А1.4 Методика определения минимального воспламеняющего тока (напряжения, энергии, мощности)
А1.4.1 Определение минимального воспламеняющего тока (напряжения, энергии, мощности) проводят с помощью установок для проведения контрольных испытаний электрических цепей на искробезопасность, указанных в приложении Б по подобным методикам. Ниже, в качестве примера, приведены методики определения минимального воспламеняющего тока и минимального воспламеняющего напряжения.
1 Определение минимального воспламеняющего тока
1.1 В исследуемой цепи постоянного или переменного тока при заданном постоянном напряжении (для омической цепи) или постоянном напряжении и индуктивности (для индуктивной цепи) определяют ток, вызывающий воспламенение смеси с вероятностью (2¸5)×10-1(1-я точка); 10-2¸10-1(2-я точка) и 10-3¸10-2(3-я точка).
1.2 По полученным трем экспериментальным точкам в прямоугольной системе координат с равным логарифмическим масштабом по оси абсцисс и ординат строят зависимость Р = f(I). По оси ординат откладывают полученную вероятность воспламенения, а по оси абсцисс - соответствующий ей ток. В случае, когда по трем точкам построение прямой линии затруднено, в промежутке между имеющимися находят еще несколько точек (одну, две) тем же способом.
1.3 Прямую линию зависимости Р = f(I) продолжают до пересечений с осью абсцисс при вероятности 10-3. Ток, соответствующий точке пересечения, принимают в качестве минимального воспламеняющего.
1.4 Для расчета вероятности воспламенения в каждой экспериментальной точке должно быть получено не менее 16-20 воспламенений смеси. Вероятность воспламенения определяют по формуле
Р = т/п, (А1.14)
где т - количество воспламенений смеси;
п - общее количество произведенных искрений.
2 Определение минимального воспламеняющего напряжения
2.1 В исследуемой цепи постоянного или переменного тока при заданном постоянном значении емкости и постоянном сопротивлении разрядного резистора устанавливают такие напряжения, которые вызывают воспламенение смеси с вероятностями (2¸5)×10-1; 10-2¸10-3и 10-3¸10-2, аналогично тому, как это указано в 1.1-1.3 настоящего приложения.
2.2 По полученным данным строят зависимость Р = f(V) аналогично 1.2 настоящего приложения. Но при этом по оси абсцисс откладывают напряжения.
2.3 Точку пересечения полученной прямой линии с осью абсцисс при вероятности 10-3принимают за минимальное воспламеняющее напряжение. Расчет вероятностей проводят аналогично 1.4 настоящего приложения.
2.4 При определении воспламеняющих напряжений без отключения емкости от источника заряда, ток в зарядной цепи должен быть не более 2 мА. При определении минимального воспламеняющего напряжения с отключением емкости от источника заряда необходимо следить за тем, чтобы, подключение заряженной емкости происходило в момент разомкнутого состояния контактов искрообразующего механизма.
2.5 Графики получаемых зависимостей Р = f(I) или Р = f(U), а также электрические схемы, используемые для их получения, показаны на рисунке А1.5.
Угол наклона прямой Р = f(I) или Р = f(U) к оси абсцисс вычисляют по формуле
, (А.1.15)
где Р2, Р1- полученные вероятности воспламенения;
I2, I1- соответствующие им воспламеняющие токи (напряжения, энергии, мощности), А.
1 - омическая цепь; 2 - индуктивная цепь; 3 - емкостная цепь без отключения емкости;
4 - емкостная цепь с отключением емкости; R - резистор для регулировки тока в цепи;
R - резистор для заряда емкости; R - разрядный резистор; ИМ - искрообразующий механизм;
I - воспламеняющий ток; U - воспламеняющее напряжение
Рисунок А1.5. Зависимости вероятности воспламенения от значения воспламеняющего тока или напряжения. Электрические схемы контрольных цепей
А1.5 Построение характеристик искробезопасности
А1.5.1 Характеристики искробезопасности строят, как правило, в прямоугольной системе координат с логарифмическим масштабом. Методики построения характеристик искробезопасности для различных воспламеняющих параметров (тока, напряжения, мощности и энергии) Электрических цепей и электрических разрядов подобны. Экспериментальные точки (воспламеняющие параметры) определяют, например, для цепей с индуктивностью: 1, 10, 100 мкГ; 1, 10, 100 мГн; 1, 10 Гн и т.д. или с емкостью 100, 1000, 10000, 100000 пФ; 1, 10, 100 мкФ и т.д.; с разрядными резисторами: 1, 10, 100, 1000 Ом и т.д. Однако при необходимости экспериментальные точки выбирают в соответствии с требованиями решаемой задачи. Значения напряжения принимают исходя из удобств их дальнейшего использования. Обычно это 7,5; 15; 24; 30; 45; 70; 120 В.
А1.5.2 На рисунках А.7-А.10, А.20-А.22 и А1.6-A1.15 приведены зависимости минимальных воспламеняющих токов и напряжений для всех представительных взрывоопасных смесей оптимального состава, полученные с помощью унифицированного искрообразующего механизма (см. приложение Б).
Характеристики приведены к вероятности воспламенения Р = 10-3.
Для определения по характеристикам искробезопасного значения тока (или другого воспламеняющего параметра) необходимо для заданных электрических параметров цепи определить минимальный воспламеняющий ток (воспламеняющий параметр) для заданной взрывоопасной смеси и затем разделить его на коэффициент искробезопасности, например 1,5.
При расчете цепей переменного тока необходимо принимать амплитудные значения тока и напряжения.
А1.6 Методика определения оптимального состава смеси, наиболее легко воспламеняемой электрическими разрядами (С0)
А1.6.1 Для определения используют указанную в приложении Б установку для проведения контрольных испытаний электрических цепей на искробезопасностъ.
Порядок определения С0следующий.
Предварительно по реакции полного сгорания исследуемого вещества определяют стехиометрический состав смеси. Концентрацию газа или пара в воздухе, соответствующую стехнометрической (Сст), % объемные, вычисляют по формуле
Сст = 100 А / (А + 4,76 Б), (А 1.16)
где А, Б - стехиометрические коэффициенты реакции горения:
А - число молекул горючего;
Б - число молекул кислорода, необходимого для полного сгорания горючего в воздухе.
А1.6.2 В контрольной цепи постоянного тока при напряжении 24 В и индуктивности 0,1 Гн устанавливают ток, который вызывает воспламенение смеси стехиометрического состава с вероятностью (3¸5)×10-2.
A1.6.3 Концентрация смеси изменяется в большую или меньшую сторону от Сст(шаг измерения 1-5 % объемных). При каждом новом значении концентрации определяют ток, вызывающий воспламенение с вероятностью (3¸5)×10-2. По полученным значениям строят зависимость IВ= f(C2), где - ток, вызывающий воспламенение с вероятностью (3¸5)×10-2; С2- концентрация горючего в смеси. Количество точек (исследуемых концентраций) принимают таким, чтобы указанная зависимость имела явно выраженный минимум. Концентрацию, соответствующую наименьшему значению IВ, принимают в качестве оптимальной С0.
А1.6.4 Полученное значение оптимального состава смеси уточняют с помощью аналогичной А1.6.2 цепи с индуктивностью 0,01 Гн. Для нее находят ток, вызывающий воспламенение с вероятностью (3¸5)×10-2смеси оптимального состава (С0), определенной по А1.6.3. Затем концентрацию смеси изменяют в большую или меньшую сторону от С0и для каждого значения концентраций находят воспламеняющий ток при вероятности (3¸5)×10-2. Число точек должно быть не менее пяти. Дальнейшую обработку результатов проводят аналогично А1.4.1, подпункт 1.4. Шаг концентраций в области С0должен быть, по возможности, минимальным.
А1.6.5 Значение С0может дополнительно уточняться с помощью контрольной емкостной цепи. Для С0находят напряжение (при емкости цепи С0 = 0,3-0,5 мкФ), вызывающее воспламенение с вероятностью (3¸5)×10-2. Дальнейший порядок исследования аналогичен А1.4.1, подпункт 1.4. По полученным значениям строят зависимость IВ= f(C).
А1.6.6 Вероятность воспламенения для каждой экспериментальной точки определяют как указано в А1.4.1, подпункт 1.4.
Число воспламенений для каждой экспериментальной точки должно быть не менее 16. Оптимальные концентрации некоторых газов или паров в газопаровоздушных смесях приведены в таблице А1.3.2.
A1.7 Выбор искробезопасных параметров и методика испытаний цепей переменного тока с частотой 10-150 кГц электрооборудования группы I
А1.7.1 Допустимые искробезопасные токи выбирают по графику зависимости воспламеняющего тока от частоты (рисунок А1.15).
А1.7.2 Для систем, в которых имеет место последовательный резонанс, или такой резонанс может возникнуть за счет емкости присоединяемых устройств, проводов или кабелей, допустимые искробезопасные токи при резонансе и емкости, большей резонансной, выбирают по графику (рисунок A1.15), а при емкости, меньшей резонансной - с учетом графика снижения воспламеняющего тока относительно воспламеняющего тока при резонансе от емкости (рисунок A1.16). Зависимости снижения воспламеняющего тока строят для постоянных индуктивностей и частот параллельно приведенной на графике зависимости.
A1.7.3 Испытания на искробезопасностъ ведут только в метановоздушной смеси с повышением тока в 1,5 раза.
Испытания с применением более легковоспламеняемой испытательной смеси допускаются при условии, если для данной частоты и параметров цепи известен коэффициент перехода к такой смеси.
А1.7.4 Испытания ведут на искрообразующем механизме III типа.
A1.7.5 Системы, в которых может иметь место повышение тока за счет резонанса, испытывают при резонансе и снижении емкости ниже резонансной.
Таблица А1.3.2
Группа и подгруппы взрывоопасных смесей |
Газ или пар |
Оптимальная концентрация горючего (С0)* |
Группа и подгруппы взрывоопасных смесей |
Газ или пар |
Оптимальная концентрация горючего (С0)* |
I |
Метан |
8,0-8,6% |
IIА |
н-Пропиловый спирт |
7,8-9,0% |
IIА |
Метан (промышленный) |
8,0-8,6% |
Хлористый винил |
8,0-9,0% |
|
Пентан |
4,3-4,9% |
Хлористый этилен |
8,0-9,0% |
||
Хлористый этил |
6,7-7,7% |
Циклопропан |
5,2-6,2 % |
||
Гексан, изогексан |
122мг/л |
Циклогексин |
128мг/л |
||
Циклогексан |
143мг/л |
IIВ |
Этилен |
7,8% |
|
Бутан |
4,2% |
Диэтиловый эфир |
5,5% |
||
Ацетон |
7,0% |
Оксид этилена |
11,0% |
||
Метилацетат |
315мг/л (10,2%) |
Оксид пропилена |
7,0% |
||
Метанол |
15,0-17,3% |
IIС |
Водород |
19,0-22,0% |
|
Бензол |
158мг/л |
Ацетилен |
9,0% |
||
Ацеталъдегид |
7,9-9,8% |
Сероуглерод |
252мг/л |
||
Пропан |
5,0-6,0% |
Каменноугольный газ |
7,7% |
||
* Остальное - воздух. |
А1.8 Характеристики искробезопасности
Рисунок А1.6. Емкостные цепи для группы I и подгрупп IIА, IIB, IIС
группа I - метановоздушная смесь; подгруппа IIА - пентановоздушная смесь;
подгруппа IIB - этиленовоздушная смесь; подгруппа IIС - водородно-воздушная смесь
Рисунок А1.7 Зависимость минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи
R - сопротивление ограничительного резистора, кОм
Рисунок А1.8. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи и сопротивления ограничительного резистора для пентановоздушной смеси
R - сопротивление ограничительного резистора, кОм
Рисунок А1.9. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения от емкости цепи и сопротивления ограничительного резистора для этиленовоздушной смеси
R - сопротивление ограничительного резистора, кОм