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