Способ бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей для взрывоопасных сред
СПОСОБ БЕСКАМЕРНОЙ ОЦЕНКИ ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕД, основанный на определении максимальной энергии, вьщелившейся в разряде за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси, и сравнении ее с минимальной энергией воспламенения этой смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки искр обезопасности электрических цепей, А максимальную энергию разряда в искровом промежутке контактов исследуемой цепи определяют как сумму энергий однопробойного разряда и длительного разряда с постоянной мощностью , равной максимуму отдачи мощности из электрической цепи при безыскровом размыкании ее контактов на согласованную нагрузку, причем энергию однопробойного разряда при безыскровом размыкании контактов исследуемой цепи определяют по максимальному напряжению разряда и по электрической емкости, параллельной контактам искрового промежутка, а энергию длительного разряда определяют за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси при отключенной сосредоточенной емкости цепи, параллельной контактам искрового промежутка, и с учетом потери магнитной энергии цепи в однопробойном разряде.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ас9 (10 за Е 21 F 5/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
<1 4р
Ф02. 1 (21) 3591094/22-03 (22) 17. 05.83 (46) 15.09.84. Бюл. 1 34 (72) Н.И. Лобызов и Н.N. Кармазинов (53) 622.81 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 213184, кл. E 21 F 5/00, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР
У 508590, кл. E 21 F 5/00, 1976 (прототип). (54) (57) СПОСОБ БЕСКАМЕРНОЙ ОЦЕНКИ
ИСКРОБЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ЦЕПЕЙ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СРЕД, основанный на определении максимальной энергии, выделившейся в разряде за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси, и сравнении ее с минимальной энергией воспламенения этой смеси, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности оценки искробезопасности электрических цепей, А максимальную энергию разряда в искровом промежутке контактов исследуемой цепи определяют как сумму энергий однопробойного разряда и длительного разряда с постоянной мощностью, равной максимуму отдачи мощности из электрической цепи при безыскровом раэмыкании ее контактов на согласованную нагрузку, причем энергию однопробойного разряда при безыскровом размыкании контактов исследуемой цепи определяют по максимальному напряжению разряда и по электрической емкости, параллельной контактам искрового промежутка, а энергию длительного разряда определяют за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси при отключенной сосредоточенной емкости цепи, параллельной контактам искрового промежутка, и с учетом потери магнитной энергии цепи в однопробойном разряде.
13566
t0
3 11
Изобретение относится к бескамерным (расчетным и электроизмерительньи) способам оценки искробезопасности электрических цепей электрооборудования, применяемого во взрывоопасной атмосфере предприятий горной, нефтяной, химической и газовой промышленности.
Известен способ бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей, заключающийся в том, что измеряют коммутационные перенапряжения, возникающие при безыскро.
;вой коммутации тока на сопротивле нии, имитирующем разряд и соответ ствующем условию максимальной мощности, и на емкости, величина которой подбирается по измеренному на этом сопротивлении напряжению, сравнивают полученные значения на" пряжения, емкости и сопротивления с заранее определенными для данной взрывчатой смеси граничными значениями — границей безопасности,в качестве которой принимают границу безопасности для емкостных и дуговых разрядов (1) .
Однако известный способ не позволяет достаточно точно оценить влияние источника питания испытуемой цели на энергию емкостного разряда и поэтому позволяет проворить оценку искробезопасности лишь Ъмических и простых индуктивно-емкостных цепей, в которых основаная энергия в емкостной разряд поступает от индуктивного элемента цепи, а также омически-емкостных цепей, в которых емкостный элемент подключен параллельно, при этом контактом искрового промежутка и подзарядом емкости от источника питания цепи можно пренебречь.
Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей, который заключается в том, что определяют энергию разряда за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси по рабочей модели разряда, например по линейному убыванию тока от своего установившегося значения до нуля, усиливают полученное значение энергии в число раз, пропорциональное значениям выделенной энергии при максимальной отдаче, сравнивают .полученное значение энергии при максимальной отдаче со значе-
РО
55 нием минимальной энергии воспламенения для той взрывчатой смеси (2) .
Укаэанный способ не обеспечивает высокой точности оценки, так как . максимум энергии, выделившейся в разряде за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой
1 смеси, не во всех случаях дает исчерпывающую характеристику искробезопасности электрических цепей.
Так, в электрических цепях с омическим характером нагрузки при достаточной длительности разрядов их воспламеняющая способность характеризуется мощностью разряда. В общем случае при оценке искробезопасности электрических цепей, кроме максимума энергии разряда за определенное (заданное) время, необходимо также каким-либо способом контролировать максимум мощности разряда за последующие моменты времени. Недостатком способа является также сложность его реализации из-за трудности создания для всех классов электрических цепей рабочих моделей разряда и определения связей между значениями выделенной энергии при максимальной отдаче и рабочей модели разряда. Моделирование разряда линейным убыванием тока от своего установившегося значения до нуля имеет ограниченное применение и позволяет проводить оценку искробезопасности лишь омических и индуктивных цепей, в которых опасны, например, дуговые разряды размыкания ограниченной длительности. В индуктивно-емкостных и омически-емкостных цепях могут представлять опасность не только разряды размыкания, но и разряды замыкания в емкостных элементах, заряженных, например, от источника питания испытуемой цепи. Энергию емкостных разрядов замыкания с помощью линейной токовой модели разряда определить невозможно.
Цель изобретения — повышение точности оценки искробезопасности электрических цепей для взрывоопасных сред.
Поставленная. цель достигается тем, что согласно способу бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей для взрывоопасных сред, основанному на определении максимальной энергии, выделившейся в разряде за время формирова1113566
Определение энергии однопробойного емкостного разряда при максимальном напряжении переходного процесса испытуемой цепи и энергии длительного разряда с постоянной мощностью, равной максимуму отдачи мощности из цепи при ее безыскровом размыкании на согласованную нагрузку, соответствует наиболее опасно- 35 му случаю коммутации цепи, когда емкостный разряд переходит в длительный, например дуговой, тлеющий или коронный, разряд и позволяет з с помощью простых расчетных или 40 электроизмерительных приемов определить энергию разряда за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси, в котором наиболее полно реализуется не только энергия 45 источника питанйя, но и запасенная энергия в емкостных и индуктивных элементах любой испытуемой электрической цепи.
Постоянство мощности длительного 50 разряда, не снижая надежности оценки, позволяет не определять в явном виде максимальную мощность разряда за время, превышающее время формирования минимального ядра. пламени взрыв-55 чатой смеси.
Отключение электрической емкости цепи, параллельной контактам искровония минимального ядра пламени взрыв" чатой смеси, и сравнении ее с минимальной энергией воспламенения этой смеси, максимальную энергию разряда в искровом промежутке контактов исследуемой цепи определяют как сумму энергий однопробойного разряда и длительного разряда с постоянной мощностью, равной максимуму отдачи мощности из электрической цепи при безыскровом размыкании ее контактов на согласованную нагрузку, причем энергию однопробойного разряда при безыскровом размыкании,контактов исследуемой цепи определяют по максимальному напряжению разряда и по электрической емкости, параллельной контактам искрового промежутка, а энергию длительного разряда определяют за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси при отключенной сосредоточенной емкости цепи, параллельной константам искрового промежутка, и с учетом потери магнитной энергии цепи в однопробойном разряде, 5 10 l5
ro промежутка, создает наиболее благо. приятные условия- для определения максимальной мощности длительного разряда, а учет потерь магнитной энергии цепи в однопробойном емко. тном разряде позволяет исключить лишний запас невоспламенения.
На фиг. 1 показаны предельные искробезопасные режимы энерговыделения в разряде, определенные по предлагаемому способу при трех значениях энергии А однопробойного емкостноо го разряда (линия 1 — для Ао = Ао„, линия 2 — для Ао = A ., линия 3 для
А = О; кривая 4 — график зависимостй воспламеняющей энергии разряда от его длительности для данной взрывчатой смеси) . Кроме того, приняты обозначения: А „„ — минимальная энергия воспламенения взрывчатой смеси; л AMISH — время формирования мин MIIH нимальног0 ядра пламени взрывчатой смеси; N „H — минимальная воспламе,няющая мощность взрывчатой смеси;
I — момент времени, начиная с которого наблюдается рост воспламеняющей энергии с увеличением дли, п тельности разряда, с 2 — критическая длительность разряда IIQ воспламеняющей мощности.
Для обеспечения искробезопасности электрической цепи необходимо, чтобы графики э нер г овыд еления в разряде с самой большей воспламеняющей способностью (линии 1-3) ни в одной точке не пересекали график зависимости воспламеняющей энергии разряда от его длительности (линия 4). Из фиг.1 видно, что при любой длительности разряда это условие выполняется и, следовательно, предлагаемый способ позволяет надежно оценить искробезопасность любой электрической цепи.
Оценка искробезопасности электрических цепей по предлагаемому, например электроизмерительному, способу осуществляется следующим образом.
Первоначально определяют энергию
А однопробойного емкостного разряда.
Для этого с помощью измерительного осциллографа измеряют максимум напряжения переходного процесса на контактах искрового промежутка при безыскровом размыкании испытуемой цепи. Безыскровое размыкание цепи может осуществляться, например, ваку1113566
Аиин
L y 1 мин
10 умным переключателем типа ВП-2 или вакуумными выключателями типа ВВ-5 и ВВ-20. По найденному напряжению и известной (или измеренной например, серийными приборами) электрической емкости С цепи, параллельной контактам искрового промежутка, вычисляют значения энергии Ао..
Cuì
Затем определяют энергию Аф л длительного разряда за время» к
:формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси. С этой целью при отключенной сосредоточенной электрической емкости цепи, параллельной контактам искрового промежутка, и с учетом потери магнитной энергии цепи в однопробойном емкостном разряде первоначально определяют максимум отдачи мощности
N„ « H e»»H n H ee безыскровом размыкании на согласованную нагрузку..
Для этого параллельно контактам искро2 ного промежутка подключают, например, активное сопротивление. При безыскровом размыкании цепи на этом сопротивлении измеряют максимальное напряжение переходного процесса и по извест-З0 ной формуле подсчитывают значение рассеиваемой на нем мощности. 5В каждом испытательном режиме проводят серию таких измерений при разных значениях сопротивления, имитирующего З разряд. За оценку величины Имак принимают наибольшее из найденных значений рассеиваемой на сопротивлении мощности. В индуктивных цепях без гасящих контуров при одном 40 заряде электрической емкости до максимального напряжения реализу-ется вся магнитная энергия цепи.
Поэтому в .таких цепях величину
Nма„, ОПРеДелЯЮТ ПРИ Отключенном ин 45 дуктивном элементе, но при сохранении неизменным значения активного сопротивления цепи. В электрических цепях с гасящими контурами потерями магнитной энергии цепи в однопро- gp бойном емкостном разряде можно пренебречь.
По известным значениям минимальной энергии воспламенения Лцн„
5S
И минимальной воспламеняющей мощности N ц„ вычисляют время скр формирования минимального ядра пламени данной взр» вчатой смеси.Так, для метано-воздушной смеси А „
0>15 мДжэ армии 1 Вт1 С
Амин .О, 15 ° 1О н = Ф = 150 мкс, для
1 м ик водородно-воздушной смеси Ам„н
= 0,013 мДж, N „ 0,38 Вт, 0 013, 10-з
0 38 = 34 мкс.
По найденным значениям максимуму отдачи мощности Яца„и времени "макс кр Энергию А однопробойного емкостного разряда и энергию Ag длительного разряда суммируют. .Цепь считается искробезопасной, если выполняется условие: CuM, (1) 2 "макс " кр A hAHH Оценка искробезопасности, например, омических и индуктивных цепей предлагаемым способом осуществляется следующим образом. В омической цепи, показанной на фиг.2, величина U> = Е и энергию однопробойного разряда А определяют из выражения: СЕ A о 2 (2) где Š— ЭДС источника питания цепи; С - распределенная емкость цепи. Для величины N можно записать, Макс Е Е3 "макс q p 4 где 1 — ток короткого замыкания цепи. Тогда величину энергии Ag длительного разряда определяют по форм ле: л А(- gp (3) Выражения (2) и (3) условие искробезопасности (1) для омической цепи позволяют определить в следующем виде: СЕ Е3. — + — (A .: (4) кр Мин . В индуктивной цепи, показанной на фиг.3, J 2 Ом= E. + — р 13566 Ъ 8 А = †- = — + — (5) С1Л- CE L I о 2 2 . 2 ЕУ маркс 4 Следовательно Из табл. 1-5 видно, что расчетные значения тока в основном в 1,5-3 раза меньше токов из характеристик искробезопасности. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ позволяет надежно оценивать искробезопасность электрических цепей. Таблица 1 Омические цепи 1 (» 1 t00 200 ) 300 Е, В 2,0/0,330 0,24/0,064 0,080/0,020 0,035/0,0130 0,024/0,0110 О, 2/0,076 О, 08/О, 030 0,020/0,015 О, 020/О, 0076 0,0 3/О, 0051 с A 3,0/2, 1 2,0/1,3 1,8/2, 2 10/4, 3 1,8/1,7 П р и м е ч а н,и е. В числителе представлены значения для метана, в знаменателе — для водорода. 7 11 где Ь вЂ” индуктивность цепи, С - распределенная емкость цепи., Тогда В индуктивной цепи (фиг.3) при одном заряде распределенной электрической емкости цепи, параллельной контактам искрового промежутка при беэьккровом размыкании цени, реализуется вся магнитная энергия цепи. Поэтому максимум отдачи мощности определяется как и в омической цепи только ЭДС источника питания и активным сопротивлением К цепи А 4 EI л (6) С учетом выражений (5) и (6) условие искробезопасности (1) для индуктивной цепи имеет вид. сей 432 К вЂ” Ф вЂ” "4 (Ам .,(7) 2 я 4 кт мин Неравенство (7) отличается от неравенства (4), как и следовало ожи1 г дать, только слагаемым В табл. 1-5 приведены предельные искробезопасные значения токов I > определенные по предлагаемому способу для омических и индуктивных цепей для представительных метано-воздушной и водородно-врздушной взрывчатых смесей, и значения токов 1г иэ характеристик искробеэопасности,приведенных в ГОСТ 22782.5-78 для этих взрывчатых смесей. Значения токов I для омических цепей (табл;1) опреде10 лены по формуле Ф. (CE с сл мин ) (8) кр а для индуктивных цепей (табли цы 2-5) по формуле: 1 = — i + — 2 с «кр k !. кр g мин которые получены путем замены в выражениях (4) и (7) знака неравенства знаком равенства и решения полученных уравнений относительно тока Г, Значение распределенной емкости С цепей при подсчете по формулам (8) и (9) принято равным 75 10 Ф. Значения величин А® щ„и л v приведены выше. 9 1113566 Та блица 2 Индуктивные цепи Та блица 3 t 1 1 10 з 10 10 10 Е, В 12 24 70 Lt Г I А 1,30 0,40 1,130 0,038 ?,А 0 150 О 130 1с А 0 051 0,047 1,А 0,15 0,10 0,047 0,016 8,7 4,0 2,8 2,4 Ьс 3,2 П р и м е ч а н и е. Значения для метана при Е=24В. П р и м е ч а н и е. Значения для метана при L=0,1 rc. Таблица 4 45 72 120 7,5 Е, В Тг,А О, 023 О, 023 0,023 Г,А О, 014 0,013 0,011 2,1 1,7 1,8 П р и м е ч а н и е. Значения для водорода при L = 0,1 Гс. Та блица 5 ?.„rо 10 10 10-2 (о ?„,А 0 0150 0,0047 О, 063 Г,А с. с 1,8 2,4 2,9 П р и м е ч а н и е. Значения для водорода при Е = 45 В. 1г с 0,030 0,015 О, 100 О, 035 О, 028 0,015 0,080 0,033 0,110 О, 034 0,036 2,4 0,023 0,013 О, 0150 0,0089 1113566 Фи 3 Составитель И. Назаркина Техред М.Тепер Корректор Г. Огар Редактор Л. Пчелинская Тираж 426 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Заказ 6545/28 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4
