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 villamos 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 kiküszöbölése céljából egyéb intézkedéseket is kivánatos tenni. A bányahatóság, felismerve a villamos gyújtással történő robbantás előkészitése során jelentkező nem kivánt villamos hatásokból eredő veszélyeket, a veszélyek csökkentése érdekében az"altalános robbantási biztonsági szabályzat "/ÁRBSz/ 1979. szept. l-től hatályos módositása során intézkedett. A szabályzat megfelelő előirásai 1981. jan. l-től teszik kötelezővé több helyen az ún. villamos érzéketlen gyutacsok használatát és egyéb intézkedések foganatositását /113./3/, /4/, /5/ és /6/. ~elen füzet összeállitói munkájukkal szeretnék az intézkedések időszerüségét a kevésbé ismert veszélyforrások elemzésével, tényanyagok be-
2 mutatásával megvilágitani, ezzel is elősegítve az átálláshoz szükséges műszaki és gazdasági intézkedéseket. Tökéletesen tisztában vagyunk azzal, hogy egy szabályzat megalkotásával egy téma nem zárul le, a probléma nem oldódik meg magától. A hátralévő 8.. 9 hónapban a fejlesztőkön, gyártókon és a felhasználókon a sor, hogy munkájukkal valóban a robbantások biztonságának fokozását szolgálják. Nagy megelégedésünkre szolgálna, ha a füzet tartalmát áttanulmányozva felmerülő gondolatokkal, problémákkal megkeresnének bennünket, hogy a vitatható részletkérdéseket még időben megfelelő helyük re tehessük. A füzet tartalmát Dr.Kis Miklós tizikus vizsgálta felül. Eszrevételeiért, szakmai segítségéért őszinte köszönetet 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 időben, sem az adott helyen nem számítanak. Ennek számtalan módja lehet, amelyek közül csak néhányat emlitünk meg:
3 - meghibásodott, rosszul szigetelt, vagy szándékosan szigeteletlen villamos elemektől1 berendezésektől, elektromágneses áramforrástól, - vasúti sineken, fém csöveken és vezetékeken, vezető talaja~, kőzeten keresztül, - elektromos induk c iótól~ - elektrosztatikus feltöltődéstől, - légköri elektromosságtól. leggyakrabban villámcsapástól, s t b. ~ppen a ható okok nagyszámó variációja miatt a hatékony védekezés csak a villamos gyutacsok érzékenységének csökkentésével oldható meg~ A több országban kialakitott speciális "érzéketlen" villamos gyutacsokat Ozernoj M.I. professzor ceoportositotta a gyakorl~t szempontjából legmegfelelőbben (1] : a./ Normális érzékenyeégü villamos gyutacsok: robbanási impulzus : K 2-0,8. 4,0 A ms, biztonsági áramerősség: Ib = 0,15. 0,18 A. b./ Csökkentett érzékenységü villamos gyutacsok: 2 robbanási impulzus: K = 25.. 50 A ms. biztonsági áramerősség: Ib = 0,45 1,0 A.
4 c./ Igen alacsony érzékenységü /"villámbiztos"/ villamos gyutacsok: robbanási impulzus: K = 1100. 2500 A 2 ms, biztonsági áramerősség: Ib = 4.. 5 A. /A közeljövőben megjelenő hazai szabványokban az a./ tipusú gyutacsokat!j1. a b./ tipusúakat!!'.!. betükkel jelölik. 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 vezető tulajdonságú anyaggal érintkeznek.
Pii ra Sica - la Zenon.-5 Fiduz Pol.ex U,UE HU ' ' méterek Csehsz.lovákía. ' Ausztria NSzK A hid ellen- 0,21.~o.25 0 1 0, 4. ~ 0, 9 0,08. 0,ll 0,4. 0,8 O,l állása,ohm. I Az izzógyújtófej ellen- 0,8 0,6 - - 3,5 o,5. 0,6 állása.ohm~ - Biztonsági áram, A ' ' 1 5 0,45 4 0,45 4 Felizzitó áram, t izm illszekundum.qs 3-1,5-1,3 - - L '(izsgálatnál A Gy_uj tó impulzus A 2 ms 2000 2500 2500 ; 01 25 45 1000. 8. 16 1100. a... 16 1100 L táblázat
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 állapotának hirtelen megváltozása kapcsolási túlteszültséget indukál/ Biztonsági okokból általában azt irják elő, hogy a 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 maximum 4,5 ma nagyságú egyenáram folyt. Néhány bányaüzemünkben telsővezetékes villamos vontatást is alkalmaznak. A legveszélyesebb az az eset, ha
7 a robbantóhálózat egyik vezetéke a vezető sinnel, a másik a földdel érintkezik ógy, hogy a mozdony a közelben tartózkodik. Természetesen k ü lönböző villamos berendezések 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 testzárlatos 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 gyutacson, amely képes annak iniciálását előidézni. Az áram bevezetésének helyétől távolodva a földpotenciál 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: 0,6. luo 2 = 2. l 1+2 ul - 6,4 v, G,Lf ;1:2, :r I = = 0,3 A. 22 A kóboráram..,.mérés közismert módszereit e helyen nem ismertetjük, csak utalunk arra, hogy a Bányagyutacsgyár 1960. körül már szerkesztett egy ilyen mérőmüszert 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. [3) Mint i~meretes, az elektromágneses tér feszültséget indulláf a vezető hurokban, amelyre k nagysága:
10 u = k. ~ dt ahol k - arányossági tényező, ~ - a mágneses tér fluxusa, időbeli t - az idő. Az u indukált feszültség nagysága tehát a fluxus változásától függ. Állandó fluxus mellett /pl. egyenáramú sin aluminium kohóban/ a vezetőben csak akkor mérhetünk indukált feszültséget, ha a vezetőt úgy mozgatjuk, hogy a vezetőhurok által metszett 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 idő is szükséges, mely idő egyenáramd inditásnál is függ a robbantóhálózat ellenállásától, A váltóáram~ inditás lehetősége külön gondos vizsgálatot igényel, melyre példaként szolgáljon Dárdai P. munkája [ 4) Tovább neheziti az iniciálási lehetőségeket a nagyfrekvenciás 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. Mint láttuk, az indukált feszültség megjelenésének két feltétele van~ a vezető hurok és a mágneses fluxus időbeni változása. A talaj, vagy kőzet is elektromos vezető lehet, amelyben a változó mágnes~s tér elektromos áramot indukálhat. Ennek megfelelően jön lére a talajban a már részletezett nlépésfeszültség'', mely természetesen lehet nagyfrekvenciás is. Az elektromágneses sugárzók közelében a legnagyobb "lépésfes-zültség" a félhullámhossznyi távolságban várható. Középhullámó rádióadók esetén ez a távolság 250 soo m, URH adóknál 0,1. 0,s m körüli érték. Természetesen itt igen jelentős szerepet játszanak a már emli-
12 tett szórt kapacitások és indukciók mellett a talaj vezető képességének inhomogenitása i,. ezért itt a "lépésfeszül 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 különkulön is vizsgálni. /Sajnos, az irodalomban gyakran nem választják szét ezt a két hatást, ami elsősorban a biztonsági távolságban okoz nagyfokú bizonytalanságot. / 2. és 3. táblázatok./ T~ljesen használata nagym~rtékben nyilvánvaló azonban, hogy az én-gyutacsok növeli a biztonságot. Ezen gyutacsok használatán kivül a robbantóhálózat kialakitására, a vezetékek kötési helyeinek elrendezésére, megfelelő is előirásokat keresztmetszetü és anyagú vezetékek használatára 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.
A villamo s gyutac~ t ípusa " Bizton- Az izzó= A felizzi... gyújtó-= táshoz sági h id el,.. szüks. min, áram lenállá-r t elj. szü k,-, A a; ohm séglet,w '..,. Min. táv. 100 kw_ os rá- dió adó'."" m A feliz= zi tás.,, hoz szüks. min. nagyf rekven= ciás -á ram telj-e. w Elő irt bizt;, táv, /2,5-20ÖE b izt. táv',/ m normális érzé... kenységü 0,1.8 1,5 ' 0,05 '. 0,44 45 112 ' csökkentett 0,54 0,11 0,45 l,oo 0,2.:0,3 0,23 é rz:ékenységü - ~ 2, s 23 5,5 '. 12 57 30... "" "villámbiztos" 4~0 5,0 0,04 0,64 200 7 17 2. táblázat
Adó.teljesitménye,kW ==============: 0,01 0,1 1 normál é rzékenységü Bizt onsági távol.ság, m gyutac s 1 csökk. é rz_. gyu t a cs Kanada USA Franc iao. Svédo rszág. ========== ===-===== ============== ==============~========~===== - 20 30 - - 66 60 100 65-195 200 300 200 75 1-' ~ 10 100 660 640 1000 650 200 2100 2000 2000 2000 700 3.táblázat
Irány~tott 15 sugárzó adók esetében /általában kisebb teljesf tményü relék/ a biztonsági távolságot az adás irányában végzett robbantás esetén célszerü megnövelni, gyakerlatilag megkettőzni. hogy Az egyéb technológiai előirások közül megemlitjük, - 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 előirásokban arra,hogy a kör által bezárt területet a lehető legkisebbre célszerü 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 elegendő, mivel az igen nagy rezgésszámok miatt létrejövő szórt kapacitások, indukciók jelenléte a robbantóhál6zatban folyó áramot jelentős mértékben csökkenti. A csehszlovák bányahatóság által meghatározott biztonsági távolságok kb. 1/3-at érik csak el a rádióadókra előirt - véleményünk 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 vezetőhurkokban. Ilyen vezetőhurok lehet a rövidrezárt villamos gyutacs, vagy robbantóhálózat. Az ilyen helyeken alkalmazandó biztonsági távolságok meghatározásához álljon példaként a következő adatsor: 110 kv-os 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 robbantásokat végezni. Csökkentett érzékenységü villamos gyutacsok használatakor pl. a 400 kv-os távvezetéktől kijelölt biztonsági távolság 20 m-re mérséklődik.
Nagyfeszültségű 17 távvezetékek mentén a robbantóhálózatban 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 áramerősséget korlátozzák. Ennek megfelelően 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 ~illamos gyutacsokra sem szabad 4 w-nél nagyobb területnek esnie. A robbantóhálózat formai kialakításának tehát igen nagy szerepe van a biztonság fokozásában. Olyan egyenáramú vezető sinek mellett végzett robbantásnál, melyekben az áramerősség meghaladja a 10 ka-t, külön gondoskodni kell az indukció lehetősé-
B = f r r o H' 18 gének kiküszöböléséről. Az! egyenáram hatására a vezető sintől L távolságban észlelhető mágneses tér H erőssége a következő módon határozható meg: H = I 2 rt A mágneses térerősségből számitható az indukció: -6 ahol fj-o az abszolut permeabilitás, értéke 1,26.10 Vs/Am. /Levegőre a f-r relativ permeabilitás 1-nek vehető, 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., ad.b., U. = B l. dt 2 r 'lí d I --- 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 vezetők közelében végzett robbantás előkészitése során véletlenszerü 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 robbantóhálózatot úgy kell kialakitani, hogy a töltés ideje a latt a gyutacsokat és a robbantóhálózat egyetlen szakaszát sem szabad rövidre zárni. Tovább javitja a robbantási munka biztonságát, ha ilyen helyeken én gyutacsoka t használnak. Elektrosztatikus feltöltődés Az elektrosztatikus terer gyakran lebecsülik az elektromágneses térrel szemben, mivel energiasürüsége néhány nagyságrenddel kisebb és ezért a veszélyt már eleve kizárják.manapság már jól tudjuk, hogy a feltöltődésbol adódó igen kis energiák is katasztrofális következményekkel járó tüzekhez és robbanásokhoz vezethetnek. A probléma megitéléséhez ismernünk kell, hogyan jön
20 létre a sztatikus feltöltődés és közben milyen fiz ikai folyamatok játszódnak le. Ha két különböző szilárd anyag felületei jól érintkeznek egymással és utána elválasztjuk őket, akkor feltöltődés jön létre. A feltöltődésifolyamatot az 1. ábra szerint három szakaszra bonthatjuk Cs1 =. ~,.., 1 a,.,_ 2 ~,. '.... :... ' ' b,. :.,. e.'. 'J....., (.. ' ;. '..,...,., - ( ( ' '. <... v ~ </.....l1 ''4' \, ~ _{. ' * t "' f l- < ' ~. ' '-', #... j -: - ' t... ~ 1 _... t yl',. '_,,. '\. 1: ~t.....l~ ' ' r.., ( '. 1. ábra. A sztatikus feltöltődés három szakasza.
21 Az első szakaszban a két felület érintkezési helyei.n a nagyobb kilép'ési 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! példánkb a r. w 2 :> w 1, ezért az 1 a nyag p0zitiv, a ~ a nyag negativ töltésü lesz. Ezzel egy kettős réteg &lakó polarizác ió jön létre. amely r ől feltételezzük, hogy a rajta keletkezett töltésmennyiség vi~zonylag kicsiny. A folyamatban csak a felületek érin tk e~ése mértékadó ' függetlenül a ttól, hogy a két a nyag nyugalmi vagy mozgási állapotban van-e. A folyamat második szakaszában az anyagok eltávolodnak egym~stól~ viszont a feszültsé'g jelentős Ugyanakkor a kapacitás csökken, ami növekedését vonja maga. után. Ezzel megnöveksz~k ai elektroszt a tikus tér energiáj~ és eléri a mws-os nagyságrendet. Az elekt roszta tikus tér energiájának megnövekedése döntő sze.repet játszik a gyulladási és robbanási jeleriségeknél. Nagysága azzal a me chanikai energ~áv l egy~nlő, amelye t a szétválasztási úthosszon a töltések által keltett c_~:ulomb~erővel szemben kell végezni. A sztatikus feltöltődés tehát mechanikai munka árán jöhet létre. A sztatikus feltöltődés elektrosztatikus t ér energiájának vizsgálatánál tehát és az
22-1 mindig a töltések jelenlétéből kell kiindulni. A keletkező &lektrosztatikus tér energiáját, valamint a feltöltött 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 fellépő feszültség minden határon túli növekedését a levegő 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 megkezdődik a töltéskiegyenlitődés, 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, amikor 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.
23 A szigetelési ellen&-llá.s csökkentésére több lehetőség kinálkozik. A jobb vezetőképességü komponense_k /antisztatikumok/ gy9rsitják a töltéskieg.yenlitődést a rendszeren belül,.a. földelés pedi.g a környezettel szemben További lehetőség a levegő re lat iv p a ra tartalmának növelése, vagy a töltések elim inálása és számos egyéb módszer; helyi vizsgálatokkal kell eldönteni, hogy az emlitet t lehetőségek közül melyik a legalkalmasabb. Jól ismert, hogy a robbanóanyagipar és azon belül is az iniciáló robbanóanyagok gyártása külön~ leges helyzetben van, ahol a sztatikus feltöltődés nem egyszerüen a 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 esettel: magyaráztak. [1] Ismerkedjünk meg két ilyen Szigetelt padozatú helyiségben /Pl.PVC burkolat/ munkát végző személy járás közben az l.a., ábrának megfelelő elektróda rendszert hoz létre a saját cipőtalpa és. a padozat között. /2. ábra/ Maga az ill. személy mintegy 250 pf kapacitású kondenzátort képvisel. A kondenzátor a jó szigetelés miatt a földpotenciálhoz / padozat potenciáljához/ képest igen magas feszültségre is feltöltődhet, mely potenciálkülönbség jóval meghaladhatja az 1500 V átütési szilárdságot. Amennyiben az igy feltöltött 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 vezethet. elektromos kisülés a gyutacs nem kívánt inditásához
25 " ; ":... #.- - :-- ~ ' y -.~ ~ :',... ~... '.. 1 - ~: { '!!. :. érti~r- ",,,. ::. : --:-talaj.::" '. i -- 'l\i ~ -- (... ~.... ( -\..... - ~ 4..., t ~. \_ l.,. '. - ~., ;o.,.". emberi k~z. ~ ' i '. -~ l -., _. ' l. f. 1. : tt.,,, ' },. l. 'J" '. :.'1 11.,;. r ;.. ;: _l. ~ j... v. -,, r!... ' '... ' ~" ". 1, 1 t 1,. ' '...,,...... ' ' 1,1 qyujfo-.j fej -.1,. - ' ( ' ',:.. -scrilu ~iit1ete".: '..J.esü- ve1,et.élc '. ~. "'.;~---1~. ' '. J-.. ~ - ~ -... ' ) ';. -~ ~ \. r. ~,... : -~. :,,,. ). ;. 1 ~ ~ '. l. r '.. '. '.-,.,,...... ~ ',... :.:! '. ~.-t: 1.. ~ 1 ( ' '1.Á.... -.. ), y\."..;;._.. _":. t..,., ~.,.,,,.... 1' ;..... '",...;. ~.-~. \... ~... t... "..-. t 2. ábra. Egy példa a villamos gyutacs váratlan felrobbanására elektrosztatikus feltöltődés következet 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~ gyutacsvezetéken keresztül legalább 5000 V szükséges. Példák stikasága bizonyitja, hogy ilyen, vagy még ennél magasabb potenciálra is feltöltődhet az emberi test. [a1.
: 26 l ' '.... "...., -~... -~ :-..i ~ ~ r;böa,:, [ó v~zhtj~. ~-... '..... '. '\ -.,... ~. ~.. N.! '... '. ~,. - '.. -. l... - ~'. 't ~~~~~ '. " "". :..., :.., 'i ~. ~ 'p- "' -.~':.,...... ;.\., ";-.... -. - -....-. ', ' J i'....-.l. : _ '.. qvuj~o.""f fj:f -~. ', t:" ' - ;'.. 1 - l ~ 1:,.,'!a. i,,.. -'... <.; - ~ 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 felrobbanásának, az!!:!. gyutacsok használata ezekkel a jelenségekkel szemben i s fokozott védelmet biztosit.
27 Villámveszél~ eltérően Az elektromos balesetektől és üzemzavaroktdl jelentőséget, a villámcsapásoknak nem tulajdonitanak nagy pedig a Földet évenként sok millió villámcsapás éri és ebből több, mint ezer a halálos balesetek 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 villámcsapásos balesetekről és anyagi károsodásokról szóló jelentések. A klimatikus viszonyok jelentős mértékben befo-. lyásolják a Föld egyes ~rületeinek villámveszélyességét. A zivatarok száma az e~yenlitőtől a sarkok felé csökken. Dél-Amerika egyer.litőhöz közel eső részein az év minden napján es t étől reggelig tart a villámlás. A nedves trópuson minden második vagy harmadik napon van zivatar. Ak~-enkénti és évenkénti villámcsapások száma adja a villámsürüs~get, amely Magyarors~ágon 1,6, 2,4 között van, az évenkénti villám csapások száma 150 OOO. 220 OOO -re becs ülhető, mig a zivataros napoké z2 Z6/év [g) Zivataros időben az igen gyors légköri mozgások következtében részle~eiben még ma sem ismert módon igen jelgntő~ mértékben megváltozhat ~ légkör különböző helyein az ionkoncentráció. 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 és térben igen változó értékű lehet az elektromos térerősség. Az ionkoncentráció igen gyors növekedése miatt a térerősség meghaladhatja a levegő 30 kv/cm átütési szilárdságát és először ún. "előkisülések" formájában részleges átütések történhetnek /korona-kisülés, szikrakisülés, stb/. Az előkisüléseket különösen elősegitik a talajból kiálló épitmények, tárgyak, fák csúcsai. A térerősség további növekedése esetén, vagy a részleges kisülés következtében csökkenő vezetőképesség miatt az előkisülés igen nagy áramintenzitású kisülésbe megy át, melyben olyan gyors a töltéskiegyenlitődés, hogy az áramerősség akár több ezer amper nagyságrendet is elérhet. A kisülési csatornában /"villámcsatornában "/ a levegő plazma állapotba kerül, melyet az indukált elektromos tér és a hozzátartozó mágneses tér a kisülés teljes befejezéséig fenntart a csatornában. A töltések kiegyenlitődésével egyidejűleg indul meg a csatorna magas hőmérsékletű gázainak robbanásszerű 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 meg lehet tenni. /A villámlás látványa és a hang beérkezés~ közötti minden 3 s idő kb. 1-1 km távolságot jelent./ A villám jól 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 áramerősségeket, 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 térerősség 3~5 - H~ A 10 ka erősségü villám a vezetékben 15 kv-os elektromotoros erőt indukál. Tételezzük fel, hogy a hálózatba 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 fs, akkor az áramkörön /ll. 22;.10 3 e töltés megy át. 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 hatására adatsora álljon példaként Maróthy G. 3 mws/ohm gyújtási impulzusú g,yutacsokra [10] ' á rame r6sség, A wyújtási idő, ms 0,8 4,68 1 3,00 2 0,75 3 0,34 A villámcsapás. következtében a robbantandó kőzetben, 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 kőzet elektromos vezetőképessége igen erősen megjavulhat, ami nagy távolságokban is biztosithatja az inditáshoz szükséges energiát. Példaként emlitjük, hogy a recski mélyszinti ércbányában viszonylag jelentős fémtartalmú, vizes felületü kőzeten 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