Искробезопасная электрическая цепь i - ГОСТ Р 51330.10-99 - Искрообразующие механизмы

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

Искрообразующие механизмы для испытания электрических цепей на искробезопасность*

_______________
* В настоящем приложении приведены требования к искрообразующим механизмам для испытания электрических цепей на искробезопасность в соответствии с ГОСТ Р 51330.4

Б.1 Методы испытаний на искровое воспламенение
Б.1.1 Принцип проведения испытаний
Б.1.1.1 Электрическую цепь подключают к контактам искрообразующего механизма, которые находятся во взрывной камере, заполненной испытательной взрывоопасной смесью согласно 10.2.
Б.1.1.2 При использовании не активизированной испытательной взрывоопасной смеси, для обеспечения требуемого коэффициента искробезопасности по разделу 5, изменяют параметры электрической цепи и проводят испытание с целью определения количества воспламенений испытательной взрывоопасной смеси при заданном количестве учитываемых искрений контактов искрообразующего механизма.
Примечание - Необходимо учитывать возможное влияние индуктивности и емкости искрообразующего механизма, измеренных на его выходных зажимах, а также присоединительных проводов испытуемой электрической цепи на результаты испытаний. Энергия, накапливаемая в указанных индуктивностях и емкостях, в процессе испытания суммируется с энергией, выделяющейся непосредственно из испытуемой цепи в электрический разряд. При больших размыкаемых токах или напряжениях источников питания в указанных выше индуктивностях или емкостях соответственно может накапливаться энергия, сопоставимая с энергией, необходимой для воспламенения взрывоопасной смеси, что искажает результаты испытаний.

Б.1.1.3 Энергия, накапливаемая искрообразующим механизмом и присоединительными проводами испытуемых электрических цепей, не должна превышать 20% воспламеняющей энергии контрольной электрической цепи для индуктивных цепей и 20% минимальной воспламеняющей энергии представительной взрывоопасной смеси для емкостных цепей.
Б.1.2 Искрообразующий механизм I типа
Б.1.2.1 Конструкция
Б.1.2.1.1 Искрообразующий механизм I типа состоит из контактного устройства, расположенного в сосуде взрывной камеры объемом не менее 250 см³, и предназначен для создания электрических разрядов при замыкании и размыкании электрической цепи в среде испытательной взрывоопасной смеси. Конструкция искрообразующего механизма и взрывной камеры приведена на рисунке Б.4. Кинематическая схема и отдельные детали искрообразующего механизма приведены на рисунках Б.1 - Б.3.
Примечание - Если не указано иное, допуски для механических размеров составляют ±0,5%, а для напряжения и тока ±1 %.

Б.1.2.1.2 Один из контактных электродов представляет собой вращающийся кадмиевый диск с двумя пазами (рисунок Б.2). Другой контактный электрод состоит из четырех вольфрамовых проволочек диаметром 0,2 мм, закрепленных по окружности диаметром 50 мм на держателе из латуни или другого подходящего материала (рисунок Б.3).
Примечания
1 Для отливки кадмиевых контактных дисков можно использовать кадмий, применяемый для электропокрытия.
2 В местах крепления вольфрамовых проволочек желательно несколько закруглять углы держателя, чтобы предохранить проволочки от острых кромок.

Б.1.2.1.3 Кинематическая схема искрообразующего механизма приведена на рисунке Б.1. Держатель вращают таким образом, чтобы проволочки скользили по шероховатой поверхности кадмиевого диска. Расстояние между держателем проволочек и диском составляет 10 мм. Свободная длина проволочек - 11 мм. Проволочки распрямляют и устанавливают перпендикулярно поверхности диска, когда они не контактируют с ним. Подготовка проволочек для проведения испытаний приведена в Б.1.2.3.1.
Б.1.2.1.4 Оси валов, вращающих диск и держатель проволочек, расположены на расстоянии 31 мм друг от друга и электрически изолированы между собой и от цоколя основания механизма. Электрический ток подводят и снимают скользящими контактами на валах, которые приводят в движение с помощью токонепроводящих шестерен с соотношением зубьев 50:12.
Б.1.2.1.5 Держатель проволочек вращают с частотой 80 об/мин электрическим двигателем, который в случае необходимости может иметь редуктор. Диск вращают медленнее в противоположном направлении с частотой 19,2 об/мин.
Б.1.2.1.6 Если не используют систему свободной циркуляции испытательной взрывоопасной смеси, то необходимо использовать газонепроницаемые подшипники в опорной плите.
Б.1.2.1.7 Для регистрации числа оборотов вала держателя проволочек используют счетчик или измеритель времени для определения продолжительности испытаний, соответствующей заданному числу оборотов вала держателя.
Примечание - После воспламенения взрывоопасной смеси желательно автоматически остановить двигатель или по меньшей мере счетчик. Для регистрации воспламенения взрывоопасной смеси может, например, использоваться фотоэлемент или датчик давления (см. рисунки Б.5 и Б.6).

Б.1.2.1.8 Сосуд взрывной камеры должен выдерживать взрыв давлением не менее 1500 кПа (15 бар), если не предусмотрен сброс давления.
Б.1.2.1.9 Емкость на зажимах контактного устройства искрообразующего механизма не должна превышать 30 пФ при разомкнутых контактах, сопротивление не должно превышать 0,15 Ом при постоянном токе 1 А и собственная индуктивность не должна превышать 3 мкГн при замкнутых контактах.
Б.1.2.2 Калибровка искрообразующего механизма
Б.1.2.2.1 Чувствительность искрообразующего механизма необходимо проверять до, во время и после каждой серии испытаний по 10.3 и 10.4.

Б.1.2.2.2 Если чувствительность искрообразующего механизма не соответствует указанной в Б.1.2.2.1, для ее восстановления необходимо выполнить следующие действия:
а) проверить параметры контрольной электрической цепи;
б) проверить состав испытательной взрывоопасной смеси;
в) очистить вольфрамовые проволочки согласно Б.1.2.3;
г) заменить вольфрамовые проволочки согласно Б.1.2.3;
д) подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к цепи с параметрами L = 95 мГн, U = 24 В, I = 100 мА постоянного тока (как указано в 10.3) и сделать не менее 20000 оборотов держателя вольфрамовых проволочек в атмосфере воздуха;
е) заменить кадмиевый диск и откалибровать искрообразующий механизм согласно 10.3.
Б.1.2.3 Подготовка и очистка вольфрамовых проволочек

Б.1.2.3.1 При разрезании проволочки расщепляются на концах после относительно непродолжительного времени работы.

Рекомендуется один из следующих способов подготовки вольфрамовых электродов к испытаниям:
а) оплавить концы проволочки с помощью устройства, показанного на рисунках Б.7 и Б.8, при этом на каждой проволочке образуется шарик, который можно легко удалить щипчиками.
После такой подготовки, в среднем одну из четырех контактных проволочек нужно заменять только после 50000 искрений;
б) нарезать проволоку, например с помощью высококачественных ножниц. Затем проволочки установить в держатель и вручную очистить всю поверхность проволочек, включая концы, наждачной бумагой класса 0 или эквивалентным абразивным материалом.
Примечания
1 При очистке проволочек необходимо убирать из искрообразующего механизма держатель электродов.
2 Требования к размеру зерен наждачной бумаги класса 0 или эквивалентного абразивного материала, определенные при помощи сита, приведены в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Б.1.2.3.2 Для стабилизации чувствительности искрообразующего механизма во время испытаний желательно очистить и выпрямить проволочки на равном расстоянии. Периодичность очистки зависит от скорости, с которой на проволочке образуются отложения. Эта скорость зависит от испытуемой цепи. Проволочка должна быть заменена, если ее конец расщеплен или проволочку невозможно распрямить.
Б.1.2.4 Установка нового кадмиевого диска
Чтобы стабилизировать чувствительность искрообразующего механизма, рекомендуется следующая процедура установка нового кадмиевого диска:
а) установить диск на искрообразующем механизме;
б) подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к цепи со значениями индуктивности - 95 мГн, напряжения - 24 В, постоянного тока - 100 мА (как указано в 10.3) и произвести не менее 20000 оборотов держателя проволочек в атмосфере воздуха;
в) установить новые проволочки, подготовленные и очищенные в соответствии с Б.1.4, и подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к неэлектролитическому конденсатору емкостью 2 мкФ, заряжаемому через резистор сопротивлением 2 кОм;
г) заполнить сосуд взрывной камеры представительной взрывоопасной смесью для подгруппы IIА (или группы I). В соответствии с 10.2 подать напряжение 70 В постоянного тока (для группы I - 95 В) на емкостную цепь и вращать искрообразующий механизм, пока не воспламенится взрывоопасная смесь или не произойдет 400 оборотов держателя проволочек. Если воспламенение контрольной взрывоопасной смеси произошло, то последовательно снижать напряжение на 5% и повторять описанную процедуру до тех пор, пока за 400 оборотов не будет воспламенения смеси;
д) повторить действия по подпункту г) при напряжении 60 В постоянного тока (для группы 1-80 В); если воспламенения не происходит, повторить действия по подпункту г);
е) повторить действия по подпункту д) при напряжении 50 В постоянного тока (для группы 1-70 В); если воспламенения не происходит, повторить действия по подпункту г);
Процедуру повторять до тех пор, пока не произойдет воспламенение представительной взрывоопасной смеси по подпункту е).
Б.1.2.5 Область применения искрообразующего механизма
Б.1.2.5.1 Искрообразующий механизм I типа предназначен для испытания на искробезопасность омических, простых индуктивных и емкостных цепей, а также других комбинированных цепей, для которых он воспроизводит наиболее опасные условия разрядообразования, со следующими предельными параметрами:

а) испытательный ток - не более 3А;
б) рабочее напряжение испытуемых электрических цепей - не более 1000 В;
в) для индуктивных цепей - индуктивность не более 1 Гн;
г) частота тока в электрических цепях - не более 1,5 МГц.
Примечание - При проведении испытаний следует принимать меры, чтобы ток в индуктивных цепях во время замкнутого состояния контактов принимал установившееся значение, а конденсатор в период разомкнутого состояния контактов полностью заряжался.

Б.1.2.5.2 Если искрообразующий механизм I типа применяют для испытаний цепей с параметрами, выходящими за указанные в Б.1.2.5.1 пределы, необходимо контролировать сохранение его чувствительности и, при необходимости, принимать специальные меры для ее восстановления или учета ее изменения в результатах испытаний.
Примечания
1 Если испытательный ток превышает 3А, нагрев вольфрамовых проволочек может стать дополнительной причиной воспламенения и повлиять на результаты испытаний.
2 Емкостные и индуктивные цепи со значительными постоянными времени можно испытывать, например, уменьшая частоту вращения искрообразующего механизма. Емкостные цепи можно испытывать, сняв две или три проволочки. При этом необходимо учитывать, что снижение частоты вращения искрообразующего механизма может изменить его чувствительность.

Б.1.3 Искрообразующий механизм II типа
Б.1.3.1 Конструкция
Б.1.3.1.1 Искрообразующий механизм II типа (рисунок Б.9) состоит из вращающегося металлического диска, на окружности которого расположены 10 оцинкованных стальных проволочек диаметром 0,4 мм. В качестве неподвижного электрода служит стальная пилочка толщиной 0,25-0,3 мм с высотой зуба 0,4-0,5 мм. Свободная длина проволочки составляет ~25 мм. Пилочка жестко закреплена в двух точках на специальной скобе. Расстояние между точками закрепления составляет ~70 мм, радиус закругления пилочки ~100 мм.
Б.1.3.1.2 При подсчете числа искрений каждое контактирование с пилочкой учитывают как одно искрение. Частота вращения подвижных контактов около 40-60 об/мун.
Б.1.3.2 Калибровка искрообразующего механизма
Б.1.3.2.1 Чувствительность искрообразующего механизма необходимо проверять до, во время и после каждой серии испытаний по 10.3 и 10.4.
Б.1.3.2.2 Настройку и проверку правильности работы искрообразующего механизма II типа осуществляют посредством включения его в контрольную электрическую цепь постоянного тока через каждые 4000 замыканий и размыканий испытуемой цепи. Искрообразующий механизм считают настроенным правильно, если происходит воспламенение представительной (соответствующей активизированной испытательной взрывоопасной смеси) взрывоопасной смеси с вероятностью не менее 0,05.
Б.1.3.2.3 Параметры контрольной цепи для искрообразующего механизма II типа аналогичны параметрам контрольной цепи для искрообразующего механизма I типа, указанным в 10.3.
Б.1.3.3 Область применения искрообразующего механизма
Б.1.3.3.1 Искрообразующий механизм II типа предназначен для испытаний на искробезопасность индуктивных и емкостных электрических цепей, а также других комбинированных цепей, если он воспроизводит для них наиболее опасные условия разрядообразования. Искрообразующий механизм II типа используют для испытания электрических цепей при токах более 3А, где не может быть использован механизм I типа. Параметры испытуемых цепей должны иметь следующие предельные значения:

а) испытательный ток - не более 10 А;
б) рабочее напряжение - не более 1000 В;
в) индуктивность цепи - не более 1 Гн;
г) частота тока - не более 1,5 МГц.
Примечания
1 Искрообразующий механизм II типа не имеет малых скоростей разведения контактов и не может быть использован для испытаний на искробезопасность омических цепей.
2 При проведении испытаний следует принимать меры, чтобы ток в индуктивных цепях во время замкнутого состояния контактов принимал установившееся значение, а конденсатор в период разомкнутого состояния контактов полностью заряжался.

Б.1.3.3.2 Если искрообразующий механизм II типа применяют для испытаний цепей с параметрами, выходящими за указанные в Б.1.3.3.1 пределы, необходимо контролировать сохранение его чувствительности и при необходимости принимать специальные меры для ее восстановления или учета ее изменения в результатах испытаний.
Примечания
1 Если испытательный ток превышает 5А, нагрев контактов может стать дополнительной причиной воспламенения, делая недостоверными результаты испытаний.
2 Емкостные и индуктивные цепи с большими постоянными времени можно испытывать методом уменьшения частоты вращения искрообразующего механизма. В случае использования искрообразующего механизма II типа для испытаний емкостных цепей должно быть исключено постоянное соприкосновение нескольких проволочек с диском пилы. Например, допускается устанавливать определенное число проволочек, чтобы происходила полная зарядка емкости в интервалах между отдельными сериями искр. При оценке емкостных цепей каждое соприкосновение проволоки с диском пилы регистрируют как одно искрение. При этом необходимо учитывать, что снижение частоты вращения искрообразующего механизма может изменить его чувствительность.

Б.1.4 Искрообразующий механизм III типа

Б.1.4.1 Конструкция
Б.1.4.1.1 Искрообразующий механизм III типа (рисунок Б.10) состоит из двух пар роликов. Ролики каждой пары прижимаются друг к другу. Частота вращения верхней пары роликов в четыре раза меньше частоты вращения нижней пары.
Б.1.4.1.2 Медную луженую проволоку диаметром 0,26 мм с барабана и верхней пары роликов подают на нижнюю пару роликов через стеклянную колбочку, промываемую взрывоопасной смесью. Проволока после выхода из колбочки захватывается нижней парой роликов и, вследствие разности скоростей вращения верхних и нижних роликов, рвется в колбочке.
Б.1.4.1.3 Исследуемую цепь подключают к нижней и верхней паре роликов. Замыкание цепи происходит вне колбочки в момент соприкосновения с нижней парой роликов. Размыкание цепи происходит во взрывчатой смеси в момент разрыва проволоки в колбочке. Скорость размыкания контактов - от 0,2 до 3,0 м/с. Частота искрений - от 1 до 30 раз в секунду. При скорости размыканий контактов 0,6 м/с время замкнутого состояния цепи около 10 мс, время разомкнутого состояния цепи - около 114 мс.
Б.1.4.1.4 Сопротивление двух пар роликов и зажатой между ними проволоки перед ее разрывом - не более 0,03 Ом. Расход взрывоопасной смеси регулируют от 2 до 5 см³/с.
Б.1.4.2 Калибровка искрообразующего механизма
Б.1.4.2.1 Чувствительность искрообразующего механизма необходимо проверять до, во время и после каждой серии испытаний по 10.3 и 10.4.
Б.1.4.2.2 Настройку и проверку правильности работы искрообразующего механизма III типа осуществляют посредством включения его в контрольную электрическую цепь постоянного тока через каждые 4000 замыканий и размыканий испытуемой цепи. Механизм считают настроенным правильно, если происходит воспламенение представительной (соответствующей активизированной испытательной взрывоопасной смеси) взрывоопасной смеси с вероятностью не менее 0,05.
Б.1.4.2.3 Параметры контрольной цепи для искрообразующего механизма III типа аналогичны параметрам контрольной цепи для искрообразующего механизма I типа и приведены в 10.3.
Б.1.4.3 Область применения искрообразующего механизма
Б.1.4.3.1 Искрообразующий механизм III типа предназначен для испытаний на искробезопасность индуктивных электрических цепей, а также других комбинированных цепей, если он воспроизводит для них наиболее опасные условия разрядообразования. Искрообразующий механизм III типа используют для испытания электрических цепей при токах более 10 А, где не могут быть использованы искрообразующие механизмы I и II типов. Параметры испытуемых цепей должны иметь следующие предельные значения:

а) коммутируемый ток испытуемой электрической цепи не должен превышать значений, при которых индуктивность искрообразующего механизма и присоединительных проводов начинает оказывать влияние на результаты испытаний,
б)рабочее напряжение - не более 1000 В,
в) индуктивность - не более 1 Гн;
г) частота тока - не более 1,5 МГц.
Примечания
1 Искрообразующий механизм III типа не имеет малых скоростей разведения контактов и не может быть использован для испытаний на искробезопасность омических цепей.
2 При проведении испытаний следует принимать меры, чтобы ток в индуктивных цепях во время замкнутого состояния контактов принимал установившееся значение.

Б.1.4.3.2 Если искрообразующий механизм III типа применяют для испытаний цепей с параметрами, выходящими за указанные в Б.1.4.3.1 пределы, необходимо контролировать сохранение его чувствительности и при необходимости принимать специальные меры для ее восстановления или учета ее изменения в результатах испытаний.
Примечание - При больших токах в испытуемой цепи нагрев контактов может стать дополнительной причиной воспламенения, делая недостоверными результаты испытаний.

Рисунок Б.1. Кинематическая схема искрообразующего механизма I типа

Рисунок Б.2. Кадмиевый контактный диск

Рисунок Б.3. Держатель проволочек

1 - изолирующая пластина; 2 - подвод тока; 3 - изолированный болт; 4 - изолированный подшипник; 5 - выходное отверстие для газа; 6 - цоколь основания; 7 - вольфрамовая проволочка; 8 - держатель проволочек; 9 - зажимной винт; 10 - нажимная пластина; 11 - зажим; 12 - камера; 13 - кадмиевый контактный диск; 14 - резиновое уплотнение; 15 - входное отверстие для газа; 16 - шестерня 50:12; 17 - изолированная муфта; 18 - приводной двигатель с редуктором

Рисунок Б.4. Схема взрывной камеры для испытаний на искробезопасность

1 - металлический поршень; 2 - резиновая диафрагма; 3 - пружинный контакт
Рисунок Б.5. Пример датчика давления взрыва

S - выключатель; F - предохранитель; Тр - трансформатор; D - диодный выпрямительный мост; R - резистор; М- приводной двигатель; 1 - сигнальная лампа; 2 - датчик давления;
3 - удерживающий контакт; 4 - реле; 5 - кнопка сброса
Рисунок Б.6. Электрическая схема автоматической остановки работы взрывной камеры с помощью датчика давления

1 - подвод питания; 2 - медный брусок; 3 - вольфрамовая проволочка; 4 - изолирующая пластина
Рисунок Б.7. Устройство для подготовки вольфрамовых проволочек методом оплавления

Примечание - Оплавленные шарики снять щипчиками.

Тр - трансформатор с площадью поперечного сечения сердечника 19 см²; 1 - вольфрамовая проволочка; 2 - медные бруски
Рисунок Б.8. Принципиальная электрическая схема устройства подготовки вольфрамовых проволочек методом оплавления

1 - подвижный контакт; 2 - неподвижный контакт; 3 - диск подвижного контакта;
4 - пластина неподвижного контакта; 5 - крепежный болт подвижного контакта; 6 - вращающийся вал подвижного контакта; 7 - крепежная стойка неподвижного контакта
Рисунок Б.9. Кинематическая схема искрообразующего механизма II типа

1 - барабан с проволокой; 2 - подающие ролики; 3 - датчик взрыва; 4 - взрывная камера;
5 - принимающие ролики; 6 - приемник для использованных проволочек
Рисунок Б.10. Кинематическая схема искрообразующего механизма III типа