CC BY
19
© А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин, Ю.В. Буров, 2012
УЛК 622.81
А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин, Ю.В. Буров
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕНОСНЫХ ПРИБОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕДАХ КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ НА
Установлены, в результате теоретических и экспериментальных исследований, характеристики искробезопасности ¡в = ¡(1^, Е) для взрывоопасных сред ¡¡А категории взрывоопасности для новой ранее неисследованной области параметров электрических цепей, использование которых улучшит технико-экономические характеристики переносных приборов и электрооборудования, расширит область их применения, обеспечит доступ разработчикам данных приборов и электрооборудования к их расчетной оценке искробезопасности.
Ключевые слова: искробезопасность, электрическая цепь, электрооборудование, расчетная оценка.
Обеспечение взрывозащиты переносных приборов и электрооборудования приводит к их усложнению и удорожанию в сравнении с аналогичным электрооборудованием в общепромышленном исполнении. Прогрессивный вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» также не решает полностью эту задачу и также проигрывает по технико-экономическим показателям общепромышленному исполнению электрооборудования.
Целью данной работы является разработка новых методов оценки и обеспечения искробезопасности переносных приборов и электрооборудования, позволяющих максимально приблизить их конструкцию к общепромышленному исполнению и этим самым повысить их технико-экономические показатели (уменьшить вес, габариты и стоимость).
Переносные приборы обычно имеют автономные источники питания в виде аккумуляторов и батареек. Оценить их на искробезопасность без
токоограничительных элементов традиционно с помощью взрывной камеры невозможно, так как индуктивность искрообразующего устройства и присоединительных проводов взрывной камеры будет на несколько порядков больше индуктивности автономного источника питания. Поэтому требуется разработать расчетный метод оценки искробезопасности переносных приборов и электрооборудования. Для этих целей необходимо было установить параметры автономных источников питания, определяющих их искробезопасность, а с помощью экспериментов установить исходные данные для оценки их ис-кробезопасности. Такими исходными данными служат характеристики ис-кробезопасности 1в = /(Ц Е) для малых значений э.д.с. источников питания, малых индуктивностей и больших значений размыкаемых токов, охватывающих параметры встречающихся на практике автономных источников питания и отсутствующие в России и за рубежом. Для оценки искробезо-
пасности источников питания с емкостными нагрузками служат зависимости ив = «С, Кх, К2).
В работе намечено разработать методику оценки и обеспечения ис-кробезопасности переносных приборов и электрооборудования на базе новых установленных данных, позво-ляюшая существенно улучшить технико-экономические характеристики переносных приборов и электрооборудования, расширить область их применения, обеспечить доступность оценки искробезопасности разработчиками данных приборов и электрооборудования. Ранее данная работа была выполнена применительно к рудничному электрооборудованию со взрывоопасными смесями I категории взрывоопасности [1].
Приведенная в действующем стандарте [2] методика расчетной оценки искробезопасности электрической цепи [3] позволяет определить минимальный воспламеняющий ток и наиболее опасную скорость размыкания контактов, характерную для оцениваемой электрической цепи. Методика расчетной оценки дает возможность получать численные значения коэффициентов искробезопасности и из многих испытательных режимов электрических цепей выбирать наиболее опасный испытательный режим, который при необходимости можно подвергнуть камерным испытаниям, снижая тем самым сроки испытаний электрооборудования на искробезо-пасность. Использование данной методики позволяет осуществлять оптимальный выбор параметров разрабатываемого электрооборудования. В данной работе методика расчета будет использована только для определения минимальных воспламеняющих токов применительно к пропановоз-душной смеси для параметров электрических цепей, характерных для химических источников тока. Полу-
ченные значения минимальных воспламеняющих токов применительно к пропановоздушной смеси затем будут уменьшены на коэффициент искробезопасности, равный 1,5, чтобы затем оперировать при оценке искробезо-пасности с искробезопасными значения токов применительно к электрооборудованию подгруппы IIA.
Расчет минимальных воспламеняющих значений тока выполнен путем определения таких значений тока, при которых в разряд размыкания электрической цепи выделяется минимальное воспламеняющее значение энергии. Для пропановоздушной смеси минимальное значение воспламеняющей энергии принималось равным для индуктивных цепей 0,30 мДж, а для омических цепей 7,43 мДж соответственно. Скорости размыкания контактов принимались равными 6,5 м/с и 0,046 м/с для индуктивных и омических электрических цепей соответственно. Электрический разряд моделировался на основе его статических вольтамперных характеристик, полученных экспериментально. Значения минимальных воспламеняющих токов определялись на основе нахождения параметров разряда при размыкании простых индуктивных цепей. Использовался численный метод решения соответствующих уравнений. Данный метод расчета в сравнении с испытаниями во взрывной камере учитывает наиболее опасные условия коммутации для всех электрических цепей. Искрообразующий механизм не имеет возможности обеспечить весь диапазон скоростей разведения контактов, что обуславливает более объективную оценку расчетного метода для всех видов электрических цепей. Простые индуктивные и омические цепи имеют наиболее опасную скорость разведения контактов при малой (омические цепи) или большой
Рис. 1. Искробезопасный ток для пропановоздушной
ика пи
' Гн; 3
смеси в зависимости от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи: 1 - 10"6 Гн; 2 - 10"5 Гн; 3 - 10"4 Гн; 4 10"3 Гн; 5 - 10"2 Гн; 6 - 10"1 Гн
(простые индуктивные цепи), поэтому для этих цепей искрообразуюший механизм реализует наиболее опасные условия коммутации контактов. Поэтому для этих электрических цепей результаты оценки искробезопасности при условии, что источником воспламенения является только электрический разряд, будут полностью равноценны. Полученные в результате расчета значения минимальных воспламеняюших токов в зависимости от параметров простых индуктивных и омической цепей представлены в виде характеристик искробезопасности 1в = Е) Кроме этого, для тех же электрических
цепей приведены характеристики искробезопасности (рис. 1), соответствующие активизированному составу взрывоопасных испытательных электрических цепей и полученные путем
уменьшения в 1,5 раза значений минимальных воспламеняющих токов, полученные для пропа-новоздушной смеси.
Экспериментальные исследования воспламеняющей способности электрических разрядов проводились в водоро-докислородной смеси с содержанием водорода 81 %, которая согласно ГОСТ Р 51330.10-99 [2] является испытательной активизированной взрывоопасной смесью при оценке на искробе-зопасность электрооборудования для подгруппы IIA. Для приготовления данной взрывоопасной смеси использовано также электролитическое питающее устройство ПУЭ [4], позволяющее получать любые составы водородокислородной смеси с высокой точностью. В качестве искрообразующего устройства был использован механизм МЭК, являющийся стандартным при проведении на искробезопасность электрических цепей как в России, так и за рубежом. Искрообразующее устройство уста-новливалась во взрывной камере БВК-3 [5]. Исследуемые электрические цепи подключались к аккумуляторным батареям. Регулировка силы тока в электрической цепи осуществлялась ограничительным сопротивле-
Рис. 2. Зависимости минимального воспламеняющего тока от э.д.с. источника питания и индуктивности цепи для водородокислородной (81% Н2 + 19% 02) смеси:
1 - 10"1 Гн; 2 - 10"2 Гн; 3 - 10"3 Гн; 4 - 10"4 Гн; 5 - 10"5 Гн
нием, в качестве которого использован магазин сопротивлений Р-58, имеющий бифилярную намотку для снижения его индуктивности. При больших значениях размыкаемых токов вместо магазина сопротивлений использовались угольные и проволочные сопротивления. Верхнее значение размыкаемого тока будет ограничиваться индуктивностью искрообра-зующего механизма и присоединительных проводов от источника питания к клеммам взрывной камеры.
Воспламеняющие токи для каждой электрической цепи определялись при трех - пяти вероятностях воспла-
менения водородокислородной (81 % Н2 + + 19 % О2) смеси. По полученным данным строилась зависимость вероятности воспламенения взрывоопасной смеси от размыкаемого тока Р = f(IB) и путем интерполяции и экстраполяции определялись воспламеняюшие токи при стандартном значении вероятности воспламенения взрывоопасной смеси Р = 10-3. В результате выполненных экспериментальных исследований построены характеристики ис-кробезопасности IB = f(L, E), которые предназначены для оценки ис-кробезопасности химических источников тока как в режиме их короткого замыкания, так и совместно с линией связи и индуктивными нагрузками. Анализ результатов экспериментальных исследований, приведенных на рис. 2, показывает, что полученные расчетом и с помошью эксперимента значения искробезо-пасных токов в изученном диапазоне практически полностью совпадают. Это подтверждает справедливость основ, на которых базируется метод расчета, а также тот факт, что нагрев контактов искро-образуюшего механизма в результате протекания по ним больших токов (до 10 А) не влияет на процесс воспламенения (не снижает уровень воспламеняюшей энергии электрического разряда).
Только при токах более 10 А замечено незначительное влияние нагрева контактов на уровень воспла-меняюших токов. В результате выполненных исследований в диапазоне размыкаемых токов до 20 А может быть сделан важный вывод о том, что для оценки искробезопасности химических источников тока с индуктивными нагрузками может быть использован как расчетный метод, так и характеристики искробезопасности IB = f (L, E) (рис. 2), установленные на основании экспериментальных исследований.
1. На основании теоретических исследований установлены характеристики искробезопасности IB = f(L, E), применительно к активизированным взрывоопасным смесям IIA категории взрывоопасности. Характеристики искробезопасности установлены для ранее неизученной области параметров электрических цепей, характерной для малых напряжений источников питания и его индуктивно-стей и больших значений размыкаемых токов.
1. Ерыгин А.Т., Толченкин Р.Ю. Способ обеспечения искробезопасности переносных приборов, № 2336417. Изобретения и полезные модели. - М.: РОСПАТЕНТ, 2008, - № 29, с.11-12.
2. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробе-зопасная электрическая цепь. Введ. От 010100. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 117 с.
3. Ерыгин А. Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В. П. Методы оценки искробезо-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
2. На основании экспериментальных исследований установлены зависимости минимального воспламеняю-шего тока химического источника тока от значения его э.д.с. и индуктивности для испытательной активизированной взрывоопасной смеси IIA категории взрывоопасности, позволяю-шие оценивать на искробезопасность химические источники тока в режиме короткого замыкания и совместно с линией связи и индуктивными нагрузками переносных приборов и электрооборудования.
3. Сопоставление характеристик искробезопасности, установленных теоретически и экспериментально, свидетельствует о не влиянии контактного перегрева на уровень вос-пламеняюших параметров электрической цепи при установленных значениях размыкаемых токов.
4. Использование новых установленных зависимостей позволяет разрабатывать переносные приборы и электрооборудование с более высокими технико-экономическими показателями.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
пасности электрических цепей. - М.: Наука, 1984. - 256 с.
4. Серов В.И., Виноградов В.П. Электролитическое питающее устройство. -М.: ИГЛ им. A.A. Скочинского, 1966. - 28 с.
5. Серов В.И., Хмель Г.В. Автоматическая взрывная камера типа БВК-3 для испытаний на искробезопасность электрических цепей. Руководство по эксплуатации. - М.: ИГЛ им. A.A. Скочинского, 1966. - 28 с.
Ерыгин А.Т. - профессор, доктор технических наук, Охапкин А.Ю. - кандидат технических наук,
Буров Ю.В. -аттестованный Ростехрегулированием эксперт по сертификации взрывозащи-щённого и рудничного оборудования Негосударственного фонда МОС «Сертиум», аспирант отдела проблем горной аэрогазопылединамики и безопасности освоения, УРАН ИПКОН РАН, [email protected]
