7.5. Защитные заземления и зануления во взрывоопасных зонах
Возникновение потенциалов по отношению к земле на корпусах электроприемников и оборудования во взрывоопасных зонах может вызвать искрение и воспламенение взрывоопасных смесей. Поэтому к устройству защитных заземлений во взрывоопасных зонах предъявляют более жесткие требования. Так, во взрывоопасных зонах заземление или зануление следует выполнять при любых напряжениях. В качестве заземляющих или защитных нулевых проводников должны применяться специальные голые и изолированные проводники. Естественные проводники используются дополнительно для улучшения условий безопасности.
В электроустановках с изолированной нейтралью для всех напряжений сеть заземления выполняется из стальных проводников. Для повышения надежности заземляющие магистрали должны быть присоединены к заземлителям не менее чем в двух местах с противоположных сторон помещения. Электроустановки с изолированной нейтралью допускаются во взрывоопасных зонах только при автоматическом контроле изоляции сети с действием на сигнал, а также при пробивном предохранителе, установленном в нейтраль или на фазе.
Заземляющие проводники присоединяют к металлическим конструкциям сваркой, а к корпусам машин и аппаратов — сваркой или надежными болтовыми соединениями. Во избежание ослабления контакта при сотрясениях или вибрации машин устанавливают контргайки и пружинящие шайбы. Электрооборудование, подвергающееся частому демонтажу или установленное на движущихся частях, соединяют с заземлением гибкими проводниками.
В электроустановках с глухозаземленной нейтралью зануление должно осуществляться в одно-, двух- и трехфазных силовых цепях электроустановок всех классов с применением специальной третьей (или четвертой) жилы кабеля или провода, а также в однофазных осветительных цепях, кроме зон класса В-I, с использованием нулевого провода. Необходимость третьего провода для зануления корпусов светильников в зонах класса В-I объясняется тем, что в двухпроводных цепях с нулевым проводом должен быть защищен от токов КЗ как фазный, так и нулевой провод. При этом для одновременного отключения фазного и нулевого проводов должны применяться двухполюсные выключатели.
Во взрывоопасных зонах всех классов в электроустановках с глухозаземленной нейтралью для автоматического отключения аварийного участка защитные нулевые проводники выбирают с таким расчетом (см. формулу (3.12)), чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз — номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, следует руководствоваться требованиями, приведенными в формуле (3.12).
Для обеспечения необходимой кратности тока замыкания и быстрого действия защиты в электроустановках с заземленной нейтралью нулевые защитные проводники (третья или четвертая жилы проводов, кабеля) должны быть из цветных металлов, а их сечение должно быть равно сечению фазных проводников.
Защитные проводники, проходящие через стены, фундаменты и т.п. из взрывоопасных зон в зоны другого класса взрывоопасности, а также в зоны с нормальной средой или наружу, должны прокладываться в трубах, а концы труб следует заделывать цементным раствором. У ввода магистралей заземления в здание наносят опознавательные знаки и указывают расстояние до места присоединения к заземлителю. Все части заземляющего устройства, прокладываемые в земле, соединяют только сваркой, а места сварки покрывают гудроном или кабельной массой. В особо ответственных местах целесообразно присоединять магистрали заземления к электродам заземлителя в специальном смотровом колодце.
Электроконтактные (сигнализирующие) манометрические приборы взрывозащищённого исполнения. Взрывобезопасная оболочка
Аннотация
В статье описываются взрывозащищенные электроконтактные манометры на основе взрывозащищенной оболочки, включая «рудничное» исполнение, компактные в новой конструкции корпусов, работающие от 2 кПа, имеющие электроконтактную группу на основе микровыключателей.
Взрывонепроницаемая оболочка — наиболее распространенный вид взрывозащиты сигнализирующих (электроконтактных) манометрических приборов, эксплуатируемых в условиях взрыво- и пожароопасных сред. Особенностью этого вида взрывозащиты является заключение частей электрооборудования, способных вызвать воспламенение взрывоопасной смеси, в оболочку, конструкция которой позволяет выдерживать давление возможного взрыва без повреждения этой оболочки и не позволяет распространиться взрыву за ее пределы.
Теория, поддерживающая метод взрывонепроницаемой оболочки, основывается на том факте, что струя горячих продуктов (пламя или раскаленные продукты взрыва), вырываясь из оболочки, интенсивно охлаждается, благодаря тепловой проводимости оболочки, быстрому расширению и ослаблению в более холодной внешней атмосфере [1]. Это возможно, только если оболочка имеет специальные газоотводящие отверстия или взрывонепроницаемые зазоры оболочки (щели) имеют достаточные ширину и длину щели.
С целью исключения накапливания электрического потенциала на взрывонепроницаемой оболочке обязательным является ее заземление.
Взрывонепроницаемая оболочка манометрических приборов имеет собственно прочную механическую конструкцию, сопряженное разъемное соединение между передней обечайкой со встроенным стеклом и непосредственно корпусом, узел соединения корпуса и держателя, устройство электрического ввода, отделение его обслуживания со строго лимитированными размерами щелей в указанных взрывонепроницаемых соединениях.
Механическая прочность взрывонепроницаемой оболочки определяется толщиной стенки корпуса и его элементов, а также механическими характеристиками металла, из которого он изготавливается.
Таким образом, в методе взрывозащищенной оболочки все требования концентрируются на оболочке, ее механической прочности, точности и выдерживании параметров сопряжения этой оболочки с другими узлами и деталями манометрического прибора.
Материалы, используемые для изготовления оболочек электрооборудования группы I, не должны содержать по массе, согласно ГОСТ Р 52350.0-2005 [2]:
- более 15 % (в сумме) алюминия, магния и титана;
- более 6 % (в сумме) магния и титана.
ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 [3] по требованиям к материалам оболочки уточняет:
- не более 15 % (в сумме) алюминия, магния, и титана, и циркония и
- не более 7,5 % (в сумме) магния, и титана, и циркония.
Материалы, используемые для изготовления оболочек электрооборудования группы II для разных зон, в соответствии с ГОСТ Р 51330.9, не должны содержать по массе:
- для зоны 0: более 10 % (в сумме) алюминия, магния и циркония или более 7,5 % (в сумме) магния, титана и циркония;
- для зоны 1 — более 7,5 % магния;
- для зоны 2 — без ограничений (кроме вентиляторов, кожухов и вентиляционных жалюзи, которые должны соответствовать требованиям для зоны 1).
В случаях, когда содержание легких металлов выше допустимого, электрооборудование должно иметь после маркировки взрывозащиты знак «X». В этом случае в руководстве по эксплуатации должны быть указаны специальные условия безопасной эксплуатации для определения потребителем пригодности оборудования для конкретного применения во избежание опасности возгорания от искр, образующихся при трении или соударении деталей.
Толщина стенки оболочки-корпуса рассчитывается из основных положений, представленных в [4], хотя возможны расчет и последующие испытания, которые позволяют уменьшать эту толщину.
Традиционно материалом для взрывозащищенной оболочки служил алюминий и сплавы на его основе. Возможно изготовление оболочки из сталей — как нержавеющей, так и углеродистой. Такие конструкции также представлены на отечественном рынке. При этом устройства с оболочками из сплавов алюминия не допускаются для применения в шахтах. Низкоуглеродистая сталь требует проведения испытаний на возможность образования искр при трении и ударе (фрикционная искробезопасность).
Детальные требования к конструкции взрывонепроницаемых оболочек изложены в [4].
В настоящей статье рассмотрены конструкции сигнализирующих (электроконтактных) взрывозащищенных манометров, производимых в настоящее время и получивших наиболее широкое распространение, а также методы реализации взрывонепроницаемых соединений в сигнализирующих манометрических приборах.
Измерение и контроль избыточного, вакуум- метрического и избыточно-вакуумметрического давления в условиях взрывоопасной окружающей среды возможны с помощью описанных ниже взрывозащищенных сигнализирующих манометрических приборов, разработанных по заказу промышленных предприятий. Их основными элементами являются передаточные механизмы с механическими микровыключателями, хорошо зарекомендовавшими себя в условиях промышленной эксплуатации.
На рис. 1 показан вид электроконтактного взрывозащищенного манометра в корпусе из алюминиевого сплава ЭкМ160АВм Ех. Эта аббревиатура обозначает следующее: электроконтактный манометр (ЭкМ) с диаметром корпуса 160 мм (160), с корпусом из алюминиевого сплава (А), на микровыключателях (Вм), во взрывозащищенном исполнении (Ех).
Рис. 1. Вид взрывозащищенного электроконтактного манометра ЭкМ160АВм Ех
Этот прибор разработан на основе трибко-сек- торного механизма с механическими микровыключателями, описанными в наших предыдущих работах. Одной из основных задач при создании такого прибора было повышение его компактности и снижение металлоемкости. Традиционно сигнализирующие манометрические приборы с взрывозащищенной оболочкой отличались большим весом и существенными габаритными размерами корпуса.
Корпус ЭкМ 160А Ех изготавливается методом литья из алюминиевого сплава. Держатель и упругий чувствительный элемент, в зависимости от измеряемой среды, изготавливаются из медных сплавов или нержавеющей стали.
Конструктивные элементы взрывозащиты ЭкМ160АВм Ех представлены на рис. 2.
Основу взрывозащиты образует корпус 1 с оболочкой 2 и крышкой 3 коммутационного отсека. Триб перевода 4 размещен на циферблате прибора.
Электрический, зачастую называемый кабельным, ввод во внутреннюю полость обечайки размещен в представленной модели взрывозащищенного манометра на торцевой стенке и может быть организован с помощью штатной комплектации, когда используются резьбовая втулка 5, шайба промежуточная б и уплотнительная втулка 7. Ввод электрического кабеля может быть осуществлен также с помощью другого типового сертифицированного кабельного ввода, имеющего идентичную присоединительную резьбу.
Рис. 2 Схема конструктивных элементов взрывозащиты ЭкМ160АВм Ех: 1 — корпус; 2 — обечайка; 3 — крышка; а — триб перевода; 5 — втулка; 6 — шайба; 7 — втулка уплотнительная; 8 — клеммная колодка; 9 — винт внутреннего заземления; 10 — болт заземления; 11, 12, 13 — стопорные винты
Клеммная колодка 8 монтируется на перегородке, разделяющей отделение измерительной части и электрической коммутации.
Винт внутреннего заземления 9 и болт внешнего заземления 10 обязательны в конструкции с электрическими элементами.
Стопорные винты 11, 12, 13 предохраняют резьбовые соединения от самопроизвольного развинчивания.
Возможные катастрофические последствия от несоблюдения требований по взрывозащите электроконтактных манометрических приборов обусловливают проведение более детального конструктивного анализа наиболее ответственных узлов прибора.
На рис. 3 показано устройство сопряжения держателя манометрического прибора с его корпусом.
Рис. 3. Взрывонепроницаемое соединение держателя манометрического прибора с его корпусом: 1 — держатель; 2 — корпус; 3 — эластичная втулка; 4 — прокладочная шайба; 5 — резьбовая втулка; 6 — стопорный винт
Держатель 1 монтируется в корпусе 2 и уплотняется эластичной втулкой 3. Фиксация этой втулки в корпусе 2 через прокладочную шайбу 4 осуществляется резьбовой втулкой 5.
Во взрывозащищенном оборудовании одним из требований к резьбовым соединениям является их контрение с целью исключения самопроизвольного отвинчивания. Для выполнения данного требования в резьбовой втулке 5 монтируется стопорный винт 6. Размеры головки этого винта и место нарезки под его посадку выбираются относительно квадратных граней присоединительного штуцера таким образом, чтобы исключалась возможность проворота резьбовой втулки 5 относительно держателя 1.
В описанной конструкции между держателем 1 и резьбовой втулкой 5 зазор и его длина строго лимитированы.
Во взрывонепроницаемом соединении особые требования предъявляются к шероховатости взрывозащитной поверхности, которая не должна превышать 6,3 мкм по ГОСТ 25142, что и показано на рис. 3.
Конструкция взрывонепроницаемого соединения обечайки корпуса с вмонтированным стеклом и непосредственно корпусом представлена на рис. 4.
Рис. 4. Взрывонепроницаемое соединение оболочки со стеклом и корпуса: 1 — стекло; 2 — обечайка; 3 — резьбовое стопорное кольцо; 4 — корпус; 5 — стопорный винт; 6, 7 — пазы пломбировки обечайки и корпуса соответственно
Новизна данной конструкции состоит в резьбовом соединении обечайки 2 с корпусом 4. Во исполнение требований [4] резьбовое соединение имеет пять полных ниток резьбы и осевую длину этой резьбы около 10 мм.
Такая конструкция позволяет существенно уменьшить металлоемкость конструкции и снизить габариты и вес прибора.
Стекло 1 монтируется в обечайке 2 по плотной посадке и крепится в ней стопорным резьбовым кольцом 3.
Предохранение от самоотвинчивания обечайки 2 обеспечивается стопорным винтом 5, вворачиваемым в резьбовое гнездо корпуса 4.
Уплотнительные прокладки и О-образные кольца, размещаемые между стеклом 1 и обечайкой 2, а также между обечайкой 2 и корпусом 4, не предусматривают повышения взрывозащищенности, а служат элементами защиты от влаги и пыли.
Рис. 5. Вид сигнализирующего манометра ЭкМЮОНВм Ех
В конструкции прибора, с целью исключения несанкционированного доступа к переводу уставок сигнализирующего прибора, предусмотрено опломбирование с помощью пазов 6 и 7 обечайки и корпуса соответственно.
Дальнейшее уменьшение габаритов сигнализирующего манометра со взрывозащищенной оболочкой обеспечено уменьшением типоразмера корпуса, а также существенным уменьшением толщины стенки. Это достигается изготовлением его из металла со значительно более высокими механическими свойствами — коррозионностойкой стали (рис. 5).
Применение коррозионностойкой стали предопределило применимость такой конструкции в условиях горнодобывающей промышленности и позволило сертифицировать манометрические приборы ЭкМЮОНВм (Н — нержавеющая сталь) по категории РВ (рудничный).
Конструктивно этот прибор выполнен по аналогии с ЭкМ 160АВм Ех: корпус состоит двух частей, соединяемых между собой резьбой. Стекло установлено в обечайке. Держатель по допусковой посадке смонтирован в выходном патрубке корпуса.
Рис. 6. Схема конструктивных элементов взрывозащиты ЭкМЮОНВм Ех: 1 — корпус; 2 — обечайка; 3 — коммутационная коробка; 4 — стекло; 5 — втулка; 6 — шайба; 7 — втулка уплотнительная; 8 — держатель; 9 — штуцер’ 10 — винт заземления; 11, 12, 13 — стопорные винты; 14 — пружинная шайба
Отличительной особенностью ЭкМЮОНВм Ех является возможность демонтажа коммутационной коробки без необходимости извлечения электрических линий через малые диаметры кабельного ввода, т. е. демонтируется коммутационная коробка, отключаются от клемм электрические линии и прибор после отсоединения штуцера может транспортироваться в сервисный центр. После его обслуживания манометрический прибор может оперативно монтироваться на прежнем месте.
Схема конструктивных элементов взрывозащиты ЭкМЮОНВм Ех представлена на рис. б.
В компактной конструкции взрывозащищенного манометрического прибора могут применяться как разработанные, так и типовые кабельные вводы под задаваемые параметры коммутационных линий.
С целью защиты от попадания пыли и воды все основные соединения уплотнены эластичными прокладками.
Сигнализирующие группы с механическими микропереключателями из-за ограниченности тяговых усилий трубчатых пружин манометрических приборов не могут применяться в таких конструкциях на давлениях ниже 0,25. 0,16МПа. Этот недостаток, в принципе, присущ и приборам с механическими и магнито-механическими сигнализирующими группами.
Для обеспечения работоспособности сигнализирующих манометрических приборов на малых давлениях в качестве чувствительного элемента нами применена плоская мембрана. Таким способом (но не единственным) в нашей компании разрешена задача разработки сигнализирующих манометрических приборов на малые давления.
Рис. 7. Схема конструктивных элементов взрывозащиты ЭкМЮОНВм Ех для малых давлений с взрывозащитой по фланцам (а) и взрывозащитой по держателю (б): 1 — мембрана; 2 — механизм с микропереключателями; 3 — толкатель; 4 — фланцы; 5 — болты; 6 — корпус; 7 — держатель; 8 — втулка
На рис. 7 представлена схема сигнализирующего манометрического прибора с взрывобезопасной оболочкой для измерения и контроля малых давлений ЭкМ100/120НВм Ех.
Плоская мембрана 1 служит основным рабочим элементом во взрывозащищенном сигнализирующем приборе (рис. 7). Передача линейного перемещения центра мембраны 1 на механизм с микропереключателями 2 осуществляется толкателем 3. Мембрана 1 конструктивно закреплена фланцами 4 и болтами 5. Сигнализирующий механизм 2, установленный в корпусе 6, соединен с фланцами 4 с помощью держателя 7.
Обеспечение взрывозащиты в такой конструкции манометрического прибора достигается одним из двух способов, а в некоторых конструкциях и двумя одновременно: взрывозащитой по фланцам (рис. 7а) и взрывозащитой по держателю (рис. 76).
В обоих вариантах взрывозащиты держатель 7 по допустимому зазору и со строго лимитированной длиной по минимуму фиксируется в выходном патрубке корпуса 6 с обязательным стопорением от неконтролируемого проворота.
Взрывозащита по фланцам (рис. 7а) организована путем расчета и последующего изготовления паза соединения фланцев 4 между собой строго лимитированной длины.
При организации взрывозащиты по держателю (рис. 76) в проходной канал держателя 8 по плотной посадке устанавливается лимитированной длины втулка 8, которая внутренним каналом обеспечивает допустимый зазор с толкателем 3. Допускается плотная посадка втулки 8 на толкатель 3 с лимитированным зазором внешнего диаметра этой втулки с внутренним каналом держателя 7.
В настоящее время проводится дальнейшее совершенствование конструкций взрывозащищенных манометрических приборов и авторы готовят новые материалы к публикации.
Конструкции приборов для измерения и контроля дифференциальных давлений в условиях взрывоопасных окружающих сред авторы планируют представить в следующих публикациях.
Список литературы:
- Ждаикин В.К. Некоторые вопросы обеспечения взрывобезопасности оборудования // СТА. 1998. №2. С. 98-106.
- ГОСТ Р 52350.0-2005 (МЭК 60079-0-2005) Электрооборудование взрывозащищенное. Общие требования.
- ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011 Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования.
- ГОСТ Р 51330.1-99 (МЭК 60079-1-98) Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Взрывозащита вида «взрывонепроницаемая оболочка».
Юрий Владимирович Мулев, д-р техи. наук, профессор, генеральный директор, НПО «ЮМАС», г. Москва, Галина Евгеньевна Епихина, руководитель, В СИ «ВНИИФТРИ», п/о Менделеева, Михаил Юрьевич Мулев, аспирант, Московский государственный университет приборостроения и информатики, начальник сервисного центра, НПО «ЮМАС», г. Москва, e-mail: mulev@mail.ru
ул. Ярцевская, д. 29, корп.2
© 2002 — 2024. НПО ЮМАС
Разработка и производство приборов измерения давления и температуры: манометров, термометров,
напоромеров и клапанов в Москве, Екатеринбурге, Самаре, Санкт-Петербурге, Уфе, Омске, Тюмени и Нижнем Новгороде.
Все права защищены.
Уважаемый пользователь. Уведомляем Вас о том, что персональные данные, которые Вы можете оставить на сайте, обрабатываются в целях его функционирования. Если Вы с этим не согласны, то пожалуйста покиньте сайт. В противном случае это будет считаться согласием на обработку Ваших персональных данных.
Политика конфиденциальности
Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка»
Сущность взрывонепроницаемости электрооборудования состоит в том, что все электрические части машин или аппаратов заключаются во взрывонепроницаемую оболочку. Она представляет собой прочную закрытую конструкцию, состоящую из одной или нескольких полостей и имеющую в местах сочленения элементов фланцы и зазоры. Иногда взрывонепроницаемая оболочка органически входит в конструкцию электрооборудования, например, в электродвигателях. В большинстве же случаев она представляет собой отдельный элемент электрооборудования, применяемый только для обеспечения взрывонепроницаемости (например, у магнитных пускателей, кнопок управления и т.п.). Назначение оболочки – исключить возможность воспламенения окружающей взрывоопасной среды от электрооборудования при любых режимах его работы: в пределах номинальной нагрузки, перегрузки, пробоя изоляции, КЗ. Это достигается благодаря сочетанию трех факторов: взрывонепроникновения, взрывоустойчивости и температурного режима оболочки.
Взрывонепроникновение. Если образуемые фланцами зазоры (см. рис.2.2), через которые внутренняя полость оболочки сообщается с внешней средой, имеют достаточно малую высотуdкр(dБЭМЗ) при сравнительно большой ширинеl, через них взрыв не будет передаваться наружу. Гашение пламени в узких зазорах фланцев в основном достигается значительной теплоотдачей стенками фланцев и отводом тепла из зоны реакции продуктами горения. Продукты сгорания, образующиеся во время взрыва внутри оболочки, при прохождении через зазор охлаждаются фланцами. Еще большее охлаждение они получают при расширении на выходе. Пламенного горения в узком зазоре малого объема, но большой площади охлаждения, не происходит, однако продукты взрыва, выходящие через зазор, охлаждаются до температуры ниже температуры самовоспламенения окружающей взрывоопасной среды.
Взрывоопасная среда, в которой находится взрывонепроницаемое электрооборудование, может проникнуть в оболочку при ее вскрытии или через места соединения (особенно когда происходит периодическое нагревание и охлаждение электрооборудования). Время проникновения взрывоопасной среды внутрь оболочки различно и зависит от физических свойств среды – плотности и диффузной способности. Например, для водородовоздушных и ацетиленовоздушных смесей оно составляет несколько минут, для пропановоздушной смеси – около часа.
Сопряжения между отдельными частями взрывонепроницаемой оболочки могут быть плоские, лабиринтные, барьерные, резьбовые, цилиндрические, конические или комбинированные (рис. 2.3).
Взрывонепроницаемое электрооборудование конструируется со щелевой защитой, имеющей допустимые (конструктивные) зазоры. Ширина щели должна быть не более указанной в инструкциях заводов-изготовителей, а при отсутствии инструкций должна соответствовать данным, приведенным в табл. 3.1 – 3.3 [10].
Рис. 2.3. Виды сопряжений отдельных частей взрывонепроницаемого электрооборудования
На высоту зазоров щелевой защиты влияют ширина фланцев, физико-химические свойства взрывоопасной смеси (скорость реакции горения, температура самовоспламенения, время запаздывания взрыва), расположение и мощность источника воспламенения взрывоопасной смеси и др. Раскаленные дугой при КЗ газы и металлические частицы (при выбросе из оболочки через фланцевые зазоры) представляют значительно большую опасность для передачи взрыва наружу, чем продукты взрыва газо- или паровоздушных смесей, воспламеняемых искрой от магнето. Опыты с метановоздушной смесью показали, что для обеспечения одинаковой вероятности передачи взрыва через фланцевые зазоры при воспламенении смеси электрической дугой и электрической искрой от магнето высота зазора в первом случае должна быть в два раза меньше, чем во втором. Вероятность передачи взрыва при одной и той же величине зазора зависит также от материала проводников (электродов), между которыми может возникнуть дуга КЗ внутри оболочки. Так, при дуге между медными проводниками вероятность передачи взрыва, равная 0,5, возникает при высоте зазора 0,35 мм, при дуге между алюминиевыми проводниками – при высоте зазора 0,05 мм. Столь высокая воспламеняющая способность алюминиевых частиц, выбрасываемых через зазоры, объясняется их более высокой температурой горения в окружающей среде.
Большая потребность промышленности во взрывонепроницаемом электрооборудовании, пригодном для наиболее взрывоопасных смесей категории IIС (4) (водород, сероуглерод и др.), влияние на высоту зазора КЗ, особенно между алюминиевыми проводниками, привели к необходимости применения лабиринтного и барьерного сопряжений взрывонепроницаемой оболочки (см. рис. 2.3). Исследования показали, что лабиринтные сопряжения взрывонепроницаемой оболочки позволяют увеличить высоту допустимых зазоров и особенно целесообразны для неподвижных взрывозащитных соединений в средах водорода и сероуглерода. Положительные свойства барьерного сопряжения, состоящего из узких щелей, между которыми находятся один, два или три расширителя, заключаются в том, что при движении из оболочки продукты взрыва отдают больше тепла, чем в обычных фланцевых зазорах. Наиболее заметно влияет на теплопередачу расширитель, в котором происходит расширение продуктов взрыва и значительное их турбулентное движение. Это приводит к потере тепла за счет адиабатного расширения и отдаче тепла стенкам расширителя.
При испытаниях барьерного, лабиринтного и резьбового сопряжений было установлено, что наиболее опасно расположение источника воспламенения в центре объема оболочки. Особенно это заметно при испытаниях оболочек с быстросгорающими смесями (водородом, сероуглеродом и др.). Так, при объеме оболочки, заполненной 1,2 л водородовоздушной взрывоопасной смеси, и барьерном сопряжении фланцев вероятность передачи взрыва равна 0,43 при dкр = 0,3 мм, если источник воспламенения располагается на расстоянии 10 мм от щели. При тех же условиях, но еслиdкр =0,15 мм и источник воспламенения расположен в центре оболочки, вероятность передачи взрыва равна уже 1,0.
Взрывоустойчивость.Чтобы исключить передачу взрыва из оболочки взрывонепроницаемого электрооборудования в окружающую среду, оболочка должна не только иметь соответствующие взрывозащитные сопряжения частей, но и быть механически прочной. Прочность оболочки в эксплуатации при любых режимах работы электрооборудования определяется расчетом и должна соответствовать максимальному давлению взрыва смеси при воспламенении не только от маломощного источника воспламенения (искра магнето), но и от мощного (дуговое КЗ).
На величину давления при взрыве внутри оболочки влияют ее объем и форма, месторасположение и мощность источника воспламенения, состав и концентрация горючей взрывоопасной смеси, а также размер удельного сечения отверстий в оболочке. Так, в герметичной оболочке давление при взрыве мало зависит от ее объема. В негерметичной оболочке, имеющей отверстия (например, зазоры во фланцевых соединениях), давление при взрыве уже заметно зависит от суммарной площади сечения сквозных отверстий и объема оболочки. Например, при взрыве метановоздушной смеси в оболочке с высотой зазора d=0,8 мм давление достигает 100 кПа, приd=0,2 мм давление превышает 400 кПа. Максимальное давление при взрыве возникает, когда источник воспламенения помещается в центре сферической оболочки. Это объясняется тем, что фронт пламени имеет сферическую форму и достигает стенки оболочки в кратчайшее время, практически одновременно с окончанием процесса горения.
Взрывоустойчивость оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования определяется контрольными гидравлическими испытаниями на заводах-изготовителях. Величина избыточного давления зависит и от категории взрывоопасной смеси, для которой оболочка предназначается. Согласно ПИВРЭ, при объеме оболочки свыше 2 л величина избыточного давления при гидравлическом испытании принимается равной 800 кПа для взрывоопасных смесей категории IIА, 1000 кПа – для смесей категории IIВ и IIС.
Температурный режим оболочки. Все наружные части взрывонепроницаемого электрооборудования, соприкасающиеся со взрывоопасной средой, не должны нагреваться выше максимальной температуры как при нормальном режиме, так и при возможных перегрузках или каких-либо повреждениях. Поэтому параметры некоторых режимов, например мощность и продолжительность КЗ, которые учитываются при конструировании и испытании взрывонепроницаемого электрооборудования, заранее обусловливаются.
По ГОСТ 12.2.020-76 [14] и ГОСТ Р 51330.13-99 (прил. 4) температура наружных частей оболочки взрывонепроницаемого (и других видов взрывозащиты) электрооборудования при длительном и кратковременном перегреве не должна превышать максимальной величины, указанной в табл. 2.13.
Если электрооборудование предназначено для определенной взрывоопасной смеси, максимальная температура его поверхности не должна превышать температуры самовоспламенения этой смеси.
Для взрывонепроницаемого электрооборудования и всех других видов взрывозащиты [18] объектов с выделением взрывоопасных пылей (зона класса В-II(21)) температура оболочки должна быть не менее чем на 50°С ниже температуры тления для тлеющих пылей и составлять не более 2 /3 температуры самовоспламенения (для нетлеющих пылей). Этот вид взрывозащиты может обеспечить уровни взрывозащиты электрооборудования 2(Н) и 1(В) (см. табл. 2.11).
2.3. Взрывозащищенное электрооборудование Классификация взрывозащищенного электрооборудования
Электрооборудование, выполненное без учета специфических требований, характерных для определенной отрасли производства, является электрооборудованием общего назначения. Применение его во взрывоопасных зонах, как правило, недопустимо, так как электрооборудование может искрить или нагреваться до опасных температур и явиться причиной пожара или взрыва. Поэтому во взрывоопасных зонах (за небольшим исключением) следует применять специальное взрывозащищенное электрооборудование.
Взрывозащищенное электрооборудование — электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению (или затруднению) возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды. Согласно ГОСТ 12.2.020[14] и ГОСТ Р 51330.0-99 (см. прил. 4), взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровням и видам взрывозащиты, группам и температурным классам.
Уровень взрывозащиты электрооборудования – это степень его взрывозащиты (надежности) при установленных нормативными документами условиях.
Существует три уровня взрывозащиты электрооборудования: повышенной надежности против взрыва, взрывобезопасное, особовзрывоопасное.
1. Уровень «электрооборудование повышенной надежности против взрыва» – взрывозащита электрооборудования обеспечивается только в признанном нормальном режиме работы. Признанный нормальный режим работы приведен в стандартах на виды взрывозащиты электрооборудования.
2. Уровень «взрывобезопасное электрооборудование» – взрывозащита электрооборудования обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при признанных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты. Признанные вероятные повреждения электрооборудования приведены в стандартах на виды взрывозащиты электрооборудования.
3. Уровень «особовзрывобезопасное электрооборудование» — дополнительные средства взрывозащиты, предусмотренные стандартами на виды взрывозащиты. Знаки обозначения уровней взрывозащиты приводятся в табл. 2.11.
Если в состав взрывозащищенного электрооборудования входят элементы с различными уровнями взрывозащиты, общий уровень взрывозащиты устанавливается по элементу, имеющему наиболее низкий уровень.
Наименование уровней взрывозащиты
Знаки уровня взрывозащиты по
ГОСТ 12.2.020 –76 ГОСТ Р 51330.0-99, ПУЭ