Об оценке искробезопасности конденсаторов, встроенных во взрывонепроницаемую оболочку Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Отношение мощности (8) и (7) определяет значение к.п.д. узла «тяговая сеть -электровоз» согласно выражению

По формулам (7) - (9) проведены расчеты при различных значениях коэффициента тяговой нагрузки а и на рис. 2 приведены графические зависимости указанных величин при 8 = 0 и £ = 0,015 (при к = 2,6 ■ 10~2).

Из их анализа следует, что при расстройке в - 0,015 по сравнению с 8 = 0 увеличивается мощность, поступающая в тяговую сеть, увеличивается диапазон устойчивой работы узла, уменьшается мощность, поступающая в нагрузку, также уменьшается значение к.п.д. Максимальная мощность, поступающая в нагрузку, остается практически неизменной.

Аналогично был проведен анализ характеристик узла «тяговая линия -электровоз» при питании тяговой сети от источника тока, т.е.

при I л = const.

На рис. 3 представлены расчетные зависимости PJl / P о , PH / P 0 и , от коэффициента нагрузки а при двух значениях расстройки е = 0 и є = 0,028 для случаев работы питания от источника тока. Очевидно, что при S = 0 энергетические показатели узла «тяговая линия - электровоз» более благоприятны.

Оценка полученных результатов позволяет сделать вывод: наиболее рациональным режимом работы узла «тяговая сеть - электровоз» является режим, когда питание осуществляется от источника тока, а электрические контуры тяговой сети и электровоза настроены в резонанс с частотой источника питания.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------

Рыбалко А.Я., Панченко В.И., Кольцов И.Б. -Национальный горный университет, Украина.

-----Ъ

Ъ-------

---------------------------------- © А.Т. Ерыгин, А.Н. Шатило,

2004

УДК 621.3.011.1

А. Т. Ерыгин, А.Н. Шатило

ОБ ОЦЕНКЕ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ, ВСТРОЕННЫХ ВО ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМУЮ ОБОЛОЧКУ

Семинар № 17

дним из широко используемых на практике видов взрывозащиты электрооборудования является взрывонепроницаемая оболочка. Данный вид взрывозащиты допускает наличие внутри оболочки источников воспламенения взрывоопасной смеси (электрических разрядов и нагретых поверхностей). Для обеспечения безопасности в процессе эксплуатации запрещается открывать оболочку во взрывоопасной зоне или допускается открывать ее при условии, что в ней к моменту от-

крытия будут отсутствовать потенциальные источники воспламенения. Во взрывонепроницаемой оболочке среди других элементов встроенного электрооборудования могут быть конденсаторы. При отключении питания напряжение на встроенных конденсаторах постепенно снижается. Поэтому требуется некоторое время, чтобы напряжение на встроенных конденсаторах снизилось до безопасной величины.

Группа пли подгруппа электрооборудования с, МкФ 0,01 0,1 1,0 10 100 1000 10000

I А, мДж - 1,28 1,22 2,0 7,2 37,6 294

11А А, мДж 0,8 0,89 0,89 1,17 6,42 32 180

ПВ А, мДж 0,36 0,22 0,21 0,72 3,76 20 55,6

не А, мДж 0,027 0,034 0,098 0,376 1,42 6,72 10,7

Точное определение безопасной величины напряжения встроенных конденсаторов и является задачей данной работы. В Международном и Российском стандартах [1,2] эта задача решается следующим образом. Пункт 6.2 гласит: «Оболочки, которые могут быть открыты быстрее, чем требуется время, необходимое: а) для разряда встроенных конденсаторов напряжением 200 В и выше для значения остаточной энергии:

0,2 мДж для электрооборудования группы I и подгруппы ПА;

0,06 мДж для электрооборудования подгруппы 11В;

0,02 мДж для электрооборудования подгруппы ПС, включая электрооборудование, промаркированное только для группы II, или в два раза превышающей приведенные уровни энергии, если конденсаторы заряжены до напряжения менее 200 В, должны снабжаться предупредительной надписью: «Открывать через У мин после отключения напряжения (где У- значение требуемой выдержки времени), или в качестве альтернативы иметь предупредительную надпись: “Открывать во взрывоопасной среде запрещается”.

Так как запрещение открывать оболочку во взрывоопасной среде не всегда является рациональным решением, то появляется необходимость в определении выдержки времени после отключения напряжения питания встроенного в оболочку электрооборудования до тех пор, пока напряжение на встроенных конденсаторах снизится до искробезопасного значения.

Оценим решение об установлении искробезопасного значения напряжения на встроенных конденсаторах, приведенное в стандартах [1,

2]. Для этого воспользуемся характеристиками искробезопасности ив = ((С) (рисунок), приведенных в стандарте [3] для четырех представи-

Зависимости минимального воспламеняющего напряжения от емкости конденсаторов для: I - метановоздушной смеси; 11А - пропановоздушной смеси; 11В -этиленовоздушной смеси; 11С - водородовоздушной смеси

тельных взрывоопасных смесей. Минимальная воспламеняющая энергия по данным характеристикам искробезопасности ив = ((С) определится как 0,5 Сив 2, где С - емкость конденсатора, а ив - минимальное воспламеняющее напряжение. Искробезопасные значения энергий конденсаторов будут в 2,25 раз меньше минимальных воспламеняющих. Рассчитаем искробезопасные значения энергий конденсаторов на основании данных характеристик искробезопасности ив = ((С). Результаты расчетов сведем в таблицу.

Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет сделать следующие выводы:

1. При малых значениях емкостей конденсаторов искробезопасные значения их энергий оказываются меньшими, чем в стандартах [1, 2], что ведет к необъективной оценке.

2. При больших значениях емкостей конденсаторов искробезопасные значения их энергий могут на три порядка превышать значения, принятые в стандартах [1, 2], что приводит к нерациональному решению задачи выбора задержки времени открывания взрывонепроницаемой оболочки.

3. Уровень искробезопасных значений энергий конденсаторов не зависит от напряже-

Емкость С, мкФ

ния, до которого они были заряжены, а определяется значением их емкостей. Напряжение, до которого был заряжен конденсатор, будет определять только время У, за которое его напряжение снизится до искробезопасного значения.

4. Принятый метод оценки безопасных значений энергий в стандартах [1, 2] распространяется только на конденсаторы без искрозащитных элементов и не может быть использован для оценки технических решений, снижающих опасность заряженных конденсаторов и время У.

5. Не верно утверждение «включая электрооборудование, промаркированное только как группа II», так как при наличии высокотемпературных источников воспламенения обязательно необходимо указывать группу или подгруппу электрооборудования.

6. Противоречивость построения в стандартах [1, 2] содержания данного параграфа, когда «оболочки, которые могут быть открыты быстрее, чем требуется время У, должны снабжаться предупредительной надписью: «Открывать через У мин после отключения напряжения».

Обобщая результаты анализа метода установления искробезопасных значений напряжений заряженных конденсаторов в соответствии со стандартами [1, 2], следует отметить:

1) в большинстве случаев данный метод нерационально решает поставленную задачу;

2) имеется область значений емкостей конденсаторов, при которых оценка не обеспечивает объективных результатов;

3) метод имеет ограниченную область применения, распространяясь только на конденсаторы без искрогасящих элементов, что не позволяет использовать технические решения, направленные на снижение опасности заря-

женных конденсаторов и времени задержки открытия оболочки.

Альтернативой рассмотренного метода установления искробезопасных значений напряжений заряженных конденсаторов являются экспериментальный или расчетный (по характеристикам искробезопасности) методы оценки искробезопасности электрических цепей, изложенные в ГОСТ Р 51330.10-99 [3], которые позволяют устранить недостатки, присущие рассмотренному методу.

В стандартах [1, 2] п. 6.2 должен быть дан в следующей редакции: «Оболочки, содержащие заряженные до искроопасных напряжений конденсаторы или нагретые тела до температуры их поверхностей, выше, чем температурный класс электрооборудования, должны снабжаться предупредительной надписью «Открывать во взрывоопасной среде запрещается». Альтернативой данного

решения является открытие оболочки во взрывоопасной среде после выключения питания с выдержкой времени У, необходимой:

а) для разряда встроенных конденсаторов после выключения питания до искробезопасных значений напряжений, определяемых по характеристикам искробезопасности или с помощью испытаний во взрывной камере в соответствии с ГОСТ Р 51330.10-99;

б) для охлаждения встроенных в оболочку нагретых элементов до температуры их поверхностей более низкой, чем температурный класс электрооборудования, и при этом оболочки должны снабжаться предупредительной надписью «Открывать через У мин после отключения питания (где У - значение требуемой выдержки времени)».

---------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. МЭК 60079-0-98. Электрооборудование 3. ГОСТ Р 51330.10-99. Электрооборудова-

для взрывоопасных сред. Часть 0. Общие требования. ние взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная

2. ГОСТ Р 51330.0-99. Электрооборудование электрическая цепь «1».

взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования.

_ Коротко об авторах ____________________________

Ерыгин А.Т. - профессор, доктор технических наук, ИПКОН РАН. Шатило А.Н - доктор технических наук, МОС «Сертиум».