Об использовании кислородоводородной смеси при сертификации взрывозащищенного и рудничного электрооборудования Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

СЕМИНАР 10

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

А.Т. Ерыгин, Институт проблем комплексного освоения недр РАН

Об использовании кислородоводородной смеси при сертификации взрывозащищенного и рудничного электрооборудования

В процессе сертификации взрывозащищенного и рудничного электрооборудования обязательно проводятся испытания на отсутствие воспламенения взрывчатых смесей от электрических разрядов, возникающих в нормальном и аварийных режимах работы электрических цепей, электростатических разрядов, фрикционных искр, нагретых тел, а также на отсутствие передачи взрыва через защиту, предохраняющую от проскока пламени и раскаленных частиц, или обеспечивающую охлаждение продуктов горения. В качестве испытательных взрывчатых смесей используются представительные соответствующих категорий взрывоопасности. В этом случае для обеспечения коэффициента безопасности увеличиваются параметры источника поджигания или снижаются параметры защиты.

Однако такой метод испытаний трудоемок и в ряде случаев неосуществим. Положительным моментом в сертификации стал переход на испытания в активизированных взрывчатых смесях. Значительные преимущества принесло использование в качестве активизированных испытательных взрывчатых смесей кислородоводородной смеси различного состава.

Кислородоводородная смесь в зависимости от её состава может моделировать любую взрывчатую смесь с различным коэффициентом безопасности при сертификационных испытаниях взрывозащищенного и рудничного электрооборудования. Кислородоводородная смесь позволяет исключить при сертификационных испытаниях баллонное хозяйство, приобретение газов, сложную аппаратуру для приготовления испытательных смесей, снизить требования к помещениям, в которых проводятся сертификационные

испытания. Простота и высокая точность приготовления состава кислородоводородной смеси с помощью электролитического устройства, разработанного в ИГД им. А.А. Скочинского [1] являются серьезным преимуществом таких сертификационных испытаний. Для приготовления испытательной кислородоводородной смеси требуется только электричество и дистиллированная вода.

Однако существующие методы сертификационных испытаний характеризуются низкой информативностью. Действительно, они дают только качественную оценку (да или нет). Результаты испытаний применительно к одной взрывоопасной среде не могут быть распространены на другие. Отсутствие количественных результатов испытаний не позволяет их использовать в научно-исследовательс ких целях.

Попытаемся на примере испытаний на искробезопасность электрических цепей [2] решить задачу разработки более информативного метода испытаний.

В настоящей работе ставится задача на основании испытаний в смеси одного состава дать оценку искробезопасности электрической цепи применительно к любой взрывчатой смеси. Причем результаты оценки должны быть выражены в величине коэффициента искробезопасности. Если коэффициент искробезопасности не менее 1,5, то оцениваемая цепь применительно к данной взрывчатой смеси искробезопасна.

Для решения поставленной задачи необходимо:

1. Испытания на искробезо-пасность электрической цепи проводить при составе кислородоводородной смеси, обеспечивающей установленный уровень вероятности

воспламенения (например, 1 . 10-2);

2. Установить связь между классификационными параметрами взрывчатых смесей (БЭМЗ или МТВ) и составом кислородоводородной смеси на установленном уровне вероятности воспламенения.

Согласно действующего стандарта [3] все взрывоопасные смеси горючих газов и паров с воздухом подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального зазора (БЭМЗ) и значения соотношения между минимальным током воспламенения испытуемого газа или пара и минимальным током воспламенения метана (МТВ). Была установлена связь между БЭМЗ и МТВ. Согласно установленной связи МТВ

=БЭМЗ / БЭМЗо, где БЭМЗо -безопасный экспериментальный зазор для метановоздушной смеси, равный 1,14 мм, а БЭМЗ - безопасный экспериментальный зазор испытуемой взрывоопасной смеси, МТВ - безразмерная величина, характеризующая по отношению к метановоздушной смеси испытуемую взрывчатую смесь. Для четырех представительных взрывчатых смесей МТВ будет равна:

♦ метановоздушная - 1,0;

♦ пропановоздушная - 0,807;

♦ этиленовоздушная - 0,570;

♦ водородовоздушная - 0,254.

В результате выполненных исследований была установлена связь МТВ с составом кислородоводородной смеси. Аналитическое выражение этой связи имеет вид

4,5

(1)

С02 - 8 + ^1,345

где

МТВ1

С0 - содержание кислорода

в кислородоводородной смеси.

Испытания на искробезопас-ность электрической цепи можно осуществить по новому. Испытуемая электрическая цепь подключается к искрообразующему механизму МЭК,

170

ГИаБ 1 і 1999

взрывная камера которого заполнена кислородоводородной смесью с содержанием кислорода 66%. Если после 400 оборотов искрообразующего механизма не происходит ни одного воспламенения или вероятность воспламенения меньше, чем 10 -2,то испытуемая электрическая цепь искробезопасна применительно к I, 11А, 11В и ПС категориям взрывоопасности. Если происходит воспламенение с вероятностью выше 10-2, тогда уменьшают содержание кислорода в кислородоводородной смеси до тех пор, пока вероятность воспламенения не станет равной 10-2. При установленном составе кислородоводородной смеси С0

определяем МТВиц испытуемой цепи из выражения

МТВиц = 1,З45

4,5

Со2 - 8

(2)

Затем устанавливаем значение МТВсм взрывоопасной смеси, применительно к которой мы осуществляем оценку ис-кробезопасности электрической цепи. Это может быть как контрольная взрывчатая смесь (метановоздушная, пропановоздушная, этиленовоздушная, или водородовоздушная), так и любая другая взрывоопасная смесь, для которой известен БЭМЗсм. МТВсм может быть

определена из выражения

МТВсм = БЭМЗсм / БЭМЗо.

Коэффициент искробезопас-ности К испытанной электрической цепи применительно к выбранной взрывчатой смеси будет равен

К = МТВсм / МТВиц (З)

Из выражения (З) следует, что на основании одного испытания (его результат МТВиц), может быть определен коэффициент

искробезопасности применительно к любой взрывчатой смеси.

Результатом испытаний должен стать график зависимости коэффициента безопасности от значения БЭМЗ взрывчатых смесей.

Подставив в выражение (З) значение МТВсм, получим

К =---------1---------БЭМЗсм

БЭМЗ, • МТВц см

(4)

Так как для выполненного испытания МТВиц = const, то К= =ДБЭМЗсм) представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Наклон этой прямой будет определяться 1/ БЭМЗо МТВиц, то есть фактически результатами испытаний (МТВиц) или содержанием кислорода в кислородоводородной смеси, при котором воспламенение взрывчатой смеси происходило при установленном уровне вероятности. Чем выше содержание кислорода в кислородоводородной смеси, тем больше наклон прямой K =f (БЭМЗсм).

Предложенная методика позволяет также расширить диапазон действия искрообразующего механизма МЭК на электрические цепи, токи которых имеют значения 1иц, превышающие 2,0 А. Для этих целей определяют Кпр - коэффициент превышения тока в испытуемой электрической цепи в сравнении с 2,0 А.

Кпр = Іич/2,0 (5)

Затем проводят испытания оцениваемой цепи с током 2,0 А по вышеописанной программе с обязательным установлением значения коэффициента искробезопасности применительно к требуемой взрывчатой смеси. Значение коэффициента искробезопасности для оцени-

ГИАБ 1 і 1999

ваемой электрической цепи с током 1иц будет в Кпр меньше, чем Киц, полученное с помощью экспериментов во взрывной камере для данной цепи с током 2,0 А.

Таким образом, в работе было проиллюстрировано, как благодаря применению при сертификационных испытаниях искробезопасного электрооборудования кислородоводородной смеси переменного состава может быть исключено использование баллонов с горючими газами и сложная аппаратура для приготовления газовоздушных, а в некоторых случаях и паровоздушных смесей, снижены требования к помещениям, расширена область применения по параметрам электрических цепей, испытуемых на механизме МЭК, и существенно повышена их информативность.

Дальнейшие исследования должны быть направлены на решение задач по снижению стоимости, повышению

удобств и информативности сертификационных испытаний других видов взрывозащиты электрооборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Серов В.И., Виноградов В.П. Электролитическое питающее устройство. М., Институт горного дела им. А.А. Скочинского, 1968. 23с.

2. ГОСТ 227825-78. Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты ’’ Искробезопасная электрическая цепь’’. Технические требования и методы испытаний. Введ.01.01.80.М., Издательство стандартов, 1979. 69с.

3. ГОСТ 12.1.011-78. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний. М., Издательство стандартов, 1979. 19с.

© А.Т. Ерыгин

171