Оценка искробезопасности электрических цепей

А.1 Основные критерии

Искробезопасная цепь должна удовлетворять трем основным требованиям:

a) не вызывать искрового воспламенения при испытании цепи или ее оценке в соответствии с требованиями раздела 10 для указанного уровня цепи (см. раздел 5) и группы электрооборудования (см. раздел 4);

b) не вызывать воспламенения от теплового воздействия. Температурный класс искробезопасного оборудования должен быть определен в соответствии с 5.6 настоящего стандарта и разделом 5 МЭК 60079-0. Температурная классификация не должна применяться к связанному электрооборудованию;

c) искробезопасная цепь должна быть соответствующим образом отделена от других цепей.

Примечания

1 Требование, указанное в перечислении а), может быть выполнено проведением оценки. Для этого необходимы точные данные о напряжении, токе и таких параметрах цепи, как емкость и индуктивность на границе воспламенения. В таких условиях цепь может быть оценена как искробезопасная с точки зрения искрового воспламенения.

2 Требование, указанное в перечислении b), может быть выполнено путем оценки максимальных температур поверхности элементов по их тепловому режиму или максимальной мощности, которая может быть к ним подведена в соответствующих условиях повреждения.

3 Требование, указанное в перечислении с), может быть выполнено путем обеспечения соответствующих путей утечки и электрических зазоров, а также применением элементов, например трансформаторов, токоограничительных резисторов, удовлетворяющих требованиям неповреждаемых элементов по разделу 8.

4 При применении коэффициента безопасности 1,5 максимальные выходные параметры источника питания с искробезопасным выходом не должны превышать параметры, указанные в характеристиках искробезопасности и таблицах, независимо от конструкции источника питания (при применении резисторов или полупроводниковых токоограничительных устройств). Дополнительные требования к комбинации источников питания приведены в МЭК 60079-25.

А.2 Оценка с использованием характеристик искробезопасности и таблиц

Если цепь, оцениваемая на искробезопасность, приближается к простой цепи, для которой имеется эталонная зависимость, то при проведении оценки нужно использовать характеристики искробезопасности, указанные на рисунках А.1-А.6 или в таблицах А.1 и А.2. При использовании указанных характеристик искробезопасности и данных таблиц должны учитываться возможные повреждения в соответствии с разделом 5 и коэффициенты искробезопасности в соответствии с 10.1.4.2.

При оценке искробезопасности простых электрических цепей обычно должна применяться следующая процедура:

- определяют самую неблагоприятную практическую ситуацию с учетом допусков для элементов, колебаний напряжения питания, повреждений изоляции и элемента;

- затем, исходя из требуемого коэффициента искробезопасности, зависящего от типа цепи (см. 10.1.4.2), а также от уровня цепи электрооборудования (см. раздел 5),получают измененную цепь, которую можно оценивать;

- проверяют приемлемость параметров полученной цепи сравнением с характеристиками искробезопасности, указанными на рисунках А.1-А.6 или в таблицах А.1 и А.2.

Полученную для оценки цепь можно испытывать с помощью искрообразующего механизма, если испытание предпочитают оценке.

Примечание - Характеристики искробезопасности, представленные на рисунках А.1-А.6, и данные таблиц А.1 и А.2 позволяют оценивать искробезопасность только простых цепей. Во многих случаях их может быть трудно применить для оценки искробезопасности цепей, встречающихся на практике. Например, многие источники питания имеют нелинейные характеристики и не могут быть оценены по характеристикам искробезопасности, так как рисунок А.1 может быть использован только в случае, когда цепь представлена элементом или батареей с последовательно подключенным токоограничительным резистором. По этой причине нелинейные цепи, например цепи постоянного тока, вызовут воспламенение при более низких значениях тока, чем те, которые можно прогнозировать по рисунку А.1 на основе напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. В некоторых типах нелинейных цепей максимальный допустимый ток может составлять только 1/5 от тока, прогнозируемого по характеристикам искробезопасности. Необходимо убедиться в том, что оценки выполняются только для случаев, когда рассматриваемая цепь может быть представлена одной из простых цепей, для которых предоставлена информация. Имеющаяся в наличии информация ограничена и не может охватить все проблемы, возникающие при конструировании искробезопасных цепей.

А.3 Примеры простых цепей

a) Простая индуктивная цепь

Чтобы более подробно проиллюстрировать процедуру оценки искробезопасности, нужно рассмотреть цепь для электрооборудования подгруппы IIС, состоящую из источника питания в виде элемента или батареи напряжением 20 В и последовательно установленного неповреждаемого токоограничительного резистора сопротивлением 300 Ом, к которой подключен индуктивный элемент сопротивлением 1100 Ом и индуктивностью 100 мГн, как показано на рисунке А.7.

Значения 300 и 1100 Ом - минимальные, а 100 мГн - максимальное значение. Нужно провести две раздельные оценки: одну, чтобы убедиться, что сам источник питания искробезопасный, вторую - чтобы учесть влияние подключенной нагрузки. Оценку проводят следующим образом:

1 Источник питания

Последовательность оценки:

i) Значение токоограничительного резистора устанавливают равным минимально 300 Ом, что соответствует наиболее неблагоприятному случаю. Если этот резистор не отвечает требованиям в отношении неповреждаемости (см. 8.4), применение одного повреждения (см. раздел 5) вызовет изменение цепи, при этом резистор будет считаться короткозамкнутым. При таком повреждении питание более не будет искробезопасным.

Необходимо также определить максимальное значение напряжения батареи в соответствии с 7.4.3. Нужно принять максимальное напряжение батареи равным 22 В.

ii) Максимальный ток короткого замыкания равен 22/300 = 73,3 мА.

Поскольку при этом условии цепь становится омической, применение требований раздела 5 и 10.1.5.2 дает измененную цепь, в которой ток короткого замыкания увеличен до 1,5 × 73,3= 110 мА.

iii) Из таблицы А.1 можно видеть, что для подгруппы IIС минимальный ток воспламенения для омической цепи с напряжением источника питания 22 В равен 337 мА. Источник питания в этом случае может быть оценен как искробезопасный сточки зрения искрового воспламенения.

2 Подключение нагрузки

Последовательность оценки:

i) Максимальное напряжение элемента или батареи равно 22 В. Поскольку 300 и 1100 Ом - минимальные значения, максимально возможный ток в нагрузке равен 22/(300 + 1100) = 15,7 мА. Никакие повреждения не рассматривают, поскольку резистор 300 Ом является неповреждаемым, а повреждение индуктивного элемента в результате короткого замыкания ведет к формированию рассмотренной выше цепи.

ii) Для применения требований раздела 5 и 10.1.5.2 необходимо, чтобы при коэффициенте искробезопасности 1,5 ток цепи был увеличен до 1,5 × 15,7 = 23,6 мА.

iii) В соответствии с рисунком А.4 для подгруппы IIС при индуктивности 100 мГн минимальный воспламеняющий ток для источника напряжением 24 В равен 28 мА. Поэтому цепь может быть оценена как искробезопасная сточки зрения искрового воспламенения применительно к подгруппе IIС.

Примечания

1 Для напряжений холостого хода значительно ниже 24 В следует применять схему, указанную на рисунке А.6.

2 Приведенные выше оценки относятся к индуктивному элементу с воздушным сердечником. Если индуктивный элемент имеет железный сердечник, такие оценки можно рассматривать только как приблизительные, и потребуется испытывать цепь с применением искрообразующего механизма (приложение В), чтобы установить, является или не является цепь искробезопасной. На практике, если оценка основана на измеренном значении индуктивности, минимальный ток воспламенения обычно (но не всегда) больше, чем значение, полученное в результате оценки.

b) Простая емкостная цепь

Цепь, показанная на рисунке А.8, предназначена для применения в электрооборудовании группы I. Она состоит из последовательно соединенных батареи напряжением 30 В, неповреждаемого токоограничительного резистора сопротивлением 10 кОм и конденсатора емкостью 10 мкФ. В предлагаемом примере значения 30 В и 10 мкФ - максимальные, а 10 кОм - минимальное значение.

Проводят две отдельные оценки: одну, чтобы убедиться, что сам источник питания искробезопасный, и вторую - чтобы учесть присутствие конденсатора.

1 Источник питания

Процедура оценки аналогична процедуре оценки источника питания для простой индуктивной цепи (см. а), 1). Источник питания может рассматриваться как искробезопасный с точки зрения искрового воспламенения с коэффициентом искробезопасности св. 100.

2 Конденсатор

Последовательность оценки:

i) Максимальное напряжение элемента или батареи равно 30 В, а максимальная емкость равна 10 мкФ. Никакие повреждения не рассматривают, так как резистор сопротивлением 10 кОм является неповреждаемым, а неисправность емкости вследствие короткого замыкания или обрыва ведет к формированию цепи, рассмотренной в а), 1.

ii) Применение требований раздела 5 и 10.1.4.2 требует, чтобы при коэффициенте искробезопасности 1,5 напряжение было увеличено до 1,5 × 30 = 45 В.

iii) Характеристики искробезопасности на рисунке А.2 для группы I показывают, что при напряжении 45 В минимальная величина воспламеняющей емкости составляет только 3 мкФ, а при напряжении 30 В - только 7,2 мкФ, поэтому цепь не может быть оценена как искробезопасная.

Примечание - Существует много возможностей изменить цепь так, чтобы она стала искробезопасной. Значения напряжения цепи или емкости могут быть снижены, или неповреждаемый резистор может быть установлен последовательно с конденсатором 10 мкФ. На рисунке А.2 показано, что для конденсатора емкостью 10 мкФ минимальное напряжение воспламенения равно 26 В. Поэтому, если значение емкости 10 мкФ нужно сохранить, напряжение батареи должно быть снижено до 26/1,5 = 17,3 В. В качестве альтернативного варианта значение емкости можно снизить до 3 мкФ или установить неповреждаемый резистор с минимальным сопротивлением 5,6 Ом последовательно с конденсатором (так как 10 мкФ при сопротивлении резистора 5,6 Ом дает минимальное напряжение воспламенения, равное 48 В), что также приведет к созданию цепи, которая может быть оценена как искробезопасная в отношении искрового воспламенения для группы I.

Следует иметь в виду, что значения минимального напряжения воспламенения для емкостных цепей на рисунках А.2 и А.3 применяют к заряженному конденсатору, который не соединен непосредственно с источником питания. На практике, при условии, что сам источник питания имеет высокий коэффициент искробезопасности, как в приведенном выше примере, могут быть применены характеристики искробезопасности, представленные на рисунках А.2 и А.3. Однако если источник питания имеет минимальный коэффициент искробезопасности, его подключение к конденсатору может привести к ситуации, когда цепь будет искроопасной несмотря на то, что оценка по характеристикам искробезопасности на рисунках А.2 и А.3 показывает искробезопасность цепи. Оценку искробезопасности таких цепей необходимо вести с применением искрообразующего механизма (приложение В).

Рисунок А. 1 - Омические цепи

Примечание - Кривые соответствуют указанным значениям токоограничительного резистора.

Рисунок А.2 - Емкостные цепи группы I

Рисунок А.3 - Емкостные цепи группы II

Примечания

1 Испытательное напряжение цепи 24 В.

2 Указанные уровни энергии относятся к постоянному значению накопленной в индуктивности энергии.

Рисунок А.4 - Индуктивные цепи группы II

Примечания

1 Кривые соответствуют значениям напряжения цепи U _о, как указано на рисунке.

2 Уровень энергии 525 мкДж соответствует постоянному значению накопленной в индуктивности энергии.

Рисунок А.5 - Индуктивные цепи группы I

Примечания

1 Кривые соответствуют значениям напряжения цепи U _o, как указано на рисунке.

2 Уровень энергии 40 мкДж соответствует постоянному значению накопленной в индуктивности энергии.

Рисунок А.6 - Индуктивные цепи подгруппы IIС

 

Рисунок А.7 - Простая индуктивная цепь	Рисунок А.8 - Простая емкостная цепь

Таблица А.1 - Допустимый ток короткого замыкания в зависимости от напряжения

Напряжение, В	Допустимый ток короткого замыкания, мА, для подгруппы (группы) электрооборудования
	IIС		IIВ		IIА		I
	Коэффициент искробезопасности