1
Bevezetés Ismert, hogy környezetünk egyre fokozódó villamositása, a bányászati munkahelyek gépesitése, valamint a magasfeszültségü energiaelosztó berendezések, a rádióés TV-adók, a radarállomások teljesitményének növekedése kedvezőtlen
esetben veszélyezteti a közelben végzett vil-
lamos inditású robbantási munka biztonságát. Példák sora bizonyitja, hogy az ún. normál érzékenységü villamos gyutacsok használata nem mindig biztonságos, ezért egyes helyeken célszerü a kevésbé érzékeny villamos gyutacsok használatára áttérni és a
kedvezőtlen
villamos hatások ki-
küszöbölése céljából egyéb intézkedéseket is kivánatos tenni. A bányahatóság, felismerve a villamos gyújtással történő
robbantás
előkészitése
villamos hatásokból
eredő
során
jelentkező
nem kivánt
veszélyeket, a veszélyek csökken-
tése érdekében az"Altalános robbantási biztonsági szabályzat "/ÁRBSz/ 1979. szept.
l-től
hatályos módositása során
intézkedett. A szabályzat teszik
kötelezővé
megfelelő előirásai
1981. jan.
l-től
több helyen az ún. villamos érzéketlen
gyutacsok használatát és egyéb intézkedések foganatositását /113 §./3/, /4/, /5/ és /6/.
~elen
munkájukkal szeretnék az intézkedések
füzet összeállitói időszerüségét
a ke-
vésbé ismert veszélyforrások elemzésével, tényanyagok be-
2
mutatásával megvilágitani, ezzel is álláshoz szükséges
műszaki
elősegítve
az át-
és gazdasági intézkedéseket.
Tökéletesen tisztában vagyunk azzal, hogy egy szabályzat megalkotásával egy téma nem zárul le, a probléma nem oldódik meg magától. A fejlesztőkön,
hátralévő
8 .•. 9 hónapban a
gyártókon és a felhasználókon a sor, hogy
munkájukkal valóban a robbantások biztonságának fokozását szolgálják. Nagy megelégedésünkre szolgálna, ha a füzet tartalmát áttanulmányozva
felmerülő
gondola-
tokkal, problémákkal megkeresnének bennünket, hogy a vitatható részletkérdéseket még
időben
megfelelő
he-
lyük re tehessük. A füzet tartalmát Dr.Kis Miklós tizikus vizsgálta felül. Eszrevételeiért, szakmai segítségéért
őszinte
kö-
szönetet mondunk.
A ha tó okok. A villamos gyutacsok rendellenes
működésének
e-
gyik oka, hogy olyan elektromos hatásoktól következik be a gyújtófejben
levő
szál felizzása, melyre sem
idő
ben, sem az adott helyen nem számítanak. Ennek számtalan módja lehet, amelyek közül csak néhányat emlitünk meg:
3
- meghibásodott, rosszul szigetelt, vagy szándékosan szigeteletle n villamos elemektől1 berendezésektől,
elektromágneses áramforrástól, - vasúti sineken, fém csöveken és vezetékeken, vezető
talaja~,
- elektromos
kőzeten
keresztül,
induk c iótól~
- elektrosztatikus feltöltődéstől, - légköri elektromosságtól. leggyakrabban villámcsapástól, s t b. ~ppen
a ható okok nagyszámó variációja miatt a ha-
tékony védekezés csak a villamos gyutacsok érzékenységének csökkentésével oldható
meg~
A
több országban kia-
lakitott spe c iális "érzéketlen" villamos gyutacsokat Ozernoj M.I. professzor ceoportositotta a pontjából legmegfelelőbben
gyakorl~t
(1] :
a./ Normális érzékenyeégü villamos gyutacsok: robbanási impulzus : K - 0,8 ••. 4,0 A2 ms, biztonsági
áramerősség:
Ib
= 0,15 .•• 0,18
A.
b./ Csökkentett érzékenységü villamos gyutacsok: robbanási impulzus: K biztonsági
= 25 .•. 50
áramerősség: ·
A2 ms.
Ib = 0,45„ •• 1,0 A.
szem-
4
c./ Igen alacsony érzékenységü /"villámbiztos"/ villamos gyutacsok:
= 1100 •.• 2500 A2 áramerősség: Ib = 4 .•. 5 A.
robbanási impulzus: K biztonsági /A
közeljövőben megjelenő
tipusú gyutacsokat
!J1.
ms,
hazai szabványokban az a./
a b./ tipusúakat !!'.!. betükkel je-
lölik. Ezért a továbbiakban mi is gyakran fogjuk használni ezeket a jelöléseket./ Néhány külföldön gyártott csökkentett érzékenységü gyutacsot mutatunk be az alábbi l.sz. táblázatban. Vizsgáljuk meg a továbbiakban. milyen
előnyökkel
jár, ha a legelterjedtebben használt normál érzékenységü villamos gyutacsok helyett a csökkentett vagy az igen alacsony érzékenységüeket alkalmazzák és ismerkedjünk meg a villamos gyutacsok rendellenes
működését
kiváltó
veszélyforrásokkal.
Kóboráram-veszély Kóboráramnak a villamosenergia-átvitel normális üzeme következtében a talajban, ill. a talajba fektetett
v~zető testekben előidézett áramot nevezik. I Erthető okokból a kóboráramtól csak akko-r
jöhet
létre átvezetés a villamos gyutacson, ha legalább két olyan pont van a robbantóhálózaton, melyek a tulajdonságú anyaggal érintkeznek.
vezető
Pii ra• méterek
'
Zenon.-5
-
0,21„.~o.25
0• I 1
0,8
0,6
1
5
Pol.e x ·
Fiduz
.
Csehsz.lovákía
A hid ellenállása,ohm. Az izzógyújtófej ellenállása .ohm~ Biztonsági áram, A
Sica - lA
'
'
0,45
NSzK
Ausztria
0 ,·4. ~ 0, 9
0,08 .• 0,ll
0,4. „0,8
-
3,5
4
0,45
' '
Felizzitó áram, t izm illszekundum.qs '(izsgálatnál A Gy_u j tó impulzus A2 • ms
HU
U,UE
O,l o,5 . • 0,6 4 01
;
3
25 •• ·„ 45
1000.„ 2000
1,5
8 .•• 16
-
1,3 -·
1100 • . „ 2500
L
táblázat
a ... 16
„
L
1100 ••• 2500
6
Lur'é szerint igen kicsi a kóboráram okozta önrobbanás veszélye L21, de annak teljes kiküszöbölése csak csökkentett érzékenységü villamos gyutacsok alkalmazásával lehetséges. Ilyen gyutacsok használatakor töltés alatt sem kell a közeli villamos berendezéseket kikapcsolni. /A villamos áramkörök ki- és bekapcsolását csak akkor szabad végezni, amikor a gyutacsok még nincs~nek
a helyszínen, mivel a berendezés üzemi állapotá-
nak hirtelen megváltozása kapcsolási túlteszültséget indukáL/ Biztonsági okokból általában azt irják
hogy a
elő,
robbantás helyén mért, vagy arra a helyre számított áramerősség
legfeljebb 1/3-a lehet a gyutacsre meghatározott
biztonsági
áramerősségnek.
Ennek az
előírásnak
az a mü-
$Zaki indoka, hogy teljes biztonsággal számolva a robbantóhálózat akárhány pontja érintkezik is a
vezető
anyaggal,
akkor sem haladhat át a gyutacsokon a legveszélyesebb helyen mért
áramerősség
2,5-szeresénél nagyobb áram.
A tényleges kóboráram-veszélyre példaként Budapesten, a Déli-pályaudvar környékén villamos sinek közelében végzett kóboráram mérési adathalmazra hivatkozunk, melyek közül a 0,2 ohm
belső
ellenállású müszeren maxi-
mum 4,5 mA nagyságú egyenáram folyt. Néhány bányaüzemünkben
telsővezetékes
villamos von-
tatást is alkalmaznak. A legveszélyesebb az az eset, ha
7
a robbantóhálózat egyik vezetéke a
vezető
sinnel, a má-
sik a földdel érintkezik ógy, hogy a mozdony a közelben tartózkodik. Természetesen
k ü lönböző
villamos berende-
zések érintésekor is folyhat áram a villamos izzógyújtón keresztül. Az elektrotechnikában gyakori balesetet okoz a kóboráramtól
létrejövő
"lépésteszültség". Ennek egyik
oka lehet pl. az, hogy a hálózat valamelyik munkavezetéke testzárlat os és a testzárlat
helyétől
áram folyik
vissza a csillagpont felé. Az áram a talaj ellenállásán teszültségesést létesit, amelynek nagysága egy lépés távolságon belül veszélyes értékü lehet. Ugyanilyen módon, ha a roboantóhálóza t két, a földdel fémesen
érintkező
pontja között viszonylag nagyobb távolság van,
a pontok
közötti feszültség-küiönbség hatására olyan nagyságú áram folyhat keresztül a gyuta cson, amely képes annak iniciálását
előidézni .
Az áram bevezetésének
helyétől
távolodva a földpo-
tenciál hiperbolikusan csökken, igy a feszültségesés is egyre kisebb lesz. Nyilvánvaló, ha valaki az áram földbevezetésének helyéhez közel sugárirányban egy lépést tesz, vagy ebben az irányban érintkezik a robbantóhálózat két fémes pontja a talajjal, akkor a·
különböző
feszültségü
helyeken az emberre veszélyes, ill. a gyutacson meg nem engedett áram haladhat keresztül. Ezzel szemben az olyan lépés, vagy a robbantóhálózat olyan irányú fektetése,
9
A fenti adatokkal:
-
ul
0,6
.
lUO
2
.
l
2 •
1+2
= 6,4 v,
G,Lf
;1:2, :r I
=
22
= 0,3
A •.
A kóboráram..,.mérés közismert módszereit e helyen · nem ismertetjük, csak utalunk arra, hogy a Bányagyutacsmérőmüszert
gyár 1960. körül már szerkesztett egy ilyen elsősorban
laboratóriumi mérési célokra.
Robbantás elektromágneses források közelében A nagyteljesitményü rádió- és TV adók közelében végzett robbantásoknál a robbantóhálózat mint
vevőantenna
szerepel, amelyben az adó által kisugárzott elektromágneses energia olyan nagy áramot indukálhat, mely a gyutacsok nem kivánt robbanását idézheti
elő.
Hasonló veszélyforrást
jelentenek a nagyfrekvenciás nagyfeszültségü villamos•berendezések. Éppen ezért több országban tiltják e berendezések közelében a villamos robbantást.
Mint indulláf a
i~meretes,
vezető
[3)
az elektromágneses tér feszültséget
hurokban, amelyre k nagysága:
10
u
= k. ~ dt
k - arányossági
ahol
~
- a mágneses tér fluxusa,
t - az Az időbeli
tényező,
idő.
u indukált feszültség nagysága tehát a fluxus változásától függ. Állandó fluxus mellett /pl.
egyenáramú sin aluminium kohóban/ a
vezetőben
mérhetünk indukált feszültséget, ha a gatjuk, hogy a
vezetőhurok
vezetőt
által metszett
csak akkor úgy moz-
erővonalszám
változzon. Nyugvó hurokban csak váltóáram indukálhat feszültséget. A
~
fluxus nagysága függ attól, hogy mekkora a
hurok által bezárt terület. A fluxus változása váltakozó elektromágneses térben az elektromágneses rezgés f rakvenciájából is függ. A középhullámú rádióadók f rekvenciája 600 ••• 1600 kHz közötti tartományban, az URH adók frekvenciája pedig 50 ••• 100 MHz tartományban van. A frekvencia ismeretében meghatározható az elektromágneses hullám hossza: \ /1 -
e \)
mely ismert összefüggésben e a fénysebesség,
v
a
frekvencia. A középhullámú adók hullámhossza ennek megfelelően
néhányszor 100 m, az URH adóké 0,1 ••• 1 m.Ennek
11
megfelelően
az indukált feszültség igen nagy lehet,
frekvenciája pedig az adó frekvenciájával egyezik. A gyutacsok iniciálásához viszont meghatározott séges, mely
idő
idő
is szük-
egyenáramd inditásnál is függ a robbanA váltóáram~ inditás lehető
tóhálózat ellenállásától,
sége külön gondos vizsgálatot igényel, melyre példaként szolgáljon Dárdai P. munkája
[ 4) •
Tovább neheziti az iniciálási
lehetőségeket
a nagy-
frekvenciás indukció következtében a robbantóhálózat által képviselt szórt kapacitás, melynek indukciós együtthatója igen
jelentős
befolyásoló
tényező
lehet. E kapacitás
csak mérésekkel állapitható meg, ami tovább bonyolitja e biztonsági távolság meghatározását. Mi nt láttuk, az indukált feszültség megjelenésének két feltétele időbeni zető
van~
a
vezető
hurok és a mágneses fluxus
változása. A talaj, vagy
lehet, amelyben a változó
áramot indukálhat. Ennek
kőzet
mágnes~s
megfelelően
is elektromos vetér elektromos
jön lére a talajban
a már részletezett nlépésfeszültség'', mely természetesen lehet nagyfrekvenciás is. Az elektromágneses sugárzók közelében a legnagyobb "lépésfes-zültség"
a félhullámhossznyi távolságban vár-
ható. Középhullámó rádióadók esetén ez a távolság 250 ••• soo m, URH adóknál szetesen itt igen
0,1 .•• 0,s m körüli érték. Termé-
jelentős
szerepet játszanak a már emli-
12
tett szórt kapacitások és indukciók mellett a talaj vezető képességének
inhomogenitása i, . ezért itt a "lépés-
feszül tség" még nehezebben számi tha tó
elő
re.
Veszélyesség szempontjából azonben e két effektust mindenképpen célszerü különválasztani és az ilyen területen végzett robbantási munkákhoz
mindkettőt
külön-
kUlön is vizsgálni. /Sajnos, az irodalomban gyakran nem választják szét ezt a két hatást, ami
elsősorban
a biz-
tonsági távolságban okoz nagyfokú bizonytalanságot. / 2. és 3. táblázatok./ T~ljesen
használata
nyilvánvaló azonban, hogy az én-gyutacsok
nagym~rtékben
növeli a biztonságot. Ezen
gyutacsok használatán kivül a robbantóhálózat kialakitására, a vezetékek kötési helyeinek elrendezésére, megfelelő
is
keresztmetszetü és anyagú vezetékek használatára
előirásokat
szoktak tenni.
Az elmondottakat két táblázattal kivánjuk illusztrálni, valamint más országokban használt egyéb javaslatokkal alátámasztani. A 2. táblázatban a
l3}
irodalom által javasolt
biztonsági-távolságokat foglaltuk össze, mely esetben a rádióadó rövidhullámon sugároz. A 3. táblázatban néhány országban javasolt biztonsági távolságokat foglaltuk össze ;rz_ adó teljesitményének függvényében.
BiztonA villam o s t ípusa
gyutac~
sági áram A
A felizzi ...
Az izzó= gyújtó-= h id el,.. lenállá-r a; ohm
táshoz
szüks. min, t elj. szü k,-, ségle t ,W '
"
..
„
,
A feliz= zi tás.,, hoz szüks. min. nagyf rekven= ciás -á„ ram telj-E .
csökkentett
0 ,1.8
1,5 '
0,05
0,45 •• l,OO
0,54 0,2.:0,3
0,11 0,23
é rz:ékenységü
-·
. 0 ,44
'
bizt;, táv, /2,5-20ÖE b izt.
táv',/
45
112
23 12
57 30
7
17
2,·s
5,5
Elő irt
m
w
.„
normális érzé ... kenységü
Min. táv. 100 kW _ os rádió adó'."" m
'.
~
'
"villámbiztos"
4~0 •••
5,0
0,04
0,64
200
2. táblázat
....
""
Adó .teljesitmé nye,kW
Biz t onság i távol.ság, m normál é rzékenységü
gyuta c s
Kanada
USA
F ran c iao.
-
20
30
66
60
100
1
csö kk. é rz_. gyu t a cs Svédo r szág.
==============: ========== ===-===== ============== ==============~========~===== 0,01 0,1
-
-
65
-
1
195
200
300
200
75
10
660
640
1000
650
200
2100
2000
2000
2000
700
100
3.táblázat
1-'
~
15 Irány~tott
sugárzó adók esetében /általában ki-
sebb teljesf tményü relék/ a biztonsági távolságot az adás irányában végzett robbantás esetén célszerü megnövelni, gyakerlatilag
megkettőzni.
Az egyéb technológiai
előirások
közül megemlitjük,
hogy - lágyvashuzal helyett rézhuzalt kell alkalmazni, - a vezetékeket a föld közelében kell elhelyezni, - a kötési helyeket
lehetőleg
egymáshoz közel kell
kialakitani. Általában nem térnek ki az a kör által bezárt területet a
előirásokban
lehető
arra,hogy
legkisebbre cél-
szerü koncentrálni, ami például könnyen megoldható szorosan egymás mellett vezetett gyutacsvezetékekkel. A robbantóhálózat kialakitására és az adóhoz viszonyitott irányitottságra vonatkozóan javasolják, hogy a rövid- és ultrarövid hullámú adók esetén a kialakított kör sugárirányú, mig közép- és hosszúhullámú adók esetén tangenciális legyen. A körök ilyen kialakitását mi csak kritikával fogadhatjuk, hiszen a "lépésfeszültségn veszélyességének csökkentése éppen forditott irányú körök kialakitását kivánja, ugyanakkor az indukciós törvény f igyelembevttele mindegyik esetben a tangenciálisan vezetett huzalokat kívánja. Mindezek figyelembevétele helyett a helyszíni mérések alapján kell dönteni és a legnagyobb biztonságot nyújtó formájú robbantóhálózatot kialakitani.
16
A TV- és radarállomások közelében lényegesen kisebb biztonsági távolság rezgésszámok miatt
elegendő,
létrejövő
mivel az igen nagy
szórt kapacitások, in-
dukciók jelenléte a robbantóhál6zatban folyó áramot jelentős
mértékben csökkenti. A csehszlovák bányaha-
tóság által meghatározott biztonsági távolságok kb. 1/3-at érik csak el a rádióadókra
előirt
- vélemé-
nyünk szerint túlzottan szigorú - biztonsági távolságoknak. Az energiaveszteségek csökkentése érdekében egyre nagyobb feszültségü távvezetékeken vezetik a villamos áramot. A nagyfeszültségü váltóáram ugyancsak feszültséget indukál a közelben található ban. Ilyen
vezetőhurok
vezetőhurkok
lehet a rövidrezárt villamos gyu-
tacs, vagy robbantóhálózat. Az ilyen helyeken alkalmazandó biztonsági távolságok meghatározásához álljon példaként a
következő
110 kV-os
adatsor:
távvezetéktől
min.
30
m-re,
220 kV-os
"
min.
40 m-re,
400 kV-os
11
min.
60 m-re
szabad normális érzékenységü villamos
gyutacsokkal rob-
bantásokat végezni. Csökkentett érzékenységü villamos gyutacsok használatakor pl. a
400
kV-os
kijelölt biztonsági távolság 20 m-re
távvezetéktől
mérséklődik.
17 Nagyfeszültségű
távvezetékek mentén a robban-
tóhálózatban indukált feszültség frekvenciája nyilván 50 Hz, mely alacsony frekvenciás indukció áll.en jól lehet védeke•ni szorosan egymás mtt"llett vezetett rézvezetékes hálózat kiépitésével. Az ilyen alacsony f rekvenciák esetén viszont a földben indukált feszültségek lehetnek nagyok, mivel a szórt kapacitások, indukciók elsősorban
a riagyf rekvenciák hatására kialakuló
séget korlátozzák. Ennek
megfelelően
áramerős
nagyobb gondot kell
forditani a "lépésfeszültség" vizsgálatára. Célszerü a kötési helyeket a talajfelszín fölött elhelyezni. Csehszlovák
előirások
szerint a nagyfeszültségü távvezetékek
közelébe::i a föld felett max. 0,4 m magasan vezethetik a gyutacsvezetékeket. Mint már utaltunk rá, a robbantóhálózat kialakításánál gondosan ügyelni kell a robbantóhálózat, mint hurok által bezárt terület nagyságára. Megállapitották például, hogy amíg a 35 kV-os távvezeték közelében bármilyen méretü és formájú robbantóhálózat kialakítható, addig 500 kV közeláben a csökkentett érzákenységü
~il
lamos gyutacsokra sem szabad 4 w-nél nagyobb területnek esnie. A robbantóhálózat formai kialakításának tehát igen nagy szerepe van a biztonság fokozásában. Olyan egyenáramú
vezető
robbantásnál, melyekben az
sinek mellett végzett
áramerősség
meghaladja a
10 kA-t, külön gondoskodni kell az indukció
lehetősé-
18
gének
kiküszöböléséről.
zető sintől erőssége
a
Az ! egyenáram hatására a veészlelhető
L távolságban következő
mágneses tér H
módon határozható meg: I
H
= 2
A mágneses
fJ-o
Vs/Am. tő,
számitható az indukció:
térerősségből
=f
B
ahol
rT
r
·r
o • H'
az abszolut permeabilitás, értéke 1,26.10 -6
/Levegőre
a f-r relativ permeabilitás 1-nek vehe-
ezért ezzel korrigálni nem kell./ A mágneses térbe helyezett zárt
vezetőhurokban
indukált feszültség két módon jöhet létre: a., vagy hirtelen megváltoztatjuk a
vezetőhurok
által közbezárt területet, b., vagy az
áramerősség
változik meg hirtelen.
Az indukált feszültség: ad.a.,
U.
l.
=
B •
dt d I
ad.b.,
2 r
'lí
---· dt
Az indukált feszültség hatására a vezetökőrben folyó áram:
I
=
U.
l.
R
gy
19
ahol
R gy - a gyutacs ellenállása. Bizonyitható, hogy ilyen nagy áramerősségü veze-
tők közelében végzett robbantás előkészitése során vé-
letlenszerü gyutacsrobbanás következhet be az a., esetben, ha a rövidrezárt gyutacsvezetéket a robbantómester úgy húzza szét, h81.Ja gyutacsvezetékek által bezárt terület 0,1 s alatt kb. 1
~-es
hurkot alkot, a b., esetben
pedig, ha a rövidrezártan tartott 1
~
felületü
körtől
0,2 m-re levő vezetősinben az áramerősség pl. valamilyen üzemzavar következtében O,Olsalatt kb. a felére csökken. A védekezés módszere igen
egyszerű.
A
robbantó-
hálózatot úgy kell kialakitani, hogy a töltés ideje alatt a gyutacsokat és a robbantóhálózat egyetlen szakaszát sem szabad rövidre zárni. Tovább javitja a robbantási munka biztonságát, ha ilyen helyeken én
gyutacso-
ka t használnak. Elektrosztatikus
feltöltődés
Az elektrosztatikus terer gyakran lebecsülik az elektromágneses térrel szemben, mivel energiasürüsé ge néhány nagyságrenddel kisebb és ezért a veszélyt már eleve kizárják.Manapság már jól tudjuk, hogy a
feltöltő
désbol adódó igen kis energiák is katasztrofális következményekkel járó tüzekhez és robbanásokhoz
vezethet-
nek. A probléma megitéléséhez ismernünk kell, hogyan jön
20
létre a sztatikus
feltöltődés
és közben milyen fi-
z ikai folyamatok játszódnak le. különböző
Ha két
szilárd anyag felületei jól
érintkeznek egymással és utána elválasztjuk akkor
feltöltődés
jön létre. A
őket,
feltöltődésifolyamatot
az 1. ábra szerint három szakaszra bonthatjuk , .„ .
.
., ~
.
1
' .
... ' '
·.,_ 2
,.~
„
..,...,.,
.. .
(
a,
-·''
• ,„ ·.
(
„.
.
\
<.
.,
. „
. ,
''4'·
.
. •'
e
.' . 'J
'_,,. '\ „ •. 1:·•
'
· ~t
'-' , #..
.j
• -: ·
-
•
;.
'
=
·„·:
...l1
~
....
b, . :
Cs1
. . .„
· .l~ '
't
„.
„~ _{.
v
l- <
t·
'
*
'~
"'
f·
......
~
yl'
1
• • _ ....
t
• ,.
• ' r
..,
('
.
1. ábra. A sztatikus
feltöltődés
három szakas z a.
21
Az
első
szakaszban a két felület érintkezési
helyei.n a nagyobb kilép'é si munkával
rendelkező
anyag
felé elektronok vándorolnak. /Kilépési munka, W alatt azt az
e V~b an
kifejezett e nergiát értjük, amely az · a ny agból egy l,6·02.10- 19 e elemi töltésü elektront képes kiragadni az any$g körüli légüres térbe./ Mivel példá nkb a r.
w2 :> w1 ,
ezért az
1 a nyag p0zitiv, a
a nyag negativ tölt és ü lesz. Ezzel egy kó polarizá c ió jön létre.
amely r ől
a rajta keletkezett töltésmennyiség
„
kettős
~
réteg &la-
feltételezzük, hogy vi~zonylag
kicsiny.
A folyamatban cs ak a felületek érin tk e~ése mértékadó ' független ül a ttól , hogy a két a nyag nyu galmi vagy mozgási állapotba n van-e. A folyamat második szakaszában az anyagok eltá-
volodnak
egym~stól~
Ugyanakkor a kapacitás csökken, ami
v iszont a feszültsé'g Ezzel
megnöveksz~k
jelentős
növekedését vonja maga . után.
ai elektrosz t a tikus tér
energiáj~
és
eléri a mWs-os nagyságrendet. Az elek t roszta tiku s tér energiájának megnövekedése
döntő
sze.repet játszik a
gyulladási és robbanási jele ri ségeknél. Nagysága azzal a me ch anikai
energ~áv•l egy~nlő,
amelye t a szétválasztási
úthosszon a töltések által keltett ben kell végezni. A sztatikus
c_~:Ulomb~erővel
feltöltődés
kai munka árá n jöhet létre. A sztatikus !
szem-
tehát mechani-
feltöltődés
és az
elektrosztatikus t ér energiájának vizsgálatánál tehát
•
22 -
mindig a töltések letkező
jelenlétéből
kell kiindulni. A ke-
&lektrosztatikus tér energiáját, valamint a fel-
töltött felület elektromos potenciálját valamely kiválasztott ponthoz képest a vizsgált felület és a választott viszonyitó pontot tartalmazó felület által meghatározott kapacitás nagysága határozza meg, ill. a kialakult elektrosztatikus teret e felületek egymáshoz viszonyitott mozgása módositja. A töltések felhalmozódását és a szétválasztott két felület között növekedését a
fellépő levegő
feszültség minden határon túli
átiltési szilárdságának részleges le-
, törése /a gázkisülések valamilyen formájában/, a felületek közötti
szigetelők
ohmikus ellenállása, valamint a
felületekhez kapcsolódó egyéb szigetelési ellenállások más felülétekhez vagy a földhöz képest viszonyitott nagysága korlátozza. A gyakorlatban már akkor töltéskiegyenlitődés,
megkezdődik
a
amikor a két vizsgált felületen
töltés jelenik meg. Ezért gyakran nem is tudunk létrehozni hosszú ideig feltöltött felületeket, csak ha folyamatosan gondoskodunk a töltések állandó keletkezéséről.
/Pl. nagy sebességgel port áramoltatunk
csőben,
ami-
kor az 1. ábrán látható folyamatot újra és újra létrehoz~uk./
Az elektrosztatikus terek letörését, illetve
a töltések
f~lhalmozódását
elsősorban
a szigetelési
ellenállás csökkentésével lehet befolyásolni.
1
•
23
A szigetelési ellen&-llá.s csökkentésére több lehetőség
kinálkozik. A jobb
vezetőképességü
se_k /antisztatikumok/ gy9rsitják a
komponen-
töltéskieg.yenlitő
dést a rendszeren bel ül, .a . földelés pedi.g a környezettel szemben„ További
lehetőség
a
levegő
re lat iv
p·a ra tartalmának növelése, vagy a töltések elim iná-
lása és számos egyéb módszer; helyi vizsgálatokkal kell eldönteni, hogy az emlite t t
lehetőségek
közül
melyik a legalkalmasabb. Jól ismert, hogy a robbanóanyagipar és azon belül is az ini c iáló robbanóanyagok gyártása leges helyzetben van, ahol a sztatikus nem egyszerüen a
külön~
feltöltődés
technológia~ . folyamatot
nehezitő
vagy
kellemetlen villamos ütéseket okozó .jelenség; . hane·m komoly veszély forrása
L6) .
/A . tricinát a·z egyik leg- "·
érzékenyebb ini,c:::iáló robbanóanya·g„ melynek feldo.l.gozása minden fáz.isában meg kell. akadályozni a sztatikus szikrák
kialakulását~/
Hogyan következhet . be . a villamos gyutacs akarat- · lan robbanása elektrosztatikus
feltöltődés
következté~
ben? Különleges körülmények között a gyutacs hüvelye és az izzógyújtófej között elektromos kisülés révén szikra keletkezhet. Mivel a gyutacs hüvelye és az izzógyújtófej közötti átütési
szilárdság 1500 V, ha
24
a két "elektróda" között ennél nagyobb feszültségkülönbség lép fel, elektromos szikra keletkezik. Néhány, a villamos gyutacsok használátával kapcsolatban bekövetkezett üzemi balesetet elektrosztatikus feltöltődéssel magyaráztak. [1]
Ismerkedjünk meg két ilyen
esettel: Szigetelt padozatú helyiségben /Pl.PVC burkolat/ munkát
végző
személy járás közben az l.a., ábrának meg-
felelő
elektróda rendszert hoz létre a saját
.
a padozat között. /2. ábra/ Maga
az
cipőtalpa
és
ill. személy mintegy
250 pF kapacitású kondenzátort képvisel. A kondenzátor
a jó szigetelés miatt a földpotenciálhoz / ciáljához/ képest igen magas feszültségre is
padozat potenfeltöltőd
het, mely potenciálkülönbség jóval meghaladhatja az 1500 V átütési szilárdságot. Amennyiben az igy feltöl-
tött egyén úgy vesz kezébe gyutacsot, hogy a gyutacs hüvelyét fogja meg, a rövidre zárt és szigeteletlen huzalvég viszont a padlóhoz ér, akkor a gyutacson keresztül létrejövő
elektromos kisülés a gyutacs nem kívánt inditásához
vezethet.
25
":
;·
"·
....
# .-
'
-
:--
-
·.~
~
..
„:'
~
1
„,
.. „
~:
-
... '
y
. ~·
{
.. ~
·:
" ,, ___ ,·.•::··. ·: --:-talaj .::" ·' • . i· --
...
~
.
'.
'l\I
!.
~ --
•
.,
- ~
'
„. ,· _.„ ' 1
f
'
1
! ·
,
} ,.
.... ' '
r
„.. ~"
."
'
' .
1,
•
•
.
„ .. .,,.
„
;: _l.
' ,. . :.: ~.-t: 1!
.
'
1'
;
.~
•
1
•. t. ., ., •
~
·.
.
' .
.r
.-,
(
·~
„
'
.
. '1
'.
..
,,. ..
-· '
..-. '.
-~
',:
1
· -scrilU ~iit1ete".: . .J.esü-· „ve1,et.élc '
.
.
11.·,;.
j
k~z.
'
.. ' ·-· ,,
4
.,
t
emberi
., .".
-~
qyujfo-.j fej -.1, . •
,1
.
1 .
. ..
'
(
t· . •
;o•
..
.
.
' „ ~
i
'J" :· .'1 r·; .„.
(
....
. ,
l
·l ·-·
l
•. v. •l.
„
-\ „ . ... .
• '!
\_
érti~r-
.
: • • tt.,,, • ' (
.
•• •
.
'· . J-..
•
"'
.
.
··'
.
. .
•• ~ -~ -
..
) ~ „ ~,
.
';
.\. -~•
-~
........ : )
.·
1 ~
„... ' l
'
r
.:
,,,
.'",...; ~.-~ .
;.
.
~
, y\."
.~
. ••
~
_ ___.;~---1~
•'
. • .Á
' .
\ . ..
~
•. ·t )
„ ••
.;;
._.. _":
.· ... -
..
,.·,,, •.. „. .
2. ábra. Egy példa a villamos gyutacs váratlan felrobbanására elektrosztatikus
feltöltődés
követ-
kezet ében. Igen nagy feszültségü feltöltés és potenciálkülönbség esetén a 3. ábra szerint is létrejöhet kisülés. A robbantómester itt a szigetelt gyutacsvezetéket tartja a kezében és a gyutacs hüvelye ér le a földpotenciálú he.lyre. Ekkor a gyutacs átütéséhez az emberen
é~
gyutacsveze-
téken keresztül legalább 5000 V szükséges. Példák stikasága bizonyitja, hogy ilyen, vagy még ennél magasabb potenciálra is feltöltődhet az emberi test.
[a1.
..
. .. " •
•
t
:
26
..... l '
'
"
·. :- . •·.i
.
.... , -~
'
.....
~ ~ r;böa,:,[ó·v~zhtJ~ . ·~- ·. ·.
-~
-.
'\
.,
.„...
'. .!
.•
„ ..
„
~
1:,.,'!a.··
,
•..· -
..·•
.
;·
~~~~~
'i
„„ · .\. . 'p~„
„
"' -
.~':.
"
„ - - ...
- ~'
:.. .,
: .
--.
,.
.... . ·•
,•·
";-
:
'
'. „
~
i,,.•
i'
· .""f fJ:f -~ .
'„, · ... - .l.
•
·qvuj~o··
~.
l .. • .
' ""·. • .
' , ' J
'
t:"
·-
„_
..
.
1
-
;' l
·~
•
.„ .
. 't
• <.; ·
.·-' ... -·~
3. ábra. A gyutacs váratlan felrobbanásának egy másik
lehetősége .
Bár ezek a példák nem utalnak arra, hogy a szikrakisülés igen rövid ideje miatt elég kicsi a valószinüsége a villamosgyutacsok
véletlenszerű
felrobbanásá-
nak, az !!:!. gyutacsok használata ezekkel a jelenségekkel szemben i s fokozott védelmet biztosit.
...
,„
. ..••
~·
N
.„
'
- .' . . -
.
•
27
Villámveszél~
Az elektromos eltérően
balesetektől
és üzemzavaroktdl
a villámcsapásoknak nem tulajdonitanak nagy
jelentőséget,
pedig a Földet évenként sok millió vil-
lámcsapás éri és
ebből
több, mint ezer a halálos bal-
esetek száma, nem is beszélve az anyagi károkról. Az egyes országok villámveezélyezettsége
eltérő.
Hazánk
nem tartozik a villámme ntes földrajzi
fekvéső
országok
közé. viszonylag gyakoriak a villám c sapásos balesetekről
és anyagi károsodásokró l szóló jelentések. A klimatik us viszonyok
lyásolják a Föld egyes
jelentős
~rületeinek
mértékben befo·.
villámveszélyessé-
gét. A zivatarok száma az e~yenlitőtől a sarkok felé ·csökken. Dél-Amerika év minden napján
egyer.litőhöz
es t étől
közel
eső
részein az
reggelig tart a villámlás. A
nedves trópuson minden második vagy harmadik napon van zivatar. adja a
Ak~-enkénti
és éve nkén ti villámcsapások száma
villámsürüs~get,
amely
Magyarors~ágon
1,6 , •• 2,4
között van, az évenkénti villám csapások száma 150 OOO •. •• 220 OOO -re z2 ••• Z6/év
becs ülhető,
[g)
Zivataros következtében jelgntő~
mig a zivataros napoké
időben
az igen gyors légköri mozgások
részle~eiben
még ma sem ismert módon igen
mértékben megváltozhat ~ légkör különböző he-
lyein az ionkonce ntrá ció. A negativ vagy pozitiv ionok
28
megnövekedett koncentrációja miatt potenciálkülönbség lép fel a térben szétvált, töltéssel
rende.lkező _
terek ., valamint a töltéssel _rendelkező tér és a föld, mint zérus p~tenciál között. A potenciálkülönbség miatt az egyes töltött terek kö~ött
időben
elektromos
és térben igen változó
térerősség.
vekedése miatt a
értékű
lehet az
Az ionkoncentráció igen gyors nö-
térerősség
levegő
meghaladhatja a
30 kV/cm átütési szilárdságát és
először
ún.
"előkisü
lések" formájában részleges átütések történhetnek /koro na-kisülés, szikrakisülés, stb/. Az lönösen
elősegitik
fák csúcsai. A
térerősség
előkisülés
további növekedése esetén, vagy
áramerősség
csökkenő
vezetőképesség
igen nagy áramintenzitású kisülésbe
megy át, melyben olyan gyors a hogy az
kü-
a talajból kiálló épitmények, tárgyak,
a részleges kisülés következtében miatt az
előkisüléseket
töltéskiegyenlitődés,
akár több ezer amper nagyságrendet is
elérhet. A kisülési csatornában /"villámcsatornában "/ a levegő
plazma állapotba kerül, melyet az indukált elektro-
mos tér és a hozzátartozó mágneses tér a kisülés teljes befejezéséig fenntart a csatornában. A töltések kiegyenlitődésével egyidejűleg mérsékletű
gázainak
indul meg a csatorna magas
robbanásszerű
hő
kitágulása az ismert
hangjelenség kiséretében. A hangjelenség segitségével a hanghullámok terjedési
sebességé~ől
meg lehet becsülni a
vihar körülbelüli távolságát és a robbantási munkákkal
29
kapcsolatos döntést általában
kellő időben
het tenni. /A villámlás látványa és a hang közötti minden 3 s A villám jól
idő
meg lebeérkezés~
kb. 1-1 km távolságot jelent./
ism~rt
megjelenési formáján kivül
más villámok ·is · ismertek, mint a gömb-, a sik-· és a tapadó villám, melyek jóval kisebb energiájúaki Ezek keletkezési körülményei még nem ismertek, ritkán figyelhetők
meg, ezért
tanulmány~zásuk
is nehezebb. ·
A villámlás ideje néhány f .S -tól legfeljebb 1 ms-ig tart. Figyelembe véve az igen nagy
áramerőssé
geket, a villám által képviselt energia MW nagyságrendü.
Mindebből
következik, hogy e koncentrált igen
nagy energia miatt a robbantástechnikában gyakorlatilag nem tudunk védekezni a villámok káros hatása ellen. Becsült értékek alapján nézzünk egy számpéldát: Egy 150 m hosszúságú robbantóhálózat hurkai és a függőleges
villámcsatorna közötti
A 10 kA
erősségü
motoros
erőt
térerősség
3~5 - H~
villám a vezetékben 15 kV-os elektro-
indukál. Tételezzük fel, hogy a hálózat-
ba 10 db 7 ohm-os gyutacsot kapcsoltak. A 15 kV-os feszültség a 70 ohm ellenállá&on 220
A~es
áramot hajt
keresztül. Ha az indukált áramlökés ideje 50 ••• 100 akkor az áramkörön /ll. •• 22;.10 3 e töltés megy át.
fS,
A gyújtás feltétele : 4 ms-on át 0,8 A~es áram folyjon az izzógyújtófejen keresztül, mely 3,2.10- 3 e. A villámlásnál tehát
~nnél
az értéknél nagyobb töltések jelen-
30 hetnek meg. A rövid idejü nagyobb
erősségü
áramok iniciáló adatsora álljon példaként Maróthy G. 3 mWs/ohm gyúj-
hatására
tási impulzusú g,yutacsokra [10] ' á rame r6sség,
A
wyújtási
0,8
4,68
1
3,00
2
0,75
3
0,34
idő,
ms
A villámcsapás . következtében a robbantandó
kőzet-
ben, vagy azon a területen, amelyen dolgozunk, szintén "lépésfeszültség" alakulhat ki, a csupasz vagy hib-ás szigetelésü gyutacsvezetékeken keresztül a villamos gyutacsok nem várt inditását okozhatják. A nedves elektromos
vezetőképessége
igen
erősen
kőzet
megjavulhat, ami
nagy távolságokban is biztosithatja az inditáshoz szükséges energiát. Példaként emlitjük, hogy a recski mélyszinti ércbányában viszonylag felületü
kőzeten
jelentős
fémtartalmú, vizes
0,2 •• l m távolságban elhelyezett szondák
között csak 3 •• 8 kohm ellenállást
mér~ünk,
ami igen kis
értéknek számit. A gyakorlati megfigyelések szerint normál érzékenységü gyutacsok alkalmazásakor az 5 •• 6 km-nél távolabbi villámlás hatástalan. 2-szeres biztonságra törekedve irják
31 elő
több ország szabályzatában a 11 km-es biztonsági
távolságot /L/. Igen alacsony érzékenységü ón; "villámbiztos" villamos gyutacsokat alkalmazva ezt a távolságot 7 km-re lehet csökkenteni. A gyutacsoknak az iniciáló impulzussal szembeni érzéketlenségét fokozva alig javitható a gyutacsok
véletlenszerű
biztonság. Ezt Langefors
1< = I<
mig
I<
csökken
[aJ
u. nyomán Olsson I. számitásával
aki úgy találta, hogyha
bizonyitj~k,
ha
felrobbanásával szembeni
3A 2 ms, akkor L = 11 km.
= lOOA 2 ms-ra nő, L = 6,9 km-re, . ' 2 = 1000 A ms esetén L = 6,3 km-re
.
A "villámbiztos" gyutacsra - mely mint az eddigiekből
jól
érzékelhető,
javasol Lur'e
nem is létezik - további
f2J , aki
előirást
szükségesnek tartja, hogy az ilyen
gyutacsok izzógyújtófeje és a
~utacshüvely
közötti átüté-
si szilárdság legalább 30 kV legyen. Ebben az esetben a villamos gyújtófejet a hüvely által gyakorlatilag Faraday• -kalitkába zárjuk, az átütés
lehetőségét
pedig azáltal
tesszük igen kis valószinüségüvé, hogy az átütési szilárdságot a
levegőével
tesszük azonossá. Ha nagy feszültségre
kerül is a gyutacshüvely, akkor a töltések csak a
levegő
ionizációját hozzák létre, de áram az izzószál felé nem folyhat.
32
[11] vizsgálatai alapján a szovjet villamos gyutacsok átütési szilárdsága:
mig
0,1 mm-es hézagnál
1,5 kV,
1 mm-es hézagnál
5,8 kV,
ha a gyutacs fenti elemei között a kezelés során 500 pF kapacitás áll fenn. A villámcsapás által
előidézett
nem-
kivánt robbanás kiküszöbölése ill. az életveszély elháritása miatt további - zivataros
előirásokat
időben
is gyakran eszközölnek:
általában tiltják a robbantási
munkákat a külszinen és a
felszinről
induló akna-
mélyitéseknél, - ha a robbantóhálózatot a vihar érkezése idejére már kialakitották, akkor azt haladéktalanul gyújtani kell, - ha a robbantás még nem
végezhető
el, akkor a gyutacs-
vezetékeket szét kell kapcsolni és szabad végeiket gondosan szigetelni kell, - az embereket haladéktalanul biztonságba kell helyezni, - a gyutacsokat fémszálakból
szőtt,
jellegü ládában kell tartani.
ún. Faraday-kalitka
33 összefoglal~~
A villamos robbantás biztonságának fokozása ér-
dekében végzett vizsgálatainkból az alábbiakban vázolt következtetések vonhatók le: 1. Mind jobban villamosi.tott országunkban egyre fokovéletlenszerű
zódik a villamos gyu tacse-k robbanásának 2. E veszélyek
fel-
veszélye~ .
valószinűsége
és gyakorisága - müs-zaki
be cslés szerint nem nagyobb, mint a villamos gyutacsok szabványban rögzitett mintavételi vizsgálata után a gyárto tt tételekben maradó hibás gyuta- _ csak kezelésével 1 felhasználásával járó veszélyeké. 3. A csökkentett érzékenységü gyutacsok használata jelentős
mértékben fokozza a robbantási munka biz-
tonságát, de használatukhoz
megfelelő
téljesitményü
robbantógépek és a szükséges átütési szilárdságú '
szige t eléssel ellátott gyutacsvezetékek is szükségesek. 4. Tekin t ettel
a~ra,
hogy a légköri elektromesság ká-
ros hatása ellen a csökkentett .é r zékenységü gyutacsok nem jelentenek .védelmet,
sőt
ilyen·védett gyu-
tacsok nem is gyárthatók, a veszélyeztetett helyeken a légköri ele ktro mosság váltezásának figyelése és egyéb óvórendszabályok szükségesek.
.\
34
5. A csökkentett érzékenységü
/•"én"J gyutacsok .
használatáig is szükség van viszont a robbantási engedélyek, RTE-k felülvizsgálatára, melyhez jelen összefoglalónkból segitséget kaphatnak az érdekeltek. A fenti okok valamelyikére visszavezethet6 véletlen robbanások egy részéról l 12J munkából, a villamos gyu t acsok _ robbanási mechanizmusáról a [ 13] tanulmányból lehet
tájékozódni. Nagyon fontosnak tartjuk, ho9y a
robbantási munkák
vezetői,
kutatói és
fejlesitők
saját
munkájuk biztonságosabbá tétele érdekében vegyék részletes elemzés alá a fent leirtakat.
FELHASZNÁLT
IRODALOM
[lj Ozernoj M.r. : Zascsita elektrodetc»nátorov ot prezsdev~emennüh
vzrüvov zarjadov •
.0
.·
Vzrüvnoe delo. N-. 48/5.Moszkva, Goszgortehizdat, 1962, p. 66-87,
, Lur e A.I.
Elektricseszkoe vzrüvanie zarjadov. Nedra, Moszkva, 1973.
[3J Kutuzov B.N. : Bezopasznoszt ~ vzrüvnüh rabot v promüslennoszti. Nedra, Moszkva, 1977.
35
f 4] ·Dá rdai · P. :
Robbantóhálózat vál tóá ramó indi tása. 0
BKL Bányászat, 1974. N-.12.
(s] Kelticka G. :Statikelektrizitat als Kontamination und Gefahr. Chemische Runds chau, 31.k. 5„sz. 1978.febr. [ 6] Az elektrosztatikus töltések okoz t a problémák és azok megoldása az iparban.OMFB.
t~nul-
. mány, 1970. márc. [ 7] Chaineaux L. : Risgues introdaits dans les opérations minieres par les charges d' electricite statique. Etude de quelques cas. Revue de l' Industrie Minérale, 0 1970.aug.Vol.52.N-.8.
[8]
Langerfors u. - Kihlström B.: The modern technique of rock blasting.Stockholm,1963.
[9] Kemény S;
A villámcsapásról. Kőolaj- és gázipari Biztonságtechnikai Közlemények,1979.N°.2.
\10] Ma ró thy G. : A villamosgyúj tás és villamosgyúj tóink. Bányászati Lapok, 1957.N-0 6.
~1) Zalesszkij P.Sz.: Elektrizacija pnevmoprovodov zarjazsajuscsih usztrojsztv.Gornij Zsurnal 1969. NQ.
3.
'1
36
[12] Daróczy M.
Villamos gyutacsok védelme a nem kivánt elektromos hatásoktól a bányahatósági szabályozás tükrében. Kö- és Kavicsipari Szakmai Tájékozo
tató. 1979. N- 6.
f13)
Kis M. :
Villamos gyutacsok robbanási
mecha~
nizmusának vizsgálata. BKL Bányászat, 1976.
0
N-
2.
„ ('
-
-
-
-·
-~-
----
