Способ бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей для взрывоопасных сред Советский патент 1984 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к бескамерным (расчетным и электроизмерительным) способам оценки искробезопасности электрических цепей электрооборудования, применяемого взрывоопасной атмосфере предприяти горной, нефтяной, химической и газ вой промьшшенности. Известен способ бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей, заключакнцийся в том, что измеряют крммутащюнные перенапряжения, возникающие при безыск ;вой коммутации тока на сопротивлении, имитирующем разряд и соответствующем условию максимальной мощности, и на емкости, величина которой подбирается по измеренному на этом сопротивлении напряжению, сравнивают полученные значения напряжения, емкости и сопротивления с заранее определенными для данной взрывчатой смеси граничными значениями - границей безопасности,в качестве которой принимают границу безопасности для емкостных и дуговых 15азрядов Л . Однако известный способ не позволяет достаточно точно оценить влияние источника питания испытуемой цепи на энергию емкостного раз ряда и поэтому позволяет проводить оценку искробезопасности лишь Ъмических и простых индуктивно-емкост цепей, в которых основаная энергия в емкостной разряд поступает от индуктивного элемента цепи, а такж омически-емкостных цепей, в которых емкостный элемент подключен параллельно, при этом контактом искрово промежутка и подзарядом емкости от источника питания цепи можно пренебречь. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ бес камерной оценки искробезопасности электрических цепей, который заклю чается в том, что определяют энергию разряда за время формирования минимального ядра пламени взрывчато смеси по рабочей модели разряда, например по линейному убыванию тока от своего установившегося значения до нуля, усиливают полученное значение энергии в число раз, пропо циональное значениям выделенной энергии при максимальной отдаче, сравнивают полученное значение энер гии при максимальной отдаче со знач нием минимальной энергии воспламенения для той взрывчатой смеси Zj . Указанный способ не обеспечивает высокой точности оценки, так как максимум энергии, выделившейся в разряде за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой 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 вьделенной 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 - повьш1ение точности оценки искробезопасности электрических цепей для взрывоопасных сред.. Поставленная- цель достигается тем, что согласно способу бескамерной оценки искробезопасности электрических цепей для взрьшоопасных сред, основанному на определении максимальной энергии, вьделившейся в разряде за время формирования минимального ядра пламени лзрьш 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 безыскровомразмыкании ее контактов на согласованную нагрузку, причем энергию однопробойного разряда при безыскровом размыкании, контактов исследуемой цепи определяют lio максимальному напряжению разряда и по электрической емкости, параллель ной 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. 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 опасному случаю коммутации цепи, когда емкостньй разряд переходит в длительный, например дуговой, тлеющий или коронный, разряд и позволяет с помощью простых расчетных или электроизмерительных приемов опреде лить энергию разряда за время форми рования минимального ядра пламени взрывчатой смеси, в котором наиболе полно реализуется не только энергия источника питания, но и запасенная энергия в емкостных и индуктивных элементах любой испытуемой электрической цепи. Постоянство мощности длительного разряда, не снижая надежности оценк позврляет не определять в явном виде максимальную мощность разряда за время, превышающее время формиро вания минимального ядра.пламени взр чатой смеси. Отключение электрической емкости цепи, параллельной контактам искров 664 го промежутка, создает наиболее благоприятные условия-для опрсзделения максимальной мощности длительного разряда, а учет потерь магнитной энергии цепи в однопробойном емкоотном разряде позволяет исключить лишний запас невоспламенения. На фиг. 1 показаны предельные искробезопасные режимы энерговьщеления в разряде, определенные по пре,члагаемому способу при трех значениях энергии Ар однопробойного емкостного разряда (линия 1 - для А. А,, , линия 2 - для АО линия 3 для A.Q О кривая 4 - график зависимости воспламеняющей энергии разряда от его длительности для данной взрывчатой смеси). Кроме того, приняты обозначения : А. - минимальная энергия воспламенения взрывчатой смеси АМИН, -г; - время формирования мини.мального ядра пламени взрывчатой смеси; - минимальная воспламеняющая мощность взрывчатой смеси; L - момент времени, начиная с которого наблюдается рост воспламеняющей энергии с увеличением длительности разряда; 2 - критическая длительность разряда по воспламеняющей мощности. Для обеспечения искробезопасносТи электрической цепи необходимо, чтобы графики энерговьщеления 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 AQ 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, вакуумным 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, параллельно контактам искрового промежутка, вьмисляют значения энергии А Затем определяют энергию А. длительного разряда за время формирования минимального ядра пламени взрывчатой смеси. С этой целью при отключенной сосредоточенной электрической емкости цепи, параллельной контактам искрового промежу ка, и с учетом потери магнитной энергии цепи в однопробойном емкостном разряде первоначально определяют максимум отдачи мощности Миле из цепи при ее безыскровом размыкании на согласованную нагрузк Для этого параллельно контактам иск вого промежутка подключают, наприме активное сопротивление. При безыскр вом размыкании цепи на этом сопроти лении измеряют максимальное напряже ние переходного процесса и по извес ной формуле подсчитывают значение рассеиваемой на нем мощности. 9В каж дом испытательном режиме проводят серию таких измерений при разных зн чениях сопротивления, имитирующего разряд. За оценку величины принимают наибольшее из найденных значенш рассеиваемой на сопротивлении мощности. В индуктивных цепях без гасящих контуров при одном заряде электрической емкости до максимального напряжения реализуется вся магнитная энергия цепи. Поэтому в -Таких цепях величину определяют при отключенном индуктивном элементе, но при сохранении неизменным значения активного сопротивления цепи. В электрических цепях с гасящими контурами потерями магнитной энергии цепи в однопро бойном емкостном разряде можно пренебречь. , По известным значениям минимальной энергии воспламенения И минимальной воспламеняющей мощнос вычисляютвремя фор мирования минимального ядра пламени 66 данной взрнзчатой смеси.Так, для метано-воздушной смеси Ад,ц„ 0,15 мДж; Ыд,„н 1 Вт с кр Аддин 0,15-10- 150 МКС, для NMMH1 водородно-воздушной смеси 0,013 мДж; Нд,ц 0,38 Вт; 34 МКС. 0,38 По найденным значениям максимуму отдачи мощности и времени вычисляют энергию Ахдлительногоразряда:° макс t-kp . Энергию AQ однопробойного емкостного разряда и энергию Arf дпительного разряда суммируют. .Цепь считается искробезопасной, если выполняется условие: м,. .(1) (;с кр ллин 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 AQ определяют из выражения: АО -7 где Е - ЭДС источника питания цепи; С - распределенная емкость цепи. Дпя величины N. MQK можно записать, j il R . 4 где I - ток короткого замыкания Тогда величину энергии Ag длиельного разряда определяют по форуле:,p Выражения (2) и (3) условие искроезопасности (1) для омической цепи озволяют определить в следунлцем иде: С П В индуктивной цепи, показанной а фиг.З,

711

где L - индуктивность цепи

С - распределенная емкость цепи.. Тогда

СЕ Ц

(5) Т

В йидуктивной цепи (фиг.З) при одном заряде распределенной электрической емкости цепи, параллельно контактам искрового промежутка при безыскровом размыкании цепи, реализуется вся магнитная энергия цепи. Поэтому максимум отдачи мощности определяется как и в омической цепи только ЭДС источника питания и активным сопротивлением R цепи

EI

N,

макс 4 Следовательно

А EI Л

(6)

1 4 учетом вьраженнй (5) и (6) условие искробезопасности (1) для индуктивной цепи имеет вид:

СЕ

ЦУ С1

.(7)

4- -Г- +

2 24 Неравенство (7) отличается от неравенства (4),

как и следовало ожиU2

дать, только слагаемм

.

В табл. 1-5 приведены предельные искробезопасные значения токов Г

35668

определенные по предла.гяемому способу для омических и индуктивных цепей для представительных метано-воздуш- ной и водородно-врздушной взрывчатых

смесей, и значения токов 1 из

характеристик искробезопасности,приведенных в ГОСТ 22782.5-78 для этих взрывчатых смесей. Значения токов 1 для омических цепей (табл.1) определены по формуле„

1 -f се E«7pl

а для индуктивных цепей (таблицы 2-5) по формуле:

Е

If.p)

(9)

u

«р

мии L

которые получены путем замены в выражениях (4) и (7) знака неравенства знаком равенства и решения псшученных уравнений относительно тока Г. Значение распределенной емкости С цепей при подсчете по формулам (8) и (9) принято равным . Значения величин А„„ и

А1 им , приведены вьше.

Из табл. 1-5 видно, что расчетные значения тока в основном в 1,5-3 раза меньше токов из характеристик искробезопасиости. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ позволяет надежно оценивать искробезопасность электрических цепей.

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.

Сй ические цепи

1,A2,0/0,330 0,24/0,064 0,080/0,020 0,2/0,076 0,08/0,030 0,020/0,015 10/4,33,0/2,12,0/1,3 Примечан.ие. В числителе знаменателе

Таблица 1

300

200

100

I 0,035/0,0130 0,024/0,0110 0,020/0,0076 0,013/0,0051 1,8/1,71,8/2,2 представлены значения для метана, в - для водорода. Таблица 2 Индуктивные цепи

Примечание. Значения для

метана при L 0,1 Гс.

Примечание. Значения для водорода при L 0,1 Гс.

Примечание. Значения для водорода при Е 45 В. 1113566

1,А1,30 0,40 1,130 0,038

1(.,А0,15 0,10 0,047 0,016

,0 i

8,7 4,0

2,8 2,4

Примечание. Значения для

метана при Е 24 В.

Таблица 4

Таблица 5 Та блица 3

-j

иг.З