99 Температура настройки, оС * 30 Характеристика срабатывания электромагнитного расцепителя B, C, D   tср<0,1c Масса одного полюса, не более, кг 0,103 Диапазон рабочих температур, оС -40 ÷ +50 Наличие драгоценных металлов (серебро), г/полюс 0,3 ÷ 0,5 Автоматические выключатели ВА 47-100 — электрические коммутационные аппараты, снабженные двумя системами защиты от сверхтока: электротепловой и электромагнитной, с взаимосогласованными характеристиками. Предусмотрено одно-, двух-, трех- и четырехполюсное исполнение; монтаж автоматических выключателей производят на 35 мм монтажную DIN-рейку. Преимущества: Большая отключающая способность — 10 кА. Пластины из серебряного композита на подвижных и неподвижных контактах. Насечки на контактных зажимах, исключающие перегрев и оплавление проводов в местах присоединения. Широкий диапазон рабочих температур от –40° до +50°С. Работают в любом положении относительно вертикали. Варианты исполнения на десять номинальных токов и две защитные характеристики (С и D) . Срок службы не менее 15 лет. Принцип действия:   При перегрузках в защищаемой цепи протекающий ток нагревает биметаллическую пластину. При нагреве пластина изгибается и воздействует на рычаг свободного расцепления. При коротком замыкании в защищаемой цепи ток, протекающий через катушку электромагнита автоматического выключателя, многократно возрастает, соответственно, возрастает магнитное поле, которое перемещает сердечник, воздействующий на рычаг свободного расцепления. В обоих случаях подвижный контакт отходит от неподвижного, автомат выключается, происходит разрыв цепи, тем самым электрическая цепь защищается от перегрузок и токов короткого замыкания. Габариты и размеры  Технические характеристики  Технические характеристики Значение Номинальное рабочее напряжение Ue, В ~230/400 Номинальный рабочий ток In, А 10; 16; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100 Номинальная частота тока сети, Гц 50 Напряжение постоянного тока на один полюс, не более, В 60 Наибольшая отключающая способность, не менее, кА 10 (при cos j )54,0 = Электрическая износостойкость, циклов включения-выклчения(В-О), не менее 6000 Механическая износостойкость, циклов, не менее 20000 Число полюсов 1, 2, 3, 4 Степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP 20 Максимальное сечение провода, присоединяемого к зажимам, мм2 35 Характеристика теплового расцепителя по ГОСТ Р 50345-99 Температура настройки, оС * 40 Характеристика срабатывания электромагнитного расцепителя C, D   tср<0,1c Масса одного полюса, не более, кг 0,156 Диапазон рабочих температур, оС -40 ÷ +50 Наличие драгоценных металлов (серебро), г/полюс 0,9 ÷ 1,2 Контакты состояния КС47 и КСВ47 КС47 и КСВ47 служат для получения информации о состоянии автоматических выключателей ВА47-29 и ВА47-100 в системах автоматизации технологических процессов или защиты конкретных объектов. КС47 выполняет функцию контакта состояния автоматического выключателя: включен – выключен. Переключение контактов КС47 происходит, даже если рукоятка управления выключателя удерживается во взведенном положении. КСВ47 выполняет функцию сигнализации положения механизма взвода ВА47. После установки модуля в зацепление с механизмом ВА47 при первом взведении рукоятки управления происходит переключение контактов, остающихся в таком положении и при ручном отключении ВА47. Переключение контактов произойдет только при срабатывании выключателя от сверхтоков (перегрузки или короткого замыкания). В верхней части модуля предусмотрена площадка, при нажатии на которую происходит принудительный сброс механизма и переключение контактов. Описание Конструкции модулей идентичны, а функциональное назначение различно. Изделия монтируются к выключателям с левой стороны, после предварительного снятия защитной заглушки на корпусе ВА47. Верхний рычаг модуля вводят в зацепление с рукояткой управления выключателя, а нижний с механизмом взвода. Пластмассовые штыри плотно вдавливают в отверстия пусто-телых заклепок, обеспечивая надежную фиксацию модуля к корпусу выключателя. КС47 и КСВ47 содержат по одной группе переключающихся контактов, параметры и коммутационные характеристики которых приведены в таблице Технические характеристики Технические характеристики КС47 КСВ47 Соответствует стандартам ГОСТ Р 50030.2-99 ГОСТ Р 50030.2-99 Номинальное напряжение В ~ 230/400 ~ 230/400 Ном. ток, А 4 4 Номинальный рабочий ток , А  AC-13 3 3 Номинальный рабочий ток, А   DC-12 1 1 Визуальная индикация срабатывания, вкл/электр. откл. нет белый/красный Износостойкость, циклов В-О, не менее 10 000 10 000 Диапазон сечений присоединяемых проводов, мм2 0,5…2,5 0,5…2,5 Присоединение к автоматическому выключателю слева слева Ширина модуля, мм 9 9 Расцепитель минимального напряжения РМ47 предназначен для отключения одно-, двух-, трех- или четырехполюсного автоматического выключателя серии ВА 47 при недопустимом снижении напряжения. Расцепитель минимального/ максимального напряжения РММ47 предназначен для отключения одно-, двух-, трехполюсного автоматического выключателя серии ВА 47 при недопустимом снижении или повышении напряжения. Расцепитель независимый РН47 предназначен для дистанционного отключения одно-, двух-, трех- или четырехполюсного автоматического выключателя серии ВА 47. Переходник: Служит для монтажа выключателей модульной серии в распределительные щиты старого образца. Технические характеристики: Параметры Значение РМ47 Значение РММ47 Значение РН47 Соответствуют стандартам ТУ 3428-025-18461115-04 ТУ 3428-023-18461115-04 ГОСТ Р 50030.2-99 Номинальное напряжение, В ~ 230 ~ 230 ~ 230 Напряжение срабатывания, В минимальное 165±5 165±10 — Напряжение срабатывания, В максимальное — 265±10 — Потребляемая мощность, не более, ВА 3 3 3 Износостойкость, циклов В-О, не менее 10000 10000 10000 Диапазон сечений присоединяемых проводов, мм2 ÷25 ÷25 ÷25 Типы совместимых автоматических выключателей одно-, двух-, трех- или четырехполюсные ВА47-29, ВА47-29М, ВА47-100 одно-, двух-, трехполюсные ВА47-29, ВА47-29М, ВА47-100 одно-, двух-, трехполюсные ВА47-29, ВА47-29М, ВА47-100 Присоединение к автоматическому выключателю справа справа справа Ширина модуля, мм 18 18 18 Автоматические выключатели ВА 47-­63 (ВА47-63) предназначены для оперативного включения и выключения электрооборудования, обладающие защитой от токов коротких замыканий, длительных перегрузок , а также недопустимых снижениях напряжения .  Принцип работы выключателей ВА 47-­63 (ВА47-63): Автоматические выключатели ВА 47-­63 (ВА47-63) работают на основе теплового и электромагнитного расцепителей. Расцепители автоматических выключателей представляют собой блок, встроенный в корпус выключателя и предназначенный для отключения выключателя под действием тока, величина которого превышает ток, на который настроен выключатель. Действие теплового расцепителя основано на изменении формы биметаллической пластины путем изгиба при протекании по ней тока нагрузки выключателя, превышающего величину номинального тока. Пластина действует на механизм выключения прибора. Расцепитель состоит из электромагнита, по катушке которого проходит ток выключателя. Электромагнит приводится в действие только при прохождении тока аварийной перегрузки, например, в случае заклинивания механизма, или при наличии тока короткого замыкания, и воздействует на механизм отключения выключателя.  Преимущества выключателей ВА 47-­63 (ВА47-63)::  Наличие опломборовочных панелей для защиты от несанкционированного доступа к проводникам. Эффективный зажим с допуском ширины дин-рейки, позволяющий без усилий установить автомат на любую дин-рейку с отклонениями по ширине. Автоматической доводки рукоятки управления (эффект подпружинивания). Имеет профильные углубления, что способствует естественной вентиляции для обеспечения охлаждения. Конструкция усилена дополнительным соединением, что предотвращает расхождение корпуса при затягивании клеммного зажима. Наличие индикаторного окошка состояния. Эксклюзивный дизайн, аналогов которого нет на российском рынке. Гарантийные обязательства составляют 5 лет. Срок эксплуатации автоматического выключателя составляет более 20 лет. Технические характеристики   Коммутационная износостойкость циклов 10000 Допустимые сечения проводников, мм 25 Максимальная отключающая способность автоматического выключателя 4,5 кА Номинальный ток от 0,5 до 100 А Номинальное напряжение 180-260/380-400 В пер. тока Модульные автоматические выключатели осуществляют защиту электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, гарантируя их безопасную и надежную работу. Новые автоматические выключатели System pro M compact серии S 200 удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к модульным автоматическим выключателям и предназначены для жилых помещений, коммерческих и промышленных объектов. Выпускаются выключатели трех серий – S 200, S 200 M и S 200 P – с тремя различными значениями отключающей способности (до 25 кА), со всеми возможными характеристиками срабатывания (B, C, D, K и Z) и конфигурациями (1P, 1P+N, 2P, 3P, 3P+N и 4P), на номинальный ток до 63 A. Аппараты серии S 200 сертифицированы на соответствие различным международным и национальным стандартам, что позволяет их использование практически во всех странах мира. Серия SH 200L – по сравнению с серией S 200 меньшее значение предельной отключающей способности ( до 4,5 кА) и не предусмотрено использование с вспомогательными элементами (доп. /сигн. контакт, дистанционный расцепитель и др.). Также существует три серии мощных модульных автоматических выключателей промышленного применения. Серия S 280 в которую входят аппараты с номинальным током 80 А и 100 А (1 полюс равен 1 модулю), с характеристиками срабатывания В и С и зажимами, позволяющими подключить кабель сечением до 35 мм2. В серию входят также аппараты S 280 UC, предназначенные для защиты цепей постоянного тока с высокими напряжениями. Аппараты серии S 290 предназначены для монтажа в электрощитах и приемно – распределительных электрошкафах, рассчитанных на установку модульных устройств с номинальным током до 125 А. Модульная конструкция позволяет устанавливать эти аппараты в ряд со стандартными автоматическими выключателями на 35-мм DIN-рейку (согласно EN 50022). Автоматические выключатели выпускаются в 1-2-3-4-полюсном исполнении (ширина 1 полюса равна 1,5 стандартного модуля), характеристики срабатывания – С и D. Аппараты серии S 800 об- ладают высокой отключающей способностью благодаря использованию функции “двойно- го размыкания”. Благодаря малому времени срабатывания, автоматические выключатели S 800 обеспечивают надежную защиту для стандартных модульных автоматических выключателей, расположенных за ними. Характеристика Широкий диапазон модульных устройств на DIN-рейку был разработан для лучшего использования электроэнергии, и которые устанавливаются на стороне нагрузки главного силового выключателя. Все устройства устанавливаются на DIN-рейку и выполняют различные функции. Легко удовлетворяющие всем требованиям модульные приборы занимают на рынке лидирующие позиции. Современные дома и здания прежде всего должны быть максимально безопасными. Модульные автоматические выключатели являются абсолютно необходимыми устройствами для безопасной и надежной работы электроустановок. Их основная функция — это защита от перегрузок и коротких замыканий. Основные требования к таким устройствам устанавливают национальные и международные стандарты, однако правильная реализация различных характеристик выключателей, обеспечивающая фактическую безопасность, зависит от опыта изготовителя. Поэтому надежность и разнообразие выключателей производства компании АББ являются результатом совершенства согласования различных параметров, определяющих технические и эксплуатационные характеристики. Технические показатели Уставка расцепителей: электромагнитного — 5,0—10,0 Iн; теплового — 1,13—1,45 Iн, где Iн – номинальный ток. Номинальное напряжение: 230/400 В, 50 Гц. Отключающая способность: 6,0 кА. Крепление: на DIN-рейку. Изготовитель: «АВВ».   Описание Аппараты серии S290 предназначены для монтажа в электрощитах и приемно-распределителных электрошкафах, рассчитанных на установку модульных устройств с номинальным током до 125А. Модульная конструкция позволяет устанавливать эти аппараты в ряд со стандартными автоматическими выключателями на 35-мм DIN-рейку. Автоматические выключатели выпускаются в 1-2-3-4-полюсном исполнении (ширина 1 полюса равна) 1,5 стандартного модуля), характеристики срабатывания — С и D. Аппараты серии S800 обладают высокой отключающей способностью благодаря использованию функции «двойного размыкания». Благодаря малому времени срабатывания, автоматические выключатели S800 обеспечивают надежную защиту для стандартных модульных автоматических выключателей, расположенных за ними.

Характеристики автоматических выключателей | RuAut

Всем известно, что автоматические выключатели — есть ни что иное, как механический коммутационный аппарат, предназначенный для:

• включения, проведения и отключения токов в условиях нормального состояния цепи,
• а так же для включения, проведения в течение определенного промежутка времени и автоматического отключения токов в условиях аномального состояния цепи – так называемых токов короткого замыкания и больших токов, вызванных перегрузкой в сети.

Токи короткого замыкания автоматические выключатели отрабатывают на ура, поскольку современным расцепителям удаётся абсолютно безошибочно определять короткое замыкание и отключать нагрузку в течение долей секунд, не допуская даже намеков на повреждение аппаратуры и проводников.

Но вот с токами перегрузки дело обстоит сложнее. Такие токи ненамного отличаются от номинальных, и даже в течение определенного промежутка времени они могут протекать по электрической цепи абсолютно без последствий. Именно поэтому отсутствует необходимость мгновенного отключения такого тока, ведь ток перегрузки может оказаться краткосрочным. Основная проблема состоит в том, что у каждой сети есть свое предельное значение перегрузки и даже не одно.

Для некоторых видов токов возможно выделить максимальное значение времени до момента отключения цепи. Оно может составлять от нескольких секунд до нескольких десятков минут, но при этом следует исключить возможность ложного срабатывания. Если ток не представляет для сети никакой опасности, то отключения не должно произойти ни через секунду, ни через сутки.

Современные автоматические выключатели обладают тремя видами расцепителей:

• Механический – ручное включение и выключение,
• Электромагнитный – отключение при коротком замыкании,
• Тепловой – защита от перегрузок.

Данная характеристика означает:

• Диапазон, при котором срабатывает защита от перегрузок. Он обуславливается параметрами биметаллической пластины, встроенной в аппарат, такая пластина способна изгибаться и разрывать цепь во время протекания через неё большого электрического тока. Для точной настройки, достаточно регулировочным винтом, поджать эту самую пластину.
• Диапазон, при котором срабатывает максимально-токовая защита, обусловленная параметрами встроенного в выключатель соленоида.

Характеристики автоматических выключателей:

Характеристика МА: отсутствие теплового расцепителя, поскольку не всегда требуется его наличие. К примеру, защита электродвигателей часто осуществляется с помощью максимально-токовых реле. В данном случае автомат необходим лишь как средство защиты от короткого замыкания.

Характеристика А: тепловой расцепитель срабатывает при токах, превышающих номинальное значение на 30%. На отключение понадобится порядка часа времени. Если ток превысит номинальное значение в два раза, то в дело вступит электромагнитный расцепитель, время срабатывания которого составляет 0,05 секунды. Если при двойном превышении номинального значения тока соленоид по каким-то причинам не сработает, то тепловому расцепителю потребуется порядка 20 – 30 секунд на отключение нагрузки. Когда номинальное значение превышено в три раза электромагнитный расцепитель сработает без каких-либо промедлений, и за сотые доли секунды отключит нагрузку. Подобные выключатели используются в цепях, где не предусмотрено возникновение кратковременных перегрузок во время нормального рабочего режима. Пример – цепь, в которую подключены устройства, содержащие полупроводниковые элементы, выходящие из строя даже при незначительном превышении тока.

Характеристика В: ее отличительная особенность в том, что электромагнитный расцепитель срабатывает при токе, значение которого превышает номинальное в три и более раз. Время, необходимое соленоиду для срабатывания – 0,015 секунды. Тепловому расцепителю при тех же условиях понадобится порядка 4 – 5 секунд для срабатывания. Срабатывание автомата гарантировано при нагрузке, превышающей номинал в 5 раз (переменный ток) и в 7,5 раз (постоянный ток). Выключатели с характеристикой В используются в сетях освещения, и прочих сетях, где повышение тока во время пуска отсутствует, либо невелико.

Характеристика С: наиболее популярная характеристика. Автоматические выключатели с этой характеристикой могут выдержать еще большие перегрузки в сравнении с автоматами характеристик А и В. Минимальное значение тока, при котором срабатывает автомат превышает номинальное значение в 5 раз. При равных условиях тепловому расцепителю понадобится на срабатывание 1,5 секунды. Срабатывание автомата гарантировано при перегрузке, превышающей номинал в 10 раз (переменный ток), а для цепи постоянного тока это значение составит – 15 раз. Выключатели с характеристикой С устанавливаются в сетях, предусматривающих наличие смешанной нагрузки и умеренное повышение тока во время пуска. В бытовых электрощитах устанавливаются автоматы именно этого типа.

Характеристика D: отличительная особенность – очень большая перегрузочная способность. Минимальное значение тока для срабатывания – десятикратное превышение номинала, тепловой расцепитель сработает за 0,4 секунды. Срабатывание гарантировано при нагрузке в 20 номиналов. Назначение автоматических выключателей с характеристикой D – подключение электродвигателей с большими пусковыми токами.

Характеристика К: отличительная особенность – большой разброс между максимальными значениями токов срабатывания автомата для цепей постоянного и переменного тока. Минимальное значение тока, необходимого для срабатывания электромагнитного расцепителя – восьмикратное превышение номинального значения. Срабатывание гарантировано при значениях для цепей постоянного и переменного тока – 18-ти и 12-ти кратное превышение номинала соответственно. Время срабатывания автомата – 0,2 секунды. Тепловому расцепителю для срабатывания достаточно превышения номинала в 1,05 раза. Применение – подключение исключительно индуктивной нагрузки.

Характеристика Z: отличается довольно не высоким уровнем тока, необходимого для гарантированного срабатывания. Минимальное значение для срабатывания автомата – два номинала, гарантированное срабатывание при трех номиналах для переменного тока, и 4,5 номинала для постоянного. Тепловому расцепителю с характеристикой Z, как и для характеристики К, для срабатывания достаточно превышение номинала в 1,05 раза. Применение автоматов с характеристикой Z – подключение электронных устройств.

Электромагнитное излучение

Как было отмечено в предыдущем разделе, первое требование для дистанционного зондирования — наличие источника энергии для освещения цели (если только измеренная энергия не излучается целью). Эта энергия находится в форме электромагнитного излучения.

[Текстовая версия]

Все электромагнитное излучение имеет фундаментальные свойства и ведет себя предсказуемым образом в соответствии с основами теории волн. Электромагнитное излучение состоит из электрического поля (E), величина которого изменяется в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения, и магнитного поля (M), ориентированного под прямым углом к ​​электрическому полю.Оба эти поля движутся со скоростью света (c).

[Текстовая версия]

Две характеристики электромагнитного излучения особенно важны для понимания дистанционного зондирования. Это длина волны и частота.

[Текстовая версия]

Длина волны — это длина одного волнового цикла, которую можно измерить как расстояние между последовательными гребнями волн. Длина волны обычно обозначается греческой буквой лямбда (λ).Длина волны измеряется в метрах (м) или в нескольких метрах, например, нанометров, (нм, 10 ^-9 метров), микрометров, (мкм, 10 ^-6 метров) (мкм, 10 ^-6 ). метров) или сантиметров (см, 10 ^-2 метров). Частота относится к числу циклов волны, проходящей фиксированную точку за единицу времени. Частота обычно измеряется в герцах (Гц), что эквивалентно одному циклу в секунду, и различным кратным герцам.

Длина волны и частота связаны следующей формулой:

[Текстовая версия]

Следовательно, они обратно связаны друг с другом.Чем короче длина волны, тем выше частота. Чем длиннее длина волны, тем ниже частота. Понимание характеристик электромагнитного излучения с точки зрения их длины волны и частоты имеет решающее значение для понимания информации, которая должна быть извлечена из данных дистанционного зондирования. Далее мы рассмотрим, каким образом мы классифицируем электромагнитное излучение именно для этой цели.

«Я ушел, Бэтти!»

… что дистанционное зондирование в самом широком смысле включает в себя ультразвук, спутниковые карты погоды, радар скорости, градационные фотографии и гидролокатор — как для кораблей, так и для летучих мышей !. Больницы используют технологии визуализации, включая компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию (трехмерное изображение мягких тканей) и рентгеновские лучи для исследования нашего тела. Все это примеры ненавязчивых методов дистанционного зондирования.

… вы можете использовать осциллограф, специальное электронное устройство, которое отображает волны, похожие на волны электромагнитного излучения, которые вы здесь видели, чтобы посмотреть на длину волны и частотные характеристики вашего голоса. Высокие звуки имеют короткие длины волн и высокие частоты.Низкие звуки — наоборот. Ученые говорят, что сама Земля вибрирует с очень низкой частотой, издавая звук намного ниже диапазона человеческого слуха.

… что концепция длины волны и частоты является важным принципом, лежащим в основе того, что называется доплеровским сдвигом, который объясняет, как звуковые и световые волны воспринимаются как сжатые или расширенные, если объект, излучающий их, движется относительно датчика. По мере того, как поезд или гоночный автомобиль приближается к нам, наши уши, как правило, слышат все более низкие звуки или частоты (более короткие длины волн), пока он не достигнет нас: исходная частота объекта, когда он находится в поперечном направлении, а затем еще более низкие частоты, когда он удаляется.Тот же принцип (в применении к свету) используется астрономами, чтобы увидеть, как быстро звезды удаляются от нас (красное смещение).

Викторина

Первое требование для дистанционного зондирования — источник энергии, который может осветить цель. Каков очевидный источник электромагнитной энергии, о котором вы можете подумать? Какое «устройство дистанционного зондирования» вы лично используете для обнаружения этой энергии? Ответ …

Предположим, что скорость света равна 3×10 ⁸ м / с. Если частота электромагнитной волны составляет 500 000 ГГц (ГГц = гигагерц = 10 ⁹ м / с), какова длина волны этого излучения? Выразите свой ответ в микрометрах (мкм). Ответ …

Whiz quiz — Ответ

Ответ 1: Самым очевидным источником электромагнитной энергии и излучения является солнце. Солнце является исходным источником энергии для большей части дистанционного зондирования поверхности Земли. Устройство дистанционного зондирования, которое мы, люди, используем для обнаружения солнечного излучения, — это наши глаза. Да, их можно считать удаленными датчиками — и очень хорошими — поскольку они обнаруживают видимый свет солнца, что позволяет нам видеть. Есть и другие типы света, невидимые для нас…но об этом позже.

[Текстовая версия]

Ответ 2: Используя уравнение для связи между длиной волны и частотой, давайте вычислим длину волны излучения с частотой 500 000 ГГц.

Электромагнитное излучение — обзор

Электромагнитное излучение.

Электромагнитное излучение — это электрическое и магнитное возмущение, перемещающееся в пространстве со скоростью света (2,998 × 108 м / с). Он не содержит ни массы, ни заряда, а перемещается в пакетах лучистой энергии, называемых фотонами или квантами.Примеры электромагнитного излучения включают радиоволны и микроволны, а также инфракрасное, ультрафиолетовое, гамма и рентгеновское излучение. Некоторые источники электромагнитного излучения включают источники в космосе (например, солнце и звезды), радиоактивные элементы и промышленные устройства. ЭМ проявляет двойственную природу волн и частиц.

Электромагнитное излучение распространяется в форме волны с постоянной скоростью. Волновые характеристики электромагнитного излучения находятся в зависимости скорости от длины волны (расстояние по прямой линии одного цикла) и частоты (циклов в секунду или герц, Гц), выраженных в формуле

c = λv

, где c = скорость, λ = длина волны и v = частота.

Поскольку скорость постоянна, любое увеличение частоты приводит к последующему уменьшению длины волны. Следовательно, длина волны и частота обратно пропорциональны. Все формы электромагнитного излучения сгруппированы в соответствии с длиной волны в электромагнитный спектр, показанный на Рисунке 1-3.

Частичная природа электромагнитного излучения проявляется во взаимодействии ионизирующих фотонов с веществом. Количество энергии (E), обнаруженное в фотоне, равно его частоте ( ν ), умноженной на постоянную Планка (h):

E = νh

Энергия фотона прямо пропорциональна частоте фотона.Энергия фотона измеряется в эВ или кэВ (килоэлектронвольтах). Энергетический диапазон диагностического рентгеновского излучения составляет от 40 до 150 кэВ. Гамма-лучи, рентгеновские лучи и некоторые ультрафиолетовые лучи обладают достаточной энергией (> 10 кэВ), чтобы вызвать ионизацию.

Энергия электромагнитного излучения определяет его полезность для диагностической визуализации. Из-за своей чрезвычайно короткой длины волны гамма-лучи и рентгеновские лучи способны проникать через большие части тела. Гамма-лучи используются при визуализации радионуклидов. Рентгеновские лучи используются для получения изображений на обычной пленке и компьютерной томографии (КТ).Видимый свет применяется для наблюдения и интерпретации изображений. Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует радиочастотное электромагнитное излучение в качестве среды передачи (см. Рис. 1-3).

Анализ характеристик перегрузки электромагнитного выброса с масляной пробкой на основе ADAMS

[1] 1] Сатоши Судзуки, Ёсихиро Кавасэ, Тадаси Ямагути и так далее.IEEE СДЕЛКИ ПО МАГНИТУ, ТОМ. 47, NO. 5, МАЙ 2011. С. 1002-1005.

[2] Ёсихиро Кавасэ, Томохиро Ота, Макото Ёсида, Сокичи Ито. Динамический анализ масляного распределителя электромагнитного расцепителя в выключателях низкого напряжения с использованием метода конечных элементов [J]. COMPEL: Международный журнал вычислений и математики в электротехнике и электронной технике, Vol. 19, No. 2, 2000, pp.718-723.

DOI: 10.1109 / cefc.2010.5481665

[3] ОУ Цзиньпин, ДИН Цзяньхуа.Землетрясение и инженерная вибрация ， 1999–12 (19), стр.82-89. На китайском.

[4] ДИН Цзяньхуа, OU Jinping. World Information on Earthquake Engineering, 2001–17 (1), стр.30-35. На китайском.

[5] Ван Цзятанг, Цзи Цзиньтан. Сейсмостойкое проектирование и модернизация ， 2010, 32 (6), стр.36-41.На китайском.

[6] Чжао Лю, ЧЭН Дэгуи, Ли Синвэнь. Низковольтная аппаратура, 2008, 9, с. 210-215. На китайском.

Как работают электромагниты | HowStuffWorks

Как мы упоминали во введении, основные электромагниты не так уж и сложны; вы можете построить простой самостоятельно, используя материалы, которые, вероятно, валяются у вас дома.На металлический стержень наматывается токопроводящий провод, обычно изолированный медным. Провод нагревается на ощупь, поэтому важна изоляция. Стержень, на который наматывается провод, называется соленоидом , и возникающее магнитное поле излучается вдали от этой точки. Сила магнита напрямую зависит от количества витков проволоки вокруг стержня. Для более сильного магнитного поля провод следует наматывать плотнее.

Хорошо, это еще не все.Чем плотнее проволока наматывается на стержень или сердечник, тем больше витков делает ток вокруг него, увеличивая силу магнитного поля. В дополнение к тому, насколько плотно намотан провод, материал, используемый для сердечника, также может контролировать силу магнита. Например, железо — это ферромагнетик , металл , что означает, что он обладает высокой проницаемостью [источник: Бостонский университет]. Проницаемость — это еще один способ описания того, насколько хорошо материал может выдерживать магнитное поле. Чем более проводящим является определенный материал для магнитного поля, тем выше его проницаемость.

Вся материя, включая железный стержень электромагнита, состоит из атомов. Перед тем, как соленоид наэлектризован, атомы в металлическом ядре располагаются случайным образом, не указывая в каком-либо конкретном направлении. Когда вводится ток, магнитное поле проникает в стержень и выравнивает атомы. Когда эти атомы движутся в одном направлении, магнитное поле растет. Выравнивание атомов, небольшие области намагниченных атомов, называемые доменами , увеличиваются и уменьшаются в зависимости от уровня тока, поэтому, управляя потоком электричества, вы можете контролировать силу магнита.Наступает точка насыщения, когда все домены выровнены, а это означает, что добавление дополнительного тока не приведет к увеличению магнетизма.

Управляя током, вы можете включать и выключать магнит. Когда ток отключается, атомы возвращаются в свое естественное, случайное состояние, и стержень теряет свой магнетизм (технически он сохраняет некоторые магнитные свойства, но не очень и ненадолго).

В обычных постоянных магнитах, таких как те, которые держат изображение семейной собаки у холодильника, атомы всегда выровнены, а сила магнита постоянна.Знаете ли вы, что вы можете уменьшить прилипающую силу постоянного магнита, уронив его? Удар может привести к тому, что атомы выйдут из строя. Их можно снова намагнитить, потерев их магнитом.

Электричество для питания электромагнита должно откуда-то поступать, верно? В следующем разделе мы рассмотрим некоторые способы, которыми эти магниты получают сок.

Экспериментальное исследование характеристик переходного электромагнитного излучения при динамическом разрыве газоносного угля | Журнал геофизики и инженерии

Аннотация

Проводятся обширные исследования эффектов электромагнитного излучения (ЭМИ) во время процессов деформации угля и горных пород и трещин, но мало систематических исследований характеристик ЭМИ газоносного угля в условиях ударного разрушения. Чтобы выяснить, влияет ли на ЭМИ сорбция газа (CO ₂ , CH ₄ , N ₂ ), тип угля и энергия удара, мы провели серию испытаний на ударную нагрузку на обоих образцах брикетированного угля ( BCSs) и образцы сырого угля (RCSs) при различных поровых давлениях (0–1,5 МПа). Мы разработали прибор для испытаний с ударным молотком, позволяющий проводить испытания на ударную нагрузку газоносного угля, и одновременно зарегистрировали сигнал ЭМИ повреждения угля. Результат показал, что (i) диапазон амплитуды сигнала ЭМИ, генерируемого ударным повреждением газоносного угля, составляет приблизительно 10–600 мВ, с эффективной продолжительностью 3–1500 мс и накопленной энергией 0.1–1000 мкДж; (ii) когда поровое давление увеличивается, максимальная амплитуда, длительность и количество импульсов ЭМИ соответственно уменьшаются; (iii) размер угольного порошка и энергия удара влияют на характеристики повреждения и характеристики ЭМИ, где более высокий импульс удара вызывает более серьезные повреждения образцов угля и (iv) влияние присутствия адсорбционного газа на сигнал ЭМИ, вызванное разрушением угольные тела обладают как улучшающим, так и уменьшающим эффектом. Во время раннего предупреждения о выбросах угля и газа с использованием параметров ЭМИ не все параметры формы волны чувствительны к шахтному метану, но следует учитывать значительное влияние метана на изменчивость сигнала.

1. Введение

Выбросы угля и газа — это вредное динамическое явление, встречающееся при добыче угля в подземных шахтах (Tu и др. . 2016). В процессе добычи большое количество угля и газа извергается из угольного пласта в течение очень короткого периода времени, сильно повреждая проезжую часть и сооружения, что приводит к значительным экономическим потерям и человеческим жертвам (Beamish & Crosdale 1998; Guan et al . 2009 г.). На сегодняшний день установлено более 600 взрывных мин в более чем 20 городах и провинциях Китая, и с 1990-х годов более 4000 человек погибли в результате стихийных бедствий (Jin et al .2018). С увеличением глубины и интенсивности добычи, явления выброса стали более серьезными (He & Song 2012). Предотвращение выбросов угля и газа становится необходимой предпосылкой для обеспечения безопасности угольных шахт и улучшения экономики (He и др. .2018). Поскольку традиционные технологии и индикаторы прогнозирования вспышек плохо предсказывают опасность и процесс развития вспышек своевременно и точно, важно разработать новый надежный и точный метод прогнозирования.

В настоящее время существует два основных типа методов, используемых для прогнозирования выбросов угля: традиционные контактные методы и бесконтактные геофизические методы. Традиционными методами скважины делают в опасной зоне угольного пласта. Затем измеряются основные параметры, такие как дебит «пробуренного угольного газа» и максимальный объем «пробуренного угольного щебня», чтобы оценить совокупный риск выбросов (Zhao et al . 2016). Однако эти параметры могут отражать только пространственно-временную степень опасности в месте расположения скважины и вокруг буровых работ.Кроме того, поскольку процесс бурения обычно прерывает добычу, это приводит к потерям времени, экономическим и трудовым потерям. Бесконтактные геофизические методы в основном включают методы акустической эмиссии (AE), микросейсмики (MS) и электромагнитного излучения (EMR) (Qiu et al .2017; Shen et al .2018; 2019a). Эффекты AE, MS и EMR могут отражать напряженное состояние или особенности диссипации энергии угольного пласта и окружающих его пород при развитии выбросов. Эти бесконтактные методы могут сэкономить время и труд, а также обеспечить достаточно точные и непрерывные результаты мониторинга с помощью ряда установленных систем сбора данных.Что касается текущей добычи угольных шахт, то последняя тенденция развития заключается в использовании упомянутых эффектов для всесторонней оценки риска выброса.

Многие эксперименты показали, что процесс сочетания газообразного метана и угля представляет собой сложное механическое действие: вызванное адсорбированным газом набухание и эрозия, повреждение и разрушение, вызванное порами / трещинами, в конечном итоге приведет к изменению каркаса угля и его механических характеристик. свойства (Xie et al .2018; Shen et al .2019a). Было проведено большое количество исследований для определения соответствующих механизмов и влияющих факторов (Wold et al .2008; Skoczylas и др. . 2014; Wen et al. 2016; Вентилятор и др. . 2017; Шен и др. . 2019b), и результаты показали, что аварийные выбросы обычно происходят в пластах мягкого угля, содержащих высокий уровень газообразного метана (Evans et al .1984; Sobczyk 2014; Guo et al .2016). Доказано, что присутствие метана влияет на механические свойства угля и влияет на возникновение и развитие аварийных выбросов (Geng et al .2017). Пэн и др. . (2012) определили, что метан, хранящийся в угольном пласте, был основным источником энергии для выбросов, которые включали выброс и измельчение угля. Поэтому очень важно изучить динамические характеристики газоносного или газосодержащего угля, который является углем в условиях, позволяющих ему адсорбировать определенное количество метана. На ранних этапах изучения газоносного угля большинство исследований было сосредоточено на влиянии метана на механические свойства угля, такие как интенсивность угля и поведение ползучести, а также на соответствующих основополагающих моделях (Wang et al .2017). Ли и др. . (2017) продемонстрировали, что газообразный метан снижает изменения свойств ползучести угля. Несмотря на то, что эффекты ЭМИ в процессе деформации угля и горных пород и процесса разрушения были широко изучены экспериментально, было проведено несколько систематических исследований характеристик ЭМИ газоносного угля в условиях ударного разрушения. He & Liu (1995) доказали, что ЭМИ возникает при деформации газоносного угля и прогрессировании гидроразрыва пласта. Поры, содержащие метан, влияют на генерацию ЭМИ, и они сочли, что совместное действие переходного электрического диполя, движение разделенных зарядов с переменной скоростью вдоль края трещины, а также расширение и релаксация разделенных зарядов способствуют образованию ЭМИ. Из-за отсутствия устройства, с помощью которого можно было бы осуществить ударную нагрузку на газоносный уголь, в нескольких исследованиях изучались динамические характеристики газоносного угля и характеристики его сигнала ЭМИ (He и др. , 2012).

В этом исследовании мы представляем серию устройств собственной разработки для реализации ударной нагрузки на газоносный уголь с учетом влияния энергии удара, скорости удара и порового давления. Также анализируется закон накопления энергии при дроблении газоносного угля при ударных нагрузках с изменением характеристик ЭМИ, таких как интенсивность сигнала, количество импульсов, длительность сигнала и спектральные характеристики.Исследование обеспечивает теоретическую основу для анализа особенностей быстрого разрушения подземных угольных пластов адсорбированным газом метана и применения технологии ЭМИ для реализации точных систем раннего предупреждения о выбросах.

2.

2.1. Испытательная установка и приборы

Представлена ​​экспериментальная система ударного нагружения с ударным молотом собственной разработки для проведения испытаний на ударное нагружение. Схема всей экспериментальной системы представлена ​​на рисунке 1.Экспериментальная система в основном включает в себя систему ударного нагружения ударным молотком, систему контроля давления газа, систему контроля температуры, систему испытания скорости удара, систему сбора динамических и статических данных, систему испытания ЭМИ, систему защиты и систему защиты.

Рис. 1.

Схема экспериментальной установки для ударного нагружения газоносного угля.

Рисунок 1.

Схема экспериментальной установки для ударного нагружения газоносного угля.

Система ударных отбойных молотков состоит из газонепроницаемой нижней кабины и устройства ударных отбойных молотков наверху. Кабина с образцом герметизирована специально изготовленным закаленным стеклом. Перед фактическим испытанием проводится серия предварительных экспериментов, и закаленное стекло испытывается на три разные толщины (5, 8 и 10 мм). Установлено, что толщина 5 мм может одновременно удовлетворять требованиям герметичности при давлении газа 2 МПа и обеспечивать минимальные потери энергии удара при сохранении безопасной эксплуатации.Затем обе стороны кабины герметизируются акриловым плексигласом, чтобы гарантировать передачу сигнала ЭМИ из кабины. Устройство для отбойного молотка в основном включает в себя отбойные молотки и четыре вставных ствола для ударных отбойных молотков, каждая длиной 0,5 м без соединительной части. Таким образом, система падающего молота может обеспечивать различную высоту падения и вес молота с максимальной высотой загрузки 2 м и максимальным весом загрузки 9 кг.

Система контроля давления газа состоит из бака высокого давления, эталонного бака, вакуумного насоса, датчика давления, трубопроводов и клапанов.Система может создавать давление газа в герметичной кабине и обеспечивать условия порового давления до 2 МПа. Система контроля температуры в основном включает электрическую нагревательную ленту, датчик температуры и лабораторный кондиционер. Во время испытания температура газонепроницаемой кабины поддерживается с помощью электронагревательной ленты. В то же время вся система подвергается воздействию окружающего воздуха с контролем температуры с помощью кондиционера при фиксированной температуре 20 ° C.

Система сбора динамических и статических данных (DAQ) в основном включает сборщик данных о деформации AFT-CM-32 и систему сбора данных HIOKI 8860–50.Аппарат HIOKI 8860–50 обеспечивает как статические, так и динамические функции сбора данных, и он используется для записи данных о давлении газа и скорости удара. В дополнение к DAQ система измерения скорости удара по-прежнему включает в себя два лазерных датчика скорости. Скорость падения молота в основном используется для оценки энергии удара по образцу. Принцип работы устройства для измерения скорости показан на рисунке 2. Кроме того, во время испытаний использовалась специальная медная сетка для защиты от всех возможных электромагнитных помех.

Рисунок 2.

Устройство и принцип расчета системы измерения скорости удара. а) комбинированный молоток; (б) переключатель лазерного луча; (c) принципиальная схема системы испытания скорости удара и (d) испытательный сигнал и принцип расчета скорости.

Рисунок 2.

Конструкция и принцип расчета системы измерения скорости удара. а) комбинированный молоток; (б) переключатель лазерного луча; (c) принципиальная схема системы испытания скорости удара и (d) испытательный сигнал и принцип расчета скорости.

2.2. Подготовка образцов

Угольные блоки из трех различных угольных шахт были собраны и приготовлены в два типа образцов — образцы сырого угля (RCS) и образцы брикетированного угля (BCS), показанные на рисунке 3. RCS, использованные в эксперименте, были взяты из № 21 217 забой шахты Донгпан и большие угольные блоки были пробурены в цилиндры ∅50 мм × 75 мм (номер с префиксом DYM). Остальные угольные блоки были измельчены в порошки для классификации на четыре различных размера частиц (<0.25, 0,25–0,5, 0,5–1,0 и 1,0–1,25 м) с использованием стандартных сит. Затем в угольные порошки добавляли соответствующее количество каменноугольной смолы и хорошо перемешивали, чтобы получить цилиндрические ДКС (50 мм × 75 мм) с помощью сервопресса при фиксированном формованном давлении (50–400 МПа). Эти образцы были пронумерованы ДХМ в качестве префикса. Остальные BCS были изготовлены из угля из угольной шахты Wolonghu (номер с префиксом WXM). Таким же способом были изготовлены цилиндры ∅50 мм × 100 мм.

Рисунок 3.

Образцы угля, использованные в испытаниях. (а) BCS, образцы ДХМ; (б) BCS, образцы WXM; (c) RCS, образцы DYM.

Рисунок 3.

Образцы угля, использованные в испытаниях. (а) BCS, образцы ДХМ; (б) BCS, образцы WXM; (c) RCS, образцы DYM.

2.3. Условия и порядок испытаний

Цель экспериментов — изучить, насколько параметры газа влияют на прочность и поврежденность угля при ударном нагружении.Таким образом, для анализа их влияния на явление ЭМИ были введены параметры испытания, такие как высота падения, вес молота, поровое давление, тип газа, размер порошка, давление формования и тип образца. Детали экспериментальной установки показаны в Таблице 1.

Сводка условий испытаний

Сводка условий испытаний

Во время теста датчики ЭМИ были расположены вокруг внешней части кабины, а система сбора данных ЭМИ собирает сигналы ЭМИ в реальном времени.Порядок проведения экспериментов был следующим:

1. Образец помещали в кабину, которая герметизировалась закаленным стеклом. Система сбора данных была запущена для записи данных о давлении газа.

2. Образец угля и всю систему вакуумировали в течение 8 часов, чтобы убедиться, что внутри кабины не осталось воздуха.

3. Все трубопроводы и герметичный резервуар непрерывно изотермически нагревались до 293 К (= 20 ° C) с помощью тепловой ленты и системы непрерывного кондиционирования воздуха.Газовый баллон высокого давления использовали для загрузки заданного газа в герметичную камеру до расчетного давления газа до тех пор, пока он не достигнет состояния адсорбционного равновесия (CH ₄ и CO ₂ ). Гарантированное время адсорбционного равновесия для BCS и RCS составляло не менее 24 и 48 ч соответственно.

4. Аппарат ZDKT-1 и записывающее устройство HIOKI 8860–50 были запущены примерно за 30 минут, чтобы убедиться, что все оборудование находится в хорошем рабочем состоянии.

5. Когда были достигнуты заданные рабочие условия, ударный молот был выпущен на заданной высоте для приложения ударной нагрузки к образцу газоносного угля; экспериментальные данные были сохранены, и была проведена подготовка к следующему испытанию.

3. Результаты испытаний и анализ данных

3.1. Ударное дробление образцов угля

Разрушение образцов угля и эффекты дробления при различных скоростях удара показаны на рисунке 4.Скорость удара тесно связана с эффектами дробления. С увеличением скорости степень разрушения образцов значительно возрастает. Когда скорость удара была относительно низкой, менее 2,344 м / с ^–1 , образцы угля были повреждены лишь незначительно, начиная с продольного раскалывания на низкой скорости и постепенного дробления на куски угля в меньшем масштабе. Когда скорость удара достигла 4,688 м / с ^-1 , образец угля был окончательно разрушен в порошок. Поскольку скорость удара зависит от высоты падения, чем выше высота падения, тем сильнее повреждались образцы.

Рисунок 4.

Характер разрушения образцов угля при различных скоростях удара.

Рисунок 4.

Характер разрушения образцов угля при различных скоростях удара.

3.2. Снижение шумов и обработка сигналов ЭМИ

Из-за сложности и неопределенности окружающей среды контролируемые сигналы ЭМИ неизбежно будут подвергаться помехам. Поэтому методы преобразования вейвлет-пакетов и ансамблевого разложения по эмпирическим модам использовались для уменьшения шума исходного сигнала перед анализом данных.Сигналы ЭМИ динамического повреждения как ДКС, так и ДКР показаны на рисунке 5.

Рисунок 5.

Типичные сигналы ЭМИ, зарегистрированные при ударном нагружении газоносного угля.

Рис. 5.

Типичные сигналы ЭМИ, зарегистрированные при ударном нагружении газоносного угля.

3.3. Анализ характеристик сигнала ЭМИ

Для анализа различий в сигнале выбираются четыре параметра формы сигнала, характеризующие характеристики сигнала ЭМИ: (i) максимальная амплитуда, A _max ; (ii) продолжительность — T _dui ; (iii) эффективная энергия сигнала, E _eff и (iv) количество импульсов, N _pul .Порог, используемый для идентификации фактического события ЭМИ, составляет 10 мВ. Некоторые результаты испытаний показаны в Таблице 2. Поскольку для каждого события ЭМИ имеется два канала, здесь использовалось среднее значение для каждого параметра волны.

для переходного сигнала ЭМИ от ударного разрушения ДКС

4. Анализ влияния на характеристики ЭМИ

4.1. Влияние порового давления и типа газа

Для изучения влияния порового давления и типа газа на динамическое повреждение угля было выполнено воздействие на 15 ДКС при различных поровых давлениях (0, 0.3, 0,7, 1,1, 1,5 МПа) и видов газа (N ₂ , CH ₄ , CO ₂ ). Результат теста показан на рисунке 6. Рисунок 6a показывает, что интенсивность ЭМИ (максимальная амплитуда) изменяется при рассмотрении различных газов. При повышении давления адсорбируемых газов (CO ₂ и CH ₄ ) сигнал ЭМИ постепенно уменьшается с увеличением порового давления. Сигнал ЭМИ, генерируемый газоносным углем, уменьшается по интенсивности; чем выше давление газа, тем значительнее снижение.Тем не менее, с неадсорбируемым газом (N ₂ ), похоже, нет явного влияния на ЭМИ, поскольку интенсивность сигнала явно колеблется с изменением порового давления. Кроме того, разные газы по-разному влияют на мощность ЭМИ в следующем порядке: CO ₂ > CH ₄ > N ₂ . На рис. 6b – 6d показано, что длительность и количество импульсов переходного сигнала ЭМИ имеют четкую тенденцию к снижению с поровым давлением, когда заряженным газом является CO ₂ .Однако энергия сигнала не показывает видимых изменений. При использовании CH ₄ при изменении давления газа длительность переходного сигнала ЭМИ и количество импульсов значительно различаются. Однако общая тенденция по-прежнему остается нисходящей. При зарядке N ₂ изменение давления газа не оказывает значительного влияния на длительность, энергию и количество импульсов ЭМИ.

Рисунок 6.

Влияние давления и типа газа на характеристики переходного ЭМИ при разрыве угля.а — изменение амплитуды ЭМИ; (b) изменение продолжительности EMR; c) изменение энергии ЭМИ; (d) Изменение количества импульсов ЭМИ.

Рисунок 6.

Влияние давления и типа газа на характеристики переходного ЭМИ при разрыве угля. а — изменение амплитуды ЭМИ; (b) изменение продолжительности EMR; c) изменение энергии ЭМИ; (d) Изменение количества импульсов ЭМИ.

На рисунке 7 показано изменение формы волны переходного сигнала ЭМИ для RCS. В общей сложности пять образцов были загружены метаном при разном поровом давлении и подверглись ударам при одинаковых условиях нагружения.Результаты испытаний показывают, что отказ RCS с большей вероятностью приведет к возникновению сигналов EMR, чем BCS. По сравнению с BCS, RCS имеют явную неоднородность и анизотропию; таким образом, основное направление отказа RCS более случайное. Это приводит к большой продолжительности сигнала ЭМИ и сильной изменчивости параметров ЭМИ. Максимальная амплитуда, длительность ЭМИ и количество импульсов повреждения образца угля показали тенденцию к снижению после адсорбции газа, но энергия не уменьшалась. Согласно определению счетчика импульсов, он представляет собой флуктуационные характеристики сигнала ЭМИ.Это вариант номера звонка сигнала, который изображается как форма волны, проходящая через верхний и нижний порог. Он показывает, что, хотя максимальная амплитуда сигнала ЭМИ уменьшается с адсорбцией метана, средняя амплитуда продолжает превышать порог импульса, но колебания относительно небольшие. Другими словами, хотя метан снижает максимальную амплитуду сигнала ЭМИ, он не влияет на общую мощность или энергоемкость сигнала.

Рисунок 7.

Характеристики сигнала ЭМИ от ударного разрушения ЭПР.

Рисунок 7.

Характеристики сигнала ЭМИ от ударного разрушения ЭПР.

4.2. Влияние формовочной крупности угольных порошков

Восемь измельченных ДКС с одинаковым давлением формования, но с разным размером угольного порошка подверглись воздействию во время испытаний. Среди образцов четыре были загружены метаном с давлением 1,5 МПа. Размер частиц порошка, использованных для изготовления образца, показан в таблице 1.На рис. 8 показано, что по мере увеличения размера частиц пылевидного угля сигнал ЭМИ демонстрирует тенденцию к снижению максимальной амплитуды, энергии сигнала и параметров счетчика импульсов. Хотя параметр продолжительности колеблется, общая тенденция все же снижается.

Рис. 8.

Влияние размера частиц на переходные характеристики ЭМИ ДКС. (а) ДКС, поровое давление = 0 МПа и (б) газоносное ДКС, поровое давление = 1,5 МПа, тип газа = метан.

Рис. 8.

Влияние размера частиц на переходные характеристики ЭМИ ДКС. (а) ДКС, поровое давление = 0 МПа и (б) газоносное ДКС, поровое давление = 1,5 МПа, тип газа = метан.

При одинаковом давлении формования (100 МПа) размер частиц, используемых для изготовления БКС, оказывает прямое влияние на прочность угольного массива. Чем меньше частицы измельченного угля, тем больше удельная поверхность мелких частиц. При одинаковом давлении формования частицы могут не только более полно смешиваться с каменноугольной смолой, но также могут больше контактировать и консолидироваться с другими частицами; это приведет к высокой плотности и низкой пористости образцов угля.Согласно теории механики повреждений, при приложении внешней силы часть материала с серьезными внутренними дефектами с большей вероятностью вызовет рост трещин и повреждение. Когда происходит удар, BCS, состоящие из крупных частиц, обычно не обладают достаточной способностью аккумулировать энергию, а сопротивление трения между частицами намного меньше, чем у высокопрочных образцов. Следовательно, когда размер частиц большой, это не способствует преобразованию энергии внешней нагрузки в энергию ЭМИ; Таким образом, увеличение размера угольного порошка приводит к уменьшению максимальной амплитуды, энергии сигнала и количества импульсов.

4.3. Влияние энергии удара

Как показано в Таблице 3, в общей сложности было проведено шесть испытаний при разной энергии удара, меняющейся в зависимости от высоты падения и веса. Согласно рисунку 9, по мере увеличения энергии удара максимальная амплитуда, продолжительность и энергия сигнала ЭМИ увеличиваются линейно. Напротив, количество импульсов сигнала имеет тенденцию к уменьшению; количество импульсов от 4 до 8. Для ДКС с аналогичными механическими свойствами, когда энергия удара увеличивается, общее количество энергии, накопленной в угольном теле, значительно увеличивается.Энергия, полученная угольным телом, преобразуется в энергию ЭМИ при его дроблении. Когда процесс разрушения угольного тела более тяжелый, разорванные фрагменты со свободным зарядом выбрасываются с большей кинетической энергией, поэтому продолжительность и сила сигнала соответственно увеличиваются. Однако принцип счетного метода определяет уменьшение количества импульсов. То есть, хотя количество раз, когда форма сигнала пересекает порог, уменьшается, форма сигнала остается в состоянии высокой амплитуды, которое превышает пороговое значение; таким образом, энергия, длительность и энергия сигнала увеличиваются, но количество импульсов уменьшается.

Рисунок 9.

Влияние энергии удара на характеристики переходного сигнала ЭМИ. а — изменение амплитуды ЭМИ; (b) изменение продолжительности EMR; c) изменение энергии ЭМИ; (d) Изменение количества импульсов ЭМИ.

Рисунок 9.

Влияние энергии удара на характеристики переходного сигнала ЭМИ. а — изменение амплитуды ЭМИ; (b) изменение продолжительности EMR; c) изменение энергии ЭМИ; (d) Изменение количества импульсов ЭМИ.

Схемы испытаний и рабочие условия испытаний энергии удара

Схемы испытаний и рабочие условия испытаний энергии удара

4.4. Анализ энергии удара и дробящего воздействия

Гранулометрический состав обломков угля после ударной нагрузки использовался для характеристики степени измельчения газоносного угля. Конкретный метод заключается в том, чтобы сначала просеять измельченные куски угля через стандартные сита на семь размеров частиц 0–0,25, 0,25–0,5,0, 0,5–1,0, 1,0–2,0, 2,0–5,0, 5,0–10 и более 10 мм; Результаты сортировки просеянного BCS показаны на рисунке 10.

Рис. 10.

Результаты просеивания блоков ударного дробления ДКС. (а) BCS, WXM01; (б) BCS, WXM07.

Рис. 10.

Результаты просеивания блоков ударного дробления ДКС. (а) BCS, WXM01; (б) BCS, WXM07.

Вес измельченного угольного порошка в каждом диапазоне размеров сведен в Таблице 4. Вес измельченных частиц угля размером 0–5 мм и веса угольных блоков размером более 10 мм анализируется отдельно.В сочетании с результатами испытания на скорость удара определяется значение импульса на единицу площади, воздействующего на образец угля. Величина импульса на единицу площади образца угля, на которую падает падающий груз, представляет величину энергии удара. На рисунке 11а показано, что с увеличением ударного импульса доля массы с размером частиц менее 5 мм соответственно увеличивается, что указывает на то, что чем больше энергия удара, тем выше степень измельчения угля. На рисунке 11b показано, что с увеличением энергии удара массовая доля блоков размером более 10 мм постепенно уменьшается, указывая на то, что при более высокой энергии удара угольное тело с большей вероятностью будет разбито на мелкие блоки и относительно мелкие частицы.

Рис. 11.

Взаимосвязь между энергией удара и разрушающим действием BCS. (а) процентное изменение частиц размером 0-5 мм; (b) процентное изменение блоков> 10 мм.

Рис. 11.

Взаимосвязь между энергией удара и разрушающим действием BCS. (а) процентное изменение частиц размером 0-5 мм; (b) процентное изменение блоков> 10 мм.

Результаты грохочения блоков ударного дробления БКС