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煤矿井下金属结构等效储能模型耦合电磁波能量安全性分析
被引量：
1
1
作者
田子建
侯明硕
+2 位作者
孙静
杜欣欣
石洋名
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第7期136-146,共11页
煤矿井下无线通信设备发射的电磁波能量可以被周围金属结构耦合吸收,这种现象存在点燃矿井内爆炸性气体的危险。现有针对井下金属结构耦合电磁波安全性研究只是对金属结构等效阻性模型耦合电磁波能量进行分析,缺乏对金属结构耦合电磁波...
煤矿井下无线通信设备发射的电磁波能量可以被周围金属结构耦合吸收,这种现象存在点燃矿井内爆炸性气体的危险。现有针对井下金属结构耦合电磁波安全性研究只是对金属结构等效阻性模型耦合电磁波能量进行分析,缺乏对金属结构耦合电磁波能量在时间上积累的储能过程研究。针对上述问题,提出一种适用于金属结构耦合−积累−释放电磁波能量研究的等效储能结构模型,即金属结构等效容性储能模型与金属结构等效感性储能模型。首先通过低衰减度传输线模型,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与接收端感应电压之间的关系。然后建立金属结构等效储能模型,推导出接收端参数与放电火花能量之间的数学关系式,分析了接收端参数对放电火花能量的影响。最后通过接收端感应电压与感应电压有效值的关系,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与放电火花能量之间的数学关系式,分析了发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离对放电火花能量的影响,并给出在其他参数确定情况下2种金属结构等效储能模型各自的理论参考安全点。仿真结果表明:①对于金属结构等效容性储能模型,放电火花能量随着等效储能电容、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电容、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。②放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效容性储能模型理论参考安全点。③对于金属结构等效感性储能模型,放电火花能量随着等效储能电感、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电感、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。④放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效感性储能模型理论参考安全点。⑤对比2种金属结构储能模型理论参考安全点,得到金属结构等效容性储能模型的危险性远大于金属结构等效感性储能模型的结论。
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关键词
电磁波能量
金属结构
等效储能模型
放电火花能量
爆炸性气体最小点燃能量
在线阅读
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职称材料
煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究
被引量：
1
2
作者
郭波超
田子建
+2 位作者
侯明硕
石洋名
杨维
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第3期108-113,共6页
GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定爆炸性环境中射频设备的阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证。针对上述...
GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定爆炸性环境中射频设备的阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证。针对上述问题,推导了电磁波热效应方程,分析得出影响电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生热能的可控参数为电磁波耦合时间、电场强度和电磁波频率。以GB/T 3836.1—2021中可能堆积煤尘的电气设备表面温度最高不能超过150℃的规定为依据,采用多物理场仿真软件COMSOL对不同发射功率的电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体的热效应安全性进行了仿真实验,结果表明:满足温度不超过150℃的电磁波热效应安全阈发射功率为16.48 W;随着电磁波发射功率的增加,电磁波热效应安全时长(电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生的热能不会使环境温度超过150℃对应的时间段)逐渐减少,但只要在安全时长内,电磁波的发射功率不受限制。
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关键词
煤矿井下
电磁波热效应
瓦斯
阈功率
安全时长
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职称材料
金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析
被引量：
3
3
作者
董红涛
田子建
+2 位作者
侯明硕
赵晖
卫若茜
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第12期108-113,共6页
煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基...
煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性,通过分析金属结构耦合电磁波的方式,得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系;以最小点火能为安全判定标准,得出天线负载的接收功率小于2.625 W时,可确保不会引起瓦斯爆炸;分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段;通过分析方向性系数,得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究,对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m,最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明:在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀,在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀;在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。
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关键词
矿井5G
安全功率
对称振子
射频设备
最小点火能
安全电场强度
最小安全距离
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职称材料
题名
煤矿井下金属结构等效储能模型耦合电磁波能量安全性分析
被引量：
1
1
作者
田子建
侯明硕
孙静
杜欣欣
石洋名
机构
中国矿业大学(北京)人工智能学院
北京工业职业技术学院基础学院
北京市煤炭矿用机电设备技术开发有限公司
出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第7期136-146,共11页
基金
国家自然科学基金资助项目(52074305)
北京市教育委员会技术技能创新服务中心科研能力建设项目(110512400)。
文摘
煤矿井下无线通信设备发射的电磁波能量可以被周围金属结构耦合吸收,这种现象存在点燃矿井内爆炸性气体的危险。现有针对井下金属结构耦合电磁波安全性研究只是对金属结构等效阻性模型耦合电磁波能量进行分析,缺乏对金属结构耦合电磁波能量在时间上积累的储能过程研究。针对上述问题,提出一种适用于金属结构耦合−积累−释放电磁波能量研究的等效储能结构模型,即金属结构等效容性储能模型与金属结构等效感性储能模型。首先通过低衰减度传输线模型,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与接收端感应电压之间的关系。然后建立金属结构等效储能模型,推导出接收端参数与放电火花能量之间的数学关系式,分析了接收端参数对放电火花能量的影响。最后通过接收端感应电压与感应电压有效值的关系,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与放电火花能量之间的数学关系式,分析了发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离对放电火花能量的影响,并给出在其他参数确定情况下2种金属结构等效储能模型各自的理论参考安全点。仿真结果表明:①对于金属结构等效容性储能模型,放电火花能量随着等效储能电容、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电容、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。②放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效容性储能模型理论参考安全点。③对于金属结构等效感性储能模型,放电火花能量随着等效储能电感、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电感、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。④放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效感性储能模型理论参考安全点。⑤对比2种金属结构储能模型理论参考安全点,得到金属结构等效容性储能模型的危险性远大于金属结构等效感性储能模型的结论。
关键词
电磁波能量
金属结构
等效储能模型
放电火花能量
爆炸性气体最小点燃能量
Keywords
electromagnetic wave energy
metal structure
equivalent energy storage model
discharge spark energy
minimum ignition energy of explosive gases
分类号
TD655 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究
被引量：
1
2
作者
郭波超
田子建
侯明硕
石洋名
杨维
机构
中国矿业大学(北京)人工智能学院
北京交通大学电子与信息工程学院
出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第3期108-113,共6页
基金
国家自然科学基金资助项目(52074305)。
文摘
GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定爆炸性环境中射频设备的阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证。针对上述问题,推导了电磁波热效应方程,分析得出影响电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生热能的可控参数为电磁波耦合时间、电场强度和电磁波频率。以GB/T 3836.1—2021中可能堆积煤尘的电气设备表面温度最高不能超过150℃的规定为依据,采用多物理场仿真软件COMSOL对不同发射功率的电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体的热效应安全性进行了仿真实验,结果表明:满足温度不超过150℃的电磁波热效应安全阈发射功率为16.48 W;随着电磁波发射功率的增加,电磁波热效应安全时长(电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生的热能不会使环境温度超过150℃对应的时间段)逐渐减少,但只要在安全时长内,电磁波的发射功率不受限制。
关键词
煤矿井下
电磁波热效应
瓦斯
阈功率
安全时长
Keywords
underground coal mine
electromagnetic wave thermal effect
gas
threshold power
safety duration
分类号
TD655 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析
被引量：
3
3
作者
董红涛
田子建
侯明硕
赵晖
卫若茜
机构
陕西彬长小庄矿业有限公司
中国矿业大学(北京)人工智能学院
陕西彬长矿业集团有限公司
出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第12期108-113,共6页
基金
国家自然科学基金资助项目(52074305)。
文摘
煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性,通过分析金属结构耦合电磁波的方式,得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系;以最小点火能为安全判定标准,得出天线负载的接收功率小于2.625 W时,可确保不会引起瓦斯爆炸;分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段;通过分析方向性系数,得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究,对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m,最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明:在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀,在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀;在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。
关键词
矿井5G
安全功率
对称振子
射频设备
最小点火能
安全电场强度
最小安全距离
Keywords
mine 5G
safe power
symmetric oscillator
RF equipment
minimum ignition energy
safe electric field strength
minimum safe distance
分类号
TD655.3 [矿业工程—矿山机电]
在线阅读
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
煤矿井下金属结构等效储能模型耦合电磁波能量安全性分析
田子建
侯明硕
孙静
杜欣欣
石洋名
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究
郭波超
田子建
侯明硕
石洋名
杨维
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析
董红涛
田子建
侯明硕
赵晖
卫若茜
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023
3
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职称材料
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