Нагреватели электрические резистивные для потенциально взрывоопасных сред - ГОСТ Р МЭК 62086-1-2003 - Методы испытаний

5 Методы испытаний

5.1 Испытания типа
5.1.1 Общие положения
Положения пункта 23.4.1 ГОСТ Р 51330.0 применяют со следующими дополнениями.
Для испытаний отбирают образцы электронагревателей длиной по меньшей мере 3 м, если не указано иное.
Испытания должны проводиться при температуре от 10 °С до 40 °С, если не указано иное.
Концевые заделки и соединения, монтируемые как неотъемлемая часть электронагревателя, независимо от того, выполнена ли их сборка на заводе или в полевых условиях, должны пройти такие же испытания, как электронагреватель, если не указано иное. Эти соединения должны содержать концевые заделки, тройники, линейные заделки и силовые выводы, а также сальники, фитинги и уплотнения в месте ввода нагревательного кабеля в клеммную коробку.
5.1.2 Испытание электрической прочности изоляции
Испытания проводят на электронагревателях согласно таблице 1.

Таблица 1 — Напряжение испытания электрической прочности изоляции

U — номинальное напряжение, прикладываемое между проводниками и металлической оплеткой или оболочкой со скоростью нарастания не менее 100 В/с, но не более 200 В/с и выдерживаемое в течение 1 мин без электрического пробоя. Форма волны напряжения испытания должна быть в основном синусоидальная с частотой от 45 до 65 Гц.

5.1.3 Испытание сопротивления электрической изоляции
Сопротивление изоляции следует измерять на испытательных образцах, подготовленных согласно 5.1.1, сразу же после испытания электрической прочности изоляции по 5.1.2.
Сопротивление электрической изоляции должно быть измерено между проводниками и внешней металлической оболочкой или специально установленной проводящей металлической лентой или оплеткой путем приложения напряжения 1000 и 2500 В постоянного тока для нагревателей с минеральной и полимерной изоляцией соответственно.
Измеренное значение должно быть не менее 50 МОм.
5.1.4 Испытание на воспламеняемость
Образец обматывают одним слоем бумаги таким образом, чтобы ее концы выступали на 20 мм за образец (см. рисунок 16). Затем образец устанавливают на опоре с таким расчетом, чтобы пламя высотой 40 мм газовой горелки Бунзена отстояло от образца на 250 мм. Под образец подкладывают слой чистой ваты по ГОСТ 5556 толщиной 6 мм так, чтобы расстояние от слоя ваты до точки приложения пламени составляло 250 мм.
Пламя высотой 130 мм горелки с диаметром верхнего отверстия 9,5 мм подводят к образцу (см. рисунок 1а). Горелка должна быть наклонена под углом 20° к вертикальной оси, при этом внутренний конус пламени (высотой 40 мм) должен касаться образца на расстоянии приблизительно 150 мм от нижнего конца горелки.
На образец воздействуют пламенем в течение 15 с, после чего пламя на 15 с отводят от него. Испытания проводят пять раз.
Испытания считают удовлетворительными, если образец продолжает гореть не более 1 мин после пятикратного воздействия пламени и при этом выгорает не более 25 % выступающей за образец бумаги и горящие частицы ее не воспламеняют вату.

1 — горелка; 2 — опора; 3 — бумага; 4 — образец; 5 — вата

Рисунок 1 — Установка для испытания на воспламеняемость

5.1.5 Испытание на удар

Примечание — Электронагреватели в большинстве случаев покрыты термоизоляцией и поэтому имеют некоторую механическую защиту. Однако в ряде случаев они могут устанавливаться в условиях, не позволяющих использовать защитную теплоизоляцию, например во время монтажа до установки теплоизоляции или когда электронагреватель выходит за пределы изоляции на уровне соединительной коробки.

Образец длиной не менее 200 мм размещают на жесткой плоской стальной пластине и устанавливают под промежуточной деталью из закаленной стали в форме цилиндра диаметром 25 мм. Длина цилиндра должна быть 25 мм, его края должны быть гладкими и закругленными до радиуса около 5 мм, если испытывают нагревательные прокладки и панели (см. рисунок 2).
При испытании цилиндр размещают на образце горизонтально. В случае испытания нагревательного кабеля его поперечная ось должна проходить поперек образца.
Нагревательный кабель с некруглым поперечным сечением должен располагаться таким образом, чтобы удар наносился вдоль меньшей оси (т. е. сетевой нагревательный кабель размещают плоской поверхностью на стальной пластине).

1 — груз массой 1 кг; 2 — стальной цилиндр; 3 — меньшая ось нагревательного кабеля некруглого сечения; 4 — стальной цилиндр длиной 25 мм с радиусом скругления кромок 5 мм, используемый на прокладках и нагревательных панелях

Рисунок 2 — Установка для испытания на удар

При испытаниях, кроме проверки электронагревателя, предназначенного для применений с малой вероятностью механического повреждения, груз массой 1 кг сбрасывают один раз на горизонтально установленный цилиндр с высоты 700 мм (соответствующей энергии удара 7 Дж).
Для нагревателя, предназначенного для использования в условиях низкой опасности механического повреждения в соответствии с 4.2, высота падения может быть снижена до 400 мм (соответствующая энергия удара 4 Дж). Электронагреватель, подвергающийся такому испытанию, должен быть промаркирован знаком «X» в дополнение к маркировке согласно разделу 6, чтобы проинформировать потребителя о недостаточной механической прочности электронагревателя.
Соответствие проверяют испытанием электрической изоляции по 5.1.2 и 5.1.3, при этом стальной цилиндр и груз должны находиться на образце.
5.1.6 Испытание на деформацию
Образец размещают на жесткой плоской стальной пластине. К нему плавно прилагают усилие 1500 Н в течение 30 с через стальной стержень диаметром 6 мм с полусферическими краями и общей длиной 25 мм. При испытании стержень устанавливают плоской стороной на образец (в случае нагревательного кабеля — перпендикулярно образцу). При испытании прокладки цилиндр располагают перпендикулярно активному элементу.
Для электронагревателей, предназначенных для использования в условиях малого риска механического повреждения, разрушающее усилие может быть снижено до 800 Н. Электронагреватель, подвергающийся такому испытанию, должен быть промаркирован знаком «X» в дополнение к маркировке по разделу 6, чтобы проинформировать потребителя о недостаточной механической прочности электронагревателя.
Соответствие проверяют путем испытания электрической изоляции согласно 5.1.2 и 5.1.3. При этом стальной стержень должен находиться на образце в условиях, соответствующих приложению нагрузки.

Примечание — Образцы нагревательного кабеля должны иметь длину не менее 200 мм.

5.1.7 Испытание на холодный изгиб
Испытательная установка, предназначенная для испытаний на холодный изгиб, показана на рисунке 3. Испытуемый образец на установке выдерживают в течение 4 ч при температуре от минус 25 °С до минус 30 °С или при минимальной рекомендуемой потребителем температуре. После этого образец немедленно сгибают на 90° вокруг одной из оправок, затем на 180° в противоположном направлении вокруг второй оправки, после чего выпрямляют и возвращают в первоначальное положение. Цикл сгибания повторяют дважды.

1 — образец кабеля; 2 — стальная плита; 3 — стальная оправа

Рисунок 3 — Установка для испытаний на холодный изгиб

Соответствие проверяют путем испытания электрической изоляции согласно 5.1.2 и 5.1.3.

Примечание — В документации по системе, представленной изготовителем, должны быть указаны все ограничения и меры предосторожности, а также минимально допустимые радиусы изгиба.

5.1.8 Испытание на влагоустойчивость (только для нагревательных кабелей и лент)
Образец нагревательного кабеля длиной не менее 3 м с учетом концевых заделок помещают в устройство циркуляции и слива воды, как показано на рисунке 4.
Расход воды регулируют таким образом, чтобы кабель и концевые заделки погружались в воду целиком не менее чем на 30 с в течение каждых 5 мин, после чего воду сливают.
Напряжение, подаваемое на соленоидный клапан расхода воды и нагревательный кабель, должно регулироваться кулачковым переключателем или подобным устройством.

а — параллельный кабель; b — последовательный кабель (один проводник); с — последовательный кабель (два проводника); 1 — кулачковый переключатель на водоводе; 2 — тройник или соединение; 3 — концевая заделка; 4 — труба; 5 — подключение питания; 6 — «холодный» провод; 7 — соленоидный клапан; 8 — водоприемник; 9 — водовыпуск; 10 — подключение питания

Рисунок 4 — Схема испытания на влагоустойчивость

Временнáя последовательность должна быть такой, чтобы напряжение на кабель подавалось спустя 30 с после подачи воды. Испытание должно продолжаться 24 ч. По окончании испытания образец должен быть испытан в соответствии с 5.1.2. Необходимо также осмотреть концевую заделку на наличие воды.
5.1.9 Проверка номинальной выходной мощности
Номинальная выходная мощность нагревательного кабеля или нагревательной панели/прокладки должна проверяться одним из следующих двух методов, в зависимости от выбора изготовителя.
а) Метод сопротивления. Сопротивление постоянному току на единицу длины при заданной температуре должно быть в пределах допусков, указанных изготовителем.
б) Термический метод. Номинальную мощность кабелей измеряют путем размещения образца кабеля длиной 3—6 м на стальной трубе диаметром не менее 50 мм, как показано на рисунке 5. Кабель устанавливают согласно инструкциям изготовителя. Испытуемый аппарат должен быть полностью покрыт теплоизоляцией толщиной 25 мм. Для нагревательных прокладок или панелей испытание проводят на плоской металлической пластине с жидкостным охлаждением и изоляцией толщиной 25 мм, нанесенной поверх поверхности нагревательной прокладки или панели.
Теплообменную жидкость направляют через трубопровод со скоростью, достаточной для установления турбулентного потока, таким образом, чтобы разница температур жидкости и трубопровода была незначительна. Поддерживают постоянную температуру теплообменной жидкости. Эти параметры контролируют термопарами на входе и выходе трубопровода. Скорость потока должна быть такой, чтобы температура жидкости между концами трубопровода не различалась более чем на 2 К.
Тепловую мощность на выходе нагревательного кабеля измеряют при трех значениях температуры трубопровода, представительных для всего рабочего диапазона.

1 — источник регулируемого напряжения; 2 — электронагреватель; 3 — стальная труба внешним диаметром не менее 50 мм; 4 — температурный индикатор; 5 — термопара; 6 — изоляция из стекловолокна минимальной толщиной 25 мм и плотностью примерно 3,25 кг/м³;
7 — электрические выводы; 8 — контроллер температуры; 9 — датчик температуры; 10 — нагреватель; 11 — теплообменник; 12 — охладитель; 13 — расходомер; 14 — насос

Рисунок 5 — Схема проверки номинальной выходной мощности

На кабель подают номинальное напряжение. Затем напряжение отключают для достижения кабелем состояния равновесия. Напряжение, ток и температуру жидкости, а также длину образца регистрируют для каждого значения температуры испытания. На испытуемых образцах выполняют три отдельных измерения. Полученные результаты должны находиться в пределах допусков, указанных изготовителем.
5.1.10 Термостойкость электроизоляционного материала
Термостойкость электроизоляционных материалов нагревателей должна быть проверена на образце или его прототипе после того, как он будет выдержан при заявленной изготовителем рабочей температуре 20 К, но не ниже 80 °С по меньшей мере в течение четырех недель. (Соответствие образца или прототипа должно быть проверено путем испытания электрической прочности его изоляции согласно 5.1.2).
5.1.11 Определение максимальной температуры оболочки
5.1.11.1 Общие положения

Примечание — При испытании во взрывоопасной газовой среде необходимо удостовериться в том, что максимальная температура оболочки нагревателей ниже температуры воспламенения взрывоопасной газовой среды. Максимальная температура оболочки зависит от мощности нагревателя, коэффициента общего теплообмена и максимальной возможной температуры нагреваемой поверхности. Эти факторы используются изготовителем для определения температуры оболочки электронагревателей.

Максимальные температуры оболочки электронагревателей должны определяться для обеспечения безопасной эксплуатации нагревателя(ей). Температура оболочки не должна превышать температурный класс, максимальные температуры для материала изделия, материала нагревателя и теплоизоляции.
Максимально допустимую мощность в ваттах и температуру оболочки, заявленные изготовителем, измеряют одним из двух следующих методов.
а) Метод, основанный на системном подходе (см. 5.1.11.2), применяют для подтверждения методологии проектирования и расчетов, использованной изготовителем, согласно которому нагреватель подвергают испытанию и по его результатам изготовитель рассчитывает и прогнозирует температуру оболочки путем дальнейших специальных испытаний.
б) Метод классификации изделия (см. 5.1.11.3), согласно которому максимальная температура оболочки имеет место в искусственной среде, моделирующей наихудшие условия эксплуатации.
5.1.11.2 Метод системного подхода или метод проверки конструкции
5.1.11.2.1 Испытательный аппарат для нагревательных кабелей (см. рисунок 6) состоит из стального горизонтального (длиной 3 м) и вертикального (длиной 1,5 м) трубопровода внутренним диаметром от 50 до 150 мм. В центре горизонтального трубопровода должна быть установлена фланцевая или подобная задвижка (поворотная заслонка, проходной запорный вентиль и т. д.). Вертикальный отрезок трубопровода должен быть установлен таким образом, чтобы фланцевые концы трубы находились в центре. Нагревательный кабель должен быть установлен согласно инструкциям изготовителя. Для контроля температуры поверхности трубопровода и клапана, а также температуры оболочки нагревателя необходимо использовать термопары.

1 — стальная труба; 2 — теплоизоляция из стекловолокна плотностью примерно 3,25 кг/м³;
3 — задвижка

Рисунок 6 — Аппарат для проверки температуры оболочки

Термопары должны устанавливаться в предполагаемых «горячих» точках, на усмотрение испытательной лаборатории. Трубопровод должен быть покрыт теплоизоляцией минимальной толщиной 25 мм и смонтирован в соответствии с инструкциями изготовителя. На концах трубопровода должны быть установлены заглушки, и они должны быть термоизолированы.
Если не указана более высокая температура, окружающая температура не должна превышать 40 °С. Питание нагревателя должно составлять 110 % номинального напряжения.
Необходимо дождаться стабилизации системы и после этого записать показания термопары. Измеренная температура оболочки не должна превышать расчетного значения, указанного изготовителем, более чем на 10 К и ни в коем случае не должна превышать температуру, определенную в соответствии с 4.5.1.
Процедуру необходимо повторить с тремя вариантами параметров, таких как тип теплоизоляции и ее толщина.
5.1.11.2.2 Образцы прокладок, панелей и других нагревательных поверхностей следует разместить на стальной пластине толщиной 6 мм согласно инструкциям изготовителя. Пластина не должна выступать за любой край нагревателя более чем на 25 мм. Термопары должны быть установлены в предполагаемых «горячих» точках по решению испытательной станции. Нагреваемая сторона пластины должна быть покрыта теплоизоляцией минимальной толщиной 25 мм. Затем пластину при комнатной температуре устанавливают вертикально. Питание нагревателя для поверхностного нагрева должно составлять 110 % номинального напряжения.
После стабилизации необходимо снять показания термопары, в том числе температуру окружающего воздуха. Температура поверхности не должна превышать расчетные данные изготовителя более чем на 10 К.
Процедуру необходимо повторить с тремя вариантами параметров, таких как тип теплоизоляции и ее толщина.
5.1.11.2.3 Альтернативные смоделированные рабочие условия могут быть согласованы между испытательной лабораторией и изготовителем.
5.1.11.3 Метод классификации изделия
Образец нагревательного кабеля длиной по меньшей мере 1,5 м, свитый в спираль, устанавливают в печь с принудительной воздушной вентиляцией.
Тепловая мощность образца должна находиться в пределах верхней части допустимых значений. Дополнительные термопары должны использоваться для контроля температуры оболочки и устанавливаться на расстоянии 500 мм от каждого конца образца. Одну дополнительную термопару используют для контроля температуры в печи. Напряжение питания нагревателя составляет 110 % номинального напряжения. Температуру печи повышают ступенями по 15 К. При каждом повышении температуры необходимы паузы для стабилизации температуры печи и оболочки нагревателя и достижения теплового равновесия. Температуры печи и оболочки нагревателя должны регистрироваться после каждой ступени до тех пор, пока разность между ними не составит 5 К или менее. На основании данных испытания строят кривую, а касательную к кривой в точке разности температуры 5 °С продлевают до пересечения с осью Т0. Температура в точке пересечения должна рассматриваться как максимальная температура оболочки согласно рисунку 7.

Тs — температура образца; T0 — температура в печи

Рисунок 7 — Температура оболочки, определяемая по методу классификации изделия

5.1.12 Проверка пускового тока
Пусковой ток нагревателя должен быть измерен при минимальной окружающей температуре, указанной изготовителем.
Образец нагревательного кабеля длиной по меньшей мере 1 м должен быть установлен согласно инструкциям изготовителя на стальной трубе, заполненной жидкостью, или на монолитном стальном стержне минимальным диаметром 50 мм, а нагревательные панели или прокладки — на плоском металлическом теплоотводе. Испытательный аппарат должен быть полностью покрыт теплоизоляцией и выдержан при минимальной температуре окружающей среды не менее 4 ч.

Примечание — При испытании можно использовать аппарат, описанный в 5.1.9.

По истечении времени выдержки необходимо подать номинальное напряжение и в течение не более 300 с записать характеристики «время/действующее значение переменного тока». Выбирают наибольший пусковой ток по результатам измерений трех образцов. Ампер-секундная характеристика не должна превышать значение, заявленное изготовителем.
5.1.13 Проверка сопротивления металлической оболочки
Сопротивление металлической оболочки или оплетки электронагревателя длиной по меньшей мере 3 м должно быть измерено при температуре от 10 °С до 40 °С. Используют представительный образец нагревательной панели или прокладки.
Сопротивление должно быть равно (или ниже) заявленному изготовителем.
5.2 Приемосдаточные испытания
5.2.1 Испытание диэлектрических характеристик
Каждые поставляемые изделия должны быть подвергнуты испытаниям электрической прочности изоляции согласно 5.1.2.
Внешний кожух, используемый для защиты от коррозии поверх металлической оплетки или сплошной металлической оболочки, должен пройти испытание электрической прочности изоляции при напряжении 1000 В переменного тока, будучи погруженным в воду.
5.2.2 Определение номинальной мощности
Номинальную мощность каждого отрезка параллельного нагревательного кабеля необходимо проверить непрерывным или статистическим методом.
Номинальная мощность каждого отрезка последовательного нагревательного кабеля или стационарного резистивного нагревателя должна определяться путем измерения сопротивления постоянному току или путем измерения тока при данной температуре.
Параметры измерений должны соответствовать условиям испытаний для определения номинальной мощности по 5.1.9.
При использовании статистических методов результаты должны быть представлены с достоверностью 95 % и выше.
Определенная номинальная мощность должна подтвердить, что она измерена и находится в пределах допуска, заявленного изготовителем, с достоверностью 95 %.