Искрообразующий механизм для испытания электрических цепей на искробезопасность

В.1 Методы испытаний на искровое воспламенение

В.1.1 Принцип проведения испытаний

Электрическую цепь подключают к контактам искрообразующего механизма, которые находятся во взрывной камере, заполненной испытательной взрывоопасной смесью.

Параметры цепи регулируются для обеспечения заданного коэффициента безопасности, и проводится испытание с целью определения, произойдет или не произойдет воспламенение испытательной взрывчатой смеси при определенном количестве срабатываний контактной системы.

Если не указано иное, допуски для размеров обработанных деталей составляют ± 2 % (для длины вольфрамовой проволочки ± 10 %), а для напряжения и тока ± 1 %.

В.1.2 Искрообразующий механизм

Искрообразующий механизм 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.

Примечание 1 - Конструкция искрообразующего механизма и взрывной камеры приведена на рисунке В.4. Кинематическая схема и элементы искрообразующего механизма приведены на рисунках В.1 и В.3.

Один из контактных электродов представляет собой вращающийся кадмиевый диск с двумя пазами (рисунок В.2).

Примечание 2 - Для отливки кадмиевых контактных дисков можно использовать кадмий, применяемый для нанесения гальванического покрытия.

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 В.3).

Примечание 3 - В местах крепления вольфрамовых проволочек желательно закруглять углы держателя, чтобы предохранить проволочки от острых кромок.

Кинематическая схема искрообразующего механизма приведена на рисунке В.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 выпрямляют и устанавливают перпендикулярно поверхности диска, когда они не контактируют с ним.

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.

Держатель проволочек вращают с частотой 80 об/мин электрическим двигателем, который в случае необходимости может иметь редуктор. Диск вращают медленнее в противоположном направлении.

Если не используют систему свободной циркуляции испытательной взрывоопасной смеси, то необходимо использовать газонепроницаемые подшипники в опорной плите.

Для регистрации числа оборотов вала держателя проволочек используют счетчик или измеритель времени для определения продолжительности испытаний, соответствующей заданному числу оборотов вала держателя.

Примечание 4 - После воспламенения взрывоопасной смеси желательно автоматически остановить двигатель или счетчик. Для регистрации воспламенения взрывоопасной смеси может, например, использоваться фотоэлемент или датчик давления (см. рисунки В.5 и В.6).

Сосуд взрывной камеры должен выдерживать взрыв давлением не менее 1500 кПа (15 бар), если не предусмотрен сброс давления.

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 1А и собственная индуктивность не должна превышать 3 мкГн при замкнутых контактах.

B.1.3 Калибровка искрообразующего механизма

Чувствительность искрообразующего механизма необходимо проверять до и после каждой серии испытаний по 10.1.3.1 и 10.1.3.2.

Если чувствительность искрообразующего механизма не соответствует указанной, для ее восстановления необходимо выполнить следующие действия:

a) проверить параметры контрольной электрической цепи;

b) проверить состав испытательной взрывоопасной смеси;

c) очистить вольфрамовые проволочки;

d) заменить вольфрамовые проволочки;

e) подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к цепи с параметрами L = 95 мГн, U = 24 В, I = 100 мА постоянного тока в соответствии с 10.1.3.2 и сделать не менее 20000 оборотов держателя вольфрамовых проволочек в атмосфере воздуха;

f) заменить кадмиевый диск и откалибровать искрообразующий механизм согласно 10.1.3.2.

В.1.4 Подготовка и очистка вольфрамовых проволочек

Вольфрам - очень хрупкий материал, и вольфрамовые проволочки расщепляются на концах после относительно непродолжительного времени работы.

Рекомендуется один из следующих способов подготовки вольфрамовых электродов к испытаниям:

a) оплавить концы проволочки с помощью устройства, показанного на рисунках В.7 и В.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;

b) 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 ниже:

Количество зерен, проходящих через отверстия сита:	Размер отверстия сита, мкм:
проходят все зерна	106
задерживается на сите не более 24 %	75
задерживается на сите не менее 40 %	53
проходит не более 10 %	45

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 выпрямить.

B.1.5 Установка нового кадмиевого диска

Чтобы стабилизировать чувствительность искрообразующего механизма, рекомендуется следующая процедура установки нового кадмиевого диска:

a) установить диск на искрообразующем механизме;

b) подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к цепи со значениями индуктивности - 95 мГн, напряжения - 24 В, постоянного тока - 100 мА (10.1.3.2) и произвести не менее 20000 оборотов держателя проволочек в воздушной атмосфере;

c) установить новые проволочки, подготовленные и очищенные в соответствии с В.1.4, и подключить выходные зажимы искрообразующего механизма к неэлектролитическому конденсатору емкостью 2 мкФ, заряжаемому через резистор сопротивлением 2 кОм;

d) заполнить сосуд взрывной камеры испытательной взрывоопасной смесью для подгруппы IIА (или группы I) (10.1.3.1) и подать напряжение 70 В (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 воспламенения не произошло, проверьте смесь, замените проволочки или проверьте искрообразующий механизм. Если воспламенение контрольной взрывоопасной смеси произошло, то следует снижать напряжение на 5 В и повторять описанную процедуру до тех пор, пока за 400 оборотов не будет воспламенения смеси;

e) напряжение, при котором должно произойти воспламенение, равно 45 В для подгруппы IIА (55 В для группы I), и напряжение, при котором воспламенение не должно происходить, равно 40 В для подгруппы IIА (50 В для группы I). При необходимости следует повторить действия, указанные в перечислении d).

В.1.6 Область применения искрообразующего механизма

Искрообразующий механизм предназначен для испытания искробезопасных цепей со следующими предельными параметрами:

a) испытательный ток - не более 3 А;

b) рабочее напряжение испытуемых омических или емкостных цепей - не более 300 В;

c) для индуктивных цепей - индуктивность не более 1 Гн;

d) частота тока в электрических цепях - не более 1,5 МГц.

Искрообразующий механизм можно применять для испытаний цепей с параметрами, выходящими за указанные пределы, но при этом возможны изменения чувствительности.

Примечания

1 Если испытательный ток превышает 3 А, нагрев вольфрамовых проволочек может стать дополнительной причиной воспламенения и повлиять на результаты испытаний.

2 Для индуктивных цепей необходимо принять меры к тому, чтобы собственная индуктивность и постоянные времени цепи не оказывали негативного влияния на результаты.

3 Емкостные и индуктивные цепи с высокими значениями постоянных 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.

В.1.7 Модификации искрообразующего механизма для больших токов

Искрообразующий механизм можно применять для испытательных токов 3 и 10 А, если механизм изменен следующим образом:

- вольфрамовые проволочки заменены проволочками с диаметром, увеличенным с 0,2 до 0,37-0,43 мм, и свободная длина уменьшена до 10,5 мм.

Примечание 1 -Уменьшение свободной длины снижает износ кадмиевого диска.

Общее сопротивление искрообразующего механизма, включая сопротивление коммутирующего контакта, должно быть снижено до менее 10 мОм или испытуемая цепь должна быть изменена таким образом, чтобы компенсировать внутреннее сопротивление искрообразующего механизма.

Примечание 2 - Одно из возможных решений - применение щеток такого же типа, как в автомобильной промышленности, в сочетании с латунными втулками на валах искрообразующего механизма для увеличения площади контакта.

Общая индуктивность искрообразующего механизма и индуктивность от подсоединения к испытуемой цепи должны быть сведены к минимуму. Максимальное значение должно быть равно 1 мкГн.

Искрообразующий механизм может использоваться для более высоких токов, но при этом интерпретировать результаты необходимо с особой осторожностью.

1 - выводы для подключения испытуемой цепи
Размеры в мм

Рисунок В.1 - Кинематическая схема искрообразующего механизма для испытания искробезопасных цепей

Рисунок В.2 - Кадмиевый контактный диск

1 - деталь X (масштаб 10:1)

Рисунок В.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 с соотношением зубьев 50:12; 17 - изолированная муфта; 18 - приводной двигатель с редуктором

Рисунок В.4 - Схема взрывной камеры для испытаний на искробезопасность

1 - металлический поршень; 2 - резиновая диафрагма; 3 - пружинный контакт

Рисунок В.5 - Пример датчика давления взрыва

 

1 - выключатель; 2 - предохранитель; 3 - резистор; 4 - кнопка сброса; 5 - приводной двигатель; 6 - удерживающий контакт; 7 - реле; 8 - датчик давления; 9 - сигнальная лампа

Примечание - Эта принципиальная схема не учитывает меры предосторожности, которые могут быть необходимы, чтобы избежать взрыва.

Рисунок В.6 - Электрическая схема автоматической остановки работы взрывной камеры с помощью датчика давления

1 - подвод питания; 2 - медный брусок; 3 - вольфрамовая проволочка; 4 - изолирующая пластина

Примечание - Оплавленные шарики снять щипчиками.

Рисунок В.7 - Устройство для подготовки вольфрамовых проволочек методом оплавления

1 - площадь поперечного сечения сердечника 19 см²; 2 - вольфрамовая проволочка; 3 - медные бруски

Рисунок В.8 - Принципиальная электрическая схема устройства подготовки вольфрамовых проволочек методом оплавления

Приложение С
(справочное)