ВОЗГОРАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ В ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Бутаков С.В. (С(А)ФУ, г. Архангельск, РФ)
The paper considers the possibility of ignition of wood in lumber drying the dielectric under the influence of the dielectric loss of power and voltage dependence of ignition on the frequency of the electromagnetic field.
Практически неизбежным следствием ряда технологических процессов на предприятиях лесного комплекса является возникновение сильных электрических полей в рабочем объёме древесных материалов, которые являются диэлектрической средой. В процессе высокочастотной (частота 1 – 10 МГц) диэлектрической сушки пиломатериалов возникает опасность пожара, так как диэлектрические потери мощности пропорциональны частоте электрического поля. Это приводит к увеличению рассеиваемой мощности и, соответственно, к уменьшению предельного приложенного напряжения, при котором начинается возгорание древесины (напряжение возгорания).
Вероятность возникновения пожаров при нахождении древесных материалов в сильном электрическом поле плохо прогнозируется на практике из-за отсутствия научно обоснованных экспериментальных данных и теории возгорания древесины при её электрическом пробое [1]. Поэтому исследования, направленные на изучение процессов возгорания древесины при больших напряжённостях электрического поля, являются практически значимыми и актуальными.
Цель исследования – оценить напряжение возгорания для древесных материалов по критерию пожарной безопасности на предприятиях лесного комплекса.
Согласно результатам, полученным в работе [2], где была показана возможность возгорания древесины до наступления электрического пробоя, процесс возгорания древесины в электрическом поле при развитии пробоя и наличии диэлектрических потерь описывается следующим выражением, полученным на основе уравнения теплового баланса:
(1)
где U – напряжение, приложенное к древесному материалу, при котором начинается возгорание древесины (напряжение возгорания), В; f – частота переменного напряжения, Гц; ε – диэлектрическая проницаемость древесины, ε = 4; S – площадь пластины электрода, м2; tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь древесины, tgδ = 1,6; h – толщина слоя древесного материала, м; σ - коэффициент теплоотдачи древесины при влажности 8 – 10 %, Вт/(м2·ºС), σ = 14; SП – поверхность охлаждения древесины, м2; t – температура поверхности древесины, при которой начинается её возгорание, ºС, t = 230 – 250; t0 – температура окружающей среды, ºС.
Рассмотрим случай с обрезной доской размерами 40×150×6000 мм, которая находится при температуре окружающей среды t0 = 30 ˚С. Зависимость напряжения возгорания от частоты приложенного электрического поля примет вид
. (2)
На рис. 1 представлен график зависимости 
.
Рисунок 1 – Зависимость напряжения возгорания от частоты электрического поля
Таким образом, согласно теоретическим представлениям, напряжение возгорания при диэлектрической сушке уменьшается с увеличением частоты поля и достигает порядка 300 В при частоте 10 МГц. Однако, если учесть влияние влажности пиломатериалов на процесс возгорания, как показано в работе [3] для частоты 50 Гц, напряжение возгорания может быть намного меньше. Такие исследования планируется провести в будущих экспериментах.
Литература
1 Физические основы электрического пробоя газов / А.Ф. Дьяков, Ю.К. Бобров, А.В. Сорокин, Ю.В. Юргеленас; под ред. А.Ф. Дьякова. – М.: Изд-во МЭИ, 1999. – 400 с.
2 Бутаков, С.В. Определение условий возгорания древесины в сильных электрических полях / С.В. Бутаков // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. – Вологда: ВоГТУ, 2010. – С. 121 – 123.
3 Бутаков С.В., Деснёв А.Н. Оценка предельной напряжённости электрического поля, при которой начинается возгорание древесных материалов // Деревообрабатывающая промышленность. – 2010. - № 4. – С. 5 – 7.