Искробезопасная электрическая цепь i - ГОСТ Р 51330.10-99 - Неповреждаемые элементы, блоки элементов и соединения

8 Неповреждаемые элементы, блоки элементов и соединения

8.1 Сетевые трансформаторы

8.1.1 Повреждения обмоток
В неповреждаемых сетевых трансформаторах замыкание обмоток, питающих искробезопасные цепи, с любыми другими обмотками не рассматривают, однако могут иметь место короткие замыкания и размыкания обмоток трансформатора. Повреждения обмоток трансформатора, которые могут привести к увеличению выходного напряжения, не должны учитываться.
8.1.2 Защитные меры

8.1.2.1 Первичная обмотка сетевого трансформатора, предназначенного для питания искробезопасных цепей, должна быть снабжена токовой защитой, например, плавким предохранителем (плавкими предохранителями), удовлетворяющим требованиям 7.3, либо автоматическим выключателем с соответствующими параметрами.
8.1.2.2 В системах энергоснабжения с изолируемой нейтралью предохранители должны устанавливаться: в трехфазных трансформаторах - в две фазы, в однофазных трансформаторах - в одну фазу. В системах энергоснабжения с заземленной нейтралью предохранители должны устанавливаться в каждый провод сетевой обмотки трансформатора, если в однофазных трансформаторах не приняты меры, исключающие возможность соединения фазного провода с выводом обмотки трансформатора, не содержащей предохранителя.
8.1.2.3 Для температурной защиты трансформатора в дополнении к токовой защите может использоваться залитый термопредохранитель или другое тепловое устройство, причем для однофазного трансформатора достаточна установка одного устройства.
8.1.2.4 Предохранители, держатели предохранителей, прерыватели и термические устройства должны отвечать требованиям соответствующего стандарта. Соответствие стандарту не должно проверяться испытательной организацией.
8.1.3 Конструкция трансформатора
8.1.3.1 Трансформаторы по способу расположения обмоток могут разделяться на два типа.
Для конструкции первого типа обмотка, питающая искробезопасные и связанные с ней искроопасные цепи, намотанная на отдельной катушке, должна располагаться:
- на одном стержне сердечника с остальными обмотками;
- на разных стержнях сердечника.
Пути утечки и электрические зазоры между обмотками для питания искробезопасных и искроопасных цепей должны удовлетворять требованиям таблицы 4.
Для конструкции второго типа обмотка, питающая искробезопасные и связанные с ней искроопасные цепи, должна располагаться на одной катушке с остальными обмотками, при этом:
- либо указанная обмотка трансформатора отделена от остальных обмоток твердой изоляцией в соответствии с таблицей 4,
- либо указанная обмотка трансформатора отделена от сетевой обмотки заземленным экраном (из медной фольги) или эквивалентной проволочной обмоткой (проволочный экран). Толщина медной фольги или проволочного экрана должна быть выбрана в соответствии с таблицей 6.
Примечание - Эта мера позволяет гарантировать, что в случае короткого замыкания между обмотками и экраном, экран выдержит без пробоя ток, который по нему проходит до срабатывания токовой защиты.

Таблица 6 - Минимальная толщина фольги или минимальный диаметр проволоки экрана в зависимости от номинального тока предохранителя

Допуски изготовителя не должны снижать значения, приведенные в таблице 6, более чем на 10 % или 0,1 мм, в зависимости от того, какое из значений меньше.
8.1.3.2 Экран из фольги должен иметь два независимых проводника заземления, каждый из которых должен быть рассчитан на максимальный длительный ток, который может протекать до срабатываний токовой защиты, например 1,7In для предохранителя.
8.1.3.3 Проволочный экран должен состоять по меньшей мере из двух электрически независимых слоев проволоки, каждый из которых должен быть рассчитан на максимальный длительный ток, который может протекать до срабатываний токовой защиты, например 1,7In для предохранителя. Изоляция между слоями должна выдержать испытательное напряжение 500 В в соответствии с 10.6.
8.1.3.4 Сердечники всех сетевых трансформаторов должны быть заземлены, за исключением случаев, когда используются трансформаторы с изолированными сердечниками.
8.1.3.5 Обмотки трансформатора независимо от конструктивного исполнения должны пропитываться изоляционным лаком или заливаться компаундом.
8.1.3.6 Выводы сетевой и вторичных обмоток для трансформаторов конструкции второго типа должны располагаться на разных сторонах каркаса катушки. Пути утечки и электрические зазоры между выводами обмоток, а также индекс трекингостойкости СИТ каркаса катушки должны удовлетворять требованиям таблицы 4. Для уменьшения расстояния выводы могут быть разделены изоляционной или заземленной перегородкой, удовлетворяющей требованиям 6.4.1.
8.1.4 Испытания трансформаторов

8.1.4.1 Трансформаторы должны быть стойкими при коротком замыкании вторичной обмотки.
8.1.4.2 Соответствие стойкого к короткому замыканию трансформатора температурным требованиям для класса используемой изоляции проверяют следующим образом. Вторичные обмотки трансформатора поочередно закорачивают, при этом все остальные обмотки нагружают номинальным током. Токовую защиту при испытаниях отключают, но ее параметры учитывают. Если в трансформаторе используют токоограничительный резистор, залитый вместе с его обмотками, испытания трансформатора на устойчивость к коротким замыканиям следует проводить с учетом этого резистора. При этом токоограничительный резистор должен быть установлен так, чтобы обеспечивались длина пути утечки и зазоры в соответствии с таблицей 4, и между обмоткой трансформатора и резистором отсутствовали неизолированные токопроводящие части.
При испытаниях ток первичной обмотки трансформатора должен быть установлен равным 1,7In или максимальному значению тока прерывателя с допустимыми отклонениями от этих значений во время испытаний не более ±10 %. Значение тока устанавливают изменением напряжения первичной обмотки трансформатора от нуля до номинального напряжения (с учетом допустимых по документации на электрооборудование повышений напряжения). В случае невозможности обеспечить вышеуказанные значения тока за счет увеличения напряжения, испытания проводят при максимальном сетевом напряжении.
Продолжительность испытаний должна составлять не менее 6 ч или до срабатывания несамовосстанавливающегося теплового устройства. При использовании теплового устройства самовосстанавливающегося типа испытания следует проводить в течение 12 ч. При этом температура обмотки не должна превышать допустимого значения для класса используемой изоляции. Температура обмотки должна измеряться в соответствии с 10.5.
В процессе испытаний трансформатор не должен воспламеняться, но допускается замыкание первичной или вторичной обмоток с сердечником.
8.1.4.3 После испытаний трансформаторов на устойчивость к коротким замыканиям изоляция между искробезопасными и искроопасными обмотками должна выдерживать испытательное напряжение (см. 10.6), равное (2 Un + 1000) В, но не менее 1500 В, где Un - максимальное напряжение любой испытуемой обмотки. Испытательное напряжение между любыми обмотками и сердечником или экраном должно быть 2 Un, но не менее 1000 В.
8.1.5 Контрольные проверки и испытания сетевых трансформаторов, выполняемые изготовителем
Каждый сетевой трансформатор должен быть испытан в соответствии с 11.2.
8.2 Разделительные трансформаторы
8.2.1 Конструкция и возможные повреждения разделительных трансформаторов должны соответствовать требованиям 8.1.
Примечание - Это могут быть трансформаторы, которые используются в сигнальных цепях, или трансформаторы для других целей, например для преобразователей питания.

8.2.2 Испытания разделительных трансформаторов должны быть выполнены в соответствии с требованиями 8.1.4, за исключением того, что такие трансформаторы должны быть испытаны при максимальной токовой нагрузке. Если трансформатор невозможно испытать в этих условиях, каждая обмотка при типовых испытаниях должна нагружаться постоянным током, равным 1,7In в соответствии с 8.1.4.
8.2.3 При контрольных испытаниях изоляция между первичной и вторичными обмотками должна выдерживать испытательное напряжение, равное (2 Un + 1000) В, но не менее 1500 В.
8.2.4 Разделительные трансформаторы, подключенные к искроопасным цепям с внешней силовой цепью, должны учитывать возможность попадания на них максимального напряжения питания, например сетевого напряжения. В таких разделительных трансформаторах должны быть приняты меры, исключающие перегрузку трансформатора вследствие попадания сетевого напряжения, например применение защитных средств в соответствии с 8.1.2. Для обеспечения неповреждаемости зазоров и путей утечки трансформатора при возможных перенапряжениях в цепь питания, в соответствии с требованиями 8.8, включают предохранитель и стабилитрон. Номинальное входное напряжение по 8.1.4 должно быть равным напряжению стабилитрона.
8.3 Короткозамкнутые обмотки и дроссели

8.3.1 Демпферные обмотки, выполненные в виде короткозамкнутых витков для снижения влияния индуктивности, должны рассматриваться как повреждаемые только на размыкание, если они имеют надежную механическую конструкцию, выполненную, например, в виде бесшовной металлической трубки и обмоток из неизолированного провода, соединенных замкнутой сваркой, пайкой или другими равноценными способами.
8.3.2 Дроссели, применяемые в искробезопасных цепях, должны рассматриваться как повреждаемые только размыкание, если их намотка выполнена рядовой, виток к витку, с изолирующими прокладками между слоями, с пропиткой обмоток изоляционным лаком и компаундом.
Между витковая изоляция обмоточного провода должна быть рассчитана на напряжение, равное утроенному падению напряжения на дросселе в нормальном и аварийном режимах.
8.4 Токоограничительные резисторы

8.4.1 Токоограничительные резисторы должны быть одного из следующих типов:
а) пленочного;
б) проволочного с защитой против разматывания проволоки в случае ее обрыва;
в) непечатного, используемого в гибридных и подобных цепях, с покрытием, соответствующим 6.4.8, или герметизированные согласно 6.4.4.
8.4.2 He повреждаемый токоограничительный резистор должен считаться повреждаемым только на размыкание цепи, что рассматривают как одно учитываемое повреждение.
8.4.3 Токоограничительный резистор должен быть нагружен в соответствии с требованиями 7.1 и выдерживать по меньшей мере 1,5-кратные максимальные значения напряжения и мощности в нормальных и аварийных режимах работы, определенных в разделе 5. Не повреждаются на замыкание между витками правильно нагруженные проволочные резисторы, имеющие залитые обмотки. Для заливки обмотки следует использовать изоляционный материал со значением индекса трекингостойкости в соответствии с таблицей 4, при номинальном напряжении, указанном изготовителем.
8.5 Разделительные конденсаторы

8.5.1 В неповреждаемом узле необходимо использовать блок из двух последовательно подключенных конденсаторов, один из которых рассматривают как повреждаемый на замыкание или размыкание цепи. Для оценки искробезопасности следует выбирать конденсатор с максимальной емкостью, а коэффициент искробезопасности 1,5 должен использоваться применительно к блоку.
8.5.2 Разделительные конденсаторы должны изготовляться с использованием твердого диэлектрика и иметь высокую надежность. Применение электролитических или танталовых конденсаторов не допустимо. Внешние соединения блока конденсаторов должны соответствовать 6.4.
8.5.3 Изоляция каждого конденсатора должна выдерживать испытания на электрическую прочность согласно 6.4.12. Если разделительные конденсаторы используют между искробезопасными и искроопасными цепями, должны учитываться все возможные переходные процессы.
8.5.4 Блок из разделительных конденсаторов, выполненный в соответствии с 8.8, должен рассматриваться как неповреждаемое гальваническое разделение для постоянного тока.
Конденсаторы, подключенные между корпусом электрооборудования и искробезопасной цепью, должны соответствовать 6.4.12. В случае, если их отказ приводит к нарушению искробезопасности (например, возникновению путей обхода элементов, от которых зависит искробезопасность), они должны соответствовать перечисленным выше требованиям к разделительным конденсаторам.
Примечание - Назначение этих конденсаторов - фильтрация высоких частот.

8.6 Блоки искрозащиты на полупроводниковых элементах
8.6.1 Общие требования

8.6.1.1 Группа элементов может рассматриваться как блок искрозащиты, если он гарантирует искробезопасность цепи.
8.6.1.2 Соединение шунтирующих элементов в блоке должно быть выполнено в соответствии с 8.7 или сконструировано таким образом, чтобы отключение одного из шунтирующих элементов вызывало отключение электрической цепи и защищаемых элементов.
В неповреждаемом блоке искрозащиты шунтирующие элементы (диоды или стабилитроны) должны дублироваться. Допускается не дублировать шунтирующий элемент, если он подключен таким образом, что при обрыве любой из его цепей, кроме непроволочных соединительных выводов самого шунта, происходит отключение шунтируемого элемента. Диоды и стабилитроны должны быть рассчитаны на продолжительный ток, который может протекать в месте их установки при повреждении на замыкание.
Примечания
1 Для предотвращения воспламенения взрывоопасной смеси при испытаниях на искрообразующем механизме в случае обрыва соединения может потребоваться герметизация блока в соответствии с 6.4.4.
2 Шунтирующие элементы, используемые в блоках, могут проводить ток в нормальном режиме работы.

8.6.1.3 Элементы блока искрозащиты должны быть нагружены в соответствии с 7.1, включая случаи воздействия напряжения переменного тока со значением Um. При защите от перегрузки с помощью предохранителя шунтирующие элементы блока должны быть рассчитаны на длительное протекание тока 1,7In. Конструкция предохранителя должна удовлетворять требованиям 7.3. Способность элементов блока выдерживать переходные режимы должна быть проверена в соответствии с 10.12 или определяться сравнением токовременных характеристик срабатывания предохранителя с импульсными рабочими характеристиками элементов. Для безопасных блоков искрозащиты, изготовленных как отдельное электрооборудование, конструкция должна соответствовать 9.2.
8.6.1.4 При применении блока искрозащиты с шунтирующими элементами в качестве неповреждаемого узла необходимо учитывать следующее:
а) каждый из двух шунтирующих элементов рассматривают повреждаемым на размыкание цепи;
б) выходным напряжением блока искрозащиты считают наибольшее напряжение шунтирующего элемента;
в) повреждение каждого шунтирующего элемента на замыкание рассматривают как одно учитываемое повреждение;
г) коэффициент искробезопасности 1,5 должен применяться ко всем повреждениям, перечисленным в 5.2 и 5.3;
д) блоки искрозащиты с шунтирующими тиристорами должны испытываться в соответствии с 10.3.3.
8.6.2 Блоки искрозащиты с шунтирующими элементами
8.6.2.1 Блок искрозащиты с шунтирующими элементами должен гарантировать, что электрические параметры отдельного элемента или группы элементов в переходных режимах являются контролируемыми величинами, которые не нарушают искробезопасности цепи.
8.6.2.2 Если блок искрозащиты с шунтирующими элементами подключают к источнику питания, характеризующемуся только значением Um, он должен анализироваться на устойчивость к переходным режимам в соответствии с 8.6.1, за исключением случаев, когда блок используют:
а) для ограничения энергии разряда, выделяющейся, например, из индуктивностей или пьезоэлектрических устройств;
б) для ограничения напряжения устройств, например конденсаторов.
8.6.2.3 Диоды выпрямительных устройств соответствующего номинала, собранные по мостовой схеме, должны рассматриваться как неповреждаемый шунтирующий блок.
8.6.3 Блоки искрозащиты с ограничителями напряжения или тока
8.6.3.1 Блок искрозащиты с ограничителями напряжения или тока должен гарантировать, что к искробезопасной цепи прикладывают напряжение или ток заданного уровня.
8.6.3.2 Блок искрозащиты с ограничителями напряжения должен быть объектом анализа в переходных режимах, когда он может подключаться к источнику питания, для которого определена только величина Um в соответствии с 8.6.1, за исключением случаев, когда питание блока осуществляют от:
а) неповреждаемого трансформатора, выполненного в соответствии с 8.1;
б) блока искрозащиты на диодах (стабилитронах), выполненного в соответствии с разделом 9;
в) батареи, выполненной в соответствии с 7.4;
г) неповреждаемого шунтирующего блока безопасности в соответствии с 8.6.
8.6.3.3 Блок искрозащиты с ограничителями тока должен быть объектом анализа в переходных режимах в соответствии с требованиями 7.5.1, а его питание должно осуществляться только от:
а) неповреждаемого трансформатора, выполненного согласно 8.1;
в) батареи, выполненной согласно 7.4.
8.7 Провода и соединения

Провода, включая их подсоединения, должны рассматриваться как неповреждаемые на размыкание в следующих случаях.
а) Для проводов:
1) если два проводника включены параллельно;
2) если одножильный провод имеет диаметр не менее 0,5 мм и свободную длину менее 50 мм или надежно закреплен в точке соединения;
3) если одиночный многожильный или гибкий провод ленточного типа имеет сечение не менее 0,125 мм² (диаметр 0,4 мм), не перегибается при работе и имеет длину менее 50 мм или надежно закреплен в точке соединения.
б) Для проводников печатных плат:
1) если два проводника шириной не менее 1 мм включены параллельно;
2) если один проводник имеет ширину не менее 2 мм или 1% от своей длины, в зависимости от того, какое значение больше;
3) если каждый проводник выполнен из меди номинальной толщиной не менее 35 мкм.
в) Для соединений (исключая штепсели, розетки и клеммы):
1) если два соединения параллельны;
2) если имеется одиночное паяное соединение, в котором провод проходит через плату (включая отверстия через нее) и он изогнут перед пайкой, а если не изогнут, то запаян посредством использования автомата, или имеет соединение скруткой, запаян твердым припоем или приварен;
3) если имеется одиночное болтовое соединение, которое соответствует 6.6.
8.8 Разделительные элементы

8.8.1 Разделительные элементы, удовлетворяющие требованиям данного пункта, следует рассматривать как обеспечивающие неповреждаемое разделение.
8.8.2 Разделительные элементы, кроме трансформаторов и реле, например оптроны, должны рассматриваться как обеспечивающие неповреждаемые разделения между отдельными искробезопасными цепями, если выполняются следующие условия:
а) нагрузка элемента соответствует требованиям 7.1;
б) элемент выдерживает испытание на электрическую прочность согласно 6.4.12. При проведении испытаний значение испытательного напряжения должно выбираться в соответствии с требованиями 6.4.12 и быть не меньше номинального значения напряжения изоляции разделительного элемента.
8.8.3 При применении разделительных элементов между искробезопасными и искроопасными цепями пути утечки и электрические зазоры должны удовлетворять требованиям таблицы 4, за исключением внутренней части разделительных элементов, если они имеют герметичную неразборную конструкцию, например оптронов, для которых значения, указанные в пунктах 5-7 таблицы 4, не применяют. Нагрузка на разделительные элементы должна удовлетворять требованиям 7.1. Чтобы исключить возможность перегрузки разделительных элементов, выводы искроопасной цепи следует снабжать защитой, за исключением случаев, когда может быть показано, что цепи, подключенные к этим выводам, не могут привести к повреждению разделительного элемента. Защита от перегрузки разделительных элементов со стороны искроопасной цепи, например, может достигаться включением стабилитрона, защищенного предохранителем с соответствующими параметрами, способного прерывать амплитудное значение тока источника питания. При этом требования таблицы 4 к предохранителю и стабилитрону не применяют. Номинальная мощность стабилитрона должна быть не менее значения, получаемого в результате умножения 1,7In на максимальное напряжение стабилизации. Конструкция предохранителя и метод монтажа, например в держателе, должны удовлетворять требованиям и нормам на электрооборудование общего назначения.
8.8.4 К путям утечки и электрическим зазорам внутри оптрона, который соответствует разделам 5-7 данного стандарта, требований не предъявляют, при условии, что внутренние элементы оптрона в нормальном режиме работы и в случае неисправностей в искробезопасных и искроопасных цепях нагружены не более чем на 2/3 от максимально допустимой мощности, указанной изготовителем.
8.8.5 Разделительные реле должны отвечать требованиям 6.4.13, а обмотка реле должна обеспечивать рассеяние максимальной подключенной электрической мощности.
Примечание - Требования 7.1 на обмотки реле не распространяются.