CC BY
25
--© А.Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин,
2012
УДК 622.81
А. Т. Ерыгин, А.Ю. Охапкин МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ
НА ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОСТЬ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИНДИВИДУАЛЬНОМУ ГОРЮЧЕМУ ГАЗУ ИЛИ ПАРУ ЖИДКОСТИ
На основании экспериментальных исследований применительно к любой взрывоопасной смеси установлены составы испытательных взрывоопасных смесей и разработана методика испытаний на взрывозащищенность электрооборудования применительно к индивидуальному горючему газу или пару жидкости, позволяющая более рационально решать вопросы обеспечения взрыво-защиты электрооборудования.
Ключевые слова: взрывозащищенность, взрывоопасные смеси, электрооборудование.
1Эсе изученные взрывоопасные смеси по воспламеняемости
А^от высокотемпературного источника воспламенения разбиты на 4 категории взрывоопасности: I, IIA, IIB и IIC [1]. Разбивка на категории взрывоопасности выполнена в зависимости от значений классификационных параметров различных источников воспламенения. Сертификация взрывозащищенного электрооборудования на основе проведенных испытаний проводится применительно к какой-либо категории взрывоопасности. Иногда разработчикам взрывозащищенного электрооборудования экономически нецелесообразно сертифицировать свое электрооборудование применительно к определенной категории взрывоопасности, так как оно предназначено для использования только в одной взрывоопасной смеси, не являющейся представительной. Хотя в стандартах МЭК и России [2] такое право для разработчиков взрывозащищенного электрооборудования декларировано, но решений по его реализации не дано. В данной работе на основании проведенных исследований намечено впервые в мировой практике решить данную задачу. Решение данной задачи подразделяется на четыре части:
- оценка искробезопасности электрических цепей;
- испытания на взрывонепроницаемость оболочек;
- оценка электростатической искробезопасности;
- испытания на взрывобезопасность нагретых тел малого размера.
Для разработки методики испытаний на взрывозащищенность электрооборудования применительно к индивидуальному горючему газу или пару жидкости с критериальным параметром любого уровня необходимо установить взаимосвязи между критериальными параметрами взрывоопасных смесей и параметрами испытательных взрывоопасных смесей. В начале следует доказать, что критериальные воспламеняющие параметры всех высокотемпературных источников, определяющих их воспламеняющую способность, могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Данные классификационные параметры определяют условия испытаний взрывозащи-щенного электрооборудования: БЭМЗ определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент безопасности при испытаниях на взрывонепроницаемость оболочек, минимальный воспламеняющий ток (МТВ) контрольной электрической цепи определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент искробез-опасности при оценке на искробезопасность электрических цепей, минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда W и гасящее расстояние dкр определяют испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент искробезопасности при оценке на ис-кробезопасности электростатических разрядов, а удельная воспламеняющая мощность УВМ определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент безопасности при оценке на взры-вобезопасность нагретых тел малого размера. При обработке результатов исследований было установлена взаимосвязь между всеми критериальными параметрами взрывоопасных смесей в виде выражения (1)
Соотношение МТВ = БЭМЗ/БЭМЗ0 = dкр/dкро = = / Wmmo)0•4б9 = УВМ/УВМ0 (1)
Данное соотношение достоверно при R2 = 0,9679.
По установленной взаимосвязи между классификационными параметрами взрывоопасных смесей можно на основании знания одного из классификационных параметров определить без дополнительных экспериментов остальные и выполнить весь комплекс сертификационных испытаний применительно ко всем четырем высокотемпературным источникам воспламенения.
Установленное соотношение (1) позволяет разработать методику испытаний на взрывозащищенность электрооборудования применительно к индивидуальному горючему газу или пару жидкости. Для разработки методики испытаний на взрывозащищен-ность электрооборудования применительно к любой бинарной взрывоопасной смеси или многокомпонентной взрывоопасной смеси с критериальным параметром любого уровня необходимо установить взаимосвязи между критериальными параметрами взрывоопасной смеси, в которой будет эксплуатироваться электрооборудование, и параметрами испытательных взрывоопасных смесей. В начале попытаемся решить эту задачу применительно к испытаниям на искробезопасность электрических цепей. Водородокислород-ная смесь в зависимости от ее состава может моделировать любую взрывоопасную смесь с различным коэффициентом безопасности при сертификационных испытаниях взрывозащищенного и рудничного электрооборудования. Водородокислородная смесь позволяет исключить при сертификационных испытаниях баллонное хозяйство, приобретение газов, сложную аппаратуру для приготовления смесей, снизить требования к помещениях, в которых проводятся сертификационные испытания. Простота и высокая точность приготовления состава водородокислородной смеси и для приготовления требуется только электричество и дистиллированная вода. В результате выполненных экспериментальных исследований установлена связь соотношения МТВ с составом испытательной активизированной водородокислородной смеси. Аналитическое выражение этой связи имеет вид (рис. 1)
СО2 = 12,769хМТВ"0'5828 (2)
где С02 - содержание кислорода в процентах в водородокисло-родной смеси. Установленная зависимость позволяет провести оценку на искробезопасность электрической цепи применительно к индивидуальному горючему газу или пару жидкости.
В соответствии с ГОСТ Р 51330.1-99 [3] в основе выбора испытательных взрывоопасных смесей при испытаниях на взрывоне-проницаемость оболочек имеет место их значение БЭМЗ.
Рис. 1. Зависимость процентного содержания кислорода в кислородоводород-ной смеси (у) от соотношения МТВ (х) взрывоопасной смеси
Для выполнения испытаний оболочек электрооборудования на взрывонепроницаемость применительно к любой бинарной или многокомпонентной смеси необходимо знание значений БЭМЗ в зависимости от состава испытательных взрывоопасных смесей в диапазоне значений БЭМЗ от 0,19 до 1,5 мм. Такой диапазон изменений БЭМЗ может быть охвачен метановоздушной смесью (1,14 -1,5) мм (зависимость у = 56,922 х3-236,81х2 + 331,18х -145,82 при R2 =0,9949, где у -содержание метана в процентах, х - БЭМЗ в мм), этиленовоздушной смесью (0,65 -1,05) мм (зависимость у = 56,652 х3-155,34х2 + 144,85х - 37,363 при R2 =0,9949, где у - содержание этилена в процентах, х - БЭМЗ в мм), водородовоздушной смесью (0,28 - 0,65) мм (зависимость
у = 376,51 х3- 767,24х2 + 536,98х -73,257 при R2 =0,9999, где у - содержание водорода в процентах, х - БЭМЗ в мм)) и водородовоз-душной смесью, находящейся под давлением (0,09 -0,28) мм (у = 0,2843х1 0086 при R2 =0,9853,
где у - давление взрывоопасной смеси в атм., х - БЭМЗ в мм).
Установленные зависимости БЭМЗ от состава и давления природных газов в смеси с воздухом позволяют на основании знания значения классификационного параметра взрывоопасной смеси выбрать необходимую испытательную взрывоопасную смесь. При этом во всех случаях коэффициент безопасности принимается равным значению 1,42.
Целью испытаний на электростатическую искробезопасность является определение вероятности воспламенения взрывоопасной испытательной смеси электрическими разрядами статического электричества, возникающими от электрических зарядов на испытуемом изделии. Испытания осуществляют во взрывной камере, заполненной испытательной взрывоопасной смесью. Давление взрывоопасной испытательной смеси должно быть 0,1 МПа (760 ± 20 мм.рт.ст.) при температуре (20-30) 0С. Объемное содержание горючих в представительных взрывоопасных смесях в зависимости от категории взрывоопасности смеси составляет: I - (8,3 ± 0,3) % метана;
IIA - (5,3 ± 0,3) % пропана; IIB - (7,3 ± 0,5)% этилена; IIC -(21,3 ± 2,0)% водорода.
При проведении испытаний на электростатическую искробез-опасность рациональнее применять активизированные взрывоопасные испытательные смеси. В качестве активизированных взрывоопасных испытательных смесей следует использовать водородо-кислородную смесь. Содержание кислорода в водородокислород-ной смеси в зависимости от категории взрывоопасности смеси составляет: I - 10,8 % кислорода; IIA - 12,8 % кислорода; IIB - 16,6 % кислорода; IIC - 27,5 % кислорода.
В результате выполненных экспериментальных исследований установлена связь соотношения МТВ с составом испытательной активизированной водородокислородной смеси. Аналитическое выражение этой связи имеет вид (рис. 2)
Проведенные исследования позволяют решить вопрос повсеместного перехода на испытания взрывобезопасности нагретых тел малого размера в водородокислородной смеси переменного состава. Поэтому можно ставить вопрос о новом подходе в сертификационных испытаниях взрывобезопасности нагретых тел малого размера.
Рис. 2. Зависимость процентного содержания кислорода в кислородоводород-ной смеси (у) от соотношения МТВ (х) взрывоопасной смеси
Рис. 3. Зависимость содержания кислорода в активизированной испытательной водородокислородной смеси от от удельной воспламеняющей мощности нагретого тела с характеристическим размером до 9 мм
Действительно, наретое тедл малого размера поме------- —
взрывную камеру, заполненную водородокислородной
Подключают питание к нагреваемому телу в соответствии с наиболее опасным испытательным режимом. Наиболее опасный испытательный режим будет иметь место, когда в нагреваемом теле будет выделяться энергия с максимальной мощностью в соответствии с испытательным режимом. На основании экспериментальных исследований установлена зависимость содержания кислорода в активизированной испытательной водородокислородной смеси от удельной воспламеняющей мощности нагретого тела с характеристическим размером до 9 мм (рис. 3). Для определения состава активизированной испытательной взрывоопасной смеси соотношение УВМ уменьшают в полтора раза.
Заключение
На основании проведенных исследований:
1. Для сертификации взрывозащищенного электрооборудования применительно к любой бинарной или многокомпонентной взрывоопасной смеси с критериальным параметром любого уровня установлены составы испытательных взрывоопасных смесей.
2. Доказано, что критериальные воспламеняющие параметры всех высокотемпературных источников, определяющих их воспламеняющую способность, могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. По установленной связи между классификационными параметрами взрывоопасных смесей (2) можно на основании знания одного из классификационных параметров определить без дополнительных экспериментов остальные и выполнить весь комплекс сертификационных испытаний применительно ко всем четырем высокотемпературным источникам воспламенения. Данный вывод должен найти свою реализацию в действующих стандартах.
3. Разработана методики испытаний на взрывозащищенность электрооборудования применительно к индивидуальному горючему газу или пару жидкости, позволяющая более рационально решать вопросы обеспечения взрывозащиты электрооборудования. ггш
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 51330.11-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным эксперименталь-
ным зазорам и минимальным воспламеняющим токам. Введ. 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 10 с.
2. ГОСТ Р 51330.0-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования. Введ. 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. - 47 с.
3. ГОСТ Р 51330.1-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Взрывонепроницаемая оболочка. Введ. 01.01.00. - М.: Издательство стандартов, 2000. -53 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Ерыгин А.Т.— доктор технических наук, профессор, заведующий отделом, Охапкин А.Ю. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,
Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения
недр Российской академии наук (УРАН ИПКОН РАН),
