Об оценке взрывонепроницаемости оболочек электрооборудования, эксплуатируемого при высокой температуре окружающей среды

Ерыгин Александр Тимофеевич; Шатило Алексей Николаевич

А. Т. Ерыгин, А.Н. Шатило

ОБ ОЦЕНКЕ ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Семинар № 17

Современные испытания на взрывоне-проницаемость оболочек электрооборудования осуществляются во взрывных камерах, заполненных испытательной взрывоопасной смесью при давлении 0,1 МПа (760 ± 20 мм рт. ст.) и температуре (20-30) 0С. Результаты проведенных испытаний на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования будут справедливы только для данного диапазона температур окружающей среды.

В настоящее время современный стандарт [1] допускает испытанные при нормальных условиях оболочки электрооборудования эксплуатировать его до температуры окружающей среды 60 0С. Это является определенным допущением, так как взрывоопасная смесь при температуре 60 0С является более легко воспламеняемой в сравнении с температурой (20-30) 0С. Так поступают из-за недостаточной изученности зависимости значения критериального параметра взрывоопасной смеси от ее температуры. Справедливо было бы проведение испытаний на взрывонепроницае-мость оболочек электрооборудования при температуре испытательной взрывоопасной смеси, равной максимальной температуре окружающей среды, при которой будет эксплуатироваться данное электрооборудование. Однако такой метод испытаний имеет недостатки, связанные с технической трудностью выполнения таких испытаний при различной температуре испытательной взрывоопасной смеси.

В настоящее время положение таково, что разработчики электрооборудования с видом взрывожзащиты «взрывонепроницаемая оболочка» применяют ее при максимальной температуре окружающей среды выше 60 0С после обычных сертификационных испытаний, что недопустимо.

Целью данной работы является доказательство значительного влияния температуры испытательной взрывоопасной смеси на снижение зазоров взрывонепроницаемых оболочек и необходимость внесения корректив в современную методику испытаний в зависимости от максимальной

температуры окружающей среды, при которой будет эксплуатироваться испытуемое электрооборудование.

Для ответа на поставленные вопросы воспользуемся исследованиями Н.Д. Гавриленко [2] по установлению минимальных воспламеняющих энергий электрического разряда в зависимости от температуры для четырех представительных взрывоопасных смесей. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, показывает, что минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда при увеличении температуры взрывоопасной смеси до 150 0С снижается практически вдвое, что нельзя не учитывать в процессе испытаний на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования.

Приняв за единицу минимальные воспламеняющие энергии электрического разряда, установленные при температуре взрывоопасной смеси 25 0С, были определены в относительных единицах минимальные воспламеняющие энергии электрического разряда при других температурах взрывоопасных смесей. Полученные данные затем были обработаны с помощью математической статистики. Результаты анализа сведены в табл. 2.

Полученные результаты анализа могут быть использованы для совершенствования испытаний на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования с точки зрения учета максимальной температуры окружающей среды, при которой будет эксплуатироваться электрооборудование. Для этого необходимо определить степень снижения безопасного экспериментального максимального зазоров (БЭМЗ) и зазоров в испытанной на взрывонепроницаемость оболочке при нормальных условиях из выражения (1) БЭМЗ/БЭМЗ0 = ^М0)0,467, (1)

где Wo - минимальная энергия электрического разряда при температуре 25 0С; W - минималь-

Представительный

Значения минимальной воспламеняющей энергии электрического разряда (мДж) при различной температуре (°С) взрывоопасной смеси

газ 25 50 75 100 125 150

Метан 0,3 0,276 0,26 0,239 0,203 0,167

Петролейный эфир 0,25 0,225 0,202 0,185 0,167 0,159

Этилен 0,121 0,096 0,078 0,075 0,066 0,062

Водород 0,011 0,0098 0,0086 0,0076 0,007 0,0051

Таблица 2

Представительный газ Уравнения Коэффициент детерминации

Метан W/W0 =1,1044 - 0,0034Т Я2 = 0,9758

Петролейный эфир W/W0 =1,0504 - 0,0034Т Я2 = 0,9773

Этилен W/W0 =3,3367Т-0,3744 Я2 = 0,9904

Водород W/W0 =1,1 - 0,004545Т Я2 = 0,9840

ная энергия электрического разряда при температуре Т.

В соответствии с предложенным методом взрывонепроницаемая оболочка испытывается обычным способом в соответствии с ГОСТ Р

51330.1-99 в представительных взрывоопасных смесях с увеличенными зазорами в оболочке на коэффициент безопасности и дополнительно для учета температуры окружающей среды зазоры в ней дополнительно увеличиваются зазоры на величину, определяемую выражением (2).

БЭМЗ0/БЭМЗ = 1/(Ш/^)°,467 =

= (Ш^)0,467 (2)

где БЭМЗ0/БЭМЗ - коэффициент дополнительного увеличения зазора для учета температуры окружающей среды;

Значение (ШУШ)0,467 вычисляется на основании аналитических выражений для представительных взрывоопасных смесей с учетом максимальной температуры окружающей среды, приведенных в табл. 2. Однако данный метод не всегда может быть реализован из-за невозможности увеличения зазоров в оболочке. Например, в цилиндрических взрывозащитных соединениях зазор увеличить невозможно.

Другим методом, на наш взгляд, более простым и доступным, являются испытания на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования в активизированных испытательных взрывоопасных смесях, обеспечивающих коэффициент безопасности. Дополнительная активизация испытательных взрывоопасных смесей (уменьшение БЭМЗ и увеличение коэффициента безопасности) определяется максимальной температурой окружающей среды,

при которой будет эксплуатироваться электрооборудование, определяется из выражения (3) БЭМЗ = БЭМЗ0 х (Ш/Ш0)0,467 (3)

где БЭМЗ - значение классификационного параметра активизированной испытательной взрывоопасной смеси, учитывающей максимальную температуру окружающей среды; БЭМЗ0 - значение классификационного параметра активизированной испытательной взрывоопасной смеси, приведенной в ГОСТ Р

51330.1-99;

Значение (Ш/Ш^)0,467 вычисляется на основании аналитических выражений для представительных взрывоопасных смесей с учетом максимальной температуры окружающей среды, приведенных в табл. 2.

Пример 1. Выбрать коэффициент безопасности (степень увеличения зазоров в оболочке) при испытаниях на взрывонепроницае-мость оболочки электрооборудования в представительной взрывоопасной смеси категории 11А, предназначенного для работы при максимальной температуре окружающей среды 100 0С. Используя уравнение, приведенное в табл. 2 для представительной взрывоопасной смеси категории 11А, вычислим значение (Ш/Ш0) =1,0504 - 0,003х100 = 0,7504. Откуда

(Ш0/Ш)0,467 = (1/0,7504)0,467 = 1,14. Коэффициент безопасности при испытании оболочки должен быть равен 1,42х1,14 = =1,62.

Пример 2. Выбрать состав активизированной испытательной взрывоопасной смеси для проведения испытаний на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования подгруппы ПА, предназначенного для работы при максимальной температуре окружающей среды 150 0С. Исполь-

зуя уравнение, приведенное в табл. 2 для представительной взрывоопасной смеси категории 11А, вычислим значение (Ш/Ш0) =1,0504 -0,003х150 = 0,6004. Откуда (W/W°)°,467 = (0,6004)0,467 = 0,7880. Значение классификационного параметра активизированной водородовоздушной (55 ± 0,5) % об. смеси БЭМЗ, учитывающей максимальную температуру окружающей среды 150 °С, определится из выражения (3). Значение классификационного параметра активизированной испытательной взрывоопасной смеси БЭМЗ0, учитывающей максимальную температуру окружающей среды 25 0С, равно 0,65 мм. Откуда БЭМЗ = БэМз° х 0,7880 = 0,51 мм и позволяет провести испытания на взрывонепроницае-мость оболочки с учетом температуры окружающей среды 150 °С. Водородовоздушная смесь с содержанием водорода 51 % характеризуется классификационным параметром БЭМЗ, равным 0,51 мм.

Пример 3. Выбрать состав активизированной испытательной взрывоопасной смеси для проведения испытаний на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования подгруппы 11С, предназначенного для работы при максимальной температуре окружающей среды 100 °С. Используя уравнение, приведенное в табл. 2 для представительной взрывоопасной смеси категории 11С, вычислим значение (Ш/Ш0) =1,1 -

0,004545х100 = 0,6455. Откуда (W/W°)°,467 = (0,6455)0,467 = 0,8148. Значение классификационного параметра активизированной испытательной взрывоопасной смеси БЭМЗ, учитывающей максимальную температуру окружающей среды 100 °С, определится из выражения (3). Значение классификационного параметра активизированной испытательной взрывоопасной смеси БЭМЗ0, учитывающей максимальную температуру окру-

1. ГОСТ Р 51330.1-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка». - М., Издательство стандартов, 2000. - 36 с.

2. Гавриленко Н.Д. Исследование воспламеняющей способности разрядов статического электриче-

жающей среды 25 0С, равно 0,19 мм. Откуда БЭМЗ = БЭМЗ0 х 0,8148 = 0,19х0,8148 = 0,155 мм. Водородовоздушная смесь с содержанием водорода 28 % под давлением 1,9 атм. характеризуется классификационным параметром БЭМЗ, равным 0,155 мм. Увеличение давления водородовоздушной смеси до 1,9 атм. позволяет при испытаниях учесть максимальную температуру окружающей среды 100 0С.

Заключение

1. Повышение температуры окружающей среды и как следствие взрывоопасной смеси снижает уровень воспламеняющей энергии электрического разряда и допустимый уровень зазоров во взрывонепроницаемых оболочках электрооборудования. При температуре испытательной взрывоопасной смеси 150 0С минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда в сравнении с температурой 25 0С снижается в два раза, что нельзя не учитывать при испытаниях на взрывонепроницаемость оболочек электрооборудования.

2. На основании экспериментальных данных о минимальных воспаменяющих энергиях электрического разряда в диапазоне от 25 0С до 150 0С установлены с высокой степенью достоверности законы ее изменения от температуры для 4 представительных взрывоопасных смесей.

3. Установлены взаимосвязи между максимальной температурой окружающей среды и составами испытательных взрывоопасных смесей.

4. Предложены способы испытаний на взры-вонепроницаемость оболочек электрооборудования, эксплуатируемого при температуре окружающей среды в диапазоне от 25 0С до 150 0С. Способы испытаний проиллюстрированы примерами.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ства в паро-газо-воздушных средах и разработка методов и средств защиты. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Севастополь, 1975. - 27 с.

— Коротко об авторах

Ерыгин Александр Тимофеевич - профессор, доктор технических наук, ИПКОН РАН. Шатило Алексей Николаевич - доктор технических наук, МОС «Сертиум».

УДК 621.31:622

Текст научной работы на тему «Об оценке взрывонепроницаемости оболочек электрооборудования, эксплуатируемого при высокой температуре окружающей среды»