2.2. Характеристики искробезопасности по гост 22782.5-78 «Искробезопасная электрическая цепь»
В связи с заменой ПИВРЭ [6] документами ГОСТов, определяющими правила изготовления и испытаний взрывозащищенного оборудования, в настоящее время используются характеристики искробезопасности электрических цепей, полученные на унифицированном искрообразующем механизме МЭК [7].
Характеристики искробезопасности строятся в прямоугольной системе координат с логарифмическим масштабом. Экспериментальные точки (воспламеняющие параметры) определяются для цепей с индуктивностью: 1, 10, 100 мкГ; 1, 10, 100 мГ; 1, 10 Г и т. д. или с емкостью 100, 1000, 10000, 100000 пФ; 1, 10, 100 мкФ и т. д.; с разрядными резисторами 1, 10, 100, 1000 Ом и т. д. Величины напряжения принимаются исходя из удобств их дальнейшего использования. Обычно это 7,5; 15; 24; 30; 45; 70; 120 В.
На черт. 2-15 приведены зависимости минимальных воспламеняющих токов и напряжений для всех представительных взрывоопасных смесей оптимального состава, полученные с помощью унифицированного искрообразующего механизма (см. приложение 2 обязательное). Характеристики приведены к вероятности Р = 10-3. Для определения по характеристикам искробезопасного значения тока (напряжения) необходимо для заданных электрических параметров цепи определить минимальный воспламеняющий ток (напряжение) для заданной взрывоопасной смеси и затем разделить его на коэффициент искробезопасности, т.е. на 1,5. При расчете цепей переменного тока необходимо принимать амплитудные значения тока и напряжения.
а) б)
Рис. 2.5. График зависимости вероятности воспламенения от величины: воспламеняющего тока или напряжения (а), электрические схемы контрольных цепей (б).
Рис. 2.6. Зависимость минимального воспламеняющего тока от напряжения источника для омической цепи (индуктивность менее 10-4 Г
1 - группа I (метано-воздушная смесь); 2 - подгруппа IIА (пентано-воздушная смесь; 3 - подгруппа IIВ (этилено-воздушная смесь); 4 - подгруппа IIО (водородо-воздушная смесь)
Рис. 2.7 Зависимость минимального воспламеняющего тока от индуктивности цепи и напряжения источника для метано-воздушной смеси (группа I): 1 – 12 В, 2 – 24 В, 3 – 70 В
Рис. 2.8. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи : 1 - группа I (метано-воздушная смесь); 2 - подгруппа IIА (пентано-воздушная смесь); 3 - подгруппа IIВ (этилено-воздушная смесь); 4 - подгруппа IIC (водородо-воздушная смесь)
Рис.2.9. Зависимость величины минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи и сопротивления ограничительного резистора для водородо-воздушной смеси: Сопротивление ограничительного резистора (кОм); 1 - R = 10; 2 - R = 6; 3 - R = 4; 4 - R = 2; 5 - R = 1,0; 6 - R = 0,4; 7 - R = 0,2; 8 - R = 0,1; 9 - R = 0,05; 10 - R = 0,01; 11 - R = 0
|
2.3. Искрообразующие механизмы, используемые при испытаниях
В Украине, России и других странах основу оценки искробезопасности электрических цепей составляют экспериментальные испытания с помощью взрывных камер, что соответствует международным стандартам [8].
В соответствии с Правилами изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования [6], а также ГОСТ 60079-11-2010 испытаниями
электрических цепей во взрывных камерах определяют ток (для омических и
индуктивных цепей) или напряжение (для емкостных цепей), которые обеспечивают вероятность воспламенения 10-3. В эксплуатацию допускают электрические системы с уменьшенным значением контролируемого параметра на величину коэффициента запаса (1,5 или 2) в зависимости от типа искрообразующего устройства.
Гипотеза о нормальном распределении вероятности взрыва при испытаниях во взрывной камере позволяет определить, что для получения частоты события с надежностью 95%, необходимо зарегистрировать это событие не менее 16 раз. Поэтому при определении тока или напряжения, обеспечивающего вероятность зажигания не более Р= 10-3, проводят 16000 опытов с количеством взрывов не более 16.
Международная электротехническая комиссия (МЭК) рекомендует в качестве унифицированного испытательного устройства искрообразующий
механизм I типа. Он состоит из кадмиевого диска с двумя пазами (первый электрод) и четырех вольфрамовых проволочек диаметром 0,2 мм, закрепенными в держателе. Держатель и диск вращаются в противоположных направлениях, обеспечивая периодическое замыкание и размыкание контролируемой цепи.
Искрообразующий механизм МЭК предназначен для испытания омических, индуктивных и емкостных цепей с индуктивностью не более 1 Гн, напряжением не более 300 В и током через его контакты не более 3 А. При токах более 3 А используется искрообразующий механизм прерывистого контакта II типа (при токах до 5 А), состоящий из вращающегося со скоростью 40-60 об/мин диска с радиально посаженными на него десятью оцинкованными проволочками диаметром 0,4 мм, которые в процессе движения скользят по неподвижно закрепленной пиле толщиной 0,25-0, 3 мм с высотой зуба 0,4-0,5 мм. При токах более 5 А используется искрообразующий механизм с разрывом провода (III типа). Этот механизм состоит из двух пар роликов, причем скорость вращения одной пары роликов в 4 раза меньше скорости вращения другой. Пары роликов расположены таким образом, что разрыв провода за счет разности скоростей подающей и приемной пар роликов происходит в колбе с взрывоопасной смесью.
Для искрообразующего механизма МЭК коэффициент запаса принят.
К = 1,5, для других К= 2. Если увеличение тока или напряжения невозможно, то допускается использование более агрессивных сред, воспламеняющие токи или напряжения которых в К раз меньше этих же параметров рабочей
смеси.
Практика использования искрообразующих механизмов II и III типа
показала низкую стабильность результатов и повышенную по сравнению с
механизмом I типа трудоемкость испытаний. Поэтому в новой редакции ГОСТ [7] рекомендовано использовать модифицированный искрообразующий механизм I типа для силы тока 3..10 А. В этом случае вольфрамовые проволочки должны иметь диаметр, увеличенный с 0,2 до 0,4 (±0,03) мм и длину, уменьшенную до 10,5 мм. Последнее служит для уменьшения износа кадмиевого диска.
Требование выдерживания коэффициента искробезопасности по току или напряжению испытываемой цепи строго выполняется только для цепей
без схем динамической искрозащиты, которые обеспечивают искробезопасность не только ограничением тока, напряжения, индуктивности и емкости, но и путем искусственного сокращения длительности разряда или ограничением изменения напряжения на контактах выключателя. Согласно [2] испытания на традиционном искрообразующем механизме (МЭК) в этом случае могут давать ложные результаты по таким причинам:
- повышение силы тока или напряжения в источнике питания осложнено тем, что невозможна модификация цепи в готовом изделии для обеспечения коэффициента безопасности 1,5;
- источник питания имеет ограниченные нагрузки компонентов в длительном режиме, что не позволяет обеспечить повышение тока;
- в ряде случаев изменения в схеме, обеспечивающие повышение тока (напряжения) могут изменять временные параметры цепей.
Другой способ обеспечения достаточного коэффициента искробезопасности состоит в применении активизированных взрывчатых смесей, имеющих агрессивность выше в заданное число раз (например, в 1,5 раза).