Способ оценки взрывобезопасности нагретых проводников Советский патент 1992 года по МПК E21F3/00 

Изобретение относится к способам испытаний на взрывозащищенность электрооборудования автоматики и телемеханики, предназначенного для применения во взрывоопасных зонах технологических обьектов различных отраслей промышленности, и является усовершенствованием известного способа.

Целью изобретения является повышение точности оценки для проводников, окисляющихся с потерей массы при нагревании.

На фиг. 1 представлен алгоритм проведения испытаний; на фиг. 2 - график зависимости минимальной воспламеняющей температуры от диаметра проводника.

Способ оценки взрывобезопасности нагретых проводников, включающий задание

тока через проводник, находящийся в камере, и допустимой по условиям взрывобезо- пасности температуры, заполнение камеры смесью воздуха и инертного газа с теплопроводностью,, равной теплопроводности взрывоопасной смеси оптимального состава, задание границы безопасности и определение тока плавления, измерения диаметра d испытуемого проводника, задание границы безопасности в виде зависимости температуры воспламенения от диаметра неокисляющегося проводника, в качестве допустимой выбирают увеличенную на 10% температуру плавления материала испытуемого проводника, используя границу безопасности, находят диаметр неокисляющегося проводика di, соответствующий выбранной допустимой температуры, сравнивают диаметр d с di и, если d S di, то в смеси, содержащей только инертные газы, определяют ток плавления окисляющегося проводника диаметром di. полученный ток сравнивают с заданным током через проводник и используют в качестве максимально допустимого безопасного значения,

На первом этапе определяют материал исследуемого проводника и по справочной литературе находят температуру Т0 начала его интенсивного окисления. Через проводник задают номинальный ток и, например, при помощи тепловизора определяют температуру Тн его нагрева. Если она меньше То, то оценку взрывозащищенности осуществляют путем сравнения полученной температуры Тн с границей безопасности. Если Ти лежит ниже границы безопасности, тепловое воздействие проводника безопасно и наоборот.

Если же Т, Т0, то для заданной взрывоопасной смеси оптимального состава экспериментальным путем получают значения максимальной воспламеняющей температуры для неокисляющихся проводников различных диаметров. Для этого в герметическом сосуде устанавливают несколько проводников заданной геометрии и материала. Сосуд вакуумируют. Затем в него запускают смесь воздуха, например, с инертным газом, составленную таким образом, чтобы ее теплопроводность была равна теплопроводности взрывоопасной смеси оптимального состава, в которой должно использоваться электрооборудование. Добавку инертного газа рассчитывают исходя из соотношения

с-с

АЪ - Аг Г7Г-Х

где С, Сг - доля инертного газа и горючего в смеси соответственно;

А, Аг, Ае - коэффициент теплопроводности инертного газа, горючего и воздуха соответственно.

Подключают к проводнику источник ЭДС и, постепенно увеличивая ток через проводник, доводят его до плавления. Ток/

плавления фиксируется осциллографом или амперметром. По известной температуре плавления материала проводника, найденному току его плавления, а также известным теплофизическим характеристикам окружающей среды и проводника определяют температуру проводника согласно выражению

0.6 /j 0.1

Т k Тг

г (Г(Г

Гп(ч (ч

где К - коэффициент пропорциональности, равный 1,96 для меди, золота, серебра и 1,65 для всех остальных материалов;

Т - температура проводника при токе I; - заранее определенный ток, проходящий через проводник, как фактор, определяющий мощность, рассеиваемую на проводнике и вызывающую воспламенение взрывоопасной смеси;

In - ток плавления проводника как комплексный параметр, учитывающий физико- химические и геометрические характеристики проводника; Тп - температура плавления как характеристика материала проводника;

АыЛс коэффициент теплопроводности

материала проводника и окружающей

среды как характеристики способности материала проводника и окружающей среды

проводить тепло.

По полученным данным строят границу безопасности в виде графика зависимости минимальной воспламеняющей температуРЫ от диаметра проводника. Выбирают в качестве допустимой увеличенную на 10% температуру плавления материала испытуе- мого проводника. После чего в справочной литературе находят величину Тп и умножают ее на 1,1. (Запас, равный 10%, задан исходя из погрешности при получении границы безопасности). Согласно полученной границе безопасности определяют диаметр di неокисляющегосяпроводника, соответствующий найденной выше допустимой температуре. Измеряют диаметр d проводника, вэрывозащищенность которого оценивается. Сраэнивают диаметры d и di. Если d di, то эксперименты прекращают: проводник с диаметром, равным d, будет безопасным в части поджигания нагретой

поверхностью при любых протекающих через него токах, так как точк,л, соответствующая его плавлению, лежит ниже границы безопасности. При d di возникает необходимость в определении тока плавления, соответствующего диаметру, равному ch. Это вызвано тем, что при токах большей величины расплавление проводника теперь уже диаметром d наступает при параметрах, превышающих критериальную величину di, что влечет за собой воспламенение взрывоопасной смеси при какой-то промежуточной температуре нагрева. Учитывая тот факт, что оцениваемый проводник является окисляющим, определение тока его плавления должно проводиться в инертной среде. Для этого в герметичном сосуде устанавливают несколько проводников найденного диаметра di, изготовленных из рабочего (окисляющегося) материала. Сосуд вэкуумируют. Затем в него запускают смесь инертных газов (не содержащую кислород воздуха), составленную таким образом, чтобы ее теплопроводность была равна теплопроводности заданной взрывоопасной смеси оптимального состава, в которой должно использоваться электрооборудование. К проводнику подключают источник ЭДС и постепенно увеличивая ток в цепи, доводят проволочку до плавления. Ток плавления фиксируют и используют в качестве допустимого значения.

Способ реализуют следующим образом.

Необходимо оценить безопасность использования во взравоопасной водородно- воэдушной смеси вакуумных цифровых индикаторов типа ИВ-ЗА триодного типа с катодом прямого накала и номинальным током накала 1н - 30 мА.

Катод ИВ-ЗА изготовлен из вольфрама, представляющего собой материал, интенсивное окисление которого начинается при 400°С. Измерения, проведенные пирометром ПОИ-76. показали, что при номинальном токе 1н 30 мА указанный катод, представляющий собой проводник, безопасность которого оценивается, разогревается до температуры 900°С. Поскольку Тн 900 Т0 400 ° С, то для заданной взрывоопасной смеси оптимального состава, согласно известному способу, определяют допустимые температуры, соответствующие неокисляющимся проводникам различных диаметров. По полученным данным в координатах Т - Ј(d)строят границу безопасности (фиг. 2) для водородно-воздуш- ной смеси оптимального состава (Н2 8%) объемных, остальное воздух). Согласно

справочным данным плоплпние кэльфряма наступает при температуре Т„ ЗЗГЮ°С. Поэтому в качестве допустимой выбирают температуру 1.1 Тп 3718°С. Полученной таким 5 образом допустимой температуре соответствует (фиг. 2) диаметр проводника, ровный di 0,0015 мм. Далее микроскопом измерительным, например, типа МИР- измеряют диаметр катода ИВ-ЗА, который составляет

0 0.,005 мм.

Поскольку d 0,02 0.001 b мм, то для вольфрамового проводника диаметром di 0,0015 мм определяют ток плавления. Для этого в герметичном сосуде устэнл-пи5 вают несколько вольфрамовых проводников диаметром 0.0015 мм. Сосуд вакуумируют. Затем в него запускают смесь инертных газов, например азота и гелия, составленную таким образом, чтобы ее теплопроводность

0 была равна теплопроводности взрывоог чс- ной смеси оптимального состава, в которой должно использоваться электрооборудование.

Исходя из закона аддитивности тепло5 проводность водородно-воздушной смеси, содержащей 8% объемных водорода, равна v А 0,034 ккал/м ч град. Поэтому смесь инертных газов составляют в следующей пропорции: 12% гелия и 88% азота.

0 Подключают к вольфрамовой проволочке источник ЭДС и постепенно увеличивая ток, доводят ее до плавления. Ток плавления, зафиксированный амперметром, составляет 35 мА. Указанный ток больше

5 номинального, равного 30 мА, и является максимально допустимым безопасным значением, а испытуемый цифровой индикатор считается взрывобезопасным.

Формула изобретения

0 Способоценки взрывобезопасности нагретых проводников по авт. св. № , отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки для проводников, окисляющихся с потерей массы при на5 гревании, измеряют диаметр проводника, задают границу безопасности для проводников различных диаметров в зависимости от температуры воспламенения, задают допустимую температуру как увеличенную ia

0 10% температуры плавления материала проводника, по границе безопасности находят диаметр проводника, окисляющегося без потери массы, соответствующей заданной допустимой температуре, сравнивают

5 измеренный и найденный диаметры проводника и если измеренный диаметр проводника превышает найденный, ю определяют ток плавления найденного диаметра проводника.

с

Вачио

)

I

Определять MI тер ал протодвюа

Выбрать в качестве гранииы безспсснос- ти зависимость по .заявке 6/5567

С

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам испытаний на взрывозащищенность электрооборудования автоматики и телемеханики, предназначенного для применения во взрывоопасных зонах технологических объектов различных отраслей пром-сти. Цель изобретения - повышение точности оценки для исследуемых проводников (ИП), окисляющихся с потерей массы при нагревании. Для этого определяют материал ИП и находят т-ру То начала его интенсивности окисления. Через ИП задают номинальный ток и определяют т-ру Ти его нагрева. Если она меньше Т0, то оценка взрывозащищенности осуществляется путем сравнения т-ры Тн с границей безопасности. Если же Тн То, то для заданной взрывоопасной смеси оптимального состава экспериментальным путем получают значения минимальной воспламеняющей т-ры для неокисляющихся ИП различных диаметров. По полученным данным строят границу безопасности в виде графика зависимости минимальной воспламеняющей т-ры от диаметра ИП d. В качестве допустимой выбира- ю| увеличенную на 10% т-ру плавления материала ИП. Используя границу безопасности, находят диаметр неокисляющегося ИП di. сравнивают d с di и если d di, то в смеси, содержащей только инертные газы, определяют ток плавления окисляющегося ИП диаметром di. Полученный ток сравнивают с заданным током через ИП и используют в качестве максимально допустимого безопасного значения. 2 ил. (Л С

Определить температуру качиа реакции ояяслевия 1Ь

Отределигь температуру аагрева провода та током 1я

грайцн безопасно- л си аавасшюстъ ftjg

ОЬэдагь смесь ияерт- янзс газов -экчкэален испытат. ПТЭС

I

Офйдплигь Гп прово- при и брес- нить с 1н

Отрвдалит в пр и

ВТ ПО Э11ИСИМОСТ

1

Измерить ди.тр С/

ТТРОЯПДнинП

t

нет

Проводник варывобе- зопассн

да

ТТроводявк при тока взршобеэот- сеяz

«vr.l.

ЦОС