孙继平教授研究团队“无线电波防爆安全功率”研究成果

工矿自动化

    5G，5.5G，WiFi6，WiFi7，UWB，ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此，需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值，限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。无线电波防爆安全功率阈值限定得较低，利于防爆安全；但在无线传输衰减和接收灵敏度等一定的条件下，无线覆盖半径小，需增加无线基站和分站数量，增加系统成本和维护工作量，不利于矿用移动通信系统及人员和车辆定位系统在煤矿井下应用。无线电波防爆安全功率阈值限定得较高，不利于防爆安全，会引起煤矿井下瓦斯爆炸。现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境 第1部分:设备 通用要求》规定煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值是6 W。

     孙继平教授研究团队分析研究了煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值，并对国家标准GB/T 3836.1—2021进行了溯源分析，提出：煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021规定的6 W。研究成果《煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究》《无线电波防爆安全阈值研究》《矿井无线电波防爆安全发射功率研究》先后发表在《工矿自动化》2022年第12期、2023年第2期和2024年第3期。

     《煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值研究》中提出：煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值应为8 W，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021规定的6 W。国家标准GB/T 3836.1—2021对国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》的相关内容进行了修改采用。国际标准IEC 60079-0:2017中对煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值6 W的规定，参考了欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》中的相关内容。欧洲标准CLC/TR 50427:2004规定：当爆炸性环境中存在能作为接收天线的细长结构物体（如起重机）时，无线电波防爆安全功率阈值为6 W；当爆炸性环境中不存在能作为接收天线的细长结构物体（如起重机）时，无线电波防爆安全功率阈值为8 W。国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017省去了当爆炸性环境中不存在能作为接收天线的细长结构物体（如起重机）时，无线电波防爆安全功率阈值为8 W这一条款；不加区分地规定无线电波防爆安全功率阈值为6 W，缺乏理论分析和实验验证。英国标准BS 6656:1991《Guide to prevention of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation》规定无线电波工作频率大于30 MHz时，无论是否有起重机等细长结构物体，无线电波防爆安全功率阈值均为8 W。煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值没有执行6 W之前，漏泄、感应、透地、多基站等矿井无线通信系统已广泛应用煤矿井下，未见有引起瓦斯和煤尘爆炸事故的案例。煤矿井下不存在能作为接收天线的细长结构物体（如起重机），且现有矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统工作频率较高，均远大于30 MHz。因此，煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值应为8 W。

    《无线电波防爆安全阈值研究》中提出：上述煤矿井下无线电波防爆安全功率阈值8 W，是无线电波防爆安全接收点火功率阈值，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值。欧洲标准CLC/TR 50427:2004规定的无线电波防爆安全功率阈值是接收点火功率阈值。国家标准GB/T3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017直接引用欧洲标准CLC/TR 50427:2004规定的无线电波防爆安全功率阈值，但错误地将无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线发射设备的有效输出功率与天线增益的乘积，从而造成无线电波防爆安全发射功率阈值降低。因此，无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W，而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。

   《矿井无线电波防爆安全发射功率研究》中提出：煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。欧洲标准CLC/TR 50427:2004规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值，但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定，但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下，无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时，接收点火功率达到最大，为等效天线接收的总功率的一半，即发射功率的一半。在实际工程中，无线传输效率和耦合效率均不会为1，因此，无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W，因此，煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

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