ГОСТ 31610.11-2014 (IEC 60079-11:2011) Взрывоопасные среды. Часть 11. Оборудование с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь "i" (с Поправками, с Изменением N 1)

Приложение Н
(справочное)

     
Испытание на воспламенение полупроводниковых искробезопасных цепей

Н.1 Общие сведения

Источники питания являются основной частью любой электрической цепи. Если питание подается к искробезопасным цепям, расположенным в взрывоопасных зонах, то выходные значения параметров источника тока должны быть искробезопасными.

Примечания

1 В настоящем приложении термин "источники питания" является общим понятием. К источникам питания относится искробезопасное оборудование и стабилизаторы тока или цепи оптимизации напряжения в оборудовании.

2 Настоящее приложение рассматривает выходные параметры источника питания только как искробезопасные.

Первоначально искробезопасные источники питания состояли из неповреждаемого трансформатора, выпрямительного диода, сглаживающего конденсатора, за которым следовал токоограничивающий резистор, ограничивающий максимальный выходной ток. За выходное напряжение принимали напряжение на сглаживающем конденсаторе без нагрузки или напряжение на шунтирующих стабилитронах, которые ограничивают максимальное выходное напряжение.

Кривые и таблицы в приложении А основаны на значениях напряжения, тока, емкости и индуктивности, полученных при испытании на искрообразующем механизме при использовании таких простых цепей источника питания, при отсутствии воспламенений при 400 оборотах на искрообразующем механизме с использованием 4 вольфрамовых проволок с кадмиевым диском. Математически это означает, что при условии, что было 1600 искрений, вероятность воспламенения (на основе количества полученных искрений) на выходных зажимах разомкнутой или замкнутой цепи источника питания менее чем 6,2510. В действительности, из-за колебаний вольфрамовой проволоки на кадмиевом диске и из-за пазов на кадмиевом диске число искрений гораздо больше. Поэтому фактическая вероятность воспламенения ниже.

Основываясь на опытных данных, было получено, что диаграмма логарифма вероятности воспламенения линейно связана с логарифмом тока в цепи (см. рисунок Н.1). Согласно требованиям настоящего стандарта источники питания (для уровней "ia" и "ib") считаются соответствующими стандарту только, если они испытаны на искрение при значении тока, в 1,5 раза больше нормального, с испытательной смесью, соответствующей определенной группе.

На основе связи вероятности воспламенения и тока, указанного выше, такой источник питания имел бы при нормальном токе вероятность воспламенения меньше 1,1610.

Подводя итог, источники питания считаются удовлетворительными, если обеспечивается вероятность воспламенения при размыкании и замыкании выходных соединений источника питания менее 1,1610.

При дальнейшем развитии конструкции источников питания были введены сложные цепи, которые обеспечивали искробезопасность не только с помощью ограничения тока, напряжения, индуктивности и емкости, но и с помощью искусственного ограничения продолжительности разряда или ограничением напряжения, меняющимся на переключающих контактах. Стандартные испытания с применением искрообразующего механизма стали неудовлетворительными по нескольким причинам:

невозможно увеличивать ток или напряжение в источниках питания для обеспечения необходимого коэффициента безопасности 1,5, так как характеристики цепей в большинстве случаев трудно изменить,

источник не может создавать увеличенный ток или напряжение из-за ограничения в номинальных параметрах его компонентов,

изменения в источнике тока, увеличивающие значения тока или напряжения, изменяют схему синхронизации и следовательно изменяют характеристики цепи.

В таких случаях обычно считалось достаточным обеспечить коэффициент безопасности за счет увеличения чувствительности испытательной газовой смеси, используя цепи в смеси, обеспечивающей коэффициент безопасности 1,5. Данное испытание проводилось с источником питания испытательной газовой смеси с увеличенным коэффициентом безопасности для подтверждения, что не происходит воспламенения при 400 оборотах на искрообразующем механизме, при условии, что вероятность воспламенения менее 6,2510. Было допущено, что в нормальных условиях вероятность воспламенения будет менее 1,1610.

Несмотря на то, что в некоторых случаях источник питания был испытан с вероятностью воспламенения менее 6,2510 в газовой смеси с коэффициентом безопасности 1,5, он не обеспечивал вероятности воспламенения 1,1610 в нормальных условиях, потому что источник питания не обеспечивает линейного отношения логарифма вероятности воспламенения к логарифму тока. Это вызвало обеспокоенность, и подобные источники питания не рассматривались как обеспечивающие требуемую вероятность воспламенения при нормальном токе.

Настоящее приложение содержит методы испытания таких сложных цепей питания. Для достижения коэффициента безопасности применяют испытательную газовую смесь с увеличенной чувствительностью (согласно 10.1.3.2).

Необходимо проводить испытания с использованием испытательной газовой смеси с коэффициентом безопасности 1,5, убедившись, что при 400 оборотах не происходит искрений. Данное испытание проводится для подтверждения соответствия обязательным требованиям настоящего стандарта, определенным в 10.1.4.

Необходимо провести дополнительные испытания, чтобы убедиться, что цепь показывает отношение между возможностью воспламенения и коэффициентом безопасности испытательного газа для подтверждения, что при нормальном токе и едином коэффициенте безопасности газа достигается допустимо низкое значение воспламенения 1,16е. Проводится испытание источника питания с газовой смесью с коэффициентами безопасности SFx=1,5, SFy=2,0, SFz=2,5. Используется график вероятности воспламенения коэффициента безопасности в двойном логарифмическом масштабе. Подтверждено при испытаниях, что если при данных коэффициентах безопасности не было воспламенений или воспламенения происходили, спад полупроводникового искробезопасного источника питания больше, чем для простых цепей. Также спад полупроводникового искробезопасного источника продолжает увеличиваться, поскольку коэффициент безопасности снижается, гарантируя, что при нормальном токе и едином коэффициенте безопасности, вероятность воспламенения меньше, чем для простой цепи, что меньше 1,1610.

Данное приложение подходит для полупроводниковых искробезопасных источников питания по току или напряжению, которые ограничивают или прерывают ток, когда значение тока или напряжения превышает предел, но восстанавливаются достаточно быстро между последовательными замыканиями или размыканиями проволоки и диском искрообразующего механизма, так что они возвращаются к нормальной работе до следующего замыкания или размыкания проволоки. Данное приложение не распространяется на источники питания, которые отключаются на продолжительные периоды, когда значения тока или напряжения превышены. В таких случаях должно использоваться приложение Е.

Н.2 Испытание

Источник питания должен быть испытан с использованием искрообразующего механизма в следующих случаях:

a) 400 оборотов с применением испытательной газовой смеси, обеспечивающий коэффициент безопасности 1,5, без наблюдаемых искрений;

b) дополнительные испытания, как предусмотрено в таблице Н.1, для гарантии того, что вероятность воспламенения при едином коэффициенте безопасности будет достаточной и ниже, чем для простой цепи.

Некоторые из газовых смесей, соответствующих для указанных выше испытаний, и соответствующие токи для калибровки, использующие стандартную калибровочную смесь 24 В 95 мГн, приведены в таблице Н.2.

Сокращение ИУ в последовательности испытаний таблицы Н.1 означает испытываемое устройство, которое является источником питания в оборудовании с применяемыми неисправностями в соответствии с уровнем защиты и уставками напряжения и тока на максимальных значениях в пределах допусков компонентов цепи. Коэффициенты безопасности не применяются к току или напряжению, они применяются к испытательным газам.

Там, где последовательность испытаний в таблице Н.1 требует использования простой цепи, будет использоваться лабораторный источник питания с уставкой напряжения на U испытываемого оборудования, током замыкания цепи, ограниченным до испытываемого оборудования с помощью последовательных резисторов, ограничивающих ток, и с низкой индуктивностью.