Научные основы, методы оценки и обеспечения искробезопасности

Джерело: Журнал технической физики, 1965 год

В настоящее время единственный источник информации о воспламенении взрывчатых смесей электрическими разрядами - опыты, проводимые в специальных взрывных камерах (прочные, герметически закрывающиеся сосуды). Внутри таких сосудов размещается контактное устройство, в котором образуется электрический разряд от присоединенной к контактам исследуемой электрической цепи. Сосуд наполняется взрывчатой смесью газов или паров в наиболее опасной концентрации с воздухом, кислородом или иными смесями, поддерживающими горение. Контактное устройство помещается во взрывчатую среду, и возникающий между его контактами (электродами) электрический разряд происходит в этой среде. В зависимости от агрессивности взрывчатой смеси и агрессивности разряда, которая зависит от параметров и режима электрической цепи, а также - от геометрии, материала, скорости и характера движения контактов, взрывчатая смесь может воспламениться или невоспламениться.

Существует множество типов взрывных камер, отличающихся конструкцией и объемами самих сосудов, способами приготовления взрывчатых смесей, способами очистки сосудов от продуктов сгорания, заполнения взрывчатой смесью, типом предохранительных устройств, способами автоматизации, контроля и счета разрядов и взрывов и т. п. Однако все эти отличия не имеют существенного значения. Главное же отличие взрывных камер - их контактные устройства, так как именно они определяют "чувствительность" (остроту) камеры и воспроизводимость результатов экспериментов.

Характерные особенности испытаний во взрывных камерах следующие: неустойчивый характер воспламенения; плохая воспроизводимость результатов испытаний; большая трудоемкость; влияние контактных устройств на результаты испытаний в зависимости от параметров и режима электрических цепей.

Вследствие этих существенных недостатков многие проблемы теории получили достаточно вольную трактовку.

В частности, такая проблема, как классификация электрических цепей и выбор соответствующих классификационных признаков, определяет большинство научных и практических решений и освещается без учета фактических условий разрядообразования и поджигания взрывчатой смеси электрическими разрядами.С учетом этого необходимо рассмотреть основные результаты опытов по воспламенению взрывчатых смесей во взрывных камерах и порожденную ими классификацию электрических цепей.

Электрические цепи, из которых состоят схемы искробезопасных аппаратов и приборов, многообразны как по количеству и характеру входящих в них элементов, так и по соединению этих элементов между собой. Это определило широкий поиск признаков, по которым можно было бы классифицировать электрические цепи с целью сведения их в характерные по воспламеняющим способностям группы.

До настоящего времени, однако, не удавалось провести такую классификацию, которой бы было охвачено все многообразие электрических цепей, поэтому сама классификация считается в настоящее время условной и незавершенной.

Отсутствие строгой классификации и даже классификационного признака (признаков), пригодных для характеристики воспламеняющей способности любой электрической цепи, существенно сдерживает развитие научных исследований и практической деятельности по созданию и оценке безопасных свойств электрических аппаратов и приборов в искробезопасном исполнении.

Первоначально было установлено три группы электрических цепей: емкостные цепи (с подгруппой емкостно-омические); индуктивные цепи (индуктивно-омические); безреактивные цепи. Однако последующие исследования и практика применения искробезопасного электрооборудования определили необходимость выделения еще двух групп: индуктивно-емкостные цепи; сложные цепи.

Непрерывный рост числа классов (групп) электрических цепей и главное то, что в пределах даже одного класса не сохраняются неизменными показатели, характеризующие воспламеняющие способности электрических цепей, свидетельствуют о том, что практически невозможно пользоваться такой классификацией. Это определяет необходимость более подробно рассмотреть каждую классификационную группу электрических цепей, без чего попытка найти необходимые классификационные признаки не может увенчаться успехом.

Во многих еще исследованиях в качестве критерия воспламенения принимается один показатель - энергия разряда. Приведенный перечень групп в принятой в настоящее время классификации уже сам по себе является показателем ошибочности подобного критерия воспламенения

Если бы энергия разряда однозначно определяла воспламеняющую способность электрической цепи, оставаясь постоянной при изменении параметров и режима цепи, то никаких затруднений в классификации цепей не было бы. В этом случае достаточно было бы найти связи между параметрами цепи и максимальной энергией, которую данная цепь могла бы выделить в разряд, тогда вообще вряд ли возникла необходимость в какой бы то ни было классификации. Это еще в большей степени определяет необходимость подробного рассмотрения вопроса о классификации электрических цепей применительно к услоиям поджигания взрывчатых смесей электрическими разрядами.

Каждый класс электрических цепей характеризуется схемой и условиями воспламенения, которые выражаются графиками зависимости воспламеняющего тока или напряжения от того или иного параметра цепи, принятого в качестве классификационного признака. Такие графики принято называть характеристиками искробезопасности.

Для "смешанных" классов, т. е. тех, где классификационных признаков несколько (например, индуктивно-омические, индуктивно-емкостные, емкостно-омические), характеристики искробезопасности представляют собой семейство кривых.

Для класса так называемых сложных цепей вообще отсутствуют характеристики искробезопасности. Обычно такие цепи пытаются привести к "простым" цепям с определением соответствующих эквивалентных параметров.

Перед тем, как рассмотреть каждый из классов искробезопасных электрических цепей, следует указать на общую для всех характеристик искробезопасности особенность, заключающуюся в том, что все они построены по результатам опытов во взрывных камерах.

Однако в этих опытах не учитывались оптимальные условия коммутации тока (напряжения). Поэтому сами характеристики искробезопасности оказываются нестабильными и периодически уточняются.

Следует указать на то, что ни одна из имеющихся характеристик не отвечает необходимому условию оценки самого разряда, отражая так называемые первичные параметры электрической цепи. Поэтому при анализе характеристик параллельно с оценкой их представительности необходимо определять возможность одназначного преобразования их во вторичные параметры - параметры самого разряда. Кроме того, все данные по воспламеняющим значениям токов или напряжений искажены приведением их к одной вероятности воспламенения.

К сожалению, характеристики искробезопасности, соответствующие тому или иному классу цепей, рассматриваются многими исследователями и разработчиками искробезопасной аппаратуры как источники научной, достоверной информации. Поэтому их анализу приходится уделять максимум внимания.