Исследование барьеров искробезопасности на стабилитронах применительно к смесям IIa категории взрывоопасности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

- © А.Л. Трембицкий, A.A. Шатило, 2014

УДК 621.31:622

А.Л. Трембицкий, А.А. Шатило

ИССЛЕДОВАНИЕ БАРЬЕРОВ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ НА СТАБИЛИТРОНАХ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СМЕСЯМ IIA КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНОСГИ

Рассмотрены барьеры безопасности постоянного тока со стабили-тронной зашитой для искробезопасных цепей. Исследовано влияние на минимальный воспламеняюший ток отношения напряжения питания и напряжения стабилизации стабилитрона, а также параметров цепей с барьерами безопасности со стабилитронной зашитой. Ключевые слова: барьер безопасности, искробезопасная электрическая цепь, электрооборудование.

В ранее выполненных исследованиях барьеров искробезо-пасности на стабилитронах было показано, что колебания напряжения на разряде вызывают срабатывание стабилитрона на одном из этих колебаний, в результате чего разряд прекращается [1]. Очевидно, что наиболее опасным будет тот случай, когда стабилитрон срабатывает при отсутствии колебаний напряжения на разряде. В этом случае из разряда выделяется максимальная (за вычетом катодных потерь) энергия и воспламеняющая способность разряда будет наибольшей. Исключить колебания напряжения на разряде при проведении камерных испытаний на искробезопасность физически не возможно. Это не позволяет обеспечить наиболее опасные условия искрения при камерных испытаниях безопасности барьеров искробезопасности. Поэтому для оценки безопасности барьеров искробезопаспасности использовался бескамерный метод оценки, позволяющий исключать из рассмотрения колебания напряжения на разряде, что гарантирует, возможно и с некоторым запасом, определение минимального воспламеняющего тока или оценку искробезопасности цепи со стабилитронной защитой в наиболее опасных условиях.

461

Ниже приводятся расчетные значения минимальных воспламеняющих токов для цепей со стабилитронной защитой в широком диапазоне изменения индуктивности нагрузки. Это позволяет проследит изменение минимального воспламеняющего тока при постепенном переходе от практически омической цепи к цепи, имеющей индуктивный характер.

В цепи со стабилитронной защитой при наличие индуктивной нагрузки после срабатывания стабилитрона электрический разряд не прекращается. Это одно из отличий в работе цепи с индуктивной нагрузкой от цепи с чисто омической нагрузкой.

Второе существенное отличие состоит в том, что в зависимости от величины индуктивности минимальные воспламеняющие токи будут реализовываться при разных скоростях размыкания цепи — при малых, как в омической цепи, и при больших — как в индуктивной цепи. При этом имеется некоторая величина индуктивности нагрузки, при которой значение минимального воспламеняющего тока будет одинаковым при малых и больших скоростях размыкания. С точки зрения минимального воспламеняющего тока здесь происходят изменения в условиях характерных для воспламенения взрывоопасной смеси электрическими разрядами в безреактивной (омической) цепи и в индуктивной цепи. Это описано в работе [2].

Влияние параметров барьера безопасности на стабилитронах с индуктивной нагрузкой на минимальный воспламеняющий ток рассмотрены применительно к схеме, приведенной на рис. 1.

Б 11]^ ь

Рис. 1. Электрическая схема блока искрозашиты на стабилитронах с индуктивной нагрузкой: Е — э.д.с. источника питания, Р — предохранитель, — ограничительный резистор, — индуктивное сопротивление, Ь — индуктивность, К — контакт, — напряжение стабилизации защитного стабилитрона

462

На рис. 2, а, б приведены зависимости минимального воспламеняющего тока от индуктивности нагрузки для = 0 и двух значений кратностей напряжения Кп при двух скоростях размыкания контактов искрообразующего механизма — 0,046 м/с и 6,5 м/с. Под кратностью напряжения Кп понимается отношение э.д.с источника питания к напряжению стабилизации Кп=Е/из1:.

Из рассмотрения зависимостей рис. 2, а видно, что для Кп=1 при индуктивности нагрузки Ь<10-8 Г (цепь имеет омический характер и стабилитрон не работает) более опасна медленная скорость размыкания, при Ь>10-8 Г — более опасна большая скорость размыкания, а при Ь=10-8 Г опасность медленной и большой скорости размыкания одинакова. Для Ь=10-8 Г по мере увеличения скорости размыкания от 0,046 м/с величина минимального воспламеняющего тока будет возрастать, достигнет максимума при некоторой скорости размыкания, затем начнет снижаться и при скорости размыкания 6,5 м/с достигнет минимального значения, равного значению минимального воспламеняющего тока на скорости размыкания цепи 0,046 м/с. Качественная картина изменения минимального воспламеняющего тока здесь подобна той, которая описана в работе [2], но поскольку параметры цепи здесь другие отличается и значение индуктивности, при которой медленная и большая скорости размыкания цепи одинаково опасны.

На рис. 2, б приведены зависимости минимального воспламеняющего тока при Кп=10. Характер изменения минимального воспламеняющего тока здесь такой же, как на рис. 2, а. Однако величина индуктивности нагрузки (граничная индуктивность), при которой медленная и большая скорости размыкания цепи одинаково опасны здесь больше и составляет около 10-6 Г. Это свидетельствует о том, что значение граничной индуктивности как при переходе от простой омической цепи к индуктивной цепи (см. для сравнения работу [2]), так и в цепи со стабилитронной защитой зависит от параметров цепи.

Влияние Кп на минимальный воспламеняющий ток при индуктивной нагрузке в случаях, когда цепь имеет индуктивный характер значительно слабей чем в случаях, когда цепь носит омический характер. Так например, при Ь=10-6 Г цепи с Кп=1 и Кп=10 имеют минимальный воспламеняющий ток при большой скорости размыкания

463

Рис. 2. Зависимости минимального воспламеняющего тока 1воспл от индуктивности нагрузки при различных значениях кратностей напряжения Kn=E/Ust и скоростях размыкания цепи для Ust= 9 В

цепи. При Кп=1 минимальный воспламеняющий ток около 60 А, а при Кп=10 его значение около 20 А. Таким образом, при увеличении Кп в 10 раз минимальный воспламеняющий ток снижается в 3 раза. Чем боль индуктивность, тем меньше влияние Кп.

Таким образом, при индуктивной нагрузке цепи со стабили-тронной защитой оценка ее искробезопасности в общем случае должна вестись как при медленной, так и при большой скорости размыкания цепи.

Выводы

Исследование цепей со стабилитронной защитой показало, что минимальный воспламеняющий ток сильно зависит от Кп.

Причина снижения минимального воспламеняющего тока в случаях когда Кп > 1 связана с изменением нагрузочной характеристики барьера безопасности. При увеличении Кп в цепи, которая носит омический характер возрастает сопротивление цепи. При этом уменьшается скорость спада тока и, как следствие этого, увеличивается длительность и энергия разряда, что и приводит к возрастанию его воспламеняющей способности. Если последовательно с резистором

и сопротивлением в цепи и стоит элемент с индуктивностью Ь, то подобное имеет место в тем большей степени, чем больше Ь. При больших Ь ток за время разряда может практически не снижаться, и цепь начинает работать как идеальный стабилизатор тока. Это наиболее опасный случай, при котором минимальный воспламеняющий ток будет иметь наименьшее значение.

Исследования цепей со стабилитронной защитой показали:

1. В безреактивных барьерах безопасности при омической нагрузке минимальный воспламеняющийся ток реализуется при малой скорости размыкания цепи.

2. В безреактивных барьерах безопасности при индуктивной нагрузке минимальный воспламеняющийся ток может реализоваться как при медленной, так и при большой скорости размыкания цепи. Поэтому оценка искробезопасности такой цепи в общем случае должна вестись как при медленной, так и при большой скорости размыкания цепи.

3. В безреактивных барьерах безопасности при омической нагрузке Кп оказывает сильное влияние на минимальный воспламеняющий ток. При индуктивной нагрузке влияние Кп меньше и оно снижается

465

с увеличением индуктивности. Во всех случаях влияние Кп должно учитываться при опенке искробезопасности барьеров безопасности со стабилитронной зашитой.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Яковлев В.П. Методы опенки искробезопасности электрических пепей. — М.: Наука, 1984. — 256 с.

2. Трембицкий А.Л. Исследование влияния скорости размыкания омических и индуктивных пепей на величины воспламеняюших токов и энергий разрядов // Задачи рудничной аэрологии при подземной разработке полезных ископаемых. — М.: ИПКОН АН СССР, 1985. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Трембицкий Андрей Леонидович — доктор технических наук, ведуший научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, зегйиш. [email protected].

Шатило Андрей Алексеевич — зам. руководителя МОС «Сертиум», [email protected]

466