Межгосударственный стандарт ГОСТ 30852.10-2002 (МЭК 60079-11:1999) "Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь i" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 н стр. 18

Параметры разряда можно определять непосредственными измерениями, а также расчетами или измерениями на основе использования его модели.

Примечание - Непосредственные измерения параметров разряда, как правило, проводить нецелесообразно, поскольку для этого требуется искрообразующий механизм, реализующий наиболее опасные условия разрядообразования, и более оправданным в этом случае является его использование для проведения прямых испытаний искробезопасности цепи.

Следует отметить, что при наличии действующего макета цепи параметры разряда значительно проще определять, используя специальное электронное устройство, которое подключают к размыкаемым контактам рассматриваемой цепи и осуществляют физическое моделирование математической модели разряда, как показано на рисунке А.26.

Для решения многих задач в области обеспечения и оценки искробезопасности электрических цепей математическая модель разряда может быть создана на базе его статических вольт-амперных характеристик. Эта модель может быть представлена уравнением:

,

(А.1)

где - напряжение разряда;

- катодное падение напряжения;

a и b - коэффициенты, характеризующие условия получения характеристик;

- ток разряда;

- скорость размыкания контактов;

t - время.

Для катода, изготовленного из кадмия, В, а = 40 В/мм и b = 7,6 . С целью повышения точности определения напряжения разряда , коэффициенты a и b можно определять для ограниченных диапазонов изменения тока разряда. Так, например, для двух диапазонов изменения тока разряда 0,024 - 0,1 А и 0,05 - 2А значения коэффициентов a и b соответственно составляют a = 82,81 В/мм, b = 2,42 и a = 43,89 В/мм, b = 5,18 .

При использовании формулы (А.1) необходимо знать ток обрыва дугового разряда. Он зависит от материала контактов и параметров разрядной цепи. В некоторых случаях ток обрыва может быть определен при анализе переходного процесса в размыкаемой цепи. Если фактическое значение тока обрыва неизвестно, то может быть использовано значение минимального тока дугового разряда, определяющее физическую возможность существования разряда. В этом случае оценка искробезопасности цепи становится несколько более жесткой. Для контактной пары из кадмия и вольфрама минимальный ток дуги приблизительно равен 0,02 А.

А.4.4 Воспламеняющая энергия разряда размыкания

Для того чтобы электрический разряд вызвал воспламенение горючей смеси, необходимо выполнение двух условий:

1) мощность разряда должна превышать некоторое пороговое значение, при котором поступление тепла в зону горения превышает потери тепла из ядра пламени, что обеспечивает его развитие;

2) в разряде должно выделиться количество энергии, достаточное для достижения ядром пламени условий самораспространения.

Экспериментальные исследования показали:

а) в воспламенении не участвует часть энергии, выделяющаяся в области катодного падения напряжения разряда;

б) значение воспламеняющей энергии разряда в значительной степени зависит от мощности разряда при определенном ее снижении. Кроме того, эта величина также сильно зависит от скорости размыкания контактов цепи, поскольку этим во многом определяется их пламегасящее действие.

На рисунках А.20 - А.22 приведены зависимости минимальной воспламеняющей энергии разряда , за вычетом потерь энергии в области катодного падения напряжения, от длительности разряда T (что характеризует его среднюю мощность) для различных скоростей размыкания контактов цепи при вероятности воспламенения . Зависимости, относящиеся к наименьшим скоростям размыкания контактов, соответствуют условиям реализации минимального воспламеняющего тока в омических цепях. Результаты получены на искрообразующем механизме с регулируемой скоростью размыкания контактов, в котором для сохранения уровня искробезопасности близкому к тому, который обеспечивается искрообразующим механизмом I типа, контакты были изготовлены из кадмиевой пластинки и вольфрамовой проволочки диаметром 0,2 мм.

Значения минимальных воспламеняющих энергий для каждой скорости размыкания удобнее получать не из графиков, а используя формулу

(А.2)

где

- минимальная воспламеняющая энергия при скорости размыкания ;

- минимальная воспламеняющая энергия при скорости размыкания , соответствующая горизонтальным участкам графиков;

- минимальная воспламеняющая энергия при скорости размыкания , соответствующая наклонным участкам графиков;

- длительность разряда,мс;

B и K - коэффициенты для скорости размыкания .

Значения , коэффициентов В и К для 8,5%-ной метановоздушной смеси, 5,1%-ной пропановоздушной и 7,1%-ной этиленовоздушной смесей приведены соответственно в таблицах А .4.4.1 - А.4.4.3.

Таблица А.4.4.1 - Оценка значений и коэффициентов В и К для 8,5%-ной метановоздушной смеси

, м/c	0,046	0,110	0,300	0,900	1,800	4,000	6,500
, мДж	8,26	3,89	1,94	1,06	0,74	0,42	0,35
В	1,146	1,919	2,363	2,528	2,056	1,757	1,384
К	1,235	1,110	1,097	0,835	0,661	0,662	0,531

Таблица А.4.4.2 - Оценка значений и коэффициентов В и К для 5,1%-ной пропановоздушной смеси

, м/c	0,046	0,110	0,300	0,900	1,800	4,000	6,500
, мДж	7,43	3,60	1,75	1,88	0,60	0,39	0,30
В	1,425	1,672	2,205	2,355	2,940	1,681	1,304
К	1,033	1,068	1,007	0,864	0,713	0,648	0,552

Таблица А.4.4.3 - Оценка значений и коэффициентов В и К для 7,1%-ной этиленовоздушной смеси

, м/c	0,15	0,25	0,45	1,00	2,00	4,00	7,90
, мДж	1,820	1,140	0,670	0,350	0,200	0,135	0,115
В	1,527	1,643	1,350	1,150	1,072	0,601	0,183
К	0,787	0,797	0,786	0,809	0,808	0,576	0,147

А.4.5 Метод оценки

Метод оценки искробезопасности электрической цепи сводится к следующему. При параметрах цепи, обеспечивающих требуемый коэффициент искробезопасности К, определяют энергию разряда за вычетом катодных потерь и его длительность при заданной скорости размыкания контактов цепи из диапазона . Полученное значение энергии сравнивают со значением минимальной воспламеняющей энергии при такой же длительности разряда и скорости размыкания контактов цепи. Цепь считают искробезопасной, если при всех скоростях размыкания энергии разрядов не превышают минимальных воспламеняющих значений. Если значения энергии и длительности разряда определяют при номинальных параметрах цепи, то для сравнения используют значения воспламеняющих энергий, уменьшенные с учетом коэффициента искробезопасности в К раз.

А.4.6 Пример оценки искробезопасности цепи

Для иллюстрации процедуры оценки искробезопасности рассмотрим цепь, состоящую из источника питания в виде элемента или батареи напряжением U В и последовательно установленного неповреждаемого токоограничительного резистора сопротивлением R Ом, как показано на рисунке А.25. Рассмотрение проведем для группы I. Величина R Ом - минимальная, U В - максимальная. Оценку проведем для U = 24 В и трех различных сопротивлений резистора: Ом, Ом и Ом. Соответственно токи в цепях будут приблизительно равны: , и .

Последовательность оценки:

1) Определяют параметры цепи с учетом коэффициента искробезопасности, например 1,5. Измененная цепь будет иметь параметры: ток в цепи , напряжение U = 24 В. Для рассматриваемых цепей (сопротивления цепей , и ) токи в измененных цепях будут: , , .

2) Определяют энергию разряда и его длительность при размыкании контактов цепи с различными скоростями. Применительно к рассматриваемой цепи можно получить аналитические выражения для определения искомых параметров разряда. Для более сложных цепей расчеты, как правило, ведут с использованием численных методов решения. С учетом выражения (А.1) имеем следующие расчетные формулы:

ток обрыва разряда

,

(А.3)

энергия разряда

,

(А.4)

длительность разряда

(А.3)