/
Текст
О-75
основы
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОСТИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЕЭ
МОСКВА • ЭНЕРГОИЗ ДАТ 1982
ББК 31.26
0-75
УДК 621.31.002.5—213.34
Рецензент О. А. Шаблинская
Основы взрывозащищенности электрооборудо-
0-75 вания/ Н. Ф. Шевченко, М. В. Хорунжий,
Н. А. Бойков и др. — М.: Энергоизд ат, 1982. -г
320 с., ил.
В пер.-. 1 р. 10 к.
Изложены основы теории горения и взрыва газо-, паро- и пыле-
воздушных смесей, их свойства и классификация по категориям а
группам, а также классификация взрывоопасных зон производствен-
ных помещений и наружных установок. Приведены принципы обеспе-
чения взрывозащищенности, маркировка электрооборудования по уров-
ням н видам взрывозашиты.
Для инженерно-технических работников, занимающихся конструи-
рованием, монтажом, эксплуатацией взрывозащищенного электрообору-
дования.
„ 2302030000-426
о --------------- 157—82.
051(01)—82
ББК 31.26
6П2.1.081
ШЕВЧЕНКО НИКОЛАЙ ФИЛИППОВИЧ
ХОРУНЖИЙ МИХАИЛ ВАЛЕНТИНОВИЧ
БОЙКОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ
СЕМЕНЕНКО ВАЛЕНТИН АЛЕКСЕЕВИЧ
АРНОПОЛИН АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВИЧ
Основы взрывозащищенности электрооборудования
Редактор М. Д. Бершицкий
Редактор издательства Т. Н. Платова
Переплет художника В. Я. Батищева
Технический редактор Л. В. Порхачёва
Корректор Г. А. Полонская
ИБ № 2146
Сдано в набор 12.03.82 Подписано в гечать 19.05.82 Т-11109
Формат 84ХЮ81 /за Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная
Печать высокая Усл. печ. л. 16,8 Усл. кр.-отт. 17,06 Уч.-изд. л. 19,3
Тираж 12 000 экз. Заказ 71 Цела 1 р. 10 к.
Энергоиздат, 1431'14, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома при Государствен-
ном комитете СССР по делам (Издательств, полиграфии и книжной
торговли. '1131'14, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
ПРЕДИСЛОВИЕ
Создание материально-технической базы коммуниз-
ма в нашей стране требует резкого повышения произ-
водительности труда в промышленности на базе новой
высокопроизводительной техники, наиболее совершенной
технологии, широкой реконструкции и модернизации
производства, дальнейшего улучшения условий труда и
техники безопасности.
Технический прогресс в газовой, нефтедобывающей,
нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической
и в ряде других отраслей промышленности, имеющих
в своем составе производства, содержащие взрывоопас-
ные зоны, во многом зависит от их обеспечения высоко-
качественным взрывозащищенным электрооборудова-
нием.
Взрывозащищенное электрооборудование применяет-
ся при технологических процессах получения, переработ-
ки и транспортировки продуктов взрывоопасных произ-
водств. Конструкция взрывозащищенного электрообору-
дования должна отвечать специальным требованиям и
обеспечивать его безопасную эксплуатацию в зонах вос-
пламенения или взрыва газо-, паро- или пылевоздушных
смесей, содержащихся в окружающей среде.
Безопасность взрывоопасных производств в значи-
тельной мере зависит как от правильности выбора кон-
структивного исполнения и параметров взрывозащищен-
ного электрооборудования, так и от качества его из-
готовления и монтажа, регулярности обслуживания и
своевременного ремонта.
Инженерно-техническим работникам, которые разра-
батывают конструкции взрывозащищенного электрообо-
рудования или проектируют электроустановки взрыво-
опасных зон, а также занимаются изготовлением, мон-
тажом, эксплуатацией и ремонтом взрывозащищенного
электрооборудования, необходимы специальные знания.
Однако в современной технической литературе отсутст-
вуют пособия, которые охватывали бы комплекс вопро-
сов, связанных с взрывозащищенностью электрообору-
дования, и были бы рассчитаны на упомянутую выше
категорию работников. Поэтому авторы стремились объ-
единить и систематизировать материал таким образом,
чтобы в книге были изложены:
основы теории горения и взрыва;
наиболее важные свойства горючих газо-, паро- и
пылевоздушных смесей и их классификация;
классификация взрывоопасных зон производственных
помещений и наружных установок;
принципы обеспечения взрывозащищенности электро-
оборудования, особенности его конструирования, а так-
же его маркировки;
требования к электроустановкам взрывоопасных зон
и к монтажу взрывозащищенного электрооборудования;
требования по безопасной эксплуатации и по ремон-
ту взрывозащищенного электрооборудования, в том чис-
ле электрооборудования, встроенного в технологические
агрегаты.
В книге учтены требования действующей норматив-
ной документации [80] и программ курса «Охрана тру-
да» при подготовке студентов высших учебных заведе-
ний и техникумов, электромеханических, энергетических
факультетов (отделений), готовящих специалистов для
взрывоопасных производств различных отраслей про-
мышленности.
При рассмотрении некоторых вопросов авторы огра-
ничились краткими пояснениями и ссылками на литера-
туру, так как в пределах заданного объема книги не-
возможно изложить подробно весь материал.
Авторы выражают признательность товарищам, ра-
ботающим в институтах ВНИИВЭ, МакНИИ, ВостНИИ,
а также на заводах-изготовителях взрывозащищенного
электрооборудования, за представленные для книги ма-
териалы.
Авторы выражают глубокую благодарность коллек-
тивам кафедр «охрана труда»: Азербайджанского инсти-
тута нефти и химии им. М. А. Азизбекова, Московского
нефтехимической >и газовой промышленности им.
И. М. Губкина, Грозненского нефтяного, Уфимского
нефтяного и других институтов, а также рецензенту инж.
О. А. Шаблинской и редактору инж. М. Д. Бершицкому
за полезные указания и помощь, оказанные при подго-
товке рукописи к печати.
Авторы будут признательны читателям за все заме-
чания и предложения по книге, которые следует направ-
лять в адрес издательства: 113114 Москва М-114, Шлю-
зовая наб., 10.
Глава первая
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА ГАЗОВ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В современных производствах газовой, нефтедобы-
вающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, хи-
мической и ряда других отраслей промышленности ис-
пользуется, получается и перерабатывается огромное
количество веществ, способных с окружающей атмосфе-
рой образовывать газо-, паро- или пылевоздушные взры-
воопасные смеси.
Безопасность таких производств в значительной мере
определяется правильностью оснащения их соответст-
вующим специальным взрывозащищенным электрообо-
рудованием. В основе обеспечения взрывозащищенности
такого электрооборудования предусмотрены конструк-
тивные исполнения, устраняющие или затрудняющие
возможность воспламенения от него окружающей взры-
воопасной смеси Ч
Вещества, используемые в промышленности, по горю-
чести разделяются на следующие1 2:
негорючие, которые не способны гореть и распро-
странять горение в атмосфере воздуха нормального со-
става;
трудногорючие, которые способны гореть при дейст-
вии источника зажигания, но не способны к самостоя-
тельному горению, после его удаления;
горючие, которые способны самостоятельно гореть
1 Здесь и далее под понятием «взрывоопасные смеси» или «сме-
си» подразумеваются взрывоопасные смеси с воздухом горючих:
газов, паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), горючей
пыли или горючих волокон.
2 По отношению к строительным материалам и конструкциям,
согласно Строительным нормам и правилам применяются соответ-
ственно термины: «несгораемые», «трудносгораемые» и «сгораемые».
в атмосфере воздуха нормального состава после удале-
ния источника зажигания.
К взрывоопасным относятся смеси с воздухом горю-
чих газов, паров или пыли, способные взрываться при
наличии источника поджигания, например, электриче-
ской искры, нагретого тела.
Согласно действующей терминологии, принято сле-
дующее различие между понятиями «горение» и «взрыв».
Горение — это химическая реакция окисления ве-
щества, сопровождающееся выделением теплоты и обыч-
но свечением.
Взрыв — это чрезвычайно быстрое горение, сопровож-
дающееся выделением большого количества тепловой
энергии и образованием сжатых газов, способных про-
изводить работу.
Среди процессов горения наиболее характерным
является горение газов. Большинство горючих пылей и
жидкостей до сгорания предварительно либо испаряет-
ся, либо разлагается с частичным превращением в ле-
тучие продукты. Это происходит при прогреве вещества
за счет передачи теплоты из зоны горения, поэтому зако-
номерности горения газов представляют наибольший
интерес в науке о горении.
Остановимся на основных вопросах, характерных
для горения газов, составляющих вместе с окислителя-
ми взрывоопасные смеси.
В общем случае газовая система, способная к горе-
нию, состоит из горючего газа и окислителя, которые
в процессе горения или взрыва вступают в реакцию.
Для двухкомпонентных систем одной химически актив-
ной частью взрывоопасной смеси — окислителем —
является, как правило, кислород, вторая часть может
представлять любой горючий газ или смесь горючих
газов. Взрывоопасные смеси могут иметь и негорючие
примеси, например, газовоздушные смеси, поскольку
воздух содержит 79% азота и только 21% кисло-
рода.
Однако химические превращения, соответствующие
понятию горения, не ограничиваются процессами соеди-
нения с кислородом. Окислителем при горении могут
быть также окислы азота, озон и др. Кроме того, из-
вестны процессы горения, в которых участвует только
один исходный продукт, способный к взрывному горению,
например, ацетилен, хлористый азот, гидразин, порох и
6
другие взрывчатые вещества. Наибольший интерес для
обеспечения взрывозащищенности электрооборудования
представляют процессы горения, связанные со взаимо-
действием различных горючих газов с кислородом воз-
духа.
Начало развития современной теории горения сле-
дует отнести ко второй половине XIX в., когда Малляр
и Ле Шателье сделали первые попытки рассчитать нор-
мальную скорость пламени. В. А. Михельсон в 1890 г.
открыл закон распространения пламени, названный его
именем.
Работы Н. Н. Семенова, Я. Б. Зельдовича,
Д. А. Франк-Каменецкого и других советских и зарубеж-
ных ученых позволили создать основы современной тео-
рии горения, на которой, собственно, и базируются ос-
новы обеспечения взрывозащищенности электрообору-
дования.
Интерес к проблеме горения непрерывно растет,
особенно в связи с интенсивным развитием ракетострое-
ния, освоением космоса и др.
В настоящее время существуют две основные теории,
описывающие процессы горения: тепловая и цепная
(горение с тепловой или цепной схемами). Они бази-
руются на кинетической теории газов. При горении за-
частую наблюдается комбинация тепловой и цепной
схем. Такое горение условно называется цепочно-тепло-
вым.
Тепловая теория основана на законе молекулярного
движения газа, которое имеет место в газовой смеси и
приводит к постоянным столкновениям между молеку-
лами горючего и окислителя. Хаотически движущиеся
молекулы находятся в разнообразных энергетических
состояниях. Отдельные молекулы могут иметь запас
энергии, значительно отличающийся от средней величи-
ны. Согласно кинетической теории газов, можно вычис-
лить долю молекул, скорость и энергия которых нахо-
дится в границах интервала, характерного для химиче-
ской реакции, т. е. взаимодействующие молекулы имеют
определенный запас энергии, достаточный для взрыва
или существенного ослабления межатомных связей, что
необходимо для начала химической реакции. Переход
молекул в такое состояние, при котором возможно хими-
ческое превращение, называется активацией молекул.
Разность среднего запаса энергии молекул в активном
и реактивном состояниях называется энергией актива-
ции (£).
Наибольший интерес представляют химические реак-
ции с выделением теплоты (экзотермические). Число
эффективных, т. е. приводящих к началу химической ре-
акции, столкновений молекул с энергией Е, при опреде-
ленной температуре (Г) смеси может быть представле-
но следующим выражением (уравнение Аррениуса)
133]:
Е
N(E) = ne Rr, (1.1)
где п — общее число столкновений молекул; N(E) —чис-
ло эффективных столкновений, при котором появляется
энергия активации; Е — энергия активации, Дж/кмоль;
Е— универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К);
Т — температура смеси, К; е — основание натурального
логарифма. j
Из уравнения (1.1) видно, что с увеличением темпе-
ратуры число столкновений молекул с энергией активи-
зации (£) увеличивается. Образующаяся теплота экзо-
термической реакции, в свою очередь, повышает темпе-
ратуру молекул и последующие их столкновения
происходят с большей энергией. Таким образом, коли-
чество образующейся теплоты возрастает, и, если тепло-
отдача (излучение и другие потери) меньше тепловыде-
ления, наступает лавинообразное увеличение числа
столкновений молекул с энергией активации, что при-
водит к взрыву. Узкая зона, в которой протекает хими-
ческая реакция и происходит интенсивный разогрев, на-
зывается фронтом пламени. Толщина фронта пламени
при нормальном атмосферном давлении смеси 0,1 МПа
(1 ат) обычно не превышает нескольких десятых долей
миллиметра. Здесь и далее приведено абсолютное дав-
ление, если нет указания на то, что давление избыточное
(изб.). Этот фронт можно считать поверхностью, разде-
ляющей холодную горючую смесь и нагретые продукты
химической реакции (реакция горения).
Тепловое условие возникновения взрыва может быть
представлено формулой [106], которая также как и не-
которые из помещенных ниже формул, приведена не
для выполнения по ней расчетов, а с целью определения
функциональной зависимости
qP>qw=a.S(J—Tw)t, (1.2)
где qP — количество теплоты, выделяющееся в резуль-
тате реакции горения в течение определенного проме-
жутка времени (t, с), Дж; qw— количество теплоты, от-
даваемое за тот же промежуток времени из зоны реак-
ции в стенки сосуда, в котором происходит горение, Дж;
а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2- К); S — поверх-
ность стенок сосуда, м2; Т — температура в зоне реак-
ции, К; Tw— температура стенок сосуда, К.
Упрощенно qP может быть представлено такой зави-
симостью [106]:
qp—kN(E), (1.3)
где k — обобщенный коэффициент, учитывающий ско-
рость реакции, температуру смеси, тепловую энергию
реакции, объем сосуда, порядок реакции и ряд других
факторов, Вт; N (£)—число эффективных столкновений
молекул. :
Графически условие развития взрыва показано на
рис. 1.1 при разных значениях коэффициента теплоотда-
чи (щ и аз), двух начальных давлениях смеси (Pj и
Рг) и в предположении, что температура стенок сосуда
неизменная (7\,=const), а коэффициент теплоотдачи не
зависит от давления с’леси.
Графики теплоотдачи имеют вид прямых (<?«,), а теп-
ловыделения по уравнению (1.3) могут быть
лены кривыми (qP), примерная
форма которых приведена на
рис. 1.1. Точка пересечения кри-
вых А, в ней реакция протекает
медленно, соответствует устойчи-
вому тепловому равновесию сме-
си, а точка В — неустойчивому.
Если температуру смеси резко
повысить (точка В), например,
представ-
ит
Рис. 1.1. Баланс между
тепловыделением реак-
ции и теплоотдачей
в стенку сосуда
за счет внешнего источника теп-
ла, то произойдет самоускорение
реакции, так как в этой области
qP>qw. Если повысить началь-
ное давление смеси до Р2
и при этом кривая тепловыделения будет иметь с пря-
мой теплопотерь точку касания D, то принято считать,
что точка D соответствует критическому условию само-
воспламенения смеси. При давлениях, больших Рг, бу-
дет происходить саморазогрев смеси, что эквивалентно
очень быстрому (взрывному) протеканию реакции. Усло-
вия самовоспламенения могут быть также созданы и за
счет изменения значения коэффициента теплоотдачи
(а). Всегда может быть подобрано такое значение а,
например, путем заполнения внутренней полости элек-
трооборудования различными конструктивными элемен-
тами, чтобы прямая qw казалась заданной кривой qP.
Для каждой смеси и каждого сосуда (оболочки элек-
трооборудования) вид кривой qp будет различный.
Однако ряд явлений, обнаруженных при эксперимен-
тах, не согласуется с таким простым представлением
механизма горения, который дает тепловая теория.
Установлено, что непосредственно после химического
взаимодействия молекулы продуктов реакции являются
носителями большого запаса энергии. Существует опре-
деленная вероятность того, что эта энергия рассеется
В окружающем пространстве при соударениях молекул
или путем излучения и при этом частично будет израс-
ходована на разогрев реагирующей смеси. Существует
и другая возможность дальнейшего перераспределения
избыточной энергии первичной реакции. Не успев рас-
сеяться, она непосредственно при соударении передает-
ся одной из реагирующих молекул, которая в результа-
те этого переходит в активное состояние.
При таком механизме передачи энергии возникшая
реакция приводит к образованию одной или нескольких
новых активных молекул, способных к дальнейшему
взаимодействию, т. е. возрождению активных частиц.
Так возникает цепь реакций, в которой энергия пере-
дается от одной молекулы к другой. Отсюда название
таких реакций — цепные. Теория, обосновывающая ход
подобных реакций, носит название цепной [94 и 95], ее
основоположником является Н. Н. Семенов.
Решающее влияние на ход реакции оказывает стен-
ка сосуда, внутри которого протекает реакция. Около
стенки происходит рекомбинация образующихся моле-
кул, которые при соударениях со стенкой могут отдавать
ей свою энергию и поэтому становятся неактивными.
Таким образом на стенке происходит обрыв цепи, в этом
случае возможно горение смеси. Для использования цеп-
ной теории необходимо точное знание хода химической
реакции. Тепловая теория проще, но она не дает объяс-
нения всем тонкостям процесса горения. Цепная теория
может в принципе дать объяснение тонкостям процее-
10
сов, но очень сложный и еще не всюду исследован-
ный ход реакции ограничивает применимость этой тео-
рии.
Достаточно хорошо цепная теория описывает про-
цессы горения с так называемыми холодными пламена-
ми. Химическая реакция в холодных пламенах, хотя и
сопровождается свечением, но протекает с умеренной
скоростью и без значительного разогрева смеси. Однако
холодные пламена возникают лишь в особых случаях
(низкие давления, температуры и пр.) и представляют
интерес лишь постольку, поскольку возможен их пере-
ход в обычные горячие пламена.
Основные исследования проводятся сейчас в двух
направлениях: во-первых, продолжаются попытки уста-
новить последовательность элементарных химических
реакций при соединении углеводородов с кислородом;
во-вторых, составляются суммарные кинетические фор-
мулы, на основании которых можно приближенно рас-
считать выделение тепла по времени при различных
внешних условиях. Эти вопросы являются весьма важ-
ными как для рассмотрения процесса сжигания углево-
дородов, так и для выполнения требований безопасно-
сти, в частности для обеспечения взрывозащиты электро-
оборудования.
Выяснилось, что подавляющее большинство интерес-
ных с точки зрения техники безопасности реакций идет
не по стехиометрическому уравнению: когда сумма ис-
ходных веществ по элементарной реакции равна сумме
конечных продуктов, а с образованием всевозможных
промежуточных веществ, которые отсутствуют в начале
и в конце реакций. И скорость расходования исходных
веществ не равна скорости образования конечных про-
дуктов. Поэтому явления горения описываются очень
сложными математическими зависимостями, которые
в большинстве случаев устанавливают только качест-
венные соотношения, аппроксимирующиеся суммарными
формулами, выражающими приближенную связь между
скоростью образования продуктов и концентрацией ис-
ходных веществ. Выявленные в процессе экспериментов
математические зависимости теории горения использо-
вать для расчетов по технике безопасности весьма за-
труднительно, так как они носят в большинстве случаев
эмпирический характер и пригодны для условий, анало-
гичных экспериментальным.
-1.2. САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ И ВЫНУЖДЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ
Применительно к технике безопасности различают
два способа воспламенения взрывоопасных смесей: са-
мовоспламенение и вынужденное воспламенение.
Равномерный нагрев смеси, помещенной в замкнутый
сосуд, до определенной температуры может привести
к воспламенению смеси во всем объеме одновременно.
До тех пор, пока температура смеси не достигла опре-
деленного значения, химические процессы в ней прак-
тически не происходят. Одновременное или почти одно-
временное возникновение реакции горения во всей га-
зовой смеси (например, путем повышения давления или
температуры смеси) называют самовоспламенением.
Температурой самовоспламенения смеси называют
самую низкую ее температуру, при которой происходит
резкое увеличение скорости экзотермических реакций,
приводящих к возникновению пламенного горения. Тем-
пература самовоспламенения определяет то граничное
значение температуры, при котором при экзотермиче-
ской реакции выделяется такое количество энергии, что
для зажигания смеси внешний источник не требуется.
Для легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) харак-
терной величиной является также температура вспышки.
Это температура ЛВЖ, при которой давление ее насы-
щенных паров обеспечивает возможность образования
горючих смесей с воздухом, способных воспламеняться
от постороннего источника зажигания, но скорость об-
разования паров не достаточна для поддержания ста-
ционарного горения.
Температура самовоспламенения, как это будет по-
казано ниже, зависит не только от природы горючего
вещества, но и от других факторов (формы и материала
реакционного сосуда, скорости разогрева смеси и т. п.).
Температура самовоспламенения пылевоздушных
смесей (ПВС) не является их физической константой,
а зависит от аппаратных условий, методики определения
и свойств дисперсной фазы, одной из характерных фи-
зических констант ПВС. В определении дисперсии реа-
гирующих веществ критическим параметром является
соотношение (масштаба дисперсности вещества с масшта-
бом зоны реакции. Реакционные смеси считаются пред-
варительно перемешанными, если масштаб реагентов
мал в сравнении с зоной реакции горения.
При наличии какого-либо источника с вполне опре-
деленной тепловой мощностью возможен локальный на-
грев газовой смеси до температуры, при которой проис-
ходит ее воспламенение. В этом случае от места нагре-
ва начинается химическая реакция. Дальнейшее
воздействие источника может быть исключено.
Процесс, при котором холодная смесь воспламеняет-
ся только в какой-либо одной точке пространства по-
средством какого-либо высокотемпературного источника
(например, электрическая или фрикционная искра, на-
каленное тело, постороннее пламя и пр.) и дальнейшее
распространение горения во всем объеме смеси проис-
ходит без внешнего вмешательства, но с определенной
пространственной скоростью распространения зоны
горения, называется вынужденным воспламенением. Хо-
тя характеристики процессов самовоспламенения и вы-
нужденного воспламенения различны, в их основе лежит
действие одного общего фактора — теплового.
Опыт показывает, что химическая реакция после сме-
шения компонентов или воздействия на них каким-либо
внешним источником начинается спустя некоторый про-
межуток времени, называемый периодом индукции (за-
паздывания), который тем меньше, чем выше темпера-
тура источника поджигания, начальная температура и
давление смеси.
Вынужденное воспламенение является характерным
процессом, с учетом которого должно разрабатываться
и использоваться взрывозащищенное электрооборудова-
ние. Для работников, конструирующих или эксплуати-
рующих взрывозащищенное электрооборудование, наи-
больший интерес представляет поджигание смеси сле-
дующими пятью видами источников вынужденного вос-
пламенения.
1) Поджигание пламенем, при этом возможны два
случая.
а) пламя непосредственно вводится в смесь.
Воспламеняется или невоспламеняется при этом
смесь, зависит от состава смеси, продолжительности со-
прикосновения пламени и холодной смеси, размеров и
температуры пламени, давления, турбулентности, нали-
чия инертного разбавителя и т. п.;
б) пламя распространяется через узкое отверстие из
одного объема со смесью в другой. Проскок пламени
через это отверстие определяется степенью гашения пла-
мени окружающими стенками. Этот случай более де-
тально будет рассмотрен ниже.
2) Поджигание с помощью нагретой поверхности.
К такому источнику, например, относятся нагретые по-
верхности электрооборудования, нити ламп накалива-
ния, вступающие в контакт со смесью при повреждении
стеклянной колбы, и другие подобные источники.
3) Поджигание электрическими искрами (дуговыми)
разрядами, которые могут возникать в момент обрыва
или замыкания контактов электрической цепи тока,
а также при разряде электростатического электричест-
ва, образующего на поверхности диэлектриков, изолиро-
ванных металлических деталей и т. п.
4) Поджигание искрами трения и соударения, возни-
кающими при механическом взаимодействии друг с дру-
гом трущихся поверхностей твердых тел. Искры возни-
кают за счет теплоты трения, а также за счет экзо-
термической реакции окисления металлических частиц.
5) Поджигание раскаленными металлическими ча-
стицами, образующимися в результате мощных дуговых
коротких замыканий на токоведущих частях электрообо-
рудования.
1.3. ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ.
ДЕФЛАГРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ
Пламя, возникающее в результате воспламенения го-
рючего газа (паров ЛВЖ), само по себе становится
источником, создающим непрерывный поток тепла и хи-
мически активных частиц, которые приводят к распро-
странению горения в прилегающих слоях свежей газо-
вой смеси. Способность пламени к непрерывному рас-
пространению горения в последовательных слоях газа,
т. е. к самоускоряющейся реакции, является наиболее
характерным его свойством.
При поджигании горючий газ (пары ЛВЖ) последо-
вательно сгорает: зона горения перемещается в про-
странстве, происходит распространение пламени. Ско-
рость перемещения пламени по газовой смеси определя-
ет интенсивность процесса горения. Рассмотренный про-
цесс распространения пламени по газовой смеси приня-
то называть дефлаграционным. Считается, что в каж-
дой точке объема состав газо-паровоздушной смеси оди-
14
каков — это так называемая гомогенная система. Коли-
чество теплоты, как выделяющейся при реакции, так и
поглощенной в каждой точке смеси, также будет оди-
наково. Поэтому пламя от точки поджигания смеси
будет распространяться во все стороны с одинаковой
скоростью, образуя сферу с постоянно увеличивающимся
радиусом.
В каждый момент времени пламя представляет собой
сферу и как бы делит смесь на два состава: свежую и
продукты горения. При распространении пламени тем-
пература и давление
свежей смеси возрас-
тают в соответствии
с законом адиабатиче-
ского сжатия и ско-
рость горения увеличи-
вается. Иной характер Рис. 1-2. Невозмущенное рас-
распространения не- ПЛаме™ В ДЛИН'
возмущенного пламе- ру
ни возникает при под-
жигании горючего газа или паров ЛВЖ точечным ис-
точником у открытого конца длинной трубы, заполнен-
ной газовой или паровоздушной смесью (<рис. 1.2). В на-
чальный момент вокруг точки зажигания возникает сфе-
рическое пламя. После его соприкосновения со стенками
трубы пламя приобретает форму наружной поверхности
шарового сегмента, ограниченной сечением трубы. По
мере удаления от точки зажигания фронт пламени ста-
новится все более плоским, совпадая в пределе с попе-
речным сечением трубы. Следовательно, при отсутствии
внешних возмущений форма пламени при неограничен-
ных размерах пространства, какой бы она ни была вна-
чале, по мере распространения пламени будет прибли-
жаться к сферической, а в случае его распространения
в бесконечно длинной трубе — к плоской.
Каждую точку поверхности пламени можно считать
независимым поджигающим источником, создающим
новый элементарный фронт пламени. Новое положение
результирующего суммарного фронта, спустя определен-
ный промежуток времени, будет отвечать огибающей ко
всем элементарным сферическим фронтам. Эти сообра-
жения позволяют определить форму невозмущенного
пламени в любой момент времени, если известна на-
чальная форма фронта.
Если произвести поджигание горючего газа газо-
воздушной смеси в горизонтальной трубе с открытого
конца, то фронт пламени в этом случае имеет довольно
своеобразный, несимметричный по отношению к оси
трубы вид (рис. 1.3). Причем форма пламени не изменя-
ется по мере движения его по трубе, а это указывает
на то, что имеет место движение газов. Если бы пламя
распространялось по неподвижному газу, то при зажи-
гании в какой-то точке фронт пламени имел бы на до-
статочном расстоянии от источника поджигания пло-
скую форму, так как за равные промежутки времени го-
рение должно распространяться на равные расстояния.
При рассмотрении рис. 1.3 нетрудно заметить, что
фронт пламени имеет изогнутую форму, причем верх-
няя часть его выдвинута вперед, в направлении движе-
ния пламени. Это объясняется тем, что зона горения
Рис. 1.3. Последовательные поло-
жения фронта пламени в гори-
зонтальной трубе:
/ — граница соприкосновения пламени
со стенками трубы; 2 — средняя грани-
ца изображения пламени (пересечения
фронта н плоскости симметрии): М —
точка минимальной скорости газа
разделяет в каждый данный момент свежую, обладаю-
щую большей плотностью смесь от более легких продук-
тов горения. Плоский фронт пламени искривляется в на-
правлении, указанном стрелкой, и принимает форму,
изображенную на том же рисунке. Первой важнейшей
особенностью процесса является возникновение темпе-
ратурного градиента (перепад температуры) в про-
дуктах горения, причем температура имеет наибольшее
значение в точке зажигания, наименьшее — на поверх-
ности пламени.
Различают калориметрическую, теоретическую и дей-
ствительную температуры продуктов горения. При под-
счете калориметрической температуры продуктов горе-
ния отвод теплоты в окружающую среду и диссоциация
продуктов горения при высокой температуре не учиты-
вается. Теоретическая температура рассчитывается с уче-
том процесса диссоциации продуктов горения, связан-
ным с поглощением определенной части теплоты. Дейст-
вительная температура продуктов горения определяется
с учетом отвода теплоты в окружающую среду. Теплота
16
6Z—ЙИЛ1Г
Рис. 1.4. Изменение темпе-
ратуры в зоне реакции:
То — начальная температура смеси;
Тг — температура продуктов сгора-
ния; I — координата точки поджи-
гания смеси
из зоны реакции (рис.
1.4) отводится: на нагре-
вание охлаждающихся
продуктов горения поза-
ди фронта пламени, на
нагревание окружающих
стенок сосуда, что, как увидим ниже, имеет особое зна-
чение при рассмотрении явлений прохождения пламени
через узкие щели. Но не всякий отвод теплоты из зоны
реакции является потерей. Например, теплоту, идущую
на нагревание свежей смеси в зоне прогрева, нельзя
считать потерей, так как она возвращается в зону ре-
акции и тем самым возмещает теплоотдачу на нагрева-
ние холодной смеси. Увеличение тепловых потерь ведет
А к снижению температуры горения и скорости распро-
^странения пламени. Ширина зоны прогрева обратно
^пропорциональна скорости распространения пламени,
^Лпоэтому уменьшение этой скорости ведет к увеличению
У^оны прогрева, а следовательно, увеличению тепловых
Скютерь.
Qi Большой интерес представляет определение теорети-
ческой температуры горения. В настоящее время раз-
работан ряд методов для таких расчетов, по которым
путем последовательных приближений можно сравни-
тельно точно определить теоретическую температуру
продуктов горения.
Один из методов расчета теоретической температу-
ры горения смесей с воздухом парафиновых, олефино-
вых, ацетиленовых, нефтеновых и ароматических угле-
водородов приведен, например, в [105].
Экспериментально установлено, что максимальная
действительная температура горения смеси имеет место
не при ее стехиометрическом составе, а при некотором
недостатке окислителя. (Стехиометрический состав сме-
си— состав, который точно соответствует количествен-
ному содержанию веществ, соединяемых одно с другим
при реакции горения.) Это явление объясняется тем, что
продукты сгорания
2—71
углеводородов при недостатке
17
окислителя содержат большое количество окиси угле-
рода, которая хотя и является продуктом неполного
сгорания, но в то же время сравнительно устойчива
против дальнейшей диссоциации. В этом случае затрата
теплоты на диссоциацию несколько уменьшается, что
приводит к увеличению температуры Тг.
Температура продуктов горения зависит также от
концентрации кислорода в окислителе: она тем выше,
чем больше содержание кислорода. Добавление в горю-
чую смесь инертных разбавителей понижает температу-
ру продуктов горения.
Другой важнейшей характеристикой горения горю-
чих газов (паров ЛВЖ) является нормальная скорость
распространения пламени. Знание этой характеристики
позволяет решать некоторые практические вопросы, свя-
занные с проблемой предупреждения пожаров и взры-
вов. Эта же характеристика имеет большое теоретиче-
ское значение, так как позволяет решить ряд вопросов
обеспечения взрывозащиты электрооборудования. Раз-
личают нормальную скорость распространения фронта
пламени и массовую скорость сгорания смеси.
Нормальной («н) называется скорость, отнесенная
к холодному и еще невоспламенившемуся газу, с кото-
рой пламя перемещается по нормали к его поверхности
и которая своим происхождением обязана процессу пе-
редачи теплоты посредством молекулярной теплопро-
водности. Массовая (ит) скорость представляет собой
массу вещества, воспламеняющегося на единице поверх-
ности пламени в единицу времени.
Точное определение нормальной скорости распро-
странения пламени в значительной степени зависит от
условий отвода теплоты из зоны химических реакций
в стенки реакционного сосуда (трубы, горелки, взрыв-
ной камеры и др.). Установлено, что до определенного
предела чем больше диаметр трубы, в которой произ-
водят измерения, тем выше скорость распространения
пламени. Влияние отвода теплоты в стенки трубы ста-
новится небольшим уже при ее диаметре свыше 10—
15 см. Соответственно, чем меньше диаметр трубы, тем
ниже скорость распространения пламени. При некото-
ром малом диаметре пламя в трубе вообще не распро-
страняется.
В настоящее время разработано несколько методов
экспериментального определения скорости распростра-
18
нения пламени. При отсутствии экспериментальных зна-
чений нормальная (ин) и массовая (um) скорости могут
быть рассчитаны по эмпирическим формулам [32]:
-Ин.пред +-Л (Ст—Сн) (Св—Ст), (1.4а)
Um=Umnpe;i + В (Ст—Сн) (Св—Ст), (1.46)
где Пн,пред и итпред — минимальные (предельные) значе-
ния скоростей, м/с; Ст — концентрация горючего веще-
ства в смеси, %; Св, СЕ — нижний и верхний концентра-
ционные пределы воспламенения смеси, объемная доля,
% (см. § 2.1); А и В — коэффициенты, определенные по
одной экспериментальной точке, м/с.
Достоинством формул (1.4) является то, что для
очень многих газовых смесей ин,пред и итпред почти оди-
наковы и составляют по измерениям Эджертона [108]:
Uh,пред—= (4—5—6) • 10 2 М/С, и^гпред—= (5-5—7) * 10 2 М/С.
Нормальная скорость распространения пламени
является постоянной величиной процесса горения для
каждой газовой смеси, не зависящей от гидродинамиче-
ских условий, сопутствующих процессу горения. Нор-
мальная скорость распространения пламени изменяется
в зависимости от состава смеси, примеси инертных га-
зов, температуры смеси и других факторов.
Как и для действительной температуры продуктов
горения, максимальная нормальная скорость распро-
странения пламени имеет место при составе смеси,
имеющей избыток горючего вещества и недостаток окис-
лителя.
Между теоретической и действительной температу-
рами горения и нормальной скоростью распространения
пламени установлена такая зависимость [32]:
Тг-Тг=-4~, (1.5)
И н
где Tz и Тт — теоретическая и действительная темпера-
туры горения, К; а — коэффициент, зависящий от усло-
вий теплоотдачи (диаметра трубы, теплопроводности га-
за), К-м2/с2; ин — нормальная скорость распространения
пламени, м/с.
На рис. 1.5 показана зависимость нормальной скоро-
сти распространения пламени и температуры продуктов
сгорания от содержания (коэффициента избытка) ки-
слорода в газо-, паровоздушных смесях.
В смесях вида CnHm+O2-l-N2 при содержании ки-
слорода не более 60% максимальная нормальная ско-
2* 19
рость распространения пламени и максимальная темпе-
ратура продуктов горения соответствует примерно одно-
му и тому же составу смеси. Так же, как и температуру,
инертные разбавители снижают нормальную скорость
распространения пламени, флегматизируют горючую
смесь. Влияние инертного разбавителя на нормальную
скорость распространения пламени зависит от природы
горючего. Например, по силе флегматизирующего воз-
Рис. 1.5. Зависимость нормальной скорости распространения пла-
мени ия и теоретической температуры продуктов сгорания Tz от
коэффициента избытка окислителя при Р=0,1МПа (760 мм рт. ст.)
Ин = ?(Р) Для смесей с воздухом: 1 — водорода, 2—ацетилена; 3 —
окиси углерода; 4 — этилена; 5 — метана. T2=f($) для газовоздуш-
ных смесей; I—водорода, II — метана, III — метана (вместо азота
воздуха в смеси — аргон), IV — бензина
действия азота на абсолютную величину нормальной
скорости распространения пламени горючие вещества
можно расположить в следующей последовательности:
ацетилен, водород, углеводороды, окись углерода.
На величину нормальной скорости распространения
пламени (ин) влияют начальное давление и начальная
температура газовой смеси. Проведенные исследования
позволили установить такую зависимость между «н и
давлением [32]:
Цц1=Цн2 (Р1/Р2)—П, (1-6)
где нН1 и Инг — нормальные скорости распространения
пламени, м/с, соответственно при давлениях Pi и Рг,
гПа; п — показатель степени, зависящий от концентра-
ции горючего вещества в смеси и концентрации кисло-
го
рода в окислителе, определяется экспериментально (для
топливно-воздушных смесей оптимального состава нахо-
дится в пределах от 0,3 до 0,4).
Из уравнения (1.6) следует, что при прочих равных
условиях с понижением давления нормальная скорость
распространения пламени увеличивается. В то же время
экспериментально показано, что в углеводородо-кисло-
родных смесях ин слабо зависит от давления смеси. Так,
иа для ацетилено-кислородных смесей начинает зависеть
от давления только при Р<13 гПа (10 мм рт. ст.).
Зависимость ин от начальной температуры смеси
определяется таким выражением [32]:
uH=Uo(7’/7’o)2, (1.7)
где ин и «о — нормальные скорости распространения пла-
мени, м/с, соответственно при температурах Т и То.
При сгорании газовоздушной смеси в закрытом сосу-
де образуется давление, которое также является одним
из важнейших параметров взрывоопасной смеси. Давле-
ние взрыва в замкнутом сосуде может быть рассчитано
по следующей формуле [87 и 103]:
Р тар—КцРоТг/То,
(1-8)
где Тг и То — действительная температура горения и на-
чальная температура смеси, К; Ро и Рвзр — начальное
давление и давление при взрыве, МПа; ц — коэффи-
циент дилатации, равный отношению числа молекул
продуктов сгорания к общему числу молекул исходной
смеси (без учета молекул азота воздуха); К — коэффи-
циент, учитывающий тепловые потери к стенкам оболоч-
ки и диссоциацию газа и воздуха до взрыва. Величина
К обычно 0,86—0,90. Для метановоздушной смеси К==
=0,88.
Давление при взрыве, как это видно из формулы
(1.8), зависит от температуры и отношения числа мо-
лекул продуктов сгорания к числу молекул в исходной
горючей смеси. Для большинства газовых смесей дав-
ление взрыва обычно не превышает 0,1 МПа изб., если
первоначальное давление смеси было не более нормаль-
ного. С возрастанием действительной температуры горе-
ния, например, при замене воздуха кислородом, давле-
ние взрыва резко увеличивается. Так, в стехиометриче-
ских смесях метана, этилена, ацетона, метилового и
этилового эфиров с кислородом — давление, образую-
щееся при взрыве, составляет 1,5-*-1,9 МПа изб. Из
формулы (1.8) также видно, что чем больше начальное
давление, тем больше давление взрыва. Эта зависи-
мость особенно важна при расчете прочности взрывоне-
проницаемых оболочек.
В значительной степени на величину давления взры-
ва оказывают влияние состав смеси (рис. 1.6), форма
и состояние стенок сосуда, которые определяют тепло-
вые потери. У сосудов малого объема отношение по-
Рис. 1.6. Зависимость давления взрыва различных газо- и паровоз-
душных смесей от концентрации в иих горючего. Объем взрывной
камеры 5 л. Данные по Мюллеру — Хилдебранду:
1— гексан; 2 — этиловый эфир; 3 — ацетилен; 4— метан; 5 — городской газ;
6 — водород
верхности к общему объему будет больше, а следова-
тельно, тепловые потери будут больше, а давление взры-
ва — меньше. С другой стороны, если стенки сосуда
являются хорошими отражателями света, давление взры-
ва будет больше, чем в сосуде, стенки которого покрыты
сажей.
Процесс горения, при котором поток контактирует
с твердыми поверхностями, характеризуется сложным
взаимодействием фронта пламени с газовым потоком и
наличием различного рода теплопотерь. При распро-
странении пламени в не очень широких трубках тепло-
потери почти полностью определяются передачей тепло-
ты от нагретого газа через стенки в окружающее про-
странство. При уменьшении диаметров трубок теплоот-
вод увеличивается. Наступает такой момент, когда при-
ход теплоты от нагретых продуктов реакции станет рав-
ным отводу теплоты в стенки и окружающее простран-
22
ство. Незначительное дальнейшее уменьшение диаметра
трубки приводит к тому, что распространение пламени
по трубке становится невозможным. Такой диаметр
трубки назван критическим (dKp).
Я. Б. Зельдовичем и В. В. Воеводским найдено ана-
литическое выражение для приблизительной оценки кри-
тического диаметра трубки в зависимости от параметров
газовой смеси [33]
где ин — нормальная скорость распространения пламе-
ни, м/с; А — энергия активации Дж/кмоль; /?— универ-
сальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К); Тг — дейст-
вительная температура горения, К; Хв — температуро-
проводность газовой смеси, м2/с.
При обычных значениях А и Тг коэффициент
V8eA/RTr равен примерно 13, отношение х/«н представ-
ляет собой ширину зоны пламени 6.
Таким образом, di;p^266.
Для воспламенения взрывоопасной смеси от теплово-
го источника необходимо выделение определенного ми-
нимального количества энергии. Было установлено на-
личие относительного постоянства минимальной энергии
на границе воспламенения смеси. Эта энергия также
является одним из важнейших параметров взрывоопас-
ной смеси, и ее принято называть минимальной энергией
воспламенения (зажигания).
При попытке рассчитать значение минимальной энер-
гии воспламенения было введено понятие критического
диаметра ядра пламени — такого минимального диамет-
ра сферы пламени, от которого начинается распростра-
нение процесса горения. Для минимальной энергии вос-
пламенения (Emin) было получено выражение [61];
Emin = k^-T-^-, (1.10)
UH
где k=nd2 (d— критический диаметр ядра пламени, м);
Хо— коэффициент теплопроводности смеси при началь-
ной температуре (То) Дж/(м-с-К); То и Тг — начальная
температура смеси и действительная температура горе-
ния, К; «н — нормальная скорость распространения пла-
мени, м/с.
Минимальная энергия воспламенения одновременно
служит характеристикой чувствительности смеси к вос-
пламенению от электрических зарядов.
При этом возникающие разряды рассматриваются
как точечные источники теплоты конечной длительности
и мощности и при этом учитывается не только приток
теплоты, но и его рассеяние в окружающее пространст-
во. Для инициирования минимального ядра пламени ну-
жен источник вполне определенной мощности. С увели-
чением мощности источника для разогрева смеси до
необходимой температуры будет затрачиваться меньшая
энергия. Если время подачи теплоты в разогреваемый
объем смеси будет малым, то этот объем окажется
(ввиду малой скорости отдачи теплоты в окружающее
пространство) как бы в тепловой изоляции, локализо-
ванным. Это имеет место в сравнительно широком диа-
пазоне длительностей подачи энергии, поэтому источни-
ки различной длительности и мощности, но одинаковой
энергии, обладают одинаковой воспламеняющей способ-
ностью.
Минимальная энергия искры, воспламеняющей смесь,
зависит от физико-химических свойств смеси [35]:
£ _ —Л,) Н Ш
т,П И3нР2нС2р ’ I • >
где Лг — коэффициент теплопроводности продуктов сго-
рания смесей, Дж/(м-с-К); То— начальная температура
смеси, К; Т’г — действительная температура горения, К;
ын — нормальная скорость распространения пламени,
м/с; ср, рн — теплоемкость при постоянном давле-
нии, Дж/(кг-К) и плотность свежей смеси (кг/м3) соот-
ветственно; D — коэффициент пропорциональности.
По этой формуле можно проследить, как влияют ос-
новные параметры смеси на значение минимальной
энергии искры, воспламеняющей смесь.
Глававторая _ ,
ВЗРЫВООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ГАЗО-,
ПАРО- И ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ
2.1. КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПРЕДЕЛЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
Горючие вещества (газы, пары и пыли) и окислите-
ли могут образовывать смеси, концентрации горючих
компонентов в которых могут изменяться в широком
24
диапазоне от долей процента и почти до 100%. Однако
горение (взрыв) в таких смесях происходит, как пока-
зывает опыт, не при любых соотношениях горючего
вещества и окислителя. Существуют предельные соотно-
шения, при которых происходит горение смеси, так на-
зываемые концентрационные пределы воспламенения
смеси. В настоящее время под концентрационными пре-
делами воспламенения смеси понимают концентрации
горючего вещества в смеси, при которых возможно рас-
пространение пламени по всему объему смеси после уда-
ления источника зажигания. Концентрационные пределы
воспламенения смеси зависят от физико-химических
свойств горючего вещества и окислителя, наличия в сме-
си инертных примесей, энергии и вида источника зажи-
гания, места его расположения и друпих факторов. Раз-
личают верхний и нижний концентрационные пределы.
Нижним концентрационным пределом воспламенения
смеси считают такую концентрацию в ней горючего газа
или паров ЛВЖ, ниже которой любые концентрации
горючего вещества в смеси с воздухом не способны вос-
пламениться, но выше которой горят со взрывом. Ниж-
ний концентрационный предел воспламенения соответст-
вует минимальному количеству горючего газа или пара
в воздухе. Распространение пламени при нижнем кон-
центрационном пределе воспламенения происходит со
скоростью 4—6 см/с.
С точки зрения теории горения на нижнем концен-
трационном пределе (даже при незначительном умень-
шении содержания горючего вещества в смеси) теплоты,
возникающей в результате реакции, становится недо-
статочно для продолжения горения. Это связано с тем,
что при уменьшении количества горючего вещества в сме-
си расстояние между его молекулами будет возрастать
и теплота, образующаяся в результате химической ре-
акции будет уходить на нагрев лишних молекул окисли-
теля или инертной добавки. Таким образом, оказыва-
ется, что энергия активации уменьшится прежде, чем
промежуточный носитель побудит к реакции горения
следующую молекулу горючего вещества.
Исследованиями было показано, что величина ниж-
него концентрационного предела воспламенения в зна-
чительной мере зависит от условий опыта. К таким
условиям относятся: форма и размер взрывного сосуда,
в котором находится смесь (так называемый эффект
25
стенки), источник воспламенения — его мощность, раз-
меры, форма электродов; начальная температура смеси
и давление; направление распространения пламени (рас-
положение взрывного сосуда) и т. п.
Между концентрацией горючего вещества на концен-
трационных пределах воспламенения и низшей мольной
теплотой сгорания горючего существует определенная
связь, описываемая в первом приближении эмпириче-
ской формулой [32]:
н
776-1СР
<;88
(2.1)
где Сн — нижний концентрационный предел воспламене-
ния, объемная доля, %; mQb — низшая мольная теплота
сгорания горючего вещества, Дж/кмоль.
В [32] эта формула приведена в технической системе
единиц (перевод в систему СИ выполнен в ряде дру-
гих формул).
В практике используется также метод расчета ниж-
него концентрационного предела воспламенения, кото-
рый исходит из неизменной температуры горения пре-
дельных смесей, принимаемой равной 1570 К (1300°С).
Такой метод приведен в [3].
Расчет по формуле (2.1), как это видно из табл. 2.1,
дает вполне удовлетворительное совпадение со значе-
ниями нижних концентрационных пределов воспламе-
нения, полученных экспериментальным путем.
Таблица 2.1
Г орючее вещество смеси Сн» объемная доля, %
—КаЛ (321 КГМОЛЬ кДж КМОЛЬ расчетное по (2.1) экспери- ментальное
Гексаи 926 330 3878 Зр0 1,23 1,2
Метан 191 800 893 030 4,94 5,0
Пентан 782 200 3274 900 1,43 1,4
Верхний концентрационный предел воспламенения
смеси соответствует содержанию максимального коли-
чества горючего вещества в смеси, выше которого смеси
не воспламеняются от внешнего источника зажигания.
26
Взрывоопасными считаются смеси, концентрация го-
рючего вещества в которых находится в области между
нижним и верхним концентрационными пределами вос-
пламенения или, как говорят, находится в пределах
взрываемости. Верхний предел взрываемости характе-
ризуется недостатком кислорода. С уменьшением коли-
чества кислорода также уменьшается количество тепло-
ты в результате химической реакции, что приводит
к прекращению распространения горения.
Ориентировочно содержание горючего на верхнем
пределе воспламенения (Св) может быть определена из
выражения [32]:
С. = тоо~'~° . <2-2)
^-1,42бм
ин
где Сн — нижний концентрационный предел воспламене-
ния, объемная доля, %; LM — стехиометрический коэф-
фициент, моль окислителя на моль горючего.
Как показали исследования, строгий вывод уравне-
ния для расчета верхних концентрационных пределов
воспламенения и предельного содержания кислорода
в смеси довольно сложен, так как необходимо учитывать
существенные различия в физико-химических свойствах
исходных смесей и такие факторы, как пиролиз избытка
горючего, степень полноты окисления и т. п., которые
в свою очередь зависят от температуры горения смеси.
Поэтому для более точных расчетов должна учитывать-
ся температура горения смеси на верхнем концентраци-
онном пределе воспламенения.
В табл. 2.2 приведены нижний Сн и верхний Св кон-
центрационные пределы воспламенения (взрываемости)
газопаровоздушных смесей, определенные при нормаль-
ном атмосферном давлении и при соблюдении соответ-
ствующих условий проведения опыта (например, при
температуре 15—20 °C, диаметре сосуда более 5 см
и др.). Они являются постоянной величиной, для некото-
рых газо-паровоздушных смесей.
Значения концентрационных пределов воспламенения
смеси из нескольких горючих компонентов — газов или
паров с воздухом всегда находятся между значениями
концентрационных пределов воспламенения отдельных
горючих веществ, составляющих смесь. Концентрацион-
ные пределы для смеси из нескольких горючих компо-
Таблица 2.2
Горючее вещество Объемная доля горючего вещества в газо- пли паровоздушной смеси, %, при пределах воспламе- нения
сн Св*
Амилацетат 1,1
Амилен 1,6 —
Амиловый спирт 1,19 —
Аммиак 15,5 27,0
Амилхлорид 1,4 —
Ацетилен 2,5 81,0
Ацетиленхлорид 9,7 12,8
Ацетон 2,55 12,8
Бензол 1,41 6,75
Бутан 1,86 8,41
Бутилацетат 1,86 —
Бутилен 1,7 9,0
Бутиловый спирт 1,7 —
Винилхлорид 4,0 21,7
Водород 4,0 75,0
Гексан 1,25 6,9
Гептан 1,0 6,0
Диоксан 1,97 22,0
Диэтиловый эфир 1,8 36,5
Изоамиловый спирт 1,2 —
Изобутан 1,8 8,44
Изобутиловый спирт 1,68 —
Изопентан 1,32 —
Изопропиловый спирт 2,6 —
Метан 5,0 15,0
Метилацетат 3,1 15,6
Метилбромид 13,5 14,5
Метилбутилкетон 1,22 8,0
Метиловый спирт 6,72 36,5
Метилпропилкетон 1,55 8,15
Метилформиат 5,0 22,7
Метилхлорид 8,25 18,7
Метилциклогексан 1,15 —
Метилэтилкетон 1,81 9,5
Метилэтилэфир 2,0 10,0
Окись пропилена 2,0 22,0
Окись углерода 12,5 74,0
Окись этилена 3,0 80,0
Октан 0,95 —
Пентан 1,4 7,8
Пропан 2,37 9,5
Пропилен 2,4 11,0
Пропиловый спирт 2,1 —
Сероводород 4,3 45,5
Сероокись углерода 11,9 28,5
Сероуглерод 1,25 50,0
Толуол 1,27 6,75
Продолжение табл. 2.2
Горючее вещество
Объемная доля горючего вещества в газо- или
паровоздушной смеси, %, при пределах
воспламенения
сн | V
Уксусный альдегид 3,9 57,0
Циклогексан 1,33 7,75
Циклопропан 2,4 10,4
Этан 3,22 12,45
Этилацетат 2,18 11,4
Этилбромид 6,7 11,3
Этилен 2,75 28,6
Этиленхлорид 6,2 15,2
Этиловый спирт 3,28 . 19,0
Этилформиат 2,75 16,4
Этихлорид 4,0 14,8
* Прочерк (тире) в данной и других таблицах означает отсутствие сведений.
нентов могут быть определены по следующей формуле
[32]:
с __________________100_______________
Сн V,/C1H + l'l/C2a + ... + Уп/Сп-Л’
св V,/C1B+i/2/C2B+...+Vn/C„B’
где Сен, ССв — концентрационные пределы воспламенения
сложной смеси соответственно нижний и верхний, объ-
емные доли, %; Vi, У2,..., Vn—содержание горючих
компонентов в горючей части сложной смеси, объемные
доли, %; (Vi + V2 + ...+ Vn = 100%); CjH, С2н, ..., Спн —
нижние (верхние) концентрационные пределы воспла-
менения смеси с воздухом соответствующего компонен-
та, объемные доли, %.
На концентрационные пределы воспламенения боль-
шое влияние оказывает состояние смеси. Давление бо-
лее высокое, чем атмосферное, по-разному сказывается
на концентрационных пределах воспламенения в зависи-
мости от рода горючего компонента.
Особый интерес представляет влияние на концен-
трационные пределы воспламенения различных инерт-
ных разбавителей. Инертные разбавители оказывают
гасящее действие на распространение горения.
При увеличении количества инертного разбавителя—
негорючего газа или пара, добавляемого к воздуху,
нижний и верхний концентрационные пределы воспла-
менения смесей газообразных горючих с воздухом бу-
дут приближаться один к другому и, наконец, практи-
чески совпадут. Инертные разбавители, например дву-
окись углерода, азот или аргон, замещают часть кисло-
рода в смеси, но они оказывают не одинаковое гасящее
влияние. Гасящее действие разбавителей определяет их
теплоемкость, которая для перечисленных разбавителей
наибольшая у двуокиси углерода и наименьшая у арго-
на. Другие типы разбавителей могут оказать еще боль-
шее гасящее действие, например некоторые галоидосо-
держащие органические соединения. Гасящее действие
инертных разбавителей широко используется в технике
безопасности для балластировки емкостей или даже це-
лых помещений при возникновении опасной ситуации,
например, при повреждении газопровода и т. п. Верхние
и нижние концентрационные пределы воспламенения
смесей в этом случае могут быть рассчитаны по форму-
ле [6]:
с, 1-В/(100-В)
в’н lGO-f-CB. нЯ/(100 — В)’
где С'в.н — концентрационный предел (верхний или
нижний) воспламенения смеси с инертным газом-раз-
бавителем, объемная доля, %; Св,н —концентрационный
предел (верхний или нижний) воспламенения смеси без
инертного газа-разбавителя, объемная доля, %: В — ко-
личество инертного газа-разбавителя (помимо азота
воздуха) в смеси, объемная доля, %.
Увеличение начальной температуры смеси приводит
к расширению концентрационных пределов ее воспла-
менения. При этом происходит снижение нижнего и
увеличение верхнего пределов. Концентрационные пре-
делы воспламенения смеси могут быть рассчитаны
в этом случае по следующей эмпирической форму-
ле [5]:
Св = 1/[а + Ь(Т—273)]; Сн = l/ffli—bj (Т—273) ], (2.5)
где a, di, b, bi — постоянные величины для данного ве-
щества горючей части смеси, соответственного при
верхнем и нижнем пределах ее воспламенения (опреде-
ляются экспериментально); Т — температура окружаю-
щей среды, К.
Эксперименты показали, что при увеличении темпе-
ратуры смеси, с повышением на каждые 100 К нижние
концентрационные пределы воспламенения снижаются
на 10% от начального значения, а верхние — увеличи-
ваются на 12—15%.
Влияние давления на концентрационные пределы
воспламенения смеси, как правило, ослабевает по мере
его увеличения до определенного значения. Так, кон-
центрационные пределы в водородо-воздушных смесях
сближаются при повышении давления до 1—2 МПа
(10—20 ат) и расходятся при дальнейшем увеличении
давления. Для смесей окиси углерода с воздухом кон-
центрационные пределы сближаются, а для углеводо-
родно-воздушных расходятся с повышением давления.
При уменьшении давления ниже атмосферного
(0,1 МПа) концентрационные пределы при некотором
предельном давлении РПред сливаются. Углеводородные
смеси, за исключением метана, имеют несколько четко
выраженных РПред, для них при температуре 15—20°С
величина предельного давления составляет 40—46 гПа
(30—35 мм рт. ст.). Это давление понижается до 3—
13 гПа (2—10 мм рт. ст.) при замене воздуха кислоро-
дом. Концентрационные пределы воспламенения смеси
сближаются при уменьшении в ней концентрации кис-
лорода. Причем, существенно смещается верхний кон-
центрационный предел; нижний концентрационный пре-
дел практически не зависит от концентрации кислорода.
В табл. 2.3 приведены концентрационные пределы
воспламенения некоторых газо-парокислородных смесей
при температуре 293 К и давлении 0,1 МПа
(760 мм рт. ст.).
Таблица 2.3
Горючее вещество Объемная доля горючего вещества в газо- или парокислородной смеси, %, при пределах воспламенения
си Св
Ацетилен 3,4 89
Водород 4,0 94
Бензол 2,6 30
Бутан 1,8 49
Каменноугольный газ 7,0 70
Метан 5,1 61
Окись углерода 15,0 79
Пропан 2,3 55
Пропилен 2,1 53
Этан 3,0 66
Этилен 3,0 80
Циклопропан 2,5 60
Определенное влияние оказывает также мощность
источника поджигания. Например, увеличение мощно-
сти электрической искры ведет к расширению области
воспламенения смесей. Однако и здесь существует своя
граница мощности, когда дальнейшее изменение кон-
центрационных пределов воспламенения смеси не про-
исходит. Искры такой мощности принято называть на-
сыщенными.
Для безопасного применения электрооборудования,
как и вообще для техники безопасности, наибольший
интерес представляет именно нижний концентрацион-
ный предел, так как он характеризует начало создания
взрывоопасной ситуации в месте установки электрообо-
рудования, определяет допустимую границу наличия
горючего вещества в окружающей атмосфере и обуслов-
ливает, что при превышении этой границы должны
включаться вентиляционные устройства, должна быть
отключена электроэнергия, либо предприняты другие
меры безопасности.
Нижние концентрационные пределы воспламенения
для смеди с воздухом горючих газов и паров ЛВЖ
определяются на установке, схема которой приведена
на рис. 2.1. Основой установки служит реакционная
сферическая стеклянная колба емкостью около 500 см3,
с впаянными в нижнюю часть платиновыми электрода-
ми. Колба имеет разгрузочное устройство в виде при-
шлифованной пластины из тонкого органического стек-
ла. С помощью высоковольтного индуктора (ИВ-100)
между электродами возбуждается мощный электриче-
ский разряд. Реакционная колба соединяется с испари-
тельной колбой с помощью вакуумных кранов. Вся
установка помещена в воздушный термостат, в котором
посредством нагревателя поддерживается необходимая
температура.
Перед началом проведения испытаний установка по-
догревается до 40—50°С или 70—80°С. В предваритель-
но вакуумированную реакционную колбу из испари-
тельной запускается определенное количество паров ис-
следуемой жидкости. После этого паровоздушная смесь
поджигается искрой. Если пламя распространилось по
всей реакционной колбе, считается, что произошло вос-
пламенение.
В случае определения нижнего концентрационного
предела воспламенения для газа, газовоздушная смесь
32
1 s g
Рис. 2.1. Схема установки для определения нижних концентрацион-
ных пределов воспламенения смесей с воздухом горючих газов и
паров ЛВЖ:
1 — пластина из оргстекла; 2, 8, 9 — вакуумный кран; 3— реакционная колба;
4 — электроды; 5 — термостат; 6 — ртутный манометр; 7 — высоковольтный ин-
дуктор ИВ-100; 10 — испарительная колба; 11 — вентилятор; 12 — электронагре-
ватель; 13 — вакуум-насос.
составляется непосредственно в реакционной колбе (по
закону Дальтона ошарциальных давлениях газов *) [88]:
Рп=РаС3/100, (2.6)
где Ра— атмосферное давление (фактическое), Па
(мм рт. ст.); С3 — заданная концентрация, объемная
доля, %; Рп — парциальное давление газа1, Па (мм
рт. ст.).
За нижний концентрационный предел воспламенения
принимается самая низкая концентрация горючего газа
или пара в смеси, при которой не менее чем в 10 опы-
тах, наблюдается воспламенение, а при снижении кон-
центрации на 0,1—0,2% смесь не воспламеняется.
Для определения нижнего концентрационного пре-
дела воспламенения паров высококипящих жидкостей
служит установка, у которой реакционный сосуд пред-
ставляет сферическую стальную оболочку объемом око-
ло 4 л, снабженную нагревательным устройством с ре-
гулятором. Сосуд снабжен также смотровым окном для
наблюдения за воспламенением. Жидкость заливается
1 Парциальным давлением называется та часть общего давле-
ния газовой смеси, которая приходится на долю данного газа
(пара).
в оболочку с помощью мерной пипетки. Количество за-
ливаемой жидкости Сж, объемная доля, %, рассчитыва-
ется по формуле [21]:
С С3УмРд
831,
где С3 — заданная концентрация, %; V — объем оболоч-
ки, л; м — молекулярная масса жидкости; Рп — парци-
альное давление, гПа; d — плотность жидкости, кг/м3;
Т — температура оболочки, К.
Залитая жидкость в течение 5—10 мин испаряется
в предварительно вакуумированном сосуде. Затем на-
пускается воздух и производится интенсивное перемеши-
вание. После воспламенения паровоздушной смеси со-
суд продувается сжатым воздухом и подготавливается
для следующего опыта.
За нижний концентрационный предел воспламенения
принимают наименьшую концентрацию паров горючей
жидкости, при которой еще наблюдается воспламенение.
2.2. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
Рассмотренные выше концентрационные пределы
воспламенения смесей горючих газов и ненасыщенных
паров горючих жидкостей с воздухом являются удоб-
ными параметрами с точки зрения практического ис-
пользования. Пределы же воспламенения смесей с воз-
духом насыщенных паров горючих жидкостей принято
выражать через температуру жидкости, при которой они
образуются. Эти температуры носят название темпера-
турные пределы воспламенения.
Нижним температурным пределом воспламенения
называется самая низкая температура жидкости, при
которой насыщенные пары ее с воздухом в замкнутом
объеме образуют смесь, способную еще воспламеняться
при поднесении к ней источника воспламенения. Кон-
центрация паров при нижнем температурном пределе
воспламенения соответствует нижнему концентрацион-
ному пределу.
Верхним температурным пределом воспламенения
называется та наивысшая температура жидкости, при
которой насыщенные пары ее с воздухом в замкнутом
объеме образуют смесь, способную воспламеняться при
поднесении к ней источника воспламенения. При более
34
высокой температуре образуется смесь насыщенных па-
ров жидкости с воздухом, не способная гореть. Концен-
трация паров при верхнем температурном пределе вос-
пламенения соответствуют верхнему концентрационному
пределу.
Нижний температурный предел иначе называется
температурой вспышки горючей или легковоспламеняю-
щейся жидкости, как об этом уже упоминалось в § 1.2.
Температура вспышки принята за основу классифика-
ции жидкостей по степени их взрыво-пожароопасности,
о чем подробно будет сказано ниже.
Температурные пределы воспламенения, также как
и концентрационные, зависят от мощности источника
воспламенения, давления и примеси негорючих газов и
паров.
При температуре вспышки устойчивого горения не
возникает. Если же жидкость нагреть выше температу-
ры вспышки на несколько градусов, тогда за счет воз-
росшей скорости испарения жидкость будет успевать
пополнять пар к моменту вспышки. Возникает устойчи-
вое горение жидкости. Наименьшая температура жидко-
сти, при которой она загорается и продолжает гореть
при поднесении источника воспламенения, называется
температурой воспламенения. У легковоспламеняющих-
ся жидкостей температура воспламенения выше темпе-
ратуры вспышки на 1—5°С.
Температурные пределы воспламенения характери-
зуют границы вспышки, но не пределы распространения
пламени. Поэтому значения концентрационных преде-
лов, рассчитанных по температурным пределам, могут
отличаться от фактических. Для ориентировочных рас-
четов температуры вспышки можно пользоваться зави-
симостью [3]:
Т'всп—kTKna, (2.8)
где Твсп — температуры вспышки, К; Ткип— температу-
ра кипения, К; k — постоянная, равная 0,74.
Для оценки температуры вспышки и температурных
пределов воспламенения можно также пользоваться за-
висимостью [6]:
/н=0,82 (Гнил—273) —86; /в=0,7 (Ткип—273) —70,
(2-9)
где tn, tB — соответственно нижний и верхний темпера-
турные пределы, К; ТКШ1 — температура кипения, К.
Метод определения температуры вспыШки в настоя-
щее время стандартизирован. Согласно [24], определя-
ются температуры вспышки и воспламенения жидких и
плавящихся химических органических продуктов в ин-
тервале температуры от —30 до 4-300°С. Для этого
используется так называемый метод «в открытом тиг-
ле». При таком методе испытываемую жидкость нали-
вают в сухой чистый фарфоровый тигель (твердые про-
дукты должны быть предварительно расплавлены).
Тигель устанавливается на электроплитке. Для контро-
ля температуры в жидкость помещают термометр. Тем-
пературу жидкости повышают постепенно для того, что-
бы момент вспышки можно было зафиксировать визу-
ально. Образующиеся пары поджигают с помощью газо-
вой горелки, которой проводят на расстоянии 10—14 мм
от поверхности жидкого продукта. За температуру
вспышки принимают температуру, показываемую термо-
метром при появлении первого синего пламени над
частью или над всей поверхностью продукта.
Для определения температуры воспламенения, после
установления температуры вспышки, жидкость продол-
жают нагревать с меньшей скоростью. За температуру
воспламенения принимают температуру, при которой
жидкость продолжает гореть в течение не менее 5 с пос-
ле удаления пламени газовой горелки.
По ГОСТ 6356-75 температура вспышки нефтепро-
дуктов определяется в закрытом тигле. Такой тигель
входит в комплект прибора для определения температу-
ры вспышки продукта по ГОСТ 1421-53. Для получения
достоверных результатов опыты по определению темпе-
ратур вспышки и воспламенения повторяют не менее
трех раз.
Температурные пределы воспламенения, определен-
ные стандартным методом для некоторых жидкостей,
приведены в табл. 2.4.
Взрывоопасность горючих пылей определяется их
температурой самовоспламенения.
Горючие пыли и волокна могут находиться во взве-
шенном (аэровзвеси или аэрозоли) и в осевшем (аэро-
гели) состояниях. Тепловое воздействие на аэровзвесь
сопровождается сложными физико-химическими процес-
сами. Воспламенение пыли при воздействии на нее
источника поджигания происходит не сразу. При темпе-
ратурах 300—400°С (573—673 К) наблюдается свечение.
Г орючее вещество Температурные пределы воспламенения, °C (К) |
нижний (температура вспышки) верхний
Анилин 70 (343) 90 (363)
Ацетон —20 (253) 6 (279)
Бензин А-66 —39 (234) —8 (2651
Бензин Б-70 —34 (239) —4 (269)
Бензин „Галоша" — 17 (256) 10 (283)
Бензол —14 (259) 12 (285)
Диэтиловый эфир —45 (228) 13 (286)
Метитацетат — 15 (258) 10 (283)
Спирт метиловый 7 (280) 39 (312)
Спирт этиловый 11 (284) 40 (313)
Толуол 0 (273) 30 (303)
Этилацетат 1 (274) 31 (304)
При дальнейшем повышении температуры до 500—700°С
(773—973 К) свечение переходит во вспышку, а еще при
более высоких температурах аэровзвесь взрывается. На
взрываемость аэровзвесей влияют дисперсность, влаж-
ность пыли и воздуха, содержание летучих и другие
факторы.
Слой пыли (аэрогель), реагируя с кислородом возду-
ха, разогревается и воспламеняется, если возникающая
теплота недостаточно быстро отводится. Этот процесс
называют самовоспламенением, и самая низкая темпе-
ратура, при которой оно происходит, известна как тем-
пература самовоспламенения. Эта температура зависит
от условия эксперимента и непостоянна для данного ве-
щества. Теоретическое рассмотрение этого процесса не
представляется возможным ввиду его сложности.
Более дисперсная пыль обладает большой поверх-
ностью, повышенной химической активностью, во взве-
шенном состоянии — более низкой температурой воспла-
менения и более широким диапазоном взрываемости.
Влага, содержащаяся в воздухе или в пыли, затрудняет
воспламенение и распространение пламени. Большое
влияние на взрываемость оказывает концентрация
пыли в пылевоздушной смеси. Давления взрыва до опре-
деленного максимума концентрации находится в прямой
зависимости от концентрации пыли в воздухе. При пре-
вышении такого максимума прямая зависимость перехо-
Взвешенная пыль
Горючее вещество пытевоздушной смеси температура самовос- пламенения, °C (К) нижний концентрацион- ный предел воспламе- нения, г/м3
Абиетиловая смола 455 (728) 17,5
Азоамин красный О 860 (1133) 20,8
Ализарин красный О 930 (1203) 10,4
Алюминий 550 (823) 40
Альтакс Ci4H8Na2S4 780 (1053) 10,4
Ангидрид орталевой кислоты 650 (923) 15
Антрацен (чистый) 505 (778) 5
Антрацен 40 %-ный 946 (1219) 15
Ацетат целлюлозы 410 (683) 35
Бензоатериазол (аминоазо- 825 (1098) 10,4
фенилен)
Винилит 667 (940) 26,6
Виниловые смолы 550 (823) 40
Галалит 850 (1123) 7,1
Галалитовая пыль 950 (1223) 8
Г идрохинои 800 (1073) 7,6
Гик 925 (1198) 15
Г ексаметилентетраамин 410 (683) 15
Дназоль, высушенный с 1025 (1298) 31,2
сульфатом алюминия н др.
Сульфат диазоля оранжевого 1000 (1273) 42
Хлорид диазоля оранжевого 975 (1248) 41,6
Диметилтереорталот 852 (1125) 37,8
Диорепил 900 (1173) 12,6
Древесная мука 775 (1048) 30,2
То же 696 (969) 12,6
430 (703) 11,2
Древесный уголь 68
Канифоль 850 (1123) 12,6
* 900 (1173) 5,0
390 (663) 45
Магний 480 (753) 20—30
Метилметакрилат 440 (713) 20
Нитроаценафтен 810 (1083) 10,4
Пентаэритрит 450 (723) 30
Пигменты:
алый 990 (1263) 62,4
бордо 2С 990 (1263) 62,4
оранжевый 2 Ж 890 (1163) 10,4
синий атрахиноновый 950 (1223) 10,4
синий К 1025 (1298) 10,4
фиолетовый 830 (1103) 20,8
Полистирол 475 (748) 25
Полиэтилен 450 (723) 25
Пресс-порошки на основе:
ацетатцеллюлозы 320 (593) 25
метилметакрилата 440 (713) 20
Взвешенная пыль
Горючее вещество пылевоздушной смеси температура самовос- пламенения, °C (К) нижний концентрацион- ный предел воспламе- нения, г/м3
мочевины 450 (723) 75
фенола 490 (763) 30
полистирола 560 (833) 15
Сера 235 (508) 2,3
Синтетический каучук 320 (593) 30
Сланцевая пыль 830 (1103) 58
Смолы на основе:
винила 550 (823) 40
лигнина 450 (723) 40
мочевины 470 (743) 70
полистирола 490 (763) 20
фенола 460 (733) 35
Стекло органическое (поли- 660 (933) 30,2
метилметакрилат)
Титан 330 (603) 45
Торф панфиловских болот 590 (863) 40,3
Ивановской обл.
Торф 775 (1048) 20,2
Уголь 610 (883) 35
Уксуснокислая целлюлоза 410 (683) 35
Фенантрен чистый 900 (1173) 5
Феноловые смолы 500 (773) 25
То же 461 (734) 35
Фталевый ангидрид 800 (1073) 12,6
Цинкстеорат 900 (1173) 17,6
545 (818) 13,3
Шеллак 900 (1173) 15
Эбонитовая пыль 1-го сорта 360 (633) 7,6
Этилендиаминтетрауксусная 850 (1123) 52
кислота
Эфир диметиловый амино- 775 (1048) 10,4
изофталевой кислоты
Янтарная пыль 680 (953) 20,2
Продукция сельского хозяйства и пищевой промышленности
Барда хлебная 600 (873) 22,7
Витаминная сенная мука 875 (1148) 27,7
Глюкоза кристаллическая 520 (793) 15
(кукурузный сахар)
Горох 775 (1048) 25,2
Гороховая мучка 700—750 55,4—32
(973—1023)
Грушевая пыль 875 (1148) 35,3
Жмых:
льняной 850 (1123) 30,2
подсолнечный 825 (1098) 22,7
хлопчатниковый 750 (1023) 27,7
Горючее вещество пылевоздушной смеси Взвешенная пыть
температура самовос- пламенения, °C (К) нижний концентрацион- ный предел воен изме- нения, г/м3
Жом свекловичный 775 (1048) 27,7
Зерновые отходы:
просяные 900 (1173) 47,8
пшеничные 700 (973) 20,2
ржаные 700 (973) 50,4
Камфора 850 (1123) 10,1
Крахмал:
картофельный 430 (703) 40,3
кукурузный 410 (683) 32,5
Кровяная мука 850 (1123) 7,6
Кукуруза (зерно) 850 (1123) 22,7
Кукуруза в початках 650 (923) 37,8
Кукурузные початки без 650 (923) 20,2
зерна
Маисовые корма 675 (948) 12,6
Мельничная пыль серая 800 (1073) 17,6
Молоко сухое нормальное 875 (1148) 7,6
Молоко сухое обезжиренное 825 (1098) 8,9
Монтан-воск 375 (648) 9
Мучная ржаная пыль 600 (873) 63
Мыльные хлопья 430 (703) 15
Мыльный порошок 825 (1098) 22,7
Мясокостная мука 850 (1123) 10
Овес 775 (1048) 30,2
Овсяная лузга 666 (939) 22,7
Овсяная мучка 800 (1073) 25,2
Отруби:
пшеничные 825 (1098) 45,4
ржаные 800 (1073) 52,9
Перец кулинарный 793 (1066) 27,7
Пшеничная мука 825 (1098) 35,3
Рыбная мука (бедная жиром) 950 (1223) 27,7
Сахар 540 (813) 10,3
Чайная пыль 900 (1173) 32,8
Чечевица 725 (998) 10,1
Ячмень 800 (1073) 20,2
Ячменная мука 750 (1023) 32,8
дйт в обратную. И, наконец, при определенной концен-
трации, взрыв вообще прекращается. Концентрационные
границы, в которых имеет место взрыв взвешенной пы-
ли, называются ее нижним и верхним концентрацион-
ным пределами воспламенения. Для техники безопасно-
сти наибольший интерес представляет нижний предел
концентрации пыли и температура ее самовоспламене-
ния. Нижний концентрационный предел воспламенения
аэровзвесей определяется на специальной установке. Во
взрывной цилиндр подается от ресивера распыленная
аэровзвесь. Поджигание облака пыли осуществляется
с помощью нагревательного элемента, закрепленного на
нижней крышке цилиндра. Контроль за температурой
нагревательного элемента осуществляется с помощью
термопары. Фиксация момента воспламенения облака
пыли производится с помощью измерительного блока,
снабженного регистраторами давления. Для определе-
ния нижнего предела концентрации области воспламе-
нения дисперсность частиц пыли должна быть не выше
70 мкм. Температура нагревательного элемента должна
быть 1000°С. Для достоверности получаемых результа-
тов проводится не менее трех опытов с концентрациями
пыли на 2,5 г/м3 ниже установленного ранее минималь-
ного значения. В этих опытах воспламенения пыли не
должно быть. В табл. 2.5 приведены температуры са-
мовоспламенения и нижние концентрационные пределы
воспламенения взвешенных в воздухе пылей и волокон
ряда горючих веществ.
2.3. ЭКСПЛОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ (ВЗРЫВНЫЕ) ПАРАМЕТРЫ
СМЕСЕЙ
Важнейшими параметрами газо-паровоздушных сме-
сей, лежащими в основе обеспечения взрывозащищенно-
сти электрооборудования, являются: скорость горения
смеси, максимальное давление взрыва, температура го-
рения смеси и минимальная энергия поджигания. Изме-
нение названных параметров под действием различных
факторов с точки зрения теории горения рассмотрено
в § 1.3. Действие этих факторов проявляется в более
или менее равной мере в концентрационных пределах,
рассматриваемых в настоящей главе. Для техники без-
опасности наиболее важными являются те концентра-
ции, которые обеспечивают получение во взрывоопасных
Смесях наибольших скоростей горения, давления взрыва,
температуры горения и наименьших значений мини-
мальных энергий воспламенения (зажигания). Такие
концентрации газа, пара или пыли в смеси названы
оптимальными. Оптимальные концентрации зависят от
источника поджигания смеси, лежат в диапазоне кон-
центрационных пределов и в большинстве случаев не на
много отличаются от стехиометрической концентрации
смеси. Обращает на себя внимание тот факт, что опти-
мальные концентрации, полученные экспериментально
различными авторами оказываются одинаковыми.
Таблица 2.6
Объемная доля горючего вещества в газо или паровоздуш-
ной смеси, %
Горючее вещество газо- или паровоз- душной смеси при стехиометриче- ской концентрации смеси соответствующее наиболее легкожУсшаме- няемому составу при воздействии источни- ков зажигания при кото рой давле- ние взрыва максималь- ное
пламя через зазор нить нака- ливания (проволоч- ка) электриче- ский разряд искра тре- ния и соу- дарения
Ацетилен 7,75 30—60 9,25 4—6 14,5
Ацетон — 5,9 — 7,0 15,0 6,3
Бензин F-70 2,92 — 142мг/л 3,5 — 3,0
Водород 29,5 30 10—15 21—22 18—13 32,3
Гептан 2,26 10,0 —- 3,5 — 99 мг/л
Метан 9,5 9,5 — 8,3—8,5 6,0—7,0 9,8
Окись этилена — 8,5 — 11,3— 11,0
—11,5
Пропан-бутан 3,9 4,1 2—4 6,0 — 4,6
Пропилен 4,47 — —- 7,0 — ——
Серный эфир — 4,1 6—10 5,5 — 4,1
Сероуглерод — 10,0 7,5 7,7 2—6 7,0
Толуол £2,28 — — 3,5 8,0 —
Этилен 6,56 6,5 — 7,0 6,5 8,0
В табл. 2.6 приведено содержание горючего вещест-
ва в некоторых газо- или паровоздушных взрывоопас-
ных смесях, соответствующее наиболее легко воспламе-
няемому составу смеси при воздействии на нее различ-
ных источников зажигания, а также соответствующее
стехиометрическому составу смеси и составу смеси, при
котором давление взрыва максимальное.
Оптимальные концентрации для каждого источника
поджигания определяются индивидуально эксперимен-
42
Горючее вещество газо- или паровоздушной смеси Нормаль- ная ско- Температура во фронте Минимальная энергия под- жигания, мДж Расстояние между элект- родами, мм Безопасный экс- периментальный максимальный зазор*, мм
пламени.
. V<9 рения, см/с "С (К) К 8 экспери- менталь- ный ч
Наименование Формула молекулы Кояцент рация в смеси, ° И S Я Ф 2 Я я У я О. экспери- менталь ное я 5 ЕГ CJ а расчетш
2.2-Диметил пропан (неопентан) СбН|Я 2.85 33,3 2254 (2527) 0,24 0,343 2,33 — 1,16
Метан он, 8,5 33,8 2235 (2508) 0,29 0,39 2,03 2,49 1,18 1,24
2-Метил пропан (изобутан) 3,48 34,9 2259 (2532) 0,24 0,315 — 2,24 1.0 1,12
2-Метнл бутан (изопентан) CsHga 2,89 36,6 2253 (2526) 0,261 1,78 2,03 1,01
П-Бутан С4Н10 3,52 37,9 2256 (2529) 0,26 0,265 1,78 2,06 1,066 1,03
Гексан CeHif 2,52 38,5 2241 (2514) 0,24 0,236 1,78 1,93 0,965 0,96
П-Пентан C5Hn 2,92 38,5 2249 (2522) 0,21 0,236 1,78 1,93 0,94 0,96
П-Гептаи C7Hie 2,28 38,6 2203 (2476) 0,25 0,243 1,78 1,96 0.965 0,98
Пропан 4,54 39,0 2251 (2524) 0,25 0,22 1,78 1,87 0.965 0,93
Этан CgHe CtHe 6,61 40,1 2246 (2519) 0,25 0,255 1,78 2,02 — 1,01
Бензол 3,34 40,7 2307 (2580) 0,21 0,202 1,79 0,915 0,90
Пропилен cl FL 5,04 43,8 2341 (2614) 0,28 0,246 1,98 — 0.99
Ацетон chJc&ch8 О 45,5 2200 (2473) —* 0,22 0,192 — 1,87 1,016 0,98
Ник ВДпропан СД CH4O 4,97 47,5 2328 (2601) 0,18 ——. 1,75 0,875
Метиловый спирт 16 47,6 2135 (2408) 0,14 0,125 —. 1,41 0,915 0,705
Диэтиловый эфир C4H5O 5,3 49,8 2252 (2525) 0,19 0,162 1,61 0,864 0,805
Пропионовый альдегид CjHsCHO 5,74 49,9 2200 (2473) 0,19 0,204 0,254 1,80 •— 0,9
Дйвинил C4He 4,34 54,5 2345 (2618) 0,12 0,103 — 1,28 0,65 0,64
Окись этилена CaHJD 8,5 92 2411 (2684) 0,062 0,069 —— 0,966 0,65 0,483
Ацетилен C,H„ 8,7 157 2595 (2868) 0.03 0,027 0,76 0,662 0,025 0,331
Водород Ha 25 210 2500 (2773) 0,018 0,018 — 0,586 0,102 0,293
тьюгэ мяксимачьнэгэ зазора приведено ниже, в гл. 3.
* Оозхетеч'лэ безоихэго экзпж ieiri
тальным путем. Для инженерных расчетов приемлемые
формулы определения оптимальных концентраций в на-
стоящее время отсутствуют. Общим для оптимальных
концентраций является то, что зависимость их от опре-
деляющего параметра источника поджигания, например,
температуры пламени, нагретой поверхности, мощности
электрической искры и других, имеет' вид колоколооб-
разной кривой с явно выраженным экстремумом.
В табл. 2.7 приведены значения важнейших парамет-
ров взрывоопасных смесей с воздухом, полученные при
оптимальных концентрациях в порядке возрастания
нормальных скоростей горения. Следует заметить, что
оптимальные концентрации для одного и того же источ-
ника поджигания зависят от состава смеси.
Изменение важнейших параметров смеси — давле-
ния, скорости горения, или минимальной энергии поджи-
гания— характеризует изменение >активности смеси.
Если говорят, что смесь А активнее смеси Aj, по давле-
нию взрыва — это значит, что давление взрыва смеси А
оптимальной концентрации больше давления взрыва
смеси Ai также при оптимальной концентрации. Точно
так же взрывоопасные смеси различаются по другим
важнейшим параметрам.
Изменение активности смеси в требуемое количество
раз положено в основу обеспечения регламентированных
коэффициентов безопасности по заданному параметру,
используемых для оценки уровня взрывозащищенности
электрооборудования при его испытаниях.
2.4. ОСОБЕННОСТИ ПОДЖИГАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
РАЗЛИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
В настоящее время имеется большое количество ра-
бот, посвященных исследованию явления поджигания
смесей различными источниками, поэтому ниже рас-
сматриваются только самые общие закономерности этих
явлений. Характерным для всех источников поджигания
является то, что их воздействие на газовую смесь пол-
ностью определяется физико-химическими свойствами
самой смеси. Поджигание происходит только в зоне
концентрационных пределов, причем необходимая теп-
ловая мощность источника поджигания (например, тем-
пература нагретой поверхности, размер нагретой части-
цы и ее температура, мощность электрического разряда
44
и т. п.) находится в обратной зависимости от активно-
сти газовой смеси. Поджигание происходит при мень-
шей тепловой мощности, если произошло замещение
азота в газовоздушной смеси кислородом, или повыси-
лось начальное давление смеси, или произошел предва-
рительный подогрев смеси и т. д. Тепловая мощность
источника требуется большая, если в смеси увеличилось
количество инертного разбавителя, или изменился со-
став разбавителя, как об этом указывалось в § 2.1.
При поджигании смеси пламенем или раскаленными
газообразными продуктами сгорания определяющими
факторами являются температура во фронте пламени и
время контактирования его с холодной смесью. Воспла-
менение может происходить при ламинарном или турбу-
лентном режимах течения разогретой смеси. Из тепло-
вой теории распространения ламинарного пламени [61,
62] известно, что химическая реакция в холодной смеси
после воздействия на нее источником поджигания, на-
пример, горячей смесью, идет со скоростью, необходи-
мой для поддержания горения только в пределах до-
вольно узкого характеристического интервала темпера-
туры 0. Распространение пламени в холодной смеси воз-
можно только при условии, что время охлаждения /ОхЛ
газового объема, в котором идет химическая реакция,—
от температуры горения Тг до температуры (Тт—0) —
будет больше или в предельном случае равно времени
химической реакции тр в зоне пламени, т. е. /охЛ^тР.
Известно, что время реакции тр в зоне пламени описы-
вается следующим выражением [32]:
_ 20 а
Тг-Тнзча\>
где Тг, ТНач — температура горения и температура хо-
лодной смеси, К; а — коэффициент температуропровод-
ности, ма/с; ин — нормальная скорость распространения
пламени в холодной смеси, м/с.
Характерная ширина зоны (м) ламинарного пламени
равна [33]:
8 = — = —(2.Ц)
где А — коэффициент теплопроводности холодной смеси,
Вт/(.м-К); р— плотность холодной смеси, кг/м3; ср—
теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг-К).
Очевидно, воспламенение от ламинарного потока мо-
жет произойти только в том случае, когда ширина зоны
химической реакции будет.превышать характерную ши-
рину зоны Р холодной смеси. Анализ выражения (2.10)
показывает, что время контактирования ламинарного
пламени с холодной смесью может быть тем меньше, чем
выше температура во фронте пламени Тг и чем выше
нормальная скорость распространения пЛамени в холод-
ной смеси ин- Причем зависимость от тр квадратич-
ная. Все факторы, влияющие на ив и в определенной ме-
ре на Тг, которые рассмотрены в § 1.3, в еще большей
мере влияют на величину тр. Так, при воздействии одно-
го и того же ламина|рного пламени на водородо- и
метано-воздушные смеси время реакции тр будет резко
отличаться. При воздействии на водородо-воздушную
смесь оно будет более чем в 20 раз меньше времени
реакции при воздействии пламени на метановоздушную
смесь.
При поджигании холодной смеси турбулентным по-
током горячей смеси механизм воспламенения в принци-
пе аналогичен воспламенению от ламинарного потока.
Так же как и при ламинарном потоке, воспламенение
происходит в результате смешения холодной смеси с го-
рячими газами. И в этом случае определяющими явля-
ются время контактирования и температура горячих
газов. Однако в турбулентных потоках концентрация и
температура в заданной точке потока не равна значе-
ниям, определенным по времени, а являются случайны-
ми функциями времени. Поэтому выражения (2.10) и
(2.11) для турбулентного режима поджигания неприем-
лемы.
Если средняя температура в данной точке меньше
температуры Тт, это вовсе не означает, что в точке от-
сутствуют химические реакции. В отдельные моменты
времени мгновенная температура и концентрация могут
принимать такие значения, при которых скорость горе-
ния становится максимальной и в результате в течение
некоторого промежутка времени происходит выделение
теплоты химической реакции, достаточное для развития
горения в холодной смеси. Однако воспламенение всего
объема смеси может не произойти.
Воспламенение смеси зависит от многих факторов,
в том числе от кинетики химических реакций, интенсив-
ности турбулентного перемешивания (т. е. от турбулент-
46
ности пограничного слоя или турбулентности потока го-
рячего газа, если разность скоростей равна нулю), от
размеров и температуры источника и ряда других фак-
торов. В настоящее время вопрос поджигания турбу-
лентным пламенем исследован недостаточно, и общие
закономерности, описывающие это сложное явление,
в литературе еще не описаны.
Особенность поджигания газовых смесей искрами
электрических разрядов состоит в том, что в разрядном
промежутке чрезвычайно малого объема сконцентриро-
вана большая энергия. В зоне разрядного канала
(рис. 2.2) помимо термической диссоциации молекул го-
рючего газа имеет место ионизация, достигающая 100%.
Поэтому непосредственно в зоне электрического разряда
происходит мгновенное развитие химических реакций
(горение), и период индукции в этом случае практи-
чески исключен. Но, вызвав
сгорание смеси в зоне раз-
ряда, электрическая искра
может не вызвать устойчи-
вого распространения фрон-
та пламени после ее прекра-
щения.
Разрядный промежуток,
как это видно из рис. 2.2,
образован двумя электрода-
ми, устанавливаемыми на
некотором расстоянии друг
минимальной энергии поджигания Ет,п используются
электроды из нержавеющей стали диаметром 1,6 мм. На
величину пробивного напряжения разрядного проме-
жутка существенно влияют различные факторы: рас-
стояние между электродами, их форма, материал и ка-
чество их поверхности, температура электродов и нахо-
дящейся между ними газовой смеси, полярность подве-
денного к ним напряжения и характер его повышения,
давление и состав смеси, искажение формы разряда за
счет краевого эффекта электродов и др.
Методика определения в обобщенном виде пробив-
ного напряжения для однородного поля с использова-
нием формулы Пашена приведена в [12].
Стабильность условий разряда зависит от влияния
ионизирующего фона. Как известно, естественная иони-
зация в межэлектродном промежутке подвергается
Пламя
разряда
Канал
разряда
Электрод Факелы Электрид
Рис. 2.2. Схема искрового
разряда
от друга. Для определения
флюктуациям. Поэтому для получения стабильного раз-
ряда на разрядный промежуток целесообразно воздей-
ствовать внешним ионизатором (например, ультрафио-
летовым излучением), устраняющим влиянйе колебаний
фона. На воспламенения смеси большое влияние оказы-
вает присутствие в зоне реакции электродов, что также
вносит элемент нестабильности в поджигание смеси
электрическим разрядом. Поэтому при определении Emin
на концы электродов надевают стеклянные круглые
фланцы диаметром 25 мм. Сами электроды раздвигают
на определенное расстояние. Самое большое расстояние
между электродами, при котором не сказывается эф-
фект гашения пламени стеклянными фланцами, назы-
вают критическим. На рис. 2.3 показана зависимость
Emin от расстояния между электродами, б, и вида элек-
тродов. Критические расстояния бкр определяются физи-
ко-химическими свойствами смесей и прежде всего ши-
риной зоны горения пламени. Критическое расстояние
(м), между электродами может быть определено по сле-
дующей формуле1:
i=n
2 ^pt
т=п-----, (2.12)
«н2 CViPi
< = 1 г = 1
где %;, р(, cPi — соответственно теплопроводность, плот-
ность и среднемассовая теплоемкость продуктов горения
взрывоопасной смеси (соответственно Вт/(м-К), кг/м3,
Дж/(кг-К); Л — относительное парциальное давление
i-й составляющей продуктов горения; ин — нормальная
скорость распространения пламени в холодной сме-
си, м/с.
Причем Ин=/(Сг), где Сг—концентрация горючего
газа в смеси.
Минимальная энергия поджигания может быть под-
считана по ранее приведенной формуле (1.11). Для
углеводородов вида CnHOTO*N/ минимальная энергия
(мДж) может быть подсчитана по более простой фор-
1 Согласно исследованиям ВНИИВЭ.
Рис. 2.3. Минимальная энергия воспламенения смесей при электро-
дах с плоскими поверхностями (фланцами) и без них в зависимости
от расстояния между электродами. Электроды: 1 — без фланцев,
2 — с фланцами; 3 — из нержавеющей стали 1,6 мм; 4 — стеклян-
ные диски
муле [32] :
Emin=A&KV, (2.13)
где А — коэффициент, равный (6,0—6,3) • 104.
При использовании этой формулы, особенно при
подсчете по формуле (2.12), необходимо обращать вни-
мание на то, что температура продуктов горения Тг
должна определяться для оптимальной концентрации.
Значения Emin и 6кр Для некоторых газо-паровоздушных
смесей приведены в табл. 2.7. Точные значения Emin и
6кр определяются экспериментальным путем с помощью
установки, схематически показанной на рис. 2.4.
Поджигание смеси электрическими разрядами нашло
широкое применение при анализе явлений поджигания
разрядами статического электричества.
К основным видам разрядов статического электри-
чества относятся: разряды между предварительно заря-
женными и изолированными от земли проводящими те-
лами; коронирование диэлектриков под действием высо-
ких напряжений, а также в результате перемещения
сыпучих диэлектриков по пневмотранспортным трубо-
проводам; скользящие разряды, возникающие в резуль-
тате электризации диэлектрических поверхностей; раз-
ряды в следе скольжения, образующиеся за счет трения
4—71 49
Рис. 2.4. Принципиальная схема установки для измерения мини-
мальной энергии воспламенения паро- н газовоздушных (кислород-
ных) взрывоопасных смесей:
1— баллоны с горючим газом н воздухом; 2— смеситель; 3 — осушитель; 4 —
стабилизатор напряжения; 5 — образцовый манометр; б— ртутный манометр;
7 — источник высокого напряжения; 8 — электростатический вольтметр; Р —вы-
сокоомный резистор-. 10 — измеритель емкости; 11 — система воздушных конден-
саторов; 12 — фторопластовый изолятор; 13— высоковольтный электрод; 14—
ионизатор; 15 — предохранительный клапан; 16— камера; 17— микрометриче-
ская (илн индикаторная) головка; 18 — счетное устройство; 19 — вакуум-насос
между наэлектризованной диэлектрической поверх-
ностью и скользящим предметом; разряды наэлектризо-
ванных облаков пыли и некоторые другие виды раз-
рядов.
Воспламенение смесей разрядами статического элек-
тричества не црисущи взрывозащищенному электрообо-
рудованию, и поэтому в данной книге не рассматрива-
ются.
При трении и соударении металлических деталей мо-
гут образовываться искры трения и соударения, способ-
ные воспламенить горючую смесь.
Согласно молекулярно-механической теории трения,
контактирование двух прижатых друг к другу тел про-
исходит по выступам, образующим физическую поверх-
ность соприкосновения. Так как физическая поверхность
соприкосновения мала, на ней развивается большое
давление, под действием которого шероховатости по-
верхностей взаимно внедряются, а на элементах поверх-
ности возникают силы молекулярного взаимодействия.
При относительном скольжении двух соприкасающихся
поверхностей в точках контактирования возникают ло-
кальные зоны нагрева, а в непосредственной близости
50
от них изотермические поверхности, характеризующие
температурный градиент. При тангенциальном смеще-
нии поверхностей происходит отрыв внедрившихся вы-
ступов материала и выброс их с поверхности трения.
В зависимости от конфигурации соударяющихся поверх-
ностей, скорости приложения нагрузки, физико-механи-
Рис. 2.5. Схемы искрообразующих установок.
Установки; 1—копрового типа для испытания материалов; 2— об-
стрела для испытания материалов, работающих в режиме одиноч-
ного соударения при больших скоростях относительного перемеще-
ния; 3 — с маятниковым копром для испытания материалов, рабо-
тающих в режиме одиночных скользящих соударений; 4 — для ис-
пытания материалов, работающих в режиме непрерывного трения;
5 — для испытания материалов, работающих в режиме быстрочере-
дующихся ударов.
ческих свойств материалов и поверхности происходит
различное по величине механическое разрушение основ-
ных материалов, а следовательно, и образование разных
по количеству и дисперсности частиц. Дисперсность, на-
чальная температура при обрыве и скорость окисления
4* 51
частиц определяют их способность разогреваться во
время движения. Максимальная температура отрываю-
щихся частиц определяется температурой плавления ма-
териала. В случае трения или соударения деталей из
стали друг с другом или с материалами с более высо-
кой температурой плавления максимальная температу-
ра отрывающихся частиц определяется температурой
плавления стали или окислов железа. В случае соуда-
рения стальных деталей с содержанием углерода до
0,8% максимальная начальная температура отрываю-
щихся частиц не ниже 1350—1400°С.
Окисление образовавшихся частиц металла происхо-
дит с выделением теплоты. Чем выше начальная темпе-
ратура частиц, тем выше скорость окисления и тем
больше выделяется при этом теплоты. При оптималь-
ных соотношениях температуры частицы, скорости ее
движения и образования окисной пленки происходит
воспламенение окружающей горючей смеси. Схемы
установок для определения воспламеняющей способно-
сти искр трения и соударения показаны на рис. 2.5.
В табл. 2.8 приведены некоторые экспериментальные
данные об образовании искр при трении металлического
диска о металлический лист и при содержании кислоро-
да в окружающей среде 19%. Из табл. 2.8 видно, что
цинковый сплав ЦАМ 4-1 даже при скоростях сколь-
жения 100 м/с не создает светящихся частиц.
Особый характер поджигания наблюдается при со-
ударении алюминиевых сплавов с корродированной
стальной поверхностью, а также в случае соударения
алюминиевых деталей, на поверхности которых имеют-
ся окисные пленки толщиной выше 2—5 мкм, получае-
мых при оксидировании и эматалировании деталей из
алюминиевых сплавов. В режиме трения с поверхности
срываются частицы железа и алюминия. Окислы желе-
за способствуют разогреванию алюминиевых частиц
вследствие термитной реакции, которая является источ-
ником дополнительной теплоты и способствует поджи-
ганию смеси. Установлено, что при одиночном соударе-
нии со сталью цветных металлов поджигание ацетиле-
но-, метановодородно-воздушных смесей происходит
фрикционными стальными частицами. С уменьшением
температуры плавления металла поджигающая способ-
ность частиц снижается, с повышением содержания кис-
лорода в смеси — поджигающая способность частиц по-
52
Материал Ско- рость сколь- жения, м/с Частицы металта Момент появления светящихся частиц
диска истираемого листа макси- маль- ный размер, мм форма
Сталь СтЗ Титановый сплав ВТ-1 12,6 0,15 В начале трения
Углеродистые стали СтЗ или У10 12,6 0,1
Цинковый сплав ЦАМ 4-1 60 — кусочкн Нет
Бронза (Zn—23%. Al—7%, Мп—1%, Fe—1%, Si—0,5%; Си—остальное) Твердость НВ-300, темпе- ратура плавле- ния /ПЛ=1173К Титановый сплав ВТ-1 12,6 0,12 В начале трения
Углеродистые стали СтЗ или У10 при отсут- ствии ржавчи- ны на поверх- ности 12,6 кусочки Нет
Цинковый сплав ЦАМ4-1 Углеродистые стали СтЗ или У10 при отсут- ствии ржавчи- ны на поверх- ности 100 — мелкие без цве- тов по- бежало- сти Нет
вышается. Наибольшую опасность они представляют
для сред ацетилена, водорода, сероуглерода и других
особо взрывоопасных веществ.
Аналогичные процессы наблюдаются и при поджи-
гании газовых смесей частицами металла (обычно ме-
ди или алюминия), образованными при дуговых корот-
ких замыканиях в оболочке электрооборудования и вы-
летающих за ее пределы. При этом наибольшую опас-
ность представляют алюминиевые частицы.
Поджигание горючих газовых смесей нагретыми по-
верхностями представляет собой явление, имеющее
большое практическое значение. Установлено, что при
Горючее вещество паро- и газовоздушной смеси Температура, 'С-(К)
самовоспламе- нения поджигания
Ацетилен 305 (578) 823 (1096)
Бензин 265 (538) 1163 (1436)
Бензин 265 (538) 920 (1193)
Бензол Водород 510 (783) ИЗО 880 (1403) (1153)
Водород 510 (783) 800 (1073)
Водород 510 (783) 800 (1073)
Водород Коксовый газ Коксовый газ 510 (783) 690 1020 850 (963) (1293) (1123)
Коксовый газ Метан 610 (883) 790 1470 (1063) (1743)
Метан 610 (883) 1160 (1433)
Пентан Природный газ (93,2% СН4) 500 (773) 1120 1180 (1393) (1453)
Природный газ (93,20/а CHJ 500 (773) 940 (1213)
Сероуглерод .102 (375) 768 (1041)
Этиловый эфир 162 (435) 1063 (1336)
Нагретое тело
материал и форма диаметр» мм скорость движения, м/с
Металлический стержень 6,3 50
То же G.3 25
Металлическая лента 2,2 Свободная конвекция
Нихромовая проволока 1,0 То же
Металлический стержень 6,3 60
Шарики из кварца и пла- 5 2—5
тины Вольфрамовая или пла- 0,025—0,05 Свободная конвекция
типовая проволока Нихромовая проволока 1,0 То же
Шарики из платины 2 27
Шарики из кварца и пла- 5 24-5
ТИНЫ Шарики из кварца 5 1,2
Вольфрамовая и плата- 0,025—0,050 Свободная конвекция
новая проволока Латунные и железные — То же
сетки Металлический стержень 6,3 25
То же 11,2 Свободная конвекция
Я я 37 То же
6,3 50
я я 6,3 25
поджигании нагретой поверхностью имеют место те же
закономерности, что и при самовоспламенении смеси
с той лишь разницей, что в случае поджигания нагре-
той поверхностью воспламенение газа происходит не во
всем объеме, а в определенном месте.
Температуры поджигания от нагретой поверхности
для ряда горючих смесей значительно превышают тем-
пературы их самовоспламенения. Это объясняется раз-
ным характером поджигания при определении темпера-
тур самовоспламенения и при поджигании открытой на-
гретой поверхностью. В частности, для эфиро-воздушной
смеси был подтвержден двухстадийный характер под-
жигания, существенной стадией которого является обра-
зование и распад перекисей, сопровождающихся возник-
новением холодного пламени, которое при определенных
условиях переходит в нормальное воспламенение. Ис-
следованиями установлено, что чем меньше размеры
поверхности, тем выше должна быть ее температура.
Если определяемая в обычных условиях температура
самовоспламенения метано-воздушных смесей состав-
ляет примерно 650°С, то при поджигании этих же сме-
сей никелевыми стержнями (диаметр от нескольких
миллиметров до нескольких сантиметров) их темпера-
тура должна быть не менее 1000°С. Температура нагре-
той поверхности, необходимой для поджигания газовой
смеси, должна быть еще выше, если поверхность и сме-
си перемещаются относительно друг друга. В табл. 2.9
приведены температуры поджигания некоторых газо- и
паровоздушных смесей нагретыми телами.
Определенное влияние на температуру поджигания
смеси оказывает материал нагретой поверхности. На-
пример, платина для углеводородно-воздушных смесей
является катализатором и поджигание от такой поверх-
ности может происходить при меньших затратах внеш-
ней теплоты. Нагретая поверхность в этом случае играет
роль только источника теплоты, а условия воспламене-
ния определяются свойствами катализатора. Ввиду
сложности явлений, возникающих при поджигании го-
рючих смесей нагретыми поверхностями, в литературе
отсутствуют приемлемые для практического использова-
ния аналитические зависимости, описывающие их. До-
пустимые безопасные температуры определяют экспери-
ментально в условиях, моделирующих использование
того или иного оборудования. Для определения темпе-
ратурных границ поджигания нагреваемую модель обо-
рудования помещают в камеру, заполненную холодной
смесью заданного состава.
Возможным источником поджигания горючей газо-
вой смеси являются также нагретые газы, прорываю-
щиеся из технологических аппаратов при аварийных си-
туациях. Температура поджигания нагретыми газами
зависит от состава горючей смеси, вида нагретого газа
и скорости его движения (времени контактирования на-
гретой струи с горючей смесью) и должна быть больше
температуры самовоспламенения горючей смеси. Все
закономерности, установленные для процесса поджига-
ния горючих смесей турбулентным пламенем, рассмот-
ренные в настоящей главе, в равной мере могут быть
распространены и на случаи поджигания нагретыми
струями газа. Нагретая струя, контактируя с горючей
газовой смесью, теряет часть своей теплоты в результа-
те интенсивного перемешивания. И если остаточная
температура струи достаточно высока, чтобы вызвать
химическую реакцию в горючей смеси, она становится
источником инициирования горения. Если температура
нагретой смеси при смешивании с горючей холодной
смесью понижается и становится ниже некоторого кри-
тического значения, то химическая реакция затухает и
горение не происходит. Замечено, что при поджигании
струями воспламенение, как правило, начинается в цен-
тре струи. Закономерности воспламенения нагретыми
струями в настоящее время исследованы недостаточно
полно и поэтому найденные зависимости параметров га-
зовых смесей, участвующих в этом процессе, носят чисто
качественный характер.
В последнее время распространение, особенно
в маркшейдерском деле, находят приборы с лучом ла-
зера, который при определенных условиях также может
быть источником поджигания смеси. Лазерный луч,
в отличие от обычных источников света, имеет ряд осо-
бенностей: он когерентен в пространстве и во времени,
монохроматичен, распространяется очень узким пучком
и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией
энергии. При фокусировании такого луча на какую-либо
мишень, например, частицы пыли, металлическую по-
верхность и т. п., последняя может мгновенно нагреться
до очень высокой температуры и стать источником под-
жигания окружающей смеси. Так, 9%-ная метано-воз-
56
душная смесь поджигалась сфокусированным на кад-
миевую мишень лазерным импульсом с энергией 7 мДж.
При отсутствии мишени для поджигания этой же смеси
требовался импульс с энергией 120 мДж. Воспламеняю-
щая способность лазерного луча зависит от плотности
потока лучистой энергии в импульсе, состояния поверх-
ности и свойств мишени, распределения интенсивности
по сечению луча, состава газовой смеси и ряда других
факторов.
Глава третья
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
ПО КАТЕГОРИЯМ И ГРУППАМ
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Исторически борьба с возможными взрывами при
применении электрооборудования начиналась с уголь-
ных шахт, где нужно было считаться с возможным появ-
лением только одного взрывоопасного газа — метана.
Применительно только к этому одному газу, к его спо-
собности в смеси с воздухом к взрыву, и разрабатыва-
лась взрывозащита электрооборудования. В дальнейшем
с развитием других отраслей промышленности, когда
количество обращающихся в производстве различных
взрывоопасных веществ (горючих газов, паров и пыли)
стало резко возрастать, появилась необходимость ка-
ким-либо образом сгруппировать их по классам, так как,
с одной стороны, невозможно применительно к каждому
взрывоопасному веществу (а их сейчас в промышлен-
ности более 2000 наименований) разрабатывать и изго-
тавливать свое электрооборудование, а с другой сторо-
ны, экономически нецелесообразно использовать во всех
случаях дорогостоящее взрывозащищенное электрообо-
рудование, рассчитанное для применения в наиболее
тяжелых условиях.
Группирование газо- и паровоздушных смесей в клас-
сы с общими взрывоопасными свойствами позволяет вы-
делить для того или иного класса представительную
смесь, которая обладает наиболее общими взрывоопас-
ными свойствами, характерными для данного класса
смесей. Испытанное на этой смеси оборудование счита-
лось бы пригодным для использования в среде с любой
смесью, относящейся к данному классу. Тогда условия
в разнообразных производствах, в которых обращаются
различные горючие газы или пары ЛВЖ, с точки зре-
ния взрывоопасности могут оказаться совершенно оди-
наковыми ввиду того, что смеси таких газов (или па-
ров) с воздухом имеют одинаковые взрывоопасные
свойства. Это также значительно упрощает решение
основных проблем: разработки и изготовления электро-
оборудования и его эксплуатации в условиях взрыво-
опасных зон, так как для электрооборудования, предна-
значенного к использованию в среде различных взрыво-
опасных смесей, отнесенных к одному классу, требуемые
взрывозащитные свойства также оказываются одинако-
выми. Это дает возможность максимально унифициро-
вать конструкцию взрывозащищенного электрооборудо-
вания, сделать общими принципы его маркировки и т. д.
В настоящее время с целью эффективного примене-
ния электрооборудования принято разделять все взры-
воопасные смеси газов и паров с воздухом на категории
в зависимости от величины для данного вещества так
называемого «безопасного экспериментального макси-
мального зазора» (БЭМЗ) между плоскими фланцами
у стандартной оболочки, и на группы в зависимости от
температуры самовоспламенения веществ.
Ранее1 такие вещества разделялись на категории
исходя из величины «критического зазора» (см.
табл. 3.1).
3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
ПО КАТЕГОРИЯМ
Понятие критического зазора, от величины которого
зависело отнесение вещества к той или иной категории,
первоначально было связано с одним из основных видов
взрывозащиты электрооборудования — взрывонепрони-
цаемой оболочкой. Достаточно длинные и узкие зазоры
в местах соединений различных частей этих оболочек
исключают наружное воспламенение.
1 Согласно Правилам изготовления взрывозашищенного и руд-
ничного электрооборудования ОАА.684.053-67 (ПИВРЭ) [75].
Под критическим зазором понимали такой зазор, при
котором число передач из стандартной оболочки объе-
мом 2500 см3 во взрывную камеру составляет 50%
от общего количества поджиганий смеси в оболочке.
Чем меньше значение критического зазора имеет ве-
щество, тем большими взрывопроникающими свойствами
оно обладает.
В последнее время в связи с возросшей точностью
проведения эксперимента, необходимостью сокращения
длительности категорирования веществ осуществлен пе-
реход (ГОСТ 12.1.011-78) на другой классификационный
параметр — безопасный экспериментальный максималь-
ный зазор (БЭМЗ). Это наибольший зазор, при котором
не наблюдается передач взрыва из стандартной оболоч-
ки наружу. Установка для определения БЭМЗ взрыво-
опасной газо- и паровоздушной смеси состоит из сфе-
рической оболочки объемом 20 см3 с фланцами длиной
25 мм. Ширина зазора (щели) между фланцами полу-
сфер регулируется с помощью микрометрического винта.
Для поджигания смеси внутри оболочки установлены
два электрода так, что между ними проскакивает искра
от высоковольтного индуктора. Сферическая оболочка по-
мещена во взрывную камеру объемом 4 л. Посредством
системы кранов камера и оболочка могут быть соедине-
ны с вакуум-насосом, вакуумметром и атмосферой.
Для проведения экспериментов по определению
БЭМЗ камеру с оболочкой заполняют взрывоопасной
смесью. Смесь может быть приготовлена в отдельном
газгольдере, откуда она запускается в камеру, либо
создаваться непосредственно в камере по парциальному
давлению (для газов) или же впрыскиванием рассчи-
танного и отмеренного количества вещества (для жид-
костей). После перемешивания приготовленную смесь
поджигают искрой в оболочке. Если взрыв из оболоч-
ки не передался, то смесь в камере воспламеняют с по-
мощью контрольной свечи. На наиболее взрывоопасной
концентрации определяют то наибольшее значение за-
зора, при котором отсутствуют передачи взрыва из обо-
лочки в камеру. Чтобы убедиться в том, что концентра-
ция была действительно наиболее опасной, проводятся
обязательно подтверждающие испытания на концентра-
циях, близких к ней.
Переходу на стандартную оболочку объемом 20 см3
предшествовала длительная дискуссия между странами,
59
Входящими в Международную электротехническую ко-
миссию (МЭК). Малый объем оболочки дает возмож-
ность использовать для целей категорирования малое
количество взрывоопасного вещества. Это позволяет
устанавливать категорию взрывоопасности вещества уже
на стадии его получения лабораторным способом, сни-
жает существенно опасность во время испытаний, что
особенно важно при испытании веществ, обладающих
помимо взрывоопасных еще и токсичными свойствами.
По данным исследований время, необходимое для
определения БЭМЗа на малой оболочке, примерно в 10
раз меньше времени, затрачиваемого на определение
критического зазора на большой оболочке. В то же
время для быстрогорящих смесей величина зазора, на
котором прекращаются передачи взрывов из оболочки
объемом 20 см3, больше величины соответствующего за-
зора для оболочки объемом 2500 см3. Так, для водорода,
на оболочке объемом 20 см3 пламягасящий зазор равен
0,29 мм, а на оболочке 2500 см3 он составляет 0,16 мм.
Международная электротехническая комиссия рекомен-
довала Публикацией 79-1А стандартную оболочку объе-
мом 20 см3, которая и принята в описанной выше уста-
новке по определению БЭМЗ. При этом верхняя грани-
ца категории, объединяющей быстрогорящие смеси,
установлена 0,5 мм вместо 0,35 мм, принятой при обо-
лочке объемом 2500 см3.
Таблица 3.1
По ПИВРЭ 176] ПО ГОСТ 12.1 .011—78 [21]
категория в зрывоопасной критический зазор, мм категория взрыво- опасно 1 смеси БЭМЗ, мм
смеси
1 Более 1,0 I* Свыше 1,0
2 Свыше 0,65 до 1,0 ИА Свыше 0,9
3 Свыше 0,35 до 0,65 ИВ От 0,5 до 0,9
4а Менее 0,35 ПС Менее 0,5
46
* Категорией I обозначен рудничный метан.
В табл. 3.1 приведены условные обозначения катего-
рий взрывоопасных смесей согласно ГОСТ 12.1.011-78
и соответствующие этим категориям величины БЭМЗ,
а также обозначения категорий по ПИВРЭ и соответст-
вующие им величины критического зазора.
60
Приведенная классификация принимается многими
странами мира, хотя до настоящего времени обсужда-
ется вопрос о необходимости подразделения веществ
категории ПС на отдельные подкатегории. Дело в том,
что смеси, входящие в эту категорию, могут воспламе-
няться раскаленными частицами, вылетающими из обо-
лочки при взрыве. И в зависимости от природы образо-
вания таких частиц все смеси категории ПС могут быть
разделены на две группы. Для одной группы смесей
появление таких частиц не связано никоим образом
с процессом химической реакции горения. Это могут
быть органические взвеси в воздухе, частицы, оставшиеся
от механической обработки оболочек, изоляционных де-
талей и т. п. Типичным представителем таких смесей
является водородо-воздушная смесь. Для другой груп-
пы смесей вредными могут быть не только частицы,
опасные для смесей первой группы, но и частицы, об-
разующиеся непосредственно в зоне реакции горения,
т. е. когда такие частицы являются промежуточными
продуктами самой реакции. Примером такой смеси мо-
жет служить ацетилено-воздушная смесь, при горении
которой образуются частицы углерода в виде сажи. Та-
кая специфичность реакций горения веществ этой груп-
пы привела в свое время .к тому, что ацетилено-воздуш-
ная смесь в одно время была в СССР вообще выведена
из системы классификации как смесь, не имеющая кри-
тического зазора (передачи взрыва из оболочки наружу
имелись при величинах зазора порядка 0,03 мм),
а в дальнейшем, как это было принято по классифика-
ции ПИВРЭ [76], к подразделению 4-й категории на
две подкатегории: 4а и 46 (табл. 3.1). В техническом
комитете № 31 МЭК обсуждался вопрос о необходимо-
сти дальнейшего подразделения категории ПС. Однако
в настоящее время все страны согласились с тем, что
категория ПС остается неделимой. Это подтверждено
Публикацией МЭК 79-12 [82]. Одновременно рекомен-
довано Подкомитету 31А, занимающемуся разработкой
норм конструирования и испытания взрывонепроницае-
мых оболочек, выполнить в ближайшие годы работы
по подготовке мер защиты и методов испытания оболо-
чек группы ПС. Принятию системы категорирования без
разделения категории ПС на подкатегории способство-
вало и то обстоятельство, что величина БЭМЗ хорошо
коррелируется с величиной минимального воспламеняю-
щего тока (МВТ). Это позволяет использовать класси-
фикационную таблицу по категориям, предназначав-
шуюся первоначально только для экономичного приме-
нения электрооборудования во взрывбнепроницаемой
оболочке, и для электрооборудования, имеющего искро-
безопасные электрические цепи. В свою очередь уста-
новленная корреляция между БЭМЗ и МВТ позволяет по
новому подойти к решению вопроса категорирования
взрывоопасных смесей.
3.3. НОВЫЕ МЕТОДЫ КАТЕГОРИРОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ
СМЕСЕЙ
Автоматизация ведения технологических процессов
взрывоопасных производств, оснащение этих произ-
водств системами связи, измерения привели к интен-
сивному развитию слаботочного оборудования с искро-
безопасными цепями, т. е. с цепями, в которых возможно
только безопасное в отношении воспламенения окружа-
ющей среды искрение.
В ПИВЭ 3-го издания [78] предусматривалось, что
электрооборудование с такими цепями разрабатывается
и испытывается для отдельных взрывоопасных смесей,
хотя уже тогда было отмечено, что ряд смесей имеют
равные или почти равные воспламеняющие токи. Были
начаты попытки разработать классификацию взрыво-
опасных смесей в зависимости от величин минимальных
воспламеняющих токов (МВТ), т. е. токов, которые под-
жигают взрывоопасную смесь с вероятностью 10-3 и
стандартизировать методику определения МВТ.
Такая классификация смесей по поджиганию элек-
трическими разрядами была разработана (табл. 3.2),
однако наличие двух классификаций смесей — одной для
использования взрывонепроницаемых оболочек, а дру-
гой— для искробезопасных цепей было весьма неудоб-
ным, особенно в тех случаях, когда в одном изделии
сочетались оба вида взрывозащиты: вдрывонепронпцае-
мость и искробезопасность. Усилия ученых многих стран
были направлены на поиски взаимосвязи величин БЭМЗ
и МВТ. Результаты, полученные впервые в Англии, по-
казали, что зависимость МВТ от БЭМЗ приближенно
может быть представлена в таком виде ([52]:
1g /=10,5^—1,209, (3.1)
Т а б л и п и 3.2
Категория взрывоопас- иой смеси Горючее вещество, образующее с воздухом взрывоопасную смесь МВТ* в цепи с пн- дуктивностью 0,1 Г при напряжении постоянного тока 24 В
наименование формула молекулы
I Метан сн4 185
ПА Ацетон СН3СОСН3 165
Бензол с3н6 170
Бутан С4Н10 165
Гексан с,н14 165
Гептан С,н16 175
Изогексан С,н14 165
Метанол СН3ОН 162
Окись углерода со 155
Пропан С3н8 180
Пропиленовый спирт С3Н,ОН 165
Уксусный альдегид сн.сно 170
Хлорвинил С2Н3С1 175
Хлористый этилен С1СН2СН2ОН —
Циклогексан с3н12 С3Нв 160
Циклопропан 150
пв Бутадиен 1, 3 дивинил сн2-снсн-сн2 128
Диэтиловый эфир (С2Н3)2О 132
Окись пропилена с3н„о 100
Окись этилена С2Н4О 95
Этилен С2Н4 115
ПС Ацетилен С2Н2 63
Водород Н2 80
Сероуглерод H2S 80
* (МВТ)—минимальный воспламеняющий ток определен с помощью искрообраз/ю-
шего механизма, создающего прерывистые замыкания и размыкания цепи.
где I — минимальный воспламеняющий ток, A; d — безо-
пасный экспериментальный максимальный зазор, дюймы
10,5 и 1,209 — коэффициенты уравнения прямой линии.
В дополнение к этому было принято еще одно ценное
предложение: использовать для классификации не само
значение МВТ, а отношение МВТ для данного вещества
к МВТ метано-воздушной смеси. Дело в том, что уста-
новка по определению МВТ была стандартизирована
в Международной электротехнической комиссии (МЭК)
лишь в 1971 г., а в различных странах накопились дан-
ные по МВТ для различных веществ, определенные на
принятых ранее в этих странах установках. Использова-
ние этих данных расширило перечень веществ, для ко-
торых установлена категория. В зависимости от отноше-
ний МВТ для различных смесей к МВТ метано-воздуш-
ной смеси категории устанавливаются, как указано
в табл. 3.3.
Если соотношения, указанные в таблице, находятся
в пределах 0,45—0,5 или 0,8—0,9, то следует провести
дополнительное определение БЭМЗ. Как видим, для
большого числа газо-паровоздушных смесей достаточно
определить величину минимального воспламеняющего
тока для того, чтобы установить категорию, к которой
относится та или иная смесь и только для некоторых
Таблица 3.3
Категория взрывоопасной смеси Отношение МВТ смеси к МВТ метано-воздушной смеси
I 1,0
ПА 0,8
ПВ 0,5-ьО, 8
ПС 0,45
требуется дополнительное
определение БЭМЗ. Затра-
ты же труда на определение
МВТ во много раз меньше,
чем на определение БЭМЗ.
Это позволяет сократить
время, необходимое для ус-
тановления категории смеси.
Процесс категорирования
взрывоопасных смесей в
дальнейшем может быть еще
сокращен за счет ис-
пользования корреляции между МВТ и минимальной
энергией поджигания Ет>п, которую было предложено
использовать для целей категорирования. Большая ис-
следовательская работа, выполненная в ВостНИИ, по-
зволила уточнить значения МВТ и Етщ Для целого ря-
да смесей. Была найдена простая зависимость между
этими параметрами [52]:
I=AEmin-{-B, (3.2)
где I — минимальный воспламеняющий ток, А, для це-
пей с индуктивностью от 0,001 Г и напряжением от 6 до
70 В; Emin — минимальная энергия поджигания, мДж;
А и В — коэффициенты, зависящие от напряжения и
индуктивности цепи. Эта формула оказалась справедли-
вой в диапазоне Етщ от 0,014 до 0,3 мДж и МВТ от 0,02
до 2,8 А.
Таким образом, практически все газо-паровоздушные
смеси, наиболее часто встречающиеся в промышленно-
сти, оказались подчиненными корреляции МВТ и Emin.
Дальнейшими исследованиями, проведенными во
ВНИИВЭ, были найдены простые зависимости между
минимальными энергиями поджигания для различных
64
углеводородов воздушных смесей:
Eimin = Eimin(u^\\ (3.3)
где Eimin, Ezmin — минимальные энергии поджигания,
Дж; И1н, «2н — соответственные максимальные нормаль-
ные скорости распространения пламени, м/с.
Зная максимальные нормальные скорости распро-
странения пламени и w2H для смесей с известной Е1тг,г
и неизвестной E2min энергиями поджигания соответст-
венно, можно по уравнению (3.3) определять минималь-
ные энергии поджигания для большей части углеводо-
дородов. При этом в качестве известных «щ и Eimin
целесообразно использовать параметры хорошо изучен-
ных смесей. Например, используя в качестве исходной
бутано-воздушную смесь с достаточно хорошо исследо-
ванными параметрами, уравнение (3.3) может быть
упрощено следующим образом [105]:
£^=3^1O-4, (3.4)
и н
где Emin—определяемая минимальная энергия поджи-
гания, мДж; пн — максимальная нормальная скорость
распространения пламени для определяемой смеси, м/с.
В табл. 2.7 приведены значения минимальных энер-
гий поджигания для некоторых смесей, рассчитанных
по формуле (3.4).
Зная минимальные энергии поджигания, можно по
приведенной формуле (3.2) рассчитывать минимальные
воспламеняющие токи без проведения трудоемких ис-
пытаний.
Согласно ГОСТ 12.1.010-76 «ССБТ. Взрывобезопас-
ность. Общие требования», минимальная энергия под-
жигания определена как официальный показатель взры-
воопасности смеси. В ближайшие годы разработчики
веществ должны будут определить этот показатель как
паспортный, и в перспективе можно будет не находить
экспериментальным путем ни БЭМЗ, ни МВТ для кате-
горирования взрывоопасных смесей.
В публикации МЭК 79-12 допускается ориентиро-
вочно устанавливать категорию смеси для веществ,
являющегося сложным соединением, если установлена
категория смеси для вещества, входящего в тот же
гомологический ряд и имеющего более низкую молеку-
лярную массу.
5—71 65
3.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
ПО ГРУППАМ
Применение взрывозащищенного электрооборудова-
ния неразрывно связано с сопоставлением максималь-
ной температуры его частей, соприкасающихся с внеш-
ней средой, с температурой самовоспламенения газо-
паровоздушных смесей, в которых предполагается его
установка. Обычно оборудование рассчитывается для
применения не в одной какой-либо смеси (кроме руд-
ничного электрооборудования), а в группе смесей. По-
этому все взрывоопасные смеси в зависимости от вели-
чины температуры самовоспламенения разделяются на
группы.
В действовавшей до 1981 г. гл. VII-3 ПУЭ 4-е изд.
(1966) было принято разделение взрывоопасных смесей
на четыре группы; условные наименования групп и тем-
пературные пределы самовоспламенения которых при-
ведены в табл. 3.4.
Недостатком приведенной группировки смесей было
Таблица 3.4
Группа взрывоопас- ных смесей Температура самовос- пламенения, °C
А более 450
Б свыше 300 до 450
Г свыше 175 до 300
Д свыше 120 до 175
то, что относящаяся к груп-
пе Д редко встречающая-
ся сероуглеродо-воздушная
смесь требовала весьма низ-
кой температуры поверхно-
сти для значительной номен-
клатуры оборудования. По-
этому в новой редакции гл.
VI1-3 ПУЭ (5-е изд.) приня-
то разделение взрывоопас-
ных смесей на шесть групп, наименование и температу-
ры самовоспламенения которых приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Группа взрыво- опасной смеси Температура самовосптаменения
°C (К) свыше
Т1 450 (723)
Т2 300 (573) до 450 (723)
ТЗ 200 ( 473) до ЗСО (573)
Т4 135 (408) до 200 (473)
Т5 100 (373) до 135 (408)
Тб 85 (358) до 1С0 (373)
Это разделение соответствует рекомендациям МЭК
79-10.
Категория и груп-
па взрывоопасных
смесей
I—Т1
ПА—Т1
ПА—Т2
Горючее вещество, образующее с воздухом взрывоопасную смесь
Метан (рудичный)2
Аллил хлористый, аммиак, ацетон, ацетонитрил,
бензол, бензотрифторид, винил хлористый, винилиден
хлористый, 2-винилпиридин, 4-винилпиридин, газовая
смесь—10% водорода и 90% аргона, диизопропило-
вый эфир, 1, З-дихлорбутеи-2, 1, 2-дихлорпропаи. ди-
хлорэтан, дициклопентадиен, диэтиламин, доменный
газ, изобутан, изобутилен, изопропилбензол, ингиби-
тор коррозии металлов И-К-10, кислота уксусная,
ксилол, метан (промышленный)3, метилацетат, мети-
лизоционат, 2-метилпиридин, 4-метилпиридин, а-метил-
стирол, метил хлористый, метилхлорформиат, метил-
циклопропилкетон, метилэтилкетон, окись углерода,
пиридин пропан, разбавитель РЭ-1, растворители:Р-4,
Р-5, РС-1, сольвент нефтяной, спирт диацетоиовый,
стирол, толуол, трифторпропен, трифторхлорпропан,
трифторхлорэтилен, трифторэтан, трифторэтиловый
спирт, триэтиламин, хлорангидрид акриловой кислоты,
хлорбензол, циклопента диен, этан, этил хлористый
Алкилбензол, аллилацетат, амилацетат, ангидрид
уксусный, ацетилацетон, ацетил хлористый, ацето-
пропилхлорид, бензин Б95 130, бутан, бутилацетат,
бутилен, бутилпропионат, винилацетат, винилиден фто-
ристый, диатол, диизопропиламин, димер метилцикло-
пентадиена, диметиламин, диметилвинилэтинилкарби-
нол, диметилформамид, изоамилен, изооктан, изопен-
тан, изопрен, изопропиламин, изопропилхлорацетат,
ингибиторы коррозии металлов марки: И-2-Е, И-К-40М,
И-25-Д, И-5ДТМ, Север-1, кислота пропионовая, ла-
ки; НЦ-218, НЦ-224, НЦ-243, метиламин, метилизо-
бутилкарбинол, метилчзобутилкетон, метилмеркаптан,
метилметакрилат, метилтретичноамиловый эфир, ме-
тилтретичнобутидовый эфир, 2-метилтиофен, метил-
трихлорсилан, метилфуран, метилхлорметилдихлорси-
лан, метилциклопентадиен, моноизобутиламин, окись
мезитила, пентадиен-1,3, пропиламин, пропилен, раз-
бавители: РДВ, РКБ-1, РКБ-2, растворители: №646,
№ 647, № 648 № 649, Р-40, РС-2, БЭФ, АЭ; спир-
ты: амиловый третичный, бутиловый нормальный, бу-
тиловый третичный, 1,1-диметил-5-гидроперфторами-
ловый, 1,1-диметилтригидроперфторпропиловый, изо-
амиловый, изобутиловый, изопропиловый, метиловый,
пропиловый, 1, 1, 3-тригидроперфторпропиловый, фур-
фуриловый, этиловый; 1,1,3-тригидротетрафторпропи-
лакритат, трифторпропилметилдихлорсилан, трифтор-
хлорэтилметиловый эфир, трифторэтилен, трихлорэти-
лен, хлористый изобутил, циклогексанол, циклогекса-
нон, цикло пентен, этиламин, этилацетат, этилбензол,
этилбутират, этилендиамин, этиленхлоргидрии, этилизо-
бутират, этилфтормиат
Категория и груп-
па взрывоопасных
смесей
Горючее вещество, образующее с воздухом взрывоопасную смесь
ПА—ТЗ
ПА—Т4
Бензины: А-66, А-72, А-76, Б-70 „Галоша”,
экстракционный по ГОСТ 462—51, экстракционный по
МРТУ 12Н-20-63; бутил хлористый, бутилметакрилат,
винилциклогексен, гексан, гептан, диизобутнламин,
диметиламиноэтанол, N, N—димстилпропандиамин—
1,3 дипропиламин, диэтиламиноэтаиол, изовалериано-
вый альгедид, изооктилеи, ингибиторы коррозии ме-
таллов: И-21-Д, И-ЗО-Д; камфен, керосин, лаки:
ПЭ-250, ПЭ-232; метиловый эфир, |3—метоксипропио-
новой кислоты, морфолин, нефть, пентан, петролей-
ный эфир, полиэфир ТГМ-3, растворитель № 651,
сероокись углерода, скипидар, спирт амиловый, те-
трагидроинден, тетрафторэтилеи, топливо: Т-1, ТС-1,
Т-6, Т-8, печное марки А; триметиламин, уайт-спи.
рит, циклогексан, циклогексиламин, этилдихлортио
фосфат, этилмеркаптан
Альдегиды: изомасляиый, масляный, пропионо-
вый; ацетальдегид, декан, а-изопропил-?-изобутила-
кролеин, тетраметилдиаминометан, 1,1,3-триэтокси-
бутан
ПА—Т5
ПА—Тб
ПВ—Т1
ИВ—Т2
ПВ—ТЗ
ПВ—Т4
ПВ—Т5
ПВ—Тб
ПС— Т1
Коксовый газ, сииильиая кислота
Винилнорборнен, дивинил, 4,4—диметилдиоксаи,
1,3 диметилдихлорсилаи, диоксан, диэтилдихлорсила н,
камфорное масло, кислота акриловаи, метилакрилат,
метилвинилдихлорсилаи, нитрил акриловой кислоты,
нитроциклогексан, окись-2-метилбутена-2, окись про-
пилена, окись этилена, растворители: АКР, АМР-3;
триметилхлорсилаи, формальдегид, фуран, фурфурол,
эпихлоргидрин, этилен, этилтрихлорсилан
Акролеин, бутилакрилат, бутилглицидный эфир,
винилтрихлорсилан, метилаль, метилдигидропиран,
4-метилентетрагидропиран, сероводород, тетрагидро-
бензальдегид, тетрагидрофуран, тетраэтоксилан, три-
этоксисилан, топливо дизельное (зимнее), формаль-
гликоль, у-хлорпропилтриэтоксисилан, этилдихлорси-
лан, этилиденнорборнеи, этилцеллозольв
Дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диэтиловый
эфир этиленгликоля
Водород, водяной газ, газовые смеси: водорода
75% и азота 25%, водорода 50% и окиси углерода
50%, светильный газ
Ппродолжение табл. 3.6
Категория и груп- па взрывоопасных смесей Горючее вещество, образующее с воздухом взрывоопасную смесь
ПС—Т2 ПС—ТЗ ПС—Т4 ПС—Т5 ПС—Тб Ацетилен, метилдихлорсилаи Трихлорсилан Сероуглерод
’ По состоянию на 1 января 1980 г.
8 Под рудничным метаном следует понимать рудничный газ, в котором кроме ме-
тана содержанке газообразных углеводородов в объемных долях — гомологов метана
Са—Сз—не более 10%, а водорода в пробах газов из шпуров сразу после бурения—не
более 0,2% общего объема горючих газов.
8 В промышленном ?<етане объемная доля водорода монет составлять до 15%.
Установка для определения температуры самовоспла-
менения газо- и паровоздушных смесей должна соответ-
ствовать ГОСТ 12.1.011-78.
Распределение в соответствии с классификацией,
принятой в гл. VII-3 ПУЭ (5-е изд.) веществ по группам
в зависимости от температуры самовоспламенения их
смесей с воздухом и по категориям, приведено
в табл. 3.6.
Глава четвертая
ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОСТИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ
ЕГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
4.1. ВИДЫ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
а) Общие сведения
Как было отмечено в первой главе, взрывоопасная
ситуация создается при одновременном наличии смеси
горючего вещества с окислителем в определенном со-
отношении и источника воспламенения, способного вы-
делить достаточную энергию для инициирования про-
цесса взрыва. Наиболее радикальной мерой по обеспе-
чению безопасного применения электрооборудования
является его вынос за пределы взрывоопасной зоны, что
и рекомендуется ПУЭ как первоочередное мероприятие.
Однако во многих случаях этого сделать не удается и
69
необходимо применять взрывозащищенное электрообо-
рудование, в котором приняты меры или существуют
средства, обеспечивающие его пригодность для исполь-
зования во взрывоопасной атмосфере.
Принципы, на которых базируется взрывозащита,
а также меры и средства ее обеспечения представлены
на рис. 4.1. Некоторые средства и меры, схематически
изображенные на этом рисунке (отмечены звездочкой),
не получили к настоящему времени применения в созда-
нии взрывозащищенного электрооборудования и при-
ведены на схеме для полноты рассмотрения вопроса.
Остальные — узаконены в нормативных документах и
Рис. 4.1. Принципы обеспечения взрывозащиты
именуются согласно [22] видами взрывозащиты. Рассмо-
трению конкретных мер для каждого вида взрывозащи-
ты будут посвящены отдельные параграфы настоящей
главы, здесь же мы остановимся на рассмотрении прин-
ципов ее обесценения’ Следует иметь в виду, что пара-
метры взрывозащиты электрооборудования, содержа-
щиеся в нормативных документах (ГОСТ, Правилах
и др.), определены, если это не оговорено особо, для
нормального состояния окружающей взрывоопасной
среды: давление — нормальное атмосферное (0,1 МПа),
температура от 20 до 40°С.
б) Локализация взрыва оболочкой
Это традиционный способ взрывозащиты, заключаю-
щийся в том, что токоведущие части оборудования по-
мещены в оболочку, которая исключает возможность
70
передачи взрыва наружу. Оболочка должна выдержи-
вать давление взрыва, а места сопряжений отдельных ее
деталей и узлов выполняются такими, что пламя и про-
дукты взрыва, выходящие из оболочки наружу, охлаж-
даются до безопасных температур. Этот вид взрывоза-
щиты так и именуется — взрывонепроницаемая оболоч-
ка. При этом виде взрывозащиты нет необходимости
накладывать какие-либо ограничения на встраиваемое
в оболочку электрооборудование или на среду, которая
может образоваться в ней.
в) Размещение токоведущих частей
в неопасной контролируемой среде
Этот принцип заключается в том, чтобы несмотря
на наличие или появление взрывоопасной атмосферы
в помещении или наружной установке, где размещено
электрооборудование, его токоведущие части находились
бы в неопасной среде. Этой неопасной средой может
быть газ, жидкость, сыпучие или твердые заполнители.
Газовая среда (чистый воздух или инертный газ) долж-
на находиться в оборудовании под избыточным давлени-
ем по отношению к наружной атмосфере во избежание
ее проникновения внутрь, и поэтому этот вид взрыво-
защиты получил наименование «заполнение или про-
дувка оболочки под избыточным давлением».
В качестве защитной жидкости, в которую погружа-
ются токоведущие части электрооборудования, исполь-
зуется в основном трансформаторное масло и поэтому
такой вид защиты получил наименование «масляное за-
полнение оболочки» и по аналогии — «кварцевое запол-
нение оболочки» при использовании кварцевого песка
в качестве изолирующей среды. Хотя песок не является
абсолютным изолятором от окружающей атмосферы, он
столь надежно гасит возникающее в его порах пламя,
что можно не говорить в этом случае о контакте источ-
ника с внешней средой. В том случае, когда оборудо-
вание не содержит подвижных элементов и нет необхо-
димости в контроле токоведущих частей, для их изоля-
ции от внешней среды часто используют термореактив-
ные компаунды.
Если электрооборудование предназначено для экс-
плуатации только в тех местах, где взрывоопасная ат-
мосфера может появляться на короткое время, то мож-
но использовать время, необходимое для проникновения
внешней опасной среды внутрь оборудования, в качестве
защитного фактора. При ограничении размеров зазоров
(щелей) и каналов, через которые сообщается внутрен-
няя полость электрооборудования с окружающей сре-
дой, ограничении «дыхания» электрооборудования, нор-
мальный состав воздуха внутри изделия может сохра-
няться в течение времени, намного превышающего срок
нормализации аварийно возникшей взрывоопасной ат-
мосферы. Предупредить образование взрывоопасной
концентрации внутри электрооборудования можно так-
же за счет пламенного или беспламенного (каталиче-
ского) окисления горючих веществ по мере их поступ-
ления в оболочку либо ингибирования проникающей
снаружи взрывоопасной смеси. (Ингибированием назы-
вают введение ингибиторов — веществ, замедляющих
или прекращающих протекание .химических реакций.)
Эти меры по снижению взрывоопасности атмосферы
внутри оболочки представляются достатончо перспек-
тивными, хотя и требуют длительно действующих на-
дежных ингибиторов или средств удаления горючего.
г) Контроль источника инициирования взрыва
Этот контроль может быть применен к электрообо-
рудованию двух видов: не имеющему нормально искря-
щих частей и слаботочному электрооборудованию. В пер-
вом случае можно принять также дополнительные меры,
повышающие надежность оборудования, при кото-
рых вероятность появления искрений, дуг, опасных пе-
регревов существенно снизится и оборудование можно
будет использовать во взрывоопасной атмосфере. К этим
средствам относятся следующие меры повышения на-
дежности электрооборудования: применение высокока-
чественных изоляционных материалов с уменьшенными
тепловыми механическими и электрическими нагрузками
по сравнению с принятыми для оборудования общего
назначения; повышенное качество контактных соедине-
ний; соответствующая защита от воздействий окружаю-
щей среды. Комплекс этих средств получил наименова-
ние защита вида «е». В слаботочном электрооборудова-
нии удается во многих случаях ограничить энергию, вы-
деляемую при искрении в цепях, находящихся во взры-
воопасной среде до такого значения, что электрический
72
разряд не может ее воспламенить. Такая цепь получила
наименование «искробезопасной электрической цепи».
Этот вид взрывозащиты получил за последние десяти-
летия исключительно широкое распространение.
4.2. ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМАЯ ОБОЛОЧКА
Ранее было показано, что пламя, проходящее через
узкие каналы, при определенных геометрических разме-
рах этих каналов может гаснуть.
Явление погасания пламени связано
с отводом теплоты в стенки канала.
Этот принцип положен в основу
обеспечения взрывонепроницаемо-
сти оболочек электрооборудования
Схематически взрывонепроницаемая
оболочка показана на рис. 4.2. Ос-
новными параметрами, осуществля-
ющими взрывонепроницаемость обо-
лочки, являются:
взрывонепроницаемый зазор
(щель) — это зазор между взрыво-
защитными поверхностями прилега-
ющих частей оболочки, через кото-
рый могут прорываться пламя или
Рис. 4.2. Схема
взрывонепроннцаемой
оболочки
раскаленные продукты взрыва, не вызывая воспламене-
ния окружающей взрывоопасной смеси.
Взрывонепроницаемый зазор характеризуется шири-
ной (высотой), длиной, конфигурацией и чистотой об-
работки взрывозащитных поверхностей.
Помимо взрывонепроницаемого зазора различают
следующие виды зазоров между взрывозащитными по-
верхностями:
безопасный экспериментальный максимальный зазор
(БЭМЗ)—это зазор между взрывозащитными поверх-
ностями, при котором прекращаются воспламенения го-
рючей смеси, окружающей оболочку, при оговоренных
условиях эксперимента согласно [21];
критический зазор [78] —это зазор между плоскими
взрывозащитными поверхностями, при котором воспла-
менения окружающей оболочку горючей смеси происхо-
дят с частотой не более 50% от предписанного количе-
ства поджиганий внутри оболочки (назначение такого
зазора и БЭМЗ рассмотрено в § 3.1 и 3.2).
Ширина взрывонепроницаемого зазора 1F— наиболь-
шее допустимое расстояние между взрывозащитными по-
верхностями, при котором обеспечивается его взрыво-
непроницаемость для заданной взрывоопасной смеси.
Этим расстоянием руководствуются при конструиро-
вании взрывонепроницаемых оболочек электрооборудо-
вания
= или
Л лг
где №бэм — ширина БЭМЗ; 1FKP — ширина критического
зазора; К и Ki— коэффициенты запаса.
Длина взрывонепроницаемого зазора L—кратчай-
ший путь по взрывозащитной поверхности из оболочки
в окружающую среду или из одного отделения в дру-
гое.
Свободный объем оболочки V — внутренний объем
' оболочки за вычетом объема, занимаемого встроенными
I элементами.
Воспламенение смеси снаружи взрывонепроницаемой
оболочки зависит от скорости смешивания окружающей
оболочки холодной горючей (взрывчатой) смеси со стру-
ей горячих продуктов, выбрасываемых через зазор. Пос-
ле внутреннего взрыва холодная смесь охлаждает вы-
летающую струю, но в то же время добавляет в нее го-
рючий компонент и кислород, новые порции реагирую-
щих веществ. Таким образом, температура струи за
счет сгорания этих веществ повышается. Критическое
условие наступает тогда, когда скорость охлаждения
"горячей струи в результате ее разбавления (смешива-
ния) уравновешивает скорость нагрева струи за счет
сгорания смеси, увлекаемой струей. Температура струи
в общем случае зависит от физико-химических свойств
'горючей смеси, как это указывалось раньше, а также
от передачи теплоты во фланцевый зазор. Скорость
вылета струи определяется величиной давления, разви-
ваемого при взрыве смеси внутри оболочки, скоростью
его нарастания, а также соотношением объема оболочки
и основных параметров взрывонепроницаемого зазора.
Взрывозащиту электрооборудования, основанную на
использовании взрывонепроницаемой оболочки с взры-
74
вонепроницаемым зазором — щелью, принято называть
щелевой защитой.
Аналитическое выражение для оценки ширины
критического зазора приведено в [54]:
<4Л>
где х; — температуропроводность газовой смеси, м2/с;
ив — нормальная скорость распространения пламени,
м/с; А — энергия активации, Дж/кмоль; 7? — универ-
сальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К); Тв — темпе-
ратура во фронте пламени, К.
Однако уравнение (4.1) не учитывает спада давления
при выходе продуктов взрыва из зазора, нарастания
давления в оболочке при горении смеси' и других фак-
торов, сопутствующих распространению пламени в зам-
кнутых объемах.
Материал фланцев определенным образом сказыва-
ется на величине критического зазора. Если использо-
вать пластмассовые и металлические (медные) трубки,
то несмотря на различие в теплопроводности этих мате-
риалов почти в 3000 раз, величина критического диамет-
ра почти не меняется. Объясняется это тем, что повы-
шение температуры стенок трубок незначительно при
любом их материале, так как теплоотдача, например,
в случаях применения трубок из меди и пластмассы
будет находиться в соотношении, равном примерно еди-
нице. За время прохождения пламени допустим с тем-
пературой 2000°С, температура поверхности медной
стенки трубки нагревается всего на 0,18°, а пластмассо-
вой— на 5°С, что практически одно и то же.
В то же время при изучении охлаждения продуктов
взрыва метано-воздушной смеси в зазоре между флан-
цами экспериментально было установлено, что при ма-
лых зазорах (1Е=0,2—0,5 мм) стальные фланцы лучше
охлаждают поток горячих газов, чем, например, фланцы
из пластмассы К-78-51.
Величина критического зазора зависит от места рас-
положения и количества источников поджигания смеси
в оболочке. Наименьшая величина критического зазора
будет при расположении источника поджигания на рас-
стоянии порядка 10 мм от внутренней кромки фланцев.
При перемещении источника поджигания к центру обо-
лочки величина критического зазора возрастает. Если
75
источник придвинуть к кромке фланца ближе чем на
10 мм, то величина критического зазора также несколь-
ко увеличится. Экспериментально установлено, что ве-
роятность поджигания окружающей смеси (вокруг обо-
лочки) возрастает, если пламя входит в зазор между
фланцами при небольшом давлении.
В настоящее время большинство экспериментов,
в том числе и контрольные испытания на взрывонепро-
ницаемость, проводятся при расположении источника
поджигания в 10 мм от внутренней кромки фланцев.
В табл. 4.1 приведена зависимость максимального
давления при взрыве метано-воздушной смеси (объем-
ная доля метана 9%) в оболочке объемом 8 л от числа
источников воспламенения.
Таблица 4.1
Число источников воспла- менения Максимальное давление взрыва, МПа изб. Время от начала воспла- менения до возникновения максимального давления, мс
1 0,62 152
2 0,58 140
3 0,55 130
Ширина критического зазора зависит от длины зазо-
ра— ширины фланцев на оболочке, т. е., иными слова-
ми, зависит от времени контактирования продуктов го-
рения со стенками фланцев.
На рис. 4.3 показаны зависимости ширины критиче-
ского зазора от его длины для некоторых взрывоопас-
ных смесей. Как видно из графиков, для смесей метана,
гексана, бензола, светильного газа и сероуглерода с воз-
духом значительное влияние на ширину критического
зазора оказывает изменение его длины (т. е. ширины
фланцев) в пределах от 0 до 25 мм.
Для водородно-воздушной смеси изменение ширины
фланцев с 5 до 25 мм практически не оказывает влия-
ния на величину критического зазора и только с уве-
личением ширины фланцев больше чем 25 мм проис-
ходит его увеличение. Для ацетилено-воздушной смеси
ширина фланцев практически не влияет на величину
критического зазора.
В связи с этим при разработке норм на конструиро-
вание взрывонепроницаемых оболочек всегда оговарива-
ются допустимые взрывонепроницаемые зазоры при
вполне определенной ширине фланцев. В равной степе-
ни замечено, что с уменьшением объема оболочки кри-
тический зазор возрастает. Это положение также огова-
ривается в правилах конструирования.
Выражением (1.9) было показано, что нормальная
скорость горения смеси пропорциональна квадрату на-
Рис. 4.3. График зависимости ширины (высоты) зазора 1Гкр от его
длины L — ширины фланцевого соединения (при вероятности пере-
дачи взрыва Agio,5) для взрывоопасных смесей с воздухом:
1 — метана; 2 — гексана: 3—бензола; 4— светильного газа; 5—водорода; б —
ацетилена; 7 — сероуглерода
чальной температуры. Существует также зависимость
ширины критического зазора, м, от начальной темпера-
туры смеси в соответствии со следующим выражением
[33]:
^кр=^, (4-2)
где Т — начальная температура смеси, К; К. — экспери-
ментальный коэффициент; а — показатель степени (а<
<1) зависит от состава смеси. Исследованиями уста-
новлено, что в диапазоне изменения температур 20—
120°С, изменение ширины критического зазора незначи-
тельно, и в практике взрывозащищенности электрообо-
рудования это явление не учитывают.
При взрыве смеси внутри оболочки развиваются дав-
ления, зависящие от вида смеси, формы и объема обо-
лочки. Ширина критического зазора, м, в свою очередь
зависит от начального давления смеси. Эта зависимость
может быть представлена в следующем виде [33]:
= ~Рь~, (4-3)
'о
Ра—начальное давление смеси, МПа; М — эксперимен-
тальный коэффициент; Ь — показатель степени зависит
от концентрации смеси.
Воспламенение смеси быстрее всего наступает, если
она находится в движении с незначительной скоростью.
Заметное увеличение скорости движения смеси относи-
тельно источника воспламенения приводит к обратному
явлению.
В табл. 4.2 показано влияние начального давления
некоторых газовоздушных смесей на ширину критиче-
ского зазора для оболочки цилиндрической формы
с длиной зазора (шириной фланцев) 15—25 мм.
Таблица 4.2
Начальное давле- ние, МПа Ширина критического зазора, мм, в зависимости от объемной доли метана и водорода, % (в скобках) в горючей части газовоздушной смесн оптимального состава
метан (60) водород (40) метан (40) водород (60) метан (25) водород (75) водород (100)
0,10 0,9 0,65 0,55 0,32
0,12 0,75 0,58 0,50 0,30
0,14 0,68 0,52 0,45 0,28
0,15 0,60 0,48 0,41 0,25
0,20 0,52 0,40 0,35 0,20
0,22 0,50 0,38 0,28 0,18
0,24 0,48 0,35 0,22 0,16
На ширину критического зазора оказывает влияние
также конфигурация оболочки и прежде всего наличие
сопряженных полостей, т. е. полостей, разделенных пе-
регородкой с небольшими отверстиями (конечно боль-
ших, чем 1FKP). Для подавляющего большинства смесей
углеводородов с воздухом увеличение давления взрыва
приводит к уменьшению Й71!р.
В теоретическом отношении вопрос поджигания окру-
жающей оболочку смеси выходящим из щели пламенем
является чрезвычайно сложным. Эти пламена, как пра-
вило, сильно завихрены, концентрация взрывоопасной
смеси и температура в заданной точке и в данный мо-
78
мент времени не равны их средним значениям, а явля-
ются случайными функциями времени, что не дает воз-
можности найти для этих параметров обобщенные соот-
ношения. В то же время между шириной выходящей
воспламеняющей струи и температурой возпламенения
имеется определенная связь: чем меньше ширина щели
(иными словами, чем меньше ширина зазора), тем выше
минимальная температура воспламенения.
Этот результат может быть объяснен следующими
общими соображениями. Если ширина струи сравнима
с масштабом турбулентности, то при дальнейшем ее
уменьшении количество теплоты, вносимое струей, будет
уменьшаться, а расход теплоты на подогрев свежей
смеси будет почти постоянен, поскольку он определяет-
ся главным образом мелкомасштабными пульсациями.
Следовательно, время существования и количество объе-
мов с оптимальным соотношением между температурой
и концентрацией будет также уменьшаться. Соответст-
венно уменьшится и количество теплоты в результате
реакции, что, в конце концов, приведет к ухудшению
воспламенения.
При изучении условий поджигания ацетилено-воз-
душных смесей было обнаружено, что из щели кроме
пламени вылетают светящиеся частички, которые, как
это было установлено в дальнейшем, оказались части-
цами дисперсного углерода.
Вообще чистый углерод образуется при сгорании
практически любого углеводорода (например, при сго-
рании бензола, толуола и других, в воздухе образуется
большое количество чистого углерода), но частицы угле-
рода, полученные при сгорании ацетилено-воздушной
смеси, имеют ряд особенностей.
Ширина критического зазора, которая в результате
экспериментов была найдена равной 0,03 мм, значитель-
но ниже расчетного. Все это связано с образованием
частичек сажи. Поскольку скорость горения ацетилено-
воздушной смеси, а также температура продуктов сгора-
ния достаточно велика, образовавшиеся частицы углеро-
рода успевают пролететь через щелевой зазор, не осты-
вая ниже 500—800°С. Начиная с этой температуры и
выше на поверхности углеродистой частицы преоблада-
ет процесс экзотермического разложения ацетилена со
значительным выделением теплоты. Частичка углерода,
вылетев из щели, в результате разогрева становится
источником поджигания окружающей оболочку взрыво-
опасной смеси. Поскольку для приобретения частицей
необходимой температуры требуется определенное вре-
мя, воспламенение взрывоопасной смеси происходит
с большой задержкой. Экспериментально было доказа-
но, что плоские фланцевые соединения не пригодны как
средства взрывозащиты для ацетилено-воздушных сме-
сей (для оболочек объемом более 0,05 л). Нужны дру-
гие средства, обеспечивающие не только охлаждение
продуктов взрыва до безопасной температуры, но и
препятствующие вылету образующихся частиц из обо-
лочки в окружающее ее пространство.
Как показали исследования, проведенные во
ВНИИВЭ, поджигание частицами происходит и в неко-
торых других смесях, что потребовало дополнительно
классификации смесей по подкатегориям.
Вылет частиц из оболочки наблюдается также при
возникновении мощных коротких замыканий. Однако ха-
рактер воспламенения здесь иной, чем при поджигании
частицами углерода. При коротких замыканиях вылета-
ют металлические частицы, нагретые до высокой тем-
пературы. Плоские фланцевые соединения и в этом
случае также не обеспечивают необходимого охлажде-
ния, нужны дополнительные устройства, которые бы
задерживали эти частицы.
Критический зазор для малых объемов оболочек (не
превышающих 100 см3), существенно зависит от объема.
Это связано с тем, что теплосодержание горючих ве-
ществ, отнесенное к площади щели (измеренное по нор-
мали к направлению движения горячей струи), будет
недостаточно для поддержания температуры струи на
выходе из оболочки на уровне, необходимом для под-
жигания холодной смеси, поступающей в струю. Иными
словами, окружающая оболочку смесь успевает охла-
дить горячую струю раньше, чем начнется химическая
реакция горения, и процесс воспламенения окружающей
смеси не происходит. При объеме оболочки более 100 см3
количества продуктов взрыва оказывается достаточно
для того, чтобы температура более длительное время
оставалась на необходимом для воспламенения холод-
ной струи уровне. Поэтому для оболочек более 100 см3
критический зазор не зависит от объема оболочки. Этот
вывод очень важен для конструирования взрывонепрони-
цаемых оболочек.
Вторым важнейшим параметром, определяющим
взрывозащитные свойства взрывонепроницаемой обо-
лочки, является ее взрывоустойчивость. Коэффициентом
взрывоустойчивости является отношение допустимого
напряжения для материала и конструкции оболочки
Одоп к напряжению, возникающему в стенках оболочки
при воздействии на них давления взрыва оВзр- Этот ко-
эффициент должен быть не менее двух.
Взрывоустойчивость зависит от максимального дав-
ления взрыва смеси внутри оболочки и времени его
нарастания. Давление взрыва внутри оболочки может
быть определено по формуле
(1.10). Оно зависит от состава,
начального давления и темпера-
туры смесн, а также от самой
оболочки (формы, объема, места
расположения взрывонепроница-
емой щели и т. п.).
На рис. 4.4 показана осцилло-
Рис. 4.4. Изменение дав-
ления Р при взрыве
в оболочке метано-воз-
душнон смеси в зависи-
мости от ширины зазора
(высоты): Wt<W2<W3
грамма развития давления в обо-
лочке, имеющей различные зазо-
ры, при взрыве смеси. Развитие
давления взрыва до максималь-
ной величины Ртах характеризу-
ется временем нарастания дав-
ления которое зависит от физико-химических свойств
смеси. Воздействие давления на оболочку характеризу-
ется временем спада давления tcn, зависящим от вели-
чины взрывонепроницаемого зазора. В рассматриваемом
случае ЦТ) < 1Г2< Чем больше зазор, тем меньше вре-
мя воздействия давления Ртах на стенки оболочки, и
при прочих равных условиях, тем ниже может быть ее
взрывоустойчивость.
В табл. 4.3 приведены максимальные давления взры-
ва и время его нарастания для газовоздушных смесей
оптимальных концентраций.
Замещение доли азота в газовоздушной смеси ки-
слородом приводит к росту максимального давления
взрыва и снижению ширины критического зазора. При
воспламенении смеси внутри оболочки мощным источ-
ником поджигания, например, дуговым коротким замы-
канием, возникающим на Электрических частях обору-
дования, возникает давление взрыва, зависящее как от
мощности дуги, так и от объема оболочки. Во всех
6—71
81
Таблица 4.3
Горючий газ, объемная доля 'В смеси, % (в скоб- ках) Максимальное давление взрыва, МПа изб. (в числителе) и время нарастания давления, мс (в знаменателе) в зависи- мости от формы оболочки
сферическая кубическая цилиндрическая) прямоугольная
Метан (9) 0,73/70 0,62/140 0,56/178 0,52/200
Пентан (3) 0,88/56 0,72/120 0,66/142 0,62/152
Коксовый газ 0,74/14 0,61/34 0,57/43 0,55/46
(53,4) •Водород (29) 0,75/8 0,62/16 0,58/20 0,54/22
•случаях максимальное давление взрыва при воспламе-
нении дуговым коротким замыканием будет значительно
выше, чем при воспламенении маломощным источни-
ком.
Взрывонепроницаемый зазор при поджигании дуго-
вым коротким замыканием также уменьшается. Так,
если для метано-воздушной смеси взрывонепроницаемый
зазор для маломощного источника поджигания имеет
ширину 0,5 мм, то при поджигании дуговым коротким
замыканием допустимая ширина зазора снижается до
0,1 мм для оболочек емкостью до 10 л и до 0,2 мм—
для оболочек емкостью свыше 10 л. Особенностью под-
жигания дуговым коротким замыканием является то,
что чем меньше объем оболочки, тем значительнее влия-
ние параметров дугового короткого замыкания на кри-
тический зазор.
Энергия, Дж, выделяющаяся в дуге при дуговом
коротком замыкании, определяется выражением [106]:
А=КШт, (4.4)
2 U
где К = — — коэффициент короткого замыкания, для
малых мощностей КЗ К=0,07; при мощности КЗ 10-*-
500 MB-А Л'=0,12-*—0,25; U — действующее значение на-
пряжения после отключений КЗ, В; I — действующая си-
ла тока КЗ, А; т — длительность горения дуги КЗ, с;
ил — напряжение горения дуги, В; U3 — напряжение за-
жигания дуги при смене направления тока КЗ, В.
Энергия, выделяющаяся в дуге, увеличивает ско-
рость поступательного и вращательного движения мо-
лекул газа. При расчете возникающего в оболочке дав-
ления при дуговом КЗ обычно энергию вращательного
-82
движения не учитывают, поэтому давление, МПа, можег
быть определено по следующей формуле [106]:
> _ 2КШг
к’3 ~~ 3V
(4.5),
где V — объем оболочки, м3.
Давление взрыва, МПа, воздействующего на стенки
оболочки, может быть определено из следующего вы-
ражения [106]:
Т I Т \
Лзр = ^к. зН + Рк. 3 = Л. 3 1 + М (4.6).,
1 о \ 1 о )
где т] — доля смеси, выгоревшая при воздействии КЗ
до достижения максимального давления взрыва; р, Тг,
Го-—см. обозначения к формуле (1.8).
Для обеспечения взрывозащиты оболочек электро-
оборудования, предназначенного для малоисследован-
ных взрывоопасных смесей, представляет интерес опре-
деление критических зазоров или БЭМЗ.
Для предварительной оценки можно использовать
следующий метод расчета, в основу которого положено
определение ширины зоны горения пламени б по основ-
ным свойствам продуктов горения.
Экспериментально установлено, что ширина БЭМЗ—
№бэм, м, связана с шириной зоны горения пламени сле-
дующим соотношением:
(4.7),
где
обозначения те же, что и в формуле (2.12); В=0,5—
эмпирический коэффициент.
Установлено, что ширина безопасного эксперимен-
тального максимального зазора коррелируется с мини-
мальной энергией поджигания Emin для одной и той же
смеси и может быть представлена согласно исследова-
6* 83,
ииям ВНИИВЭ следующим соотношением:
1Гёзм=0,2Г^ (4-8)
где Emin — в мДж.
Таким образом, зная для неизвестного вещества
Emin, можно определять БЭМЗ, и наоборот.
На свойстве гашения пламени в узких щелях осно-
ваны так называемые огнепреградители, взрывозащит-
Рис. 4.5. Общий вид пористого огнепреградителя:
/ — корпус; 2 — взрывонепроницаемое пористое тело
ные свойства которых обеспечиваются гашением пламе-
ни в пористых средах, являющихся основой их кон-
струкции. Общий вид огнепреградителя показан на
рис. 4.5.
В качестве пористого наполнителя в них использу-
ются шарики, кольца Рашига, кварцевый песок, метал-
локерамика, металловолокно и т. п. Достаточно подроб-
но условия пламегашения в пористых средах исследова-
ны в [86]. Как и для случая распространения пламени
через плоские щели, так и для пористых огнепрегради-
телей характерной является обратная зависимость теп-
лоотдачи в материал засыпки от проходящего пламени
от размеров частичек засыпки, диаметра пор между
засыпкой. При этом наблюдается пропорциональная
связь между параметрами пор и степенью пламегаше-
ния. Исследования [86] дали возможность уточнить па-
раметры пористых материалов огнепреградителей для
целого ряда газовоздушных и газокислородных смесей.
При этом было показано, что огнепреградители хорошо
предотвращают распространение пламени также и при
детонационном сгорании, когда скорости горения смеси
достигают несколько тысяч метров в секунду. На
рис. 4.6 показано распространение пламени через огне-
преградитель. Проведенные исследования как у нас, так
и за рубежом позволили установить, что на критические
34
размеры пористой засыпки (диаметр пор, размер шари-
ков в засыпке) заметное влияние оказывает высота слоя
засыпки, а в определенных конструкциях огнепрегради-
телей влияет также конфигурация поддерживающих се-
ток. Поэтому при оценке взрывозащитных свойств огне-
преградителей исследуется целиком вся его конструкция.
Применение огнепреградителей в оболочках с плоскими
фланцами также оказывает влияние на размер критиче-
ского зазора. Дело в том, что через огнепреградители
Рис. 4.6. Последовательные этапы распределения пламени через
огнепреградитель:
® — начало горения
происходит разгрузка взрывного давления, что в свою
очередь приводит к увеличению критического зазора ще-
ли. Это явление надо учитывать при конструировании
взрывонепроницаемых оболочек электрооборудования.
Следует отметить, что здесь рассмотрены только ка-
чественные стороны процессов гашения пламени в ще-
лях и пористых средах.
Количественные соотношения носят в большинстве
случаев частный характер, применимы к какому-то
определенному типу оболочки, огнепреградителя и т. п.,
поэтому подробно на них не останавливаемся. Кроме
того, ряд вопросов пламегашения находится еще в на-
чальной стадии экспериментального изучения.
Одной из разновидностей огнепреградителей являют-
ся сетчатые огнепреградители. В основе их взрывозащи-
ты лежит принцип отвода теплоты из пламени и раска-
ленных продуктов горения в сетку огнепреградителя.
При этом пламя, проходя через ячейки сетки, остывает
до температур, не вызывающих воспламенение окру-
жающей взрывоопасной смеси. В оболочках, образован-
ных сетками, давления взрыва значительно ниже Ртах,
что способствует интенсивному охлаждению пламени.
Взрывозащитные свойства сетчатых огнепреградителей
определяются размером ячейки и материалом сетки.
В настоящее время отсутствуют расчетные методы оцен-
ки взрывозащитных свойств сетчатых огнепреградите-
лей, поэтому они определяются экспериментально на
конкретных видах оборудования.
4.3. ИСКРОБЕЗОПАСНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
При замыкании или размыкании электрических це-
пей, например, контактами реле, в результате обрыва
или замыкания соединительных проводов и т. п., в ме-
сте контактирования образуется электрический разряд,
вид и характер которого зависит от параметров элек-
трической цепи, скорости размыкания (замыкания) кон-
тактов, вида контактов и от целого ряда других фак-
торов.
Выше в § 2.4 были рассмотрены особенности поджи-
гания взрывоопасных смесей электрическими разрядами,
возникающими между неподвижными электродами. Ос-
новные закономерности, характерные для них, в полной
мере могут быть отнесены к электрическим разрядам,
возникающим на подвижных электродах. В настоящем
разделе рассматривается взрывозащищенное электрообо-
рудование, содержащее искробезопасные электрические
цепи, т. е. такие цепи, в которых в результате коммута-
ции не могут возникнуть электрические разряды или на-
грев, способный воспламенить окружающую взрыво-
опасную смесь.
Применительно к практике искробезопасных электри-
ческих цепей следует пояснить ряд специальных тер-
минов.
Искрообразующий механизм — контактное устройст-
во, предназначенное для получения разрядов в испытуе-
мой электрической цепи. Схематически устройство уни-
Рис. 4.7. Кинематические схемы устройства искрообразующих меха-
низмов:
а — унифицированный искрообразующий механизм (рекомендованный МЭК):
1 — диск для крепления подвижных контактов; 2 — вольфрамовая проволочка;
<7 —кадмиевый диск; 4 — взрывная камера; б — механизм, создающий преры-
вистые замыкания и размыкания электрической цепи: 1 — подвижный контакт;
2— неподвижный контакт; 3 — диск подвижного контакта; 4— пластина непо-
движного контакта; 5 — вращающий вал; в — механизм с разрывом проволоки
(скорость вращения верхних роликов меньше, чем нижних); 1 — барабан
с проволокой; 2 — ролики подающие; 3 — индикатор взрывов; 4 — взрывная
колбочка и проволоки; 5 — ролики принимающие; 6 — короб для проволочек
фицированного искрообразующего механизма показано
на рис. 4.7,а. Он состоит из подвижного кадмиевого
диска с двумя пазами, используемого в качестве первого
электрода, и четырех вольфрамовых проволочек диа-
метром 0,2 мм и длиной 11 мм, закрепленных в специ-
альном держателе, применяемых в качестве второго
электрода. Кадмиевый диск вращается в обратном на-
правлении движению вольфрамовых проволочек. Раз-
ряд возникает в момент соскакивания проволочки
с кромки диска или при подходе к кромке диска. Дру-
гие типы искрообразующих механизмов приведены на
рис. 4.7,6, в. Принцип их работы понятен из рисунка.
Искрообразующие механизмы помещены в специальную
взрывную камеру, которая во время испытаний запол-
няется соответствующей взрывоопасной смесью.
Минимальные воспламеняющие ток /в, напряжение
UB, мощность Рв или энергия Ев — ток, напряжение,
мощность или энергия соответственно в электрической
цепи, в которой при 'коммутации ее с помощью искрооб-
разующего механизма возникают электрические раз-
ряды, вызывающие воспламенение взрывоопасной смеси
с вероятностью 10~3. Под вероятностью воспламенения
в рассматриваемом случае понимают отношение коли-
чества воспламенений смеси пг к общему количеству
образовавшихся разрядов п, т. е. к количеству произве-
денных искрений. Вероятность определяется по форму-
ле [88]:
т , л
Р = (4-9>
Для расчета вероятности по (4.9) следует про-
вести столько опытов, чтобы было получено не менее
16 воспламенений смеси.
Искробезопасные ток Д, напряжение Ui, мощность
или энергия Ei — наибольшие ток, напряжение, мощ-
ность или энергия соответственно в электрической цепи,
разряды в которой не вызывают воспламенение взрыво-
опасной смеси в предписанных условиях испытаний
цепи.
Коэффициент искробезопасности Ki — это отношение
минимальных воспламеняющих параметров цепи IB, UB,
Рв или Ев к соответствующим искробезопасным [30]:
К __ Д __^в __Ев ___.
л' li — Ui — Pi ~Ei '
Характеристики искробезопасности — это зависимо-
сти минимальных воспламеняющих (или искробезопас-
ных) тока, напряжения, мощности или энергии от
остальных параметров электрической цепи.
Теория поджигания смесей разрядами коммутируе-
мых электрических цепей основана на тепловом меха-
низме поджигания. Электрический разряд при этом рас-
сматривается как сильно нагретое тело (точечный
источник), под действием которого воспламеняется
взрывоопасная смесь. Наиболее полно теория поджига-
ния такими разрядами разработана ,в [53—55].
Основным моментом этой теории является нахожде-
ние связи между параметрами электрической цепи и
воспламеняющей способностью электрических разрядов,,
возникающих при ее коммутации. Связь эта определяет-
ся переходным процессом в цепи, возникшим разрядом,
процессом нагревания смеси до необходимой темпера-
туры и распространения пламени в окружающей смеси.
Все эти явления связаны настолько сложной функцио-
нальной зависимостью, что не удается получить урав-
нения, полностью описывающие весь процесс поджига-
ния даже применительно к простейшим цепям.
Достаточно сказать, что возникающий при коммута-
ции электрический разряд не полностью расходуется на
нагревание смеси: значительная часть идет на нагрев
контактов, излучение и другие потери. В большинстве
случаев энергия искры или дуги, которая необходима
для поджигания смеси, значительно превышает мини-
мальную энергию поджигания, полученную для этой
же смеси при неподвижных электродах. Поэтому функ-
циональные зависимости между параметрами электриче-
ских цепей, условиями коммутации и условиями поджи-
гания смесей устанавливаются экспериментальным
путем с помощью искрообразующих механизмов.
В искробезопасных электрических цепях наиболее ха-
рактерными являются два вида разряда: дуговой или
искровой (рис. 4.8). Причем наиболее изученным явля-
ется дуговой разряд. Дуговой разряд (рис. 4.8,а) воз-
никает в момент размыкания контактов искрообразую-
щего механизма. В начале (зона I) контакты замкнуты
(при атом один контакт движется по поверхности вто-
рого, не размыкаясь). Перед самым размыканием сопро-
тивление в месте контактирования начинает возрастать,
происходит интенсивный нагрев, образуется мостик жид-
кого металла. Длительность этого этапа /1 определяет-
ся скоростью расхождения контактов искрообразующего
механизма. После разрыва мостика начинается второй
этап (зона П) более или менее стабильное горение дуги
с постепенным возрастанием падения напряжения на
ней. Ток в это время в цепи продолжает уменьшаться
по закону, близкому к линейному. Длительность h—ti
и определяет время горения дуги и составляет основное
время длительности разряда. Оно определяется запасом
энергии в цепи и скоростью расхождения контактов.
Третий этап tz—t3 (зона III) представляет заключитель-
ную фазу угасания (обрыва) дуги. При этом происхо-
Рис. 4.8. Изменение тока и напряжения в дуговом и искровом
разрядах:
I—стадия формирования искрового разряда; II—III—искровая стадия; IV —
стадия затухания
дит резкий спад тока в цепи и одновременно скачок
перенапряжения (точка t3) за счет имеющейся в цепи
индуктивности. Затем напряжение спадает (зона IV),
создавая колебания в распределенных емкостях и ин-
дуктивностях цепи.
Период —t3 определяет воспламеняющую стадию
дугового разряда; чем он больше, тем больше воспла-
меняющая способность. Для снижения воспламеняющей
способности, что требуется по условиям обеспечения
искробезопасности цепи, необходимо уменьшить ток
в цепи, что приведет к снижению времени ti—t3. Дуго-
вой разряд не может возникнуть при токах, меньших
определенных значений /т,„ и напряжения Umin, зави-
сящих от материала контактов (например, для меди
/min=0,4—0,43 А; £7„„„=12—13 В), состояния поверхно-
сти контактов, соотношения параметров коммутируемой
цепи и т. п. Дуговой разряд в слаботочных безреактив-
ных цепях может существовать, если ток в цепи будет
90
удовлетворять выражению [54]:
/ >/ . ____и—
* д * min [7_JJ . ,
и итщ
(4.Ю)
где V— напряжение цепи.
Общее выражение вольт-амперной характеристики
дуги может быть представлено [54]:
/7=Л/-п./д,
(4-И)
где А, п — константы, зависящие от тока дуги; /д — дли-
на дуги, м; /— ток дуги, А.
Л1аксимальная длина дуги может быть выражена так
184]:
» __ (I -ii^n U 1 п -2
Чох-(«+1)"+1 л ’ и •
(4-12)
На длину дуги движение контактов искрообразующе-
го механизма практически оказывает малое влияние, так
как время существования дугового разряда в искробез-
опасных цепях составляет всего от десяти до нескольких
сотен микросекунд. Важным параметром дугового раз-
ряда является время горения дуги Оно может опреде-
литься из такого выражения [12]:
= (4.13)
где L — индуктивность цепи, Г; R — сопротивление цепи,
Ом; Uл — напряжение на дуге в момент обрыва тока, В;
UA — Iy sinarf-|-t7B, где / — ток в цепи до размы-
кания, А; С — емкость на контактах после размыкания, Ф;
«о
К LC
— круговая частота
цепи;
(7В — напряжение на
дуге в момент размыкания контактов, В (для контактов
унифицированного искрообразующего механизма оно
равно 7—9 В); UB — напряжение источника питания
цепи, В.
Анализ уравнения (4.13) показывает, что время горе-
ния дуги уменьшается с уменьшением индуктивности
цепи при неизменном токе, и с уменьшением тока — при
неизменной индуктивности пропорционально произведе-
нию: индуктивности и тока, т. е. возникновение дуги
определяет реактивная энергия, генерируемая индук-
тивностью коммутируемой цепи.
В табл. 4.4 приведены напряжения на дуге t/в в мо-
мент размыкания контактов, выполненных из различных
металлов. Напряжения измерялись на унифицированном
искрообразующем механизме.
Таблица 4.4
Контакт с отрицательней пол яркостью Значение напряжения на дуге Un, В, при положи- в тельной полярности контакта из металла
Металл Температура кипения метал- ла, °С(К) вольфрам медь платина олово алюминий 1 кадмий цинк
Медь Платина Олово Алюминий Циик Кадмий 2336(2609) 4300(4573) 2270(2543) 2057(2330) 907(1180) 767(1040) 10,0 9,0 9,0 10,0 9,0 8,5 9,5 8,0 9,0 7,5 8,0 7,0 8,0 9,0 9,0 9,5 7,5 7,5 10,0 10,0 8,5 9,0 8,0 8,5 9,5 10,0 9,0 9,5 8,0 7,5 7,0 8,5 9,0 8,0 7,5 8,0 8,5 7,5 8,5 8,0 7,0 7,5
На испарение металла расходуется около 5% энер-
гии дуги, причем перенос и испарение металла контак-
тов очень слабо зависит от окружающей среды (давле-
ния, температуры, состава и др.).
Искровой разряд, как правило, возникает при пробое
разрядного промежутка при сближении электродов.
Чаще всего в искробезопасных цепях он свойствен емко-
стным цепям, однако в индуктивных цепях, благодаря
наличию распределенной емкости, возможны пробои раз-
рядного промежутка (после размыкания контактов и
обрыва дуги). Разряд проходит также несколько стадий.
Начальная стадия разряда составляет 10~7—10-9 с, ха-
рактеризуется небольшим током в канале разряда и
постоянным падением напряжения. Длительность этой
стадии зависит от приложенного напряжения, качества
поверхности электродов (микронеровностей, создающих
повышенную напряженность поля, и т. п.). Скорость дви-
жения электродов при этом не играет особой роли.
Если образуется устойчивый канал, начинается вто-
рая стадия. Весь заряд конденсатора протекает по обра-
зовавшемуся каналу, нагревая его до 10000—20 000 °C.
Напряжение на разрядном промежутке падает до мало-
го значения, а ток достигает максимального значения
92
0,1—10 кА. К концу этой стадии конденсатор разряжа-
ется за время tp=RC (с), где 7? — сопротивление разряд-
ной цепи, Ом; С — емкость конденсатора, Ф. При этом
сопротивление разряда изменяется.
В третьей стадии разряд в результате исчерпывания
энергии конденсатора распадается. Весь процесс разря-
да занимает 10-6—10-9 с.
При расчете по уравнению Пашена [12] значения
напряжения искрового пробоя между контактами
обычно равны не менее 300 В. Однако в практике
искробезопасности, разряды возникают и при значитель-
но меньших напряжениях (единицы и десятки В). Такие
разряды называются короткими, они очень неустойчивы
и характеризуются большими потерями в электродах
(до 60—70% запасенной энергии конденсатора). Вот
поэтому энергия, которая необходима для поджигания
в емкостных цепях, значительно больше минимальной
энергии поджигания.
В связи с этим стремятся для искрообразующих ме-
ханизмов использовать наиболее тонкие электроды, иг
разряды должны образовываться на наибольшем рас-
стоянии между контактами.
Если разряд возникает между расходящимися кон-
тактами, то при определенных условиях возможно появ-
ление многопробойного разряда, когда промежуток не-
сколько раз перекрывает искровой разряд. Энергия
в разряде при этом будет равна сумме энергий отдель-
ных разрядов.
Известно, что на вид возникающего разряда основ-
ное влияние оказывают параметры электрической цепи:
ток, напряжение, индуктивность и емкость. Поэтому
в практике искробезопасности все цепи условно разде-
лены на омические, индуктивные, емкостные (рис. 4.9).
К омическим цепям относятся цепи, не содержащие-
сосредоточенной емкости, при индуктивности всей цепи,,
включая соединительные провода, не превышающей
1 мГ. В них наиболее опасными являются дуговые раз-
ряды размыкания, энергия которых определяется энер-
гией источника питания.
Воспламеняющая способность электрических разря-
дов в омической цепи зависит от силы тока в цепи и
э. д. с. источника. Разряд возникает в момент размыка-
ния электрических контактов и носит апериодический
характер.
К индуктивным цепям относятся цепи с индуктив-
ностью, больше?! 1 мГ, и не содержащие сосредоточен-
ной емкости. Наиболее опасными в них являются разря-
ды размыкания, в которых рассеивается главным обра-
зом энергия, запасенная в магнитном поле индуктивного
элемента (0,5£/2, где А— индуктивность;/ — ток цепи) и
частично энергия, поступающая из источника тока.
В индуктивной цепи воспламеняющая способность элек-
трических разрядов зависит от силы тока в цепи, э. д. с.
источника и нидуктивности. Характер разряда может
быть различным от дугового (апериодического) до мно-
гопробойного — все зависит от соотношения параметров
Рис. 4.9. Схемы различных видов электрических цепей.
а— индуктивная; б — омическая; fl — емкостная; г — смешанная
цепи. Не последнюю роль в формировании разряда игра-
ет собственная емкость катушек индуктивности, рассре-
доточенная емкость монтажных проводов, соединитель-
ной линии и т. п.
Воспламеняющая способность разрядов, как это ука-
зывалось выше, определяется энергией и длительностью
разряда. Весьма важным является установление зависи-
мости энергии разряда от основных параметров цепи.
.Для простоты рассмотрения принимается модель разря-
да с линейным убыванием тока в разряде. Впервые
в [56] была предложена формула минимальной энергии
поджигания разрядов размыкания, Дж:
+ (4.14)
где L — индуктивность цепи, Г; / — сила тока в цепи до
начала размыкания, А; Д — сила тока, при которой пре-
кращается разряд, A; U — напряжение цепи, В; R — со-
противление цепи, Ом; /р — максимальная длительность
дуговой (зажигательной) стадии разряда, с.
В дальнейших работах формула (4.14) была уточне-
на. Из этой формулы видно, что часть энергии в разряд
94
поставляется индуктивностью L, а часть — источником"
тока (вторая часть формулы). Если индуктивность цепи
близка к нулю, то энергию в разряд поставляет только
источник тока. Поэтому воспламеняющие токи для оми-
ческих цепей значительно больше воспламеняющих то-
ков для индуктивных цепей.
Если учесть действительный характер спадания тока
в цепи, то формула (4.14) станет такой [50]:
. __LP г 9fc2(l +m) + (n + l)2(2n+ 1)
m,',! 2 [ (6fc + 2n+ 1) (r?+ 1)
(4.15>
urtp LP
где й = —g— :-----отношение долей энергии, поступив-
шей в разряд из источника питания и индуктивного эле-
мента; п — показатель степени, характеризующий форму
спадания тока в разряде; rri—U3]U — отношение напря-
жения на дуге (табл. 4.4) к напряжению цепи.
В общем случае показатель п может быть определен:
из выражения [49]:
/(3k + 3km + 2тУ . 1 — т _3% + 3km + 2т
(2 + 4 т)2 ' 2 + 4т 2 + 4т
Исследованиями было показано, что наименьшая
энергия поджигания Ат1П потребуется только тогда, ког-
да длительность разряда /р равна критическому времени
зажигания взрывоопасной смеси ткр, о котором мы гово-
рили раньше. Для разрядов в индуктивных и омических,
цепях ткр не зависит от условий искрообразования^
а определяется только характером взрывоопасной сме-
си. По своему физическому смыслу ткр соответствует-
времени формирования минимального ядра пламени.
Критическое время ткр для представительных взрыво-
опасных смесей соответствующих категорий приведено-
в табл. 4.5.
Т а блица 4.5
Категория взрывоопасной смеси Представительная смесь с воз- духом с объемной долей горю- чего газа, % (в скобках) ткр, мкс
I Метан (8,3) 115
ПА Пропан (5,3) 80
ПВ Этилен (7) 50
ПС Водород (21) 10
К емкостным цепям относятся цепи с большими ве-
личинами сосредоточенной емкости. Наибольшую опас-
ность в них представляют разряды замыкания, которые
при достаточно высоком напряжении носят характер
искрового разряда. Воспламеняющая способность таких
разрядов зависит от напряжения на емкости, величины
емкости и сопротивления, реже — индуктивности, разряд-
ного контура. Энергия, выделяющаяся в емкостных раз-
рядах, состоит из энергии заряженного конденсатора
(0,5 СU2, где С — емкость; U — напряжение на конденса-
торе) и незначительного количества энергии источника
тока. Последней, как правило, при рассмотрении искро-
безопасных цепей пренебрегают. Если принять сопротив-
ление разрядного промежутка постоянным в течение
времени выделения энергии, то доля энергии Лр, Дж, по-
падающая в разряд, может быть представлена так
161]:
яр— 2 R + Rp’ (
где 7?р — сопротивление разрядного промежутка, Ом;
R — сопротивление в цепи разряда, Ом.
Критическое время разряда, с, для такой цепи может
«быть определено из следующего уравнения [61]:
Ткр=(/?+7?р) С. (4.18)
Для емкостных цепей определяющим параметром наря-
ду с энергией является воспламеняющее напряжение.
Для больших сопротивлений цепи разряда R воспла-
меняющее напряжение становится практически независи-
мым от емкости цепи, т. е. цепь как бы приближается по
своему характеру к омической цепи, для которой, как
указывалось выше, определяющими являются ток И на-
пряжения. Этот факт подтверждается также и тем, что
с ростом емкости цепи максимальный ток разряда кон-
денсатора приближается к воспламеняющему току оми-
ческой цепи при равных напряжениях. Получается такая
взаимосвязь: при одной и той же незначительной емко-
сти и малых сопротивлениях разрядного резистора по-
стоянная времени разрядной цепи мала, но зато велик
ток разряда, с ростом сопротивления растет постоянная
времени, но зато снижается разрядный ток, что в ко-
нечном счете приводит к небольшому различию воспла-
меняющей способности таких цепей. В то же время по
минимальной энергии поджигания для той или иной сме-
96
си можно расчетным путем определять воспламеняющее
напряжение, В, при известной емкости цепи по форму-
ле [61]:
(7в==). (4.19)
где Emin — минимальная энергия поджигания смеси, Дж;
С — емкость цепи, Ф.
Рассмотренная классификация цепей постоянного
тока является в какой-то мере условной, так как вообще
между отдельными видами цепей не существует жесткой
границы. Например, если в цепи разряда конденсатора
будет включена индуктивность, то разряд уже может но-
сить колебательный характер и по виду приближаться
к дуговому. В то же время, если цепь, содержащую
индуктивность, обладающую значительной собственной
емкостью размыкать медленно, — будет возникать дуго-
вой разряд, если размыкать быстро — одно- или много-
пробойный искровой разряд. Воспламеняющую способ-
ность таких разрядов уже следует оценивать возникаю-
щим перенапряжением [96]:
Umax=iy7jc- +
U„iax = 0,5rJ, + lVL/C' (4.20)
где I — ток в цепи, A; L — индуктивность, Г; С —
емкость цепи, Ф.
Первые два выражения подходят для цепи с малым
ослаблением, а третье — для большого ослабления. Наи-
более сложные явления возникают в «смешанных» це-
пях, которые представляют собой большинство цепей,
встречающихся во взрывозащищенном электрооборудо-
вании.
В настоящее время основные зависимости в искробез-
опасных цепях определяют экспериментальным путем на
искрообразующих механизмах. С их помощью получают
данные для построения характеристик искробезопас-
ности. Поскольку явление поджигания электрическими
разрядами носит вероятностный характер, для получе-
ния сравнимых результатов используется статистический
метод их обработки. При сравнении основных воспла-
меняющих параметров цепи их привадят к одной вероят-
ности воспламенения. Зависимость вероятности воспла-
менения от воспламеняющих параметров: тока в омиче-
7—71 97
ской и индуктивной цепи, напряжения в емкостной
цепи — в логарифмическом масштабе имеет вид прямой
линии. Впервые этот метод обработки результатов
в искробезопасных цепях применил В. С. Кравченко,
который дал формулу для подсчета силы тока при лю-
бой вероятности воспламенения [56]:
, , / р„ \ 1 Us «
где /i, pi — известные сила тока и соответствующая ему
вероятность воспламенения; рп — искомые величины
силы тока и вероятности воспламенения; а — угол на-
клона вероятностной прямой к оси абсцисс, град:
__1g Аг — lg Pi
IgA — 1g In'
Угол зависит от типа используемого искрообразую-
щего механизма и составляет, например, для унифици-
рованного искрообразующего механизма 83—83,5°. Ана-
логично находят воспламеняющие напряжения, мощнос-
ти и т. п.
Исследованиями было показано, что если энергия
разряда, независимо от его вида, равна минимальной
энергии поджигания взрывоопасной смеси, то дальней-
шее снижение энергии разряда не приводит к повыше-
нию искробезопасных свойств цепи. Как показал анализ,
это соответствует условной вероятности воспламенения
р=10-6. В практике искробезопасности для получения
воспламеняющих параметров, которые принято считать
искробезопасными, используется коэффициент искробез-
опасности, зависящий от типа искрообразующего меха-
низма. Согласно [76], этот коэффициент был равен 2,0,
а для унифицированного искрообразующего механиз-
ма— принят равным 1,5. В табл. 4.6 показана зависи-
мость вероятности воспламенения от коэффициента искро-
безопасности.
На разряды между подвижными контактами, оказы-
вает влияние ряд механических факторов: форма контак-
тов, материал контактов, скорость размыкания (замыка-
ния) контактов. Точно также и в искробезопасных це-
пях: с уменьшением диаметра контакта, а главное,
с уменьшением размеров места контактирования, воспла-
меняющие параметры уменьшаются. Объясняется это
98
Коэффициент искробезопасности Вероятность вос- пламенения (р) Коэффициент искробезопасности (*z) Вероятность вос- пламенения (р)
0,7 МО0 1,2 5-10-
0,8 ю-1 1,5 ю-в
0,9 10-2 1,75 io-7
1,0 ю-3 2,0 ю-8
теплоотводящим действием контактов. Кроме того, в слу-
чае значительных токов, протекающих через контакты
(более 2 А для большинства взрывоопасных смесей),
наблюдается разогрев места контактирования, что при-
водит в свою очередь в резкому уменьшению воспла-
меняющих токов, так как во-первых, уменьшается тепло-
отводящее действие контактов, во-вторых, смесь при
определенных условиях воспламеняется от нагретых по-
верхностей контактов.
Установлено, что с увеличением диаметра проволочек
искрообразущих механизмов, от 0,1 до 0,3 мм, воспламе-
няющие ток и напряжение возрастают. При дальнейшем
увеличении диаметра до 0,5 мм воспламеняющие пара-
метры остаются практически неизменными ,и равными
значениям, соответствующим диаметру 0,3 мм. Реаль-
ные контактные пары составляют в основном торцы
медных луженых (ПОС-40, ПОС-61) проволочек диаме-
тром 0,1—0,5 мм.
Значительное влияние на воспламеняющие парамет-
ры оказывает также материал электродов. Проведен-
ные во ВНИИВЭ исследования позволили определить
зависимость воспламеняющих параметров от наиболее
употребительных материалов контактов.
В табл. 4.7 приведены минимальные воспламеняющие
токи и напряжения, полученные в цепях постоянного
тока, в зависимости от материала диска унифицирован-
ного искрообразующего механизма.
Интересным выводом из полученных результатов
исследований является то, что изменение воспламеняю-
щих параметров определяется материалом только одного
электрода искрообразующего механизма. При этом
«активность» искрообразующего механизма в полной
мере зависит от температуры кипения металла электро-
да (см. табл. 4.4).
7* 99
Минимальные востамецяюшие токи, А, при материале диска*
в цепи:
омической (при различных
напряжениях в цепи)
индуктивной (прн напряжении
в цепи 30 В и различных
индуктивностях)
Минимачьиые вос-
пламеняющие напря-
жения при материа-
ле диска* в емкост-
ной цепи (при раз-
личных емкостях),
В
30
45
72
0,185 0,85
0,081 0,24
0,038 0,125
0,29
0,125
10’3
10’2
Ю-»
10°
5,0
0,19 0,354 0,53 10-*
0,085 0,12 0,185 10'* 1
0,024 0,046 0,055 10°
0,0096 __ 10
0,0073 0,00625 0,00625
115 160
39 48
23,6 25
14 18,5
* Отрицательный электрод — диск искрообразующего механизма, положительный
электрод — вольфрамовая проволочка.
Ввиду большого количества факторов, влияющих на
стабильность оаботы исквообразующего механизма,
экспериментальные результаты получались различными.
Все это сказывалось на искробезопасных токах и напря-
жениях в цепях, что в свою очередь сказывалось на
функциональных возможностях электрооборудования.
Иногда оказывалось, что воспламеняющие параметры
цепи, полученные на одном искрообразующем механиз-
ме, значительно отличались от параметров, полученных
на другом механизме.
Для унификации получаемых результатов при испы-
тании электрических цепей на искробезопасность МЭК
был предложен унифицированный искрообразующий
механизм, который в настоящее время принят во всех
странах в качестве основного при проведении официаль-
ных испытаний цепей на искробезопасность. С его по-
мощью получены характеристики искробезопасности для
всех представительных взрывоопасных смесей категории
I, ПА, ПВ и ПС. Характеристики приведены на
рис. 4.10—4.18.
Анализ формулы (4.14) показывает, что если цепь
чисто омическая, то энергия в разряде будет зависеть
от времени разряда /р, если оно, конечно, больше ткр.
При /р«ТкР воспламеняющая способность разряда пада-
ет и для поджигания взрывоопасных смесей требуется
ток, значительно больший, чем при /р>ткр. Длитель-
1 60
Рис. 4.10. Зависимость минимального воспламеняющего тока от напряжения
источника для омической цепи (индуктивность менее 10-4 Г):
1 — группа I; 2 — подгруппа НА; 3 — подгруппа ИВ; 4— подгруппа ПС.
Рис. 4.11. Зависимость минимального воспламеняющего тока от индуктивности
цепи и напряжения источника для метано-воздушной смеси (группа I):
/ — напряжение источника 12 В; 2 — напряжение источника 24 В; 3 — напряже-
ние источника 70 В
Рис. 4.12. Зависимость минимального воспламеняющего тока от ин-
дуктивности цепи и напряжения источника для метано-воздушной
смеси (подгруппа ПА):
напряжение источника: 7 — 7,5 В; 2—15 В; 3 — 30 В; 4 — 45 В- 5 — 72 В; 5 —
120 В
Рис. 4.13. Зависимость минимального воспламеняющего тока от ин-
дуктивности цепи и напряжения источника для этилено-воздушной
смеси (подгруппа IIB):
напряжение источника: 7 — 7,5 В: 2—15 В; 3 — 30 В; 4 — 45 В- 5 — 72 В: 5 —
120 В
Рис. 4.14. Зависимость минимального воспламеняющего тока от
индуктивности цепи и напряжения источника для водородновоз-
Душной смеси (подгруппа ПС):
напряжение источника 1 — 7,5 В; 2 — 15 В; 3 — 30 В; 4— 45 В; 5 — 72 В; 6 —
120 В
Рис. 4.15. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения
от емкости цепи:
1 — группа I; 2 —подгруппа ПА; 3 — подгруппа ПВ; 4 — подгруппа ПС.
Рис. 4.16. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения
от емкости цепи и сопротивления ограничительного резистора для
пентано-воздушной смеси.
Сопротивление ограничительного резистора (кОм)’
1 — R = 10; 2- «=1,0; 3 — R=0,l; 4 — R=0,01; 5 - R = 0.
Рис. 4.17. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения
от емкости цепи и сопротивления органичительного резистора для
этилено-воздушной смеси.
Сопротивление ограничительного резистора (кОм): 1—/?=10; 2 —
/?=0,1; 3 — R = 0
Рис. 4.18. Зависимость минимального воспламеняющего напряжения
от емкости цепи и сопротивления ограничительного резистора для
водородно-воздушной смеси.
Сопротивление ограничительного резистора (кОм):
/ — « = 10; 2 — R = 6; 3 —«=4; 4- «=2; 5—«=1; 6 — « = 0,4; 7 — «=0,2; 8 —
«=0.1; У — «=0,05; 10 - - «=-0,01; П- «=0
Рис. 4.19. Зависимость минимального воспламеняющего тока от
длительности электрического разряда и индуктивности цепи:
А 2, 3 — индуктивность КН Г, при напряжении 30, 45 и 72 В соответственно;
’• 5, 6 — индуктивность 10-3 Г, при напряжении 45, 72 и 140 В соответственно-
7 — индуктивность 10-2 Г, при напряжении 72 В
ность разряда /р сокращают искусственно подключая
параллельно искрообразующему механизму электронный
ключ, шунтирующий его в заданный промежуток вре-
мени. Из рис. 4.19 видно, как падает воспламеняющий
ток с увеличением длительности разряда. Если же элек-
тронный ключ включен так, что после него последова-
тельно в цепь включена индуктивность, то tp уже опре-
деляется величиной накопленной энергии в этой индук-
тивности.
Исследования цепей переменного тока показали, что
воспламеняющие параметры (ток, напряжение) для сла-
бо индуктивных цепей (единицы миллигенри) зависят
Рис. 4.20. Осциллограмма размыкания индуктивной цепи перемен-
ного тока частотой 2000 Гц (и — напряжение; i — ток). Пунктиром
показана естественная кривая (синусоида) тока; а—размыкание
при положительной полуволне тока; б — размыкание при отрица-
тельной полуволне тока
от частоты тока. Причем, чем выше частота, тем больше
требуются токи или напряжение для поджигания одной
и той же смеси. Эта особенность начинает проявляться
при частотах, когда Т < ткр, где Г— длительность пе-
риода тока. Как показывают осциллограммы, длитель-
ности разряда размыкания таких цепей значительно
ниже длительности разряда аналогичных цепей, но пи-
таемых постоянным током.
На рис. 4.20 приведена характерная осциллограмма
размыкания индуктивной цепи. Анализ многочисленных
осциллограмм показал, что разряд прекращается до на-
чала перехода тока через нуль. Характер спадания тока
линейный, однако ток в разряде не совпадает с естествен-
ной синусоидой. Причем длительность спадания тока не
106
превышает (0,16—0,32) Т и зависит от частоты. При ча-
стоте 50—100 Гц воспламеняющая способность разрядов
не отличается от воспламеняющей способности постоян-
ного тока. При этом, конечно, нужно учитывать, что
постоянному току и напряжению соответствуют ампли-
тудные значения переменного тока и напряжения. При
средних частотах минимальный воспламеняющий ток
больше, чем при постоянном токе, как это видно из при-
веденных ниже экспериментальных данных для метано-
воздушной смеси для цепи с индуктивностью 1,6 мГн и
напряжением 120 В.
Минимальный воспламеняющий
р0Д тока, ток, А'
Постоянный............................... 0,3
Переменный с частотой, кГц:
14,5................................. 0,83
19................................... 0,65
30................................... 0,46
Причем возрастание воспламеняющего тока происхо-
дит до определенной частоты. При дальнейшем повыше-
нии частоты (сотни кГц) воспламеняющая способность
разрядов становится одинаковой с воспламеняющей спо-
собностью разрядов на постоянном токе и может даже
превышать ее. Предельные частоты зависят от вида взры-
воопасной смеси и характера электрической цепи. Так
предельные частоты для мета но-воздушной смеси ниже,
чем для водородовоздушной. Повышение воспламеняю-
щего тока может быть объяснено также тем, что при
нормальном атмосферном давлении электрическая проч-
ность разрядного промежутка между расходящимися
контактами искрообразующего механизма падает с уве-
личением частоты, т. е. контакты находятся на более
близком расстоянии, чем в случае постоянного тока и
охлаждающее действие их на разряд возрастает. Так
при токе в цепи 5 А восстанавливающаяся прочность
разрядного промежутка снижается, и при частоте
400 Гц она составляет 625 В, 1000 Гц — 510 В, 2400 Гц —
388 В и т. д. При этом наблюдается закономерность при
равенстве произведения тока на частоту питания — зна-
чения восстанавливающейся прочности будут примерно
одинаковыми. В цепях переменного тока значительное
влияние на рассматриваемый процесс оказывает емкость
цепи и резонансные явления, которые этому сопутству-
ют. Так, при последовательном соединении индуктив-
ности и емкости воспламеняющие токи в условиях ре-
зонанса не отличаются от воспламеняющих токов для
индуктивной цепи без емкости. При уменьшении емкости
по сравнению с резонансной воспламеняющий ток будет
меньшим, но его отношение к воспламеняющему току
при резонансе не зависит от частоты и индуктивности.
Рис. 4.21. Зависимость воспламеняющего тока от частоты, .индук-
тивности цепи и напряжения источника для метано-воздушной
смеси:
7 — 120 В; 0,08 мГ; 2—170 В: 0,08 мГ; 3—120 В; 0,18 мГ; 4—170 В; 0,18 мГ;
5—120 В; 0,28 мГ; 6 — 170 В: 0,28 мГ; 7 — 120 В- 0,58 мГ; 8 — 220 В; 0,28 мГ;
9—170 В; 0,58 мГ; /0 — 220 В; 0,58 мГ; // — 300 В; 0,28 мГ; 72 — 300 В; 0,58 мГ;
/3 — 170 В; 1,58 мГ; /4 — 220 В; 1,58 мГ; /5 — 300 В- 1 58 мГ
При увеличении емкости больше резонансной воспламе-
няющий ток в такой цепи сравним с воспламеняющим
током в цепи без емкости (рис, 4.21).
При увеличении индуктивности цепи частота тока
начинает сказываться меньше, поскольку, как это вид-
но из формулы (4.14), основную долю энергии в разряд
начинает поставлять индуктивность. Поэтому эффектив-
но использовать повышение воспламеняющего тока
108
с повышением частоты можно только в безреактивных
или слабореактивных цепях.
Сложность происходящих явлений пока не дает воз-
можности создать аналитические зависимости для расче-
та искробезопасных параметров цепей.
Тем не менее из проведенного анализа можно сде-
лать важные практические выводы.
Для обеспечения искробезопасности необходимо:
ограничивать ток в цепи;
ограничивать напряжение в цепи;
принудительно сокращать длительность разряда;
снижать действующую индуктивность и емкость це-
пи, применяя эффективные способы шунтирования;
заменять там, где это целесообразно, постоянный ток
переменным.
В конечном итоге, меры по обеспечению нскробезо-
пасности должны быть направлены на уменьшение энер-
гии и длительности разрядов. Для этой цели необходимо
использовать способы и средства, разработанные элек-
тротехникой. Поскольку токи и напряжения в искробез-
опасных цепях незначительны по сравнению с параме-
трами неискробезопасных и прежде всего силовых цепей,
в электрооборудовании следует исключать возможность
попадания опасных токов или напряжений в искробез-
опасные цепи. Это решается целым рядом конструктив-
ных мер, которые будут рассмотрены ниже.
4.4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С ВИДАМИ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ:
ЗАПОЛНЕНИЕ ИЛИ ПРОДУВКА ОБОЛОЧКИ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ
ДАВЛЕНИЕМ ЗАЩИТНЫМ ГАЗОМ, КВАРЦЕВОЕ ИЛИ МАСЛЯНОЕ
ЗАПОЛНЕНИЕ ОБОЛОЧКИ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ
ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
а) Общие сведения. К видам взрывозащиты, принцип
которых основан на изоляции от окружающей атмосфе-
ры частей электрооборудования, потенциально способ-
ных явиться источником .поджигания взрывоопасных
смесей, относятся заполнение или продувка оболочек
электрооборудования защитным газом — чистым возду-
хом или инертным газом, заполнение оболочки кварце-
вым песком или маслом, заливка токоведущих частей
термореактивными компаундами и др.
Отличительной особенностью этих видов взрывоза-
щиты является то, что окружающая среда не имеет не-
посредственного контакта с токоведущими частями.
Источником поджигания в нормальном режиме работы
электрооборудования могут быть только нагретые по-
верхности защитных оболочек. Сама защитная оболочка
в данном случае не выполняет непосредственно функции
взрывозащиты, а является механическим средством,
удерживающим взрывозащитный материал.
Рассмотрим принципы обеспечения взрывозащищен-
ности электрооборудования каждым из видов взрыво-
защиты.
б) Заполнение или продувка оболочки под избыточ-
ным давлением защитным газом. В основу этого вида
взрывозащиты положен принцип ^заключения электри-
ческих частей оборудования в оболочку, находящуюся
под статическим давлением или под давлением проточ-
ного защитного газа.
Защитный газ — это негорючий газ, который находит-
ся в оболочке электрооборудования под избыточным
давлением и предотвращает проникновение внутрь обо-
лочки окружающей взрывоопасной смеси.
Минимально допустимое значение расхода и избыточ-
ного давления защитного газа—это наименьшие значе-
ния расхода и избыточного давления, при которых обес-
печивается взрывозащита и охлаждение оболочки элек-
трооборудования до безопасной температуры.
Предпусковая продувка — это процесс прохождения
защитного газа через оболочку и газопроводы перед по-
дачей напряжения на электрооборудование для удале-
ния из оболочки проникшей туда смеси.
Как видно из определений, взрывозащитные свойст-
ва этого вида полностью определяются избыточным дав-
лением защитного газа в оболочке электрооборудования.
Поэтому конструктивные решения при выполнении за-
щитных оболочек должны быть такими, чтобы в любой
точке внутри оболочки давление защитного газа было
не меньше предписанных значений. В обеспечении этого
вида взрывозащиты большую роль играют приборы кон-
троля за состоянием давления защитного газа в оболоч-
ке и приборы блокировки. И хотя они непосредственно
не несут функций взрывозащиты, от надежности их ра-
боты в значительной мере зависит общая взрывозащи-
щенность такого электрооборудования.
Требуемое давление защитного газа, Па, в точках
110
подключения приборов контроля давления может быть
определено по следующей формуле [29]:
Рк=Ркт!п + \Рп, (4.22)
где Рнт,п — минимальное избыточное давление газа
в точках подключения приборов контроля, при котором
приборы должны подавать сигнал опасности или
импульс на снятие напряжения с электрооборудования;
АРп — дифференциал выбранного прибора — значение
давления защитного газа, равное разности между давле-
нием включения и отключения прибора.
В качестве защитного газа для заполнения или про-
дувки оболочек обычно применяют очищенный атмо-
сферный воздух или азот. Защитный газ не должен со-
держать горючих газов, паров или пылей, а также агрес-
сивных примесей, вызывающих коррозию электрообору-
дования или его оболочки. Минимальное давление за-
щитного газа у стенок оболочки электрооборудования и
газопроводов, находящихся в пределах взрывоопасной
зоны, должно быть не менее 100 Па изб. В практике
взрывозащита таким способом осуществляется вентиля-
цией защитной оболочки по замкнутому или разомкну-
тому циклу. В первом случае защитный газ не выбрасы-
вается в атмосферу, а во втором случае продувка частей
электрооборудования осуществляется проточным защит-
ным газом, обычно воздухом.
Приборы контроля и блокировки в таком электрообо-
рудовании предназначены:.
для подачи напряжения на электрооборудование
только по истечении времени предпусковой продувки
оболочки и газопроводов защитным газом в объеме
обычно не менее пятикратного объема оболочки и всех
газопроводов;
для подачи аварийного сигнала и снятия с электро-
обрудования напряжения при падении давления защит-
ного газа ниже регламентированной величины.
Обычно аварийный сигнал подается или электрообо-
рудование отключается [29], если давление защитного
газа снижается ниже 100 Па изб., но раньше, чем оно
упадет ниже 50 Па изб.
Электрические цепи таких приборов контроля и бло-
кировок выполняются, как правило, искробезопасными.
Этот вид взрывозащиты нашел широкое применение
в крупногабаритном силовом электрооборудовании.
в) Кварцевое заполнение оболочки. У этого вида
взрывозащиты токоведущие части электрооборудования
помещаются в оболочку, заполненную кварцевым пе-
ском определенного гранулометрического состава. Этот
вид наиболее приемлем для стационарного силового
электрооборудования, не имеющего подвижных элемен-
тов. Взрывозащита этого вида определяется толщиной
защитного слоя между токоведущими частями :и окру-
жающей атмосферой.
Защитный слой заполнения НЛ — это толщина защит-
ного слоя песка, измеряемая по кратчайшему расстоя-
нию от токоведущих частей до его наружной поверх-
ности или наружных стенок оболочки. Он определяется
исходя из расчетного тока дугового трехфазного КЗ на
выводах электрооборудования. Если толщина слоя опре-
деляется исходя из расчетного тока однофазного
дугового КЗ, то защитный слой заполнения обозначает-
ся Но. При возможности возникновения только мало-
мощного искрового разряда защитный слой обозначает-
ся Ни.
Защитный экран — это металлический лист, помещен-
ный во внутрь защитного слоя песка и служащий для
снижения толщины защитного слоя заполнения. Для сни-
жения толщины защитного слоя исходя из условий трех-
фазного КЗ используется перфорированный лист с опре-
деленными размерами отверстий (экран I типа), а исхо-
дя из условий однофазного КЗ используется лист без
перфорации (экран II типа).
Защитный экранированный слой заполнения — это
толщина защитного слоя песка, ограниченного экра-
ном I типа, измеряемая по кратчайшему расстоянию от
токоведущих частей до экрана и определяемая исходя
из расчетного тока трехфазного дугового КЗ (Яэд) или
расчетного однофазного дугового КЗ (Нэо).
На рис. 4.22 показано заполнение оболочки электро-
оборудования кварцевым песком. Для заполнения при-
меняется сухой не содержащий металлических частиц
кварцевый песок со следующими параметрами:
гранулометрический состав — в пределах от 0,25
до 1,6 мм с преобладающей фракцией (более 75%) —
0,5 —1,25 мм;
содержание кварца — не менее 96%;
влагосодержание при температуре окружающего воз-
духа 20°С — массовая доля не более 0,05%;
пробивное напряжение переменного тока 50 Гц слоя
песка толщиной 20 мм не менее 18 кВ;
среднее значение удельного объемного сопротивления
при температуре 20°С— не менее 1010 Ом-см.
Поскольку кварцевый песок имеет непосредственный
контакт с токоведущими частями, поверхность его зерен
не должна впитывать влагу из окружающей атмосферы
при «дыхании» электрооборудования. Для этого песок
гидрофобизируется путем специальной технологической
обработки. Нагревостойкость гидрофобного покрытия
зерен заполнителя должна соответствовать температуре
нагрева погруженных в него частей электрооборудова-
Рис. 4.22. Электрооборудование с кварцевым заполнением: а —
с экранированием; б — без экранирования.
ния. Конечно, можно использовать и не гидрофобизиро-
ванный песок, если он не имеет непосредственного кон-
такта с неизолированными токоведущими частями
электрооборудования. Все эти меры направлены на
предотвращение возникновения дугового КЗ между то-
коведущими частями электрооборудования.
При возникнвении дугового КЗ (одно- или трехфаз-
ного) происходит оплавление песка, находящегося меж-
ду токоведущими частями. Объем оплавленного песка
зависит от мощности КЗ и его длительности. Длитель-
ность дугового КЗ в свою очередь зависит от времени
срабатывания максимальной токовой защиты. Воспла-
8—71 ИЗ.
менение взрывоопасной смеси может происходить как
вследствие выброса продуктов дугового КЗ (расплавлен-
ные частицы электродов, ионизированный раскаленный
газ и т. п.), так и от нагретой поверхности защитного
слоя песка.
Исследования показали, что выброс продуктов КЗ
достаточно надежно локализуется относительно неболь-
шой толщиной песка. Но за время действия дугового
КЗ слой, находящийся над оплавленной частью песка,
успевает нагреться до столь высокой температуры, что
становится эффективным источником поджигания взры-
воопасных смесей. Поэтому минимальная толщина за-
щитного слоя зависит помимо мощности дугового КЗ и
от категории и температуры самовоспламенения взрыво-
опасной смеси, используемой при эксперименте.
Толщина защитного слоя, мм, для смесей категорий
I и ПА группы Т1 может быть определена следующим
образом (для напряжения до 6 кВ) [27]:
Яд=1,26(/У)|/3, (4.23)
Яэд=0,ЗЦРл1у13, (4.24)
Яо=0,42(/2р0'/3, (4.25)
тде IA—kIK,3—расчетный ток трехфазного дугового ко-
роткого замыкания, А; /р — расчетный ток, принимае-
мый не менее удвоенного значения номинального тока
аппарата, А; /к,з— расчетный ток металлического трех-
фазного КЗ, A; k — коэффициент, зависящий от крат-
ности токов металлического и дугового КЗ £=0,38=0,91.
Коэффициент k зависит от номинального напряжения
электрооборудования.
Мощность КЗ для смесей категории I принимается
равной 100МВ-А; t — расчетная продолжительность ду-
гового КЗ, с. Обычно t принимается равным не бо-
лее 0,2 с.
Для взрывоопасных смесей категорий ПВ и ПС и
групп Т2—Тб толщина защитного слоя должна быть
-следующей: Яд^9 мм и Яд^18 м.м соответственно.
При коротком замыкании слой песка, лежащий выше
экрана, не оплавляется, но в то же время может нагре-
ваться до достаточно высокой температуры. Поэтому
толщина слоя песка над экраном h в зависимости от
Я 14
группы взрывоопасных смесей (Т2—Тб) должна быть не
меньше следующих значений:
Группа взрывоопасной смеси Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб
ft, мм 5 8 15 20 22
В связи с тем, что средством взрывозащиты в дан-
ном случае является сыпучий материал (песок), предъ-
являются определенные требования к защитной оболоч-
ке, в которой он находится,
г) Масляное заполнение оболочки. В основе этого
вида взрывозащиты положены те же принципы, что и
при кварцевом заполнении оболочки, с той разницей, что
в качестве средства взрывозащиты используется опреде-
ленный слой жидкости над токоведущими частями. В ка-
честве взрывозащитной жидкости используются транс-
форматорное масло (ГОСТ 982-68) или синтетические
негорючие жидкости ПМС-40, ПМС-400 (ГОСТ 13032-67).
Пробивное напряжение для масла, определяемое в стан-
дартном сосуде, должно составлять не менее 10 кВ для
электрооборудования на напряжение до 1000 В и 25 кВ —
на напряжение выше 1000 В (до 15 кВ).
Защитный слой масла не зависит от категории и
группы взрывоопасной смеси, а определяется электри-
ческими параметрами аппарата. Он должен быть не ме-
нее 25 мм и может быть уточнен по формуле [26]:
Ям=0,15А, (4.26)
где А=1,73/(7— расчетная отключающая мощность,
аппарата, кВ -А; / — номинальный отключающий ток
аппарата, кА; U — напряжение, В.
Если в слое масла установлен защитный экран, ана-
логичный описанному выше, то высота защитного слоя
может приниматься в 2 раза меньше высоты, опреде-
ленной по формуле (4.30).
Слой масла при работе коммутационного аппарата
нагревается и может стать источником поджигания
окружающей взрывоопасной смеси. В зависимости от
группы взрывоопасной смеси предельная температура,
верхнего слоя масла не дожна превышать следующих
значений:
Группа взрывоопасных смесей Т2, ТЗ Т4, Т5 Тб
Температура верхних слоев 115(388) 100(373) 80(353)
масла, °С(К)
Температура оболочки также не должна превышать,
приведенных значений. Само собой разумеется, что на-
8* 115-
дежность этого вида взрывозащиты зависит от механи-
ческой прочности оболочки и от средств контроля за со-
стоянием и наличием масла в ней.
Масляное заполнение оболочки находит ограниченное
применение в практике обеспечения взрывозащиты элек-
трооборудования.
д) Специальные виды взрывозащиты. В настоящее
время в качестве специальных средств взрывозащиты
применяются заливка токоведущих частей термореактив-
ными компаундами и герметичные оболочки. В случае
заливки компаундами взрывозащищенность электрообо-
рудования зависит от толщины слоя заливки, физико-
химических свойств компаунда, устойчивости его к воз-
действию окружающей среды, условий эксплуатации и
других факторов. Качество заливки определяется отсут-
ствием в массе компаунда после его полимеризации тре-
щин, раковин, пустот, которые, с одной стороны, явля-
юся концентраторами внутренних напряжений в ком-
паунде, а с другой — открывают прямой путь взрыво-
опасной среды к токоведущим частям электрооборудо-
вания.
Оболочка электрооборудования со специальным ви-
дом взрывозащиты может образовываться затвердев-
шим компаундом или дополнительной оболочкой из
прочного материала (металл или изоляционный мате-
риал) в зависимости от назначения и условий эксплуа-
тации электрооборудования. В первом случае толщина
компаунда обычно принимается не менее 8 мм, незави-
симо от категории взрывоопасной смеси, во втором слу-
чае— не менее 3—4 мм. Определенную роль при этом
играют габариты электрооборудования, особенно его
нагревающиеся части (обмотки, нагревательные эле-
менты и т. п.).
При воздействии температуры линейные размеры ме-
таллических деталей и слоя компаунда изменяются по-
разному в силу различных коэффициентов линейного
расширения металла и компаунда. Поэтому могут иметь
место как нарушение целостности компаунда, так и раз-
рушение залитых элементов электрооборудования. Эти
явления должны учитываться при использовании ком-
паундов в качестве средств взрывозащиты электрообору-
дования. Усилия, возникающие в компаундах, Па,
температуры, К, при которых возможно разрушение ком-
паунда, ориентировочно могут быть определены соглас-
ие
но экспериментальным исследованиям
дующим образом:
Pp=Em&L/LM,
Т -----
к
°сж.
Рр
О’
где Ет — модуль Юнга металла, Па;
таллической детали, м; AL— разность
паунда и металла, м;
ВНИИВЭ сле-
(4-27)
(4.28)
Lm — длина ме-
удлинений ком-
AL— (ни Им) АЕ,
где ак, ам — коэффициенты линейного расширения ком-
паунда и металла соответственно, м/К; АГ— разность
температур, К, АТ=ТКОн—Го, Гкон—конечная (устано-
вившаяся) температура нагрева компаунда, К; То — на-
чальная температура, К; <Тсж,к— усилия разрушения
компаунда при его сжатии, кг/м2.
Усилие Рр является удельной величиной. Если сече-
ние металлической детали равно SM, полное усилие ме-
ханической деформации, кг, будет
(4-29)
Эта сила должна быть уравновешена слоем компаун-
да, сечение которого должно быть, м2:
SK = Q—?—. (4.30)
°сж» к
Если периметр металлической детали будет равен
Лч, то толщина компаунда, м,
(4-31)
11 м
Температура нагрева поверхности компаунда не
должна превышать допустимых температур для соответ-
ствующих взрывоопасных смесей. Компаунды выбирают-
ся таким образом, чтобы их свойства сохранялись в те-
чение всего срока эксплуатации изделия.
На протяжении всего срока службы электрооборудо-
вания герметичность оболочки контролируется. Взры-
возащитные свойства ее определяются устойчивостью
оболочки к условиям эксплуатации (воздействие агрес-
сивных сред, ударов, вибраций, местных нагревов
и т. п.).
Специальные средства взрывозащиты разрабатыва-
ются индивидуально для каждого типа взрывозащищен-
ного электрооборудования в зависимости от его назначе-
ния и условий эксплуатации.
4.5. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С ВЗРЫВОЗАЩИТОЙ ВИДА «с»
Любое электрооборудование, в котором отсутствуют
искрящие или нагретые до повышенных температур ча-
сти, обладает в той или иной мере взрывобезопасными
свойствами, так как оно нормально не поджигает взры-
воопасной смеси. И в ряде стран (СССР, США) такое
оборудование допускается к 'применению в местах, где
наиболее низкая вероятность образования взрывоопас-
ных смесей. Однако было совершенно естественным же-
лание поднять у такого оборудования надежность всех
элементов, повреждение которых могло привести к появ-
лению искрений, дуг, опасных перегревов до такой сте-
пени, чтобы оборудование можно было поставить в один
ряд, например, с искрящим оборудованием, заключен-
ным во взрывонепроницаемую или продуваемую оболоч-
ку. В Германии около 50 лет назад такие работы при-
вели к появлению вида взрывозащиты «повышенная на-
дежность против взрыва» — Erhohte Sicherhcit (дословно
«повышенная безопасность»), К сожалению, термин был
выбран не совсем удачно, так как этот вид взрывозащи-
ты может обеспечивать как большую, так и меиьшую
степень безопасности по сравнению с другими видами
взрывозащиты, и в последние годы при подготовке Ре-
комендаций МЭК было решено изменить его название
«защита вида «е». ГОСТ 12.2.020-76 трактует защиту
вида «е» как вид взрывозащиты электрооборудования,
заключающийся в том, что в электрооборудовании или
его части, не имеющих нормально искрящих частей, при-
нят ряд дополнительных мер (по сравнению с электро-
оборудованием общего назначения), которые затрудняют
появление опасных нагревов, электрических искр и дуг.
Из определения видно, что этот вид защиты не мо-
жет быть применен ко всему электрооборудованию,
используемому во взрывоопасных установках. Однако
с его помощью обеспечивается взрывозащита весьма
значительной номенклатуры изделий. Это прежде всего
асинхронные электродвигатели, трансформаторы, раз-
личного рода сборки зажимов (клеммные сборки), элек-
118
тромагниты, нагреватели, светильники. Следует иметь
в виду и такую практику, когда искрящие части обору-
дования имеют соответствующий вид защиты, например,
заключаются во взрывонепроницаемую оболочку,
а остальная часть имеет защиту вида «е». Такая ком-
бинация получается экономически целесообразной и для
асинхронных двигателей и различного рода коммута-
ционных аппаратов.
Электрооборудование с защитой вида «е» не имеет
каких-либо специальных средств, препятствующих про-
никновению взрывоопасной среды внутрь (как это имеет
место, например, при оболочке под избыточным давле-
нием) или локализующих взрывов внутри оборудования.
И естественно, что температура его нагретых частей не
должна превосходить допустимую не только на наруж-
ной поверхности, но и внутри него. Причем, если допу-
стимая температура наружной поверхности определяет-
ся лишь температурой самовоспламенения газо-паровоз-
душной смеси и температурой тления пыли, для которых
предназначено электрооборудование, то при выборе до-
пустимой температуры внутренних частей следует еще
дополнительно рассматривать предельные температуры,
до которых могут быть безопасно нагреты материалы,
соприкасающиеся с токоведущими частями: изоляция,
конструктивные детали и т. п.
Рассматривая защиту вида «е», базирующуюся на
высокой эксплуатационной надежности изделий, было
бы уместно дать требуемые цифровые показатели на-
дежности. Однако исторически вместо обобщенных по-
казателей или испытаний разрабатывался и стандарти-
зировался комплекс конкретных мер, охватывающих
стадии опытно-конструкторской разработки, изготовле-
ния электрооборудования и его эксплуатации с такой за-
щитой. Эти меры будут рассмотрены ниже в пятой
главе.
4.6. УРОВНИ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
Рассмотренные выше виды взрывозащиты определя-
ют ее качественную характеристику, т. е. отвечают на
вопрос, какими средствами, мерами может быть обеспе-
чена взрывозащита. Для количественной же характери-
стики, которая указывала бы на степень безопасности
того или иного изделия, на то, в сколь опасных местах
можно ставить конкретный тип взрывозащищенного
электрооборудования, используется понятие уровня
взрывозащиты.
Уровень взрывозащиты, согласно стандарту [22]
определен как степень взрывозащиты электрооборудова-
ния (электротехнического устройства) при установлен-
ном нормативными документами условиях. Этим же дей-
ствующим нормативным документом, как и ранее
ПИВРЭ [76], установлены три уровня взрывозащиты:
повышенной надежности против взрыва;
взрывобезопасный;
особовзрывобезопасный (по ПИВРЭ он назывался
безопасный при любых повреждениях).
В электрооборудовании повышенной надежности про-
тив взрыва взрывозащита обеспечивается только
в признанном нормальном режиме его работы, а во
взрывобезопасном оборудовании взрывозащита обеспе-
чивается не только в нормальном режиме, но и при
признанных вероятных повреждениях (признанные нор-
мальные режимы и повреждения указываются в гостах
на отдельные виды взрывозащиты). К особовзрывобезо-
пасному электрооборудованию относят взрывобезопасное
оборудование, в котором приняты дополнительные сред-
ства взрывозащиты. Переход от одного уровня взрыво-
защиты к другому удобно проследить на примере такого
вида взрывозащиты как искробезопасность электриче-
ской цепи.
При уровне повышенной надежности достаточно, что-
бы эта цепь была безопасной (конечно с соответствую-
щим коэффициентом запаса) только в нормальном ре-
жиме работы системы, с которой связана эта цепь. Для
того чтобы эта цепь имела взрывобезопасный уровень,
она должна быть безопасной не только при нормальной
работе, но и при одном наиболее опасном искусственно
созданном повреждении. При особовзрывобезопасном
уровне взрывобезопасность должна обеспечиваться при
двух независимых повреждениях.
Создание электрооборудования с различными уров-
нями взрывозащиты позволяет более экономично решать
вопрос обеспечения взрывобезопасности в производст-
вах, имеющих места (зоны) с различной вероятностью
образования взрывоопасных сред. В наиболее опасных
местах, где следует считаться с постоянным наличием
взрывоопасной атмосферы, нужно применять оборудова-
ло
ние с самым высоким уровнем взрывозащиты — особо-
взрывобезопасное; там же, где взрывоопасная смесь мо-
жет появиться только при аварии и только на короткое
время, можно применять наиболее дешевое взрывозащи-
щенное оборудование с уровнем повышенной надежности
против взрыва.
Для характеристики уровней взрывозащиты ранее не
имелось количественной оценки. Вошедший в 1978 г.
в действие стандарт [20] установил допустимую вероят-
ность возникновения взрыва не более 10~6 в течение
года на любом взрывоопасном участке (зоне). В случае
технической или экономической нецелесообразности
обеспечения этого значения вероятности возникновения
взрыва стандарт требует, чтобы применялись такие про-
изводственные процессы, при которых вероятность воз-
действия опасных факторов взрыва на людей в течение
года не превышала 10-6 на человека.
Таким образом, создалась возможность перейти на
количественную оценку и уровней взрывозащиты элек-
трооборудования.
В мировой практике, в частности в рекомендациях
МЭК, отсутствует на сегодняшний день понятие уровня
взрывозащиты, однако фактически идеи разделения обо-
рудования в зависимости от степени взрывозащиты во-
площаются в отдельных документах и рекомендациях.
В частности, принято решение указывать на маркировке
оборудования ту зону наивысшей опасности, в которой
можно применять то или иное изделие в зависимости от
принятых в нем мер взрывозащиты. Предусмотрено три
уровня искробезопасности цепи (ia, iB и ic) в зависимости
от степени их безопасности и два класса продуваемого
оборудования. Кроме того, в стадии рассмотрения нахо-
дятся нормы проектирования электрооборудования, на-
зываемого типом «Л», которое представляет набор элек-
трооборудования с различными видами взрывозащиты
«упрощенной» конструкции, по сути являющегося элек-
трооборудованием с уровнем взрывозащиты повышенной
надежности против взрыва.
4.7. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
а) Общие сведения. Основным документом для опыт-
ной конструкторской разработки (ОКР) взрывозащи-
щенного электрооборудования является техническое за-
Стадия проектирования Утвержденное техническое задание Расчетно-пояс- нительная за- писка с обос- нованием при- нятых в проек- те конструк- тивных решений Общий ВИД электрообору- дования с га- баритными и установочными размерами Рекомендации по методам испытаний
Эскизный проект + + +
Технический проект + + +
Рабочий проект (рабочая доку- ментация) — — -—' —
* В случае, когда не разрабатывается эскизный проект.
дание, которое согласовывается с заинтересованными
организациями и предприятиями и утверждается выше-
стоящей организацией. Оно должно содержать:
назначение и область применения взрывозащищен-
ного электрооборудования (температура, влажность,
давление окружающей среды, наличие агрессивных га-
зов или паров и др.);
класс взрывоопасной зоны (помещения, выработки
угольных шахт), категорию и группу взрывоопасных
смесей, в которых будет устанавливаться электрообору-
дование, необходимый уровень взрывозащиты как всего
электрооборудования, так и его отдельных частей;
конструктивные и эксплуатационно-технические тре-
бования, а также требования, характеризующие надеж-
ность и долговечность электрооборудования;
технико-экономические обоснования и другие сведв'
ния, необходимые для разработки электрооборудования.
Обычно параметры взрывозащиты должны рассчи-
тываться на использование электрооборудования в пред-
ставительных взрывоопасных смесях соответствующих
категорий. В отдельных случаях, что оговаривается осо-
бо, электрооборудование может рассчитываться для
установки в конкретной смеси.
ОКР взрывозащищенного электрооборудования вы-
полняется, как правило, в три стадии: эскизный проект1,
1 Если ОКР не предшествовали научно-исследовательские рабо-
ты (НИР), то перед эскизным проектом должны разрабатываться
технические предложения.
Таблица 4. 8
Технико-эконо- мическое обоснование Комплект проектно- конструкторской документации со спецификацией и ведомостью покупных деталей и узлов Комплект рабочих чертежей со спе- цификацией, ведо- мость покупных, заимствованных и нормализованных деталей и узлов Технические условия (отраслевой стандарт) Техническое описание (паспорт), инструкция по монтажу и эксплуа- тации
+ +* + — — —
— — + + +
технический проект и рабочий проект. Каждый проект
должен содержать следующие основные виды техниче-
ской документации, перечисленные в табл. 4.8.
Из таблицы видно, что объем технической докумен-
тации на взрывозащищенное электрооборудование не от-
личается от объема такой документации на электрообо-
рудования общего назначения.
Техническая документация на взрывозащищенное
электрооборудование отличается требованиями к обес-
печению его взрывозащищенности.
В технических условиях, в разделе «Назначение и
область применения» указывается:
область применения взрывозащищенного изделия;
класс взрывоопасной зоны помещений и наружных
установок, согласно классификации гл. VII-3 ПУЭ 5-го
издания с указанием категории и группы взрывоопасных
смесей газов и паров с воздухом, в котором допустима
эксплуатация изделия. В отдельных случаях, вместо ка-
тегории и группы взрывоопасных газов и паров с возду-
хом указывается конкретное наименование этих газов и
паров;
условная маркировка с указанием уровня и вида
взрывозащиты, способа ее обеспечения, согласно дейст-
вующему стандарту, и оборудования, для которого стан-
дарта нет — согласно ПУЭ, ПИВРЭ [76] или рекомен-
даций СЭВ.
В разделе «Технические требования» предусматри-
вается,. что изделие должно изготавливаться по техни-
ческой документации, согласованной с уполномоченной
на это испытательной организацией (ВНИИВЭ,
МакНИИ, ВостНИИ) и что серийный выпуск его возмо-
жен только после получения свидетельства у испыта-
тельной организации согласно [23].
В разделе «Методы испытаний» предусматриваются
все виды испытаний, их методы, место и периодичность,
а также все виды проверок и правила приемки. Кроме
испытаний, предусмотренных требованиями действую-
щих стандартов и нормалей, в программу контрольных
испытаний входят:
испытания на взрывозащищенность, которые прово-
дятся уполномоченной на это испытательной организа-
цией;
гидравлические и тепловые испытания по требовани-
ям, указанным в чертежах;
внешний осмотр и проверка соответствия чертежам;
проверка параметров, обеспечивающих взрывозащи-
щенность изделия.
В разделе «Маркировка, упаковка, хранение и
транспортирование» предусматривается указание о на-
личии выпуклого рельефного знака маркировки по взры-
возащищенности и предупредительных надписей.
Техническое описание (паспорт) и инструкция по
монтажу и эксплуатации составляется таким образом,
чтобы обслуживающий персонал, занимающийся монта-
жом и эксплуатацией взрывозащищенного электрообо-
рудования, смог изучить его конструкцию, принцип дей-
ствия и получить ясное представление о его взрывозащи-
те, монтаже и эксплуатации.
Помимо общепринятых в соответствии с ЕСКД раз-
делов «Инструкция по монтажу и эксплуатации» долж-
на содержать разделы, отражающие особенности обес-
печения взрывозащищенности электрооборудования и
его частей, сохранение взрывозащитных средств при мон-
таже, эксплуатации и ремонте электрооборудования.
В комплект рабочих чертежей включается чертеж уз-
лов взрывозащиты, на котором указываются параметры,
обеспечивающие взрывозащищенность электрооборудо-
вания, например, для взрывонепроницаемого вида — за-
зор (ширина щели) и т. п., для искробезопасных цепей—
параметры элементов, ток и напряжения и т. п., соответ-
ствующие данные указываются и для других видов взры-
возащиты.
Разрабатываемое взрывозащищенное электрообору-
дование должно быть на уровне новейших достижений
отечественной и зарубежной техники, соответствовать
требованиям Единой системы конструкторской и техно-
логической документации (ЕСКД и ЕСТД), установлен-
ным государственными стандартами, нормалям электро-
техники, отраслевым нормам, правилам [75, 76, 80],
требованиям соответствующих органов Государственного
надзора (Госэнергонадзора, Госгортехнадзора СССР,
Регистра и др.), рекомендациям по стандартизации и
стандартам стран — членов СЭВ. Следует также учиты-
Рис. 4.23. Взрывонепроницаемые соединения:
а — плоское; б — цилиндрическое; в — лабиринтное; г — резьбовое; — шири-
на щели (зазора) плоского соединения; Wd— то же, но цилиндрического; L —
длина щели (зазора) плоского соединения, — то же, ио илиидрического;
h — ширина зазора резьбового соединения; Н— длина резьбового соединения
вать рекомендации Международной электротехнической
комиссии (МЭК). Особое внимание необходимо уделять
не только параметрам электрооборудования, выбору ма-
териалов технической эстетики, но и новым технологиче-
ским процессам, обеспечивающим высокие показатели
надежности, долговечности, снижению металло- и ма-
териалоемкости и др.
б) Электрооборудование во взрывонепроницаемой
оболочке. Составными частями рассматриваемого элек-
трооборудования являются: взрывонепроницаемая обо-
125
лочка с ее элементами; электрические части; присоеди-
нительные коробки с вводными устройствами. Одной из
особенностей таких оболочек является то, что полость
с нормально искрящими или нагревающимися до высо-
кой температуры при нормальной работе частями отде-
ляется от полости вводного устройства взрывонепрони-
цаемой перегородкой, а присоединение жил кабелей или
проводов к элементам электрооборудования осуществля-
ется посредством взрывонепроницаемых проходных вы-
водов.
Взрывонепроницаемые соединения могут быть пло-
скими, цилиндрическими, лабиринтными, резьбовыми
или комбинированными. На рис. 4.23,а, б, в, г приведены
примеры выполнения различных соединений взрывоне-
проницаемой оболочки. Соединения должны быть скон-
струированы и так изготовлены, чтобы во всех случаях
ширина зазора (щели) была не более, а длина зазора
не менее регламентированных значений. Острые кромки
на взрывозащитных поверхностях должны быть притуп-
лены или иметь фаски. Размер фасок не учитывается при
определении длины зазора.
При конструировании взрывонепроницаемых оболо-
чек электрооборудования должны выдерживаться пара-
метры, приведенные в табл. 4.9 для категорий взрыво-
опасной смеси I, ПА и ПВ для соединений: неподвижных
Таблица 4.9
Свободный объем оболочки, л Длина зазора (не менее), мм, для соединений:
неподвижных плоских н цилиндрических в оболочках неподвижных цилиндрических в металлических или пластмассо- вых оболочках3
металлической1 пластмассовой2
свыше до общая против отверстия под бблт Ls общая £i против отверстия под болт £3 общая £i
0,2 5 5 8 6 10
0,2 0,5 8 5 13 8 15
0,5 2 15 8 20 10 15
2 — 25 10 — — 254
1 Ширина зазора (WX-=Wпри категории смеси: I —не более 0,5 мм, ПА —не
более 0,3 мм и ПВ — не более 0,2 мм.
а Ширина зазора lFi^0,2 мм, < 0,25 мм.
3 Ширина зазора {W d} при категории смеси: I и ПА—не более 0,15 мм.
* Только в металлических оболочках.
плоских и цилиндрических, подвижных цилиндрических
(для металлических и пластмассовых оболочек) — в со-
ответствии с требованиями стандартов или ПИВРЭ [76].
Если оболочка состоит как из металлических, так и из
пластмассовых частей, параметры соединений должны
приниматься как для пластмассовых частей.
При определении длины зазора для плоскоцилиндри-
ческого соединения допускается учитывать и длину ци-
линдрической части зазора, если ширина диаметрально-
го зазора не превышает 0,2; 0,15 и 0,1 мм для сред I,
ПА и IIB категорий взрывоопасных смесей соответст-
венно.
Если взрывонепроницаемые оболочки, имеющие соот-
ношение объемов 1 :4, соединены друг с другом канала-
ми, то для исключения возможного сжатия газов в од-
ном объеме при воспламенении смеси во втором, сече-
ние канала должно быть не менее 750 йм2.
Взрывонепроницаемые оболочки могут иметь устрой-
ства для вентиляции или разгрузки давления взрыва.
Оболочки, снабженные вентиляционными или разгрузоч-
ными устройствами, рассчитываются на давление не ме-
нее 0,2 МПа изб. В качестве средства взрывозащиты та-
ких устройств могут быть пакеты со щелевыми зазора-
ми, набивки из сыпучих гранулированных материалов
и др. Параметры взрывозащитного слоя гранулирован-
ных материалов, применяемых для разгрузочных
устройств для некоторых смесей, приведены в табл. 4.10.
Таблица 4.10’
Категория взрыво- опасной смеси Свободный объем оболочки, л Максимальный диа- метр гранул, мм Минимально допус- тимая толщина слоя, мм
I Не регламентиру- ется 4 20
ПА То же 3 20
ПВ до 0,1 3 15
свыше 0,1 2 20
ПС до 0,5 1 20
свыше 0,5 до 2,0 1 50
Взрывонепроницаемые оболочки должны иметь бло-
кировку, препятствующую открыванию крышек при на-
личии напряжения на токоведущих частях. Блокировка
может осуществляться как электрическими, так и меха-
ническими средствами. Одним из видов блокировки яв-
ляется использование крепежных болтов со специальной
формой головок. На крышках оболочек, открываемых
только для выполнения монтажа и профилактических
ремонтов; вместо блокировки может быть нанесена пре-
дупреждающая надпись, например, «Открывать, отклю-
чив от сети!» и др.
Таблица 4.11
Соединение Свободный объем ме- таллической оболочки, л За^ор неподвижных соеди- нений, мм
wd
Плоское ДО 0,1 10 0,15 0,15
Цилиндрическое от 0,1 до 0,3 15 0,1 0,1
от 0,3 до 0,5 20 0,1 0,1
от 0,5 до 5,0 25 0,1 0,1
Плоскоцилиндрическое от 2 до 25 35 0,15 0,2
Двухповоротный лабиринт от 0,1 до 5,0 30 0,1 0,2
При создании взрывонепроницаемых оболочек элек-
трооборудования, предназначенного для эксплуатации
в средах категории ПС, необходимо выдерживать пара-
метры неподвижных плоских, цилиндрических и плоско-
цилиндрических соединений в соответствии со значения-
ми, приведенными в табл. 4.11. В подвижных цилиндри-
ческих соединениях ширина зазора W(i не должна пре-
вышать 0,1 мм, а его длина должна быть не более сле-
дующих значений:
Свободный объем обо-
лочки, л.............до0,1 свыше 0,1 до 0,3 свыше 0,3 до 0,5
Длина щели, мм .... 10 15 20
При создании щелевых огнепреградителей (рис.
4.24) параметры взрывозащиты должны соответствовать
значениям, приведенным в табл. 4.12, а огнепреградите-
лей, средством пламегашения которых является порис-
тый материал, — в табл. 4.13.
Шариковый наполнитель и наполнитель неправиль-
ной формы огнепреградителей должны находиться
в плотном состоянии. Для этого такие огнепреградители
128
Таблица 4.12
Свободный объем газового тракта и оболочки, л Щель огнепреградителей, мм
Длина Lj Ширина Si
ДО 0,1 20 0,1
от 0,1 до 2,0 50 0,2
Таблица 4.13
Свободный объем Фракции
Тип огнепреградителя слоя порис- сыпучих
между огнепрегра- той массы, материалов,
дителядш, л мм мм
Шариковые (стеклянные, сталь- до 0,5 25 0,8—1,0
ные и др.) от 0,5 до 2,0 45 0,8—1,0
Заполненные сыпучим материа- до 0,5 20 0,64—1,0
лом неправильной формы от 0,5 до 2,0 30 0,64—1,0
(кварцевый песок, фарфоро- вая крошка и др.)
Спеченные из металлического до 2,0 >10* —
порошка (с размерами: гра- нул до 1 мм, поры до 0,1 мм)
* Тодшина спеченного изделия.
подвергаются утруске на вибростенде с частотой коле-
баний 25—50 Гц при амплитуде 1 мм в течение 5 мин.
В процессе эксплуатации перемещение частичек напол-
нителя недопустимо.
В качестве средства взрывозащиты огнепреградите-
лей и вентиляционно-разгрузочных устройств оболочек
могут использоваться фильтровые сетки № 160 и 200 из
нержавеющей стальной проволоки по ГОСТ 3187-76. Их
номер означает число проволок основы на 1 дм сетки.
Диаметр этих проволок у сетки № 160 равен 0,20 мм,
а у сетки № 200—0,18 мм. Уток—из проволок диаметром
0,12 мм, при числе 833 «а 1 дм сетки. Масса сеток № 160
и 200 1,4 и 2,3 кг/м2 соответственно. Количество сеток не
менее двух. Они должны быть защищены от механиче-
ских повреждений.
Взрывонепроницаемые резьбовые соединения частей
оболочек для сред всех категорий должны удовлетворять
следующим требованиям:
резьба должна быть метрической по ГОСТ 16093—70
или трубной цилиндрической по ГОСТ 6357—73;
Рис. 4.24. Разновидности щелевых огнепреградителей
шаг резьбы должен быть для металлических частей
оболочек не менее 0,7, для пластмассовых — не менее
1,0 мм;
число полных непрерывных неповрежденных ниток
резьбы в соединении должно быть для металлических и
пластмассовых частей — не менее 5;
осевая длина резьбы — не менее 5 мм для оболочек
со свободным объемом до 0,1 л и не менее 8 мм — для
оболочек со свободным объемом более 0,1 л.
Максимальное давление взрыва в оболочке взрыво-
непроницаемого электрооборудования определяет ее
конструктивные параметры, в частности, жесткость кре-
пежа и необходимый запас механической прочности,
обеспечивающие взрывоустойчивость оболочки и ее без-
опасную эксплуатацию во взрывоопасной среде.
В табл. 4.14 приведены для различных категорий
взрывоопасных смесей значения испытательных давле-
ний при гидравлических испытаниях в зависимости от
130
Т а б л л п а 4 14
Категория взрывоопас- ной смеси Испытате явное давление, (МПа изб.) при свободном объеме обояочки, л
до 0,5 свыше 0,5 до 2,0 свыше 2,0
I 0,3 0,6 0,8
ПА 0,4 0,8 1,0
IIB 0,4 0,8 1,0
ПС 0,6 0,8 1,0
свободного объема оболочки. Исходя из этих данных
рассчитывается механическая прочность оболочки.
Замеченное в процессе исследований уменьшение
давления взрыва при уменьшении объема оболочки свя-
зано с уменьшением отношения свободного объема обо-
лочки V к площади ее внутренней поверхности $вт. Для
оболочки сферической формы Vc это отношение может
быть определено выражением (фактор формы ЛфС):
= (4-32)
°вт, с °
где г — радиус сферической оболочки; SBT,C— ее внут-
ренняя поверхность.
Для другой формы оболочки может быть найден ана-
логичный фактор формы Кф, у которой отношение сво-
бодного объема к площади внутренней поверхности рав-
но такому же отношению у сферической оболочки, т. е.
Кф=Кфс-
Объем такой сферической оболочки Уэ,с, эквивалент-
ной рассматриваемой оболочке (У), по этому отноше-
нию будет равен:
Уэ.с = 4г(ЗКф)3/3. (4.33)
Исследования показали, что зависимость давления
взрыва (Рвзр) от объема оболочки (14,с) для всех взры-
воопасных сред имеет вид
Р-р =0^7 (4-31>
где а и b — полученные экспериментальным путем па-
раметры, зависящие от свойств взрывоопасной смеси.
9* 131.
В табл. 4.15 приведены значения параметров а и b
для представительных смесей соответствующих катего-
рий и ацетилена.
Таблица 4.15
Категория взрывоопасной смеси а b
I 6,2 0,0035
ПА 2,3 0,0013
ПВ 4,9 0,0048
ПС 1,2 0,0037
Ацетилен 2,25 , 0,0010
Определив для конкретной оболочки величину 7э,с и
используя значения параметров из табл. 4.15, можно
рассчитать давление взрыва по формуле (4.34).
Следует заметить, что формула (4.34) не проверена
на оболочках с сопряженными объемами (типа электро-
двигателя), поэтому для таких расчетов не рекомендует-
ся. Предлагаемые методы расчета могут быть использо-
ваны на всех этапах создания взрывонепроницаемого
электрооборудования от проектирования до проведения
контрольных испытаний.
Присоединительные коробки с вводными устройства-
ми, проходные зажимы выполняются с соблюдением па-
раметров взрывонепроницаемости, принятых для основ-
ной оболочки.
Следует иметь в виду, что кабельный ввод, в котором
уплотнение кабеля или проводов осуществляется с помо-
щью резинового кольца, не обладает такой же степенью
надежности в отношении взрывонепроницаемости, как,
например, щелевое взрывонепроницаемое соединение ме-
таллических частей оболочки. В процессе эксплуатации
взрывонепроницаемость кабельного ввода может быть
нарушена вследствие старения резины или некачествен-
ного монтажа. Поэтому, если вводное устройство элек-
трооборудования не будет отделено от полости с нор-
мально искрящими или нагревающимися до высокой
температуры частями, то при нарушении уплотнения ка-
белей или проводов и при проникновении взрывоопасной
смеси внутрь такой оболочки возможен взрыв с переда-
чей его в окружающую взрывоопасную среду.
Прямой ввод в оболочку кабелей или проводов до-
пускается в том случае, если в ней отсутствуют источни-
ки воспламенения в нормальном режиме работы элек-
трооборудования.
При особовзрывобезопасном уровне вводные устрой-
ства рассчитываются с учетом режима дугового КЗ. Ме-
ханическая прочность оболочки определяется экспери-
ментально. Ориентировочные значения развиваемого
давления Р и времени достижения максимума /м при
дуговом КЗ могут быть определены из выражений:
P = 7,2.10-s(7K.3t7x.x±y
^=5,8(/к. а ,х4Г°’7’
(4.35)
(4.36)
где 7к,з — ток дугового КЗ, А; — напряжение холо-
стого хода, В; V — свободный объем оболочки, м3.
в) Электрооборудование с видом взрывозащиты ис-
кробезопасная электрическая цепь. Контрольно-измери-
тельная аппаратура и аппаратура автоматики, системы
телемеханики, сигнализации и связи, содержат огромное
количество цепей, параметры которых сравнительно про-
стыми средствами и способами могут быть выполнены
искробезопасными, т. е. такими, при которых действую-
щие в цепях токи и напряжения не превышают искро-
безопасных значений, как это указывалось в § 4.3.
Электрические цепи могут проектироваться с тремя
уровнями искробезопасности (взрывозащищенности):
особовзрывобезопасный (по классификации ПИВРЭ —
взрывобезопасный уровень с любым количеством по-
Та бли па 4.16
Наличке в искро- безопасней цепи открытых нормаль- но искрящих кон- тактов Количество повреждений элементов в аварийных состояниях в зависимости от уровня искробезопасности цепи
“а’ 'а "Ь- 'Ь “с ‘с
Отсутствуют Имеются по два по- вреждения все возмож- ные повреж- дения по одному поврежде- нию по два поврежде- ния поврежде- ния не со- здаются* то же по одному поврежде- нию
• В электрооборудовании I группы искробезопасность обеспечивается только в
цепях, имеющих нормально искрящие контакты.
вреждений элементов) — обозначается на, 1а; взрывобез-
опасный — нь, ib и повышенная надежность против взры-
ва— ис, ic. Первое обозначение указано для рудничного
взрывозащищенного электрооборудования, второе — для
остального. Различаются эти уровни количеством по-
вреждений элементов (узлов или блоков), не удовлетво-
ряющих соответствующим требованиям [30, 78], как это
указано в табл. 4.16.
Искробезопасные цепи согласно [30] должны иметь
коэффициент искробезопасности не ниже 1,5 (в [76] был
принят коэффициент 2,0, а ранее, в [78]—2,5) в нор-
Рис. 4.25. Блок-схема электрической системы с искробезопасными
внешними цепями
мальном режиме работы электрооборудования (электри-
ческой системы), а также во всех аварийных состояниях
при повреждениях элементов.
Система с искробезопасными внешними цепями в об-
щем виде включает в себя следующие основные элемен-
ты (рис. 4.25):
источник питания (ИП) — трансформатор с выпря-
мителем или стабилизатором, источник постоянного тока
(гальванические элементы, или аккумуляторная бата-
рея), преобразователь постоянного тока в переменный
или наоборот;
усилительное или преобразовательное устройство
(УУ), к которому подключено регистрирующее устрой-
ство (РУ), совмещенное с прибором или вынесенное да-
леко за его пределы;
линия связи (кабели или провода), содержащая так-
же различные коммутационные элементы (зажимы, ко-
робки, сборки и т. п.);
датчиковое устройство (Д), которое может представ-
лять отдельный датчик, например, термометр сопротив-
134
ления, термопару, фотодиод и др. или целое устройство
с предварительным преобразованием смыслов датчика;
искрозащитное устройство (ИЗУ), которое обеспечи-
вает искробезопасность линии связи и цепей датчика при
любых режимах работы ИП, УУ, РУ и всей системы
в целом.
Во взрывоопасных условиях могут располагаться как
все элементы системы целиком, тогда все искроопасные
цепи заключаются обычно во взрывонепроницаемую обо-
лочку, так и только датчиковые устройства, а остальная
часть выносится за пределы взрывоопасной зоны (поме-
щения) .
При этом искробезопасные цепи гальванически могут
быть связаны или не связаны с искроопасными цепями.
Цепи могут быть частично искробезопасными, когда
только в отдельных частях цепи имеются искробезопас-
ные токи и напряжения, а в остальных частях могут про-
текать искроопасные токи.
Нормальный режим работы электрооборудования —
это такой режим, когда ни один из его электрических
параметров не отличается от расчетных и проверенных
значений, и конструкция электрооборудования в целом,
отдельные его узлы не имеют отклонений от проекта.
К нормальному режиму работы отнесены также искре-
ния, которые могут возникнуть при разрыве, коротком
замыкании или замыкании на землю жил кабелей или
проводов внешних искробезопасных цепей, т. е. цепей,,
проложенных вне оболочки электрооборудования.
Аварийное состояние — это такое состояние электро-
оборудования (системы), при котором произошли изме-
нения электрических и конструктивных параметров уз-
лов, блоков или всего электрооборудования в целом. На-
пример, в результате выхода из строя транзисторов ста-
билизатора напряжения выросло выходное напряжение
выпрямителя и т. д. При проектировании цепи или си-
стемы необходимо учитывать, что повреждения элемен-
тов могут происходить самым неблагоприятным для це-
пи образом. Все параллельные цепи и элементы рассма-
триваются оборванными, последовательные — закорочен-
ными, т. е. оказываются последовательно включенными
все индуктивности системы (обмотки трансформаторов,
реле и т. п.), а параллельно — все емкости; кроме того,
могут оказаться последовательно соединенными все
имеющиеся источники питания системы. Таким образом,.
действующее напряжение в цепи будет равно их сумме.
Следует учитывать, что первичное и последующее по-
вреждение рассматриваются как одно, если повреждение
одного элемента приводит к повреждению других эле-
ментов цепи (системы) или, если нагрузка на них начи-
нает превышать регламентированные значения. Напри-
мер, согласно [30] —это 2/3 номинальных значений тока
(для ограничительного диода, стабилитрона и др.), на-
пряжения (для конденсатора, диода т. п.) или мощности
(для резистора, стабилитрона, транзистора и др.). Если
повреждение одного элемента может вызвать поврежде-
ние межэлементных соединений, то первичное и после-
дующее повреждения также рассматриваются как одно
повреждение.
Для обеспечения искробезопасности используются
специальные искрозащитные элементы или целые
устройства. К ним относятся ограничители тока и напря-
жения, шунтирующие и разделительные элементы.
Из рассмотренной характеристики искробезопасности
(§ 4.3) видно, что наибольшей искробезопасной мощно-
стью обладают омические цепи. Поэтому при разработ-
ке искробезопасных цепей большое внимание уделяется
-77/ Ri Rs Ri Rf Rz
z t а иг !t} > t
Рис. 4.26. Схемы блоков искрозащиты на стабилитронах (барьеры
Зенера).
Схема с балластным резистором для постоянного (а) и переменно-
го (б) токов; в — схема без балластного резистора; г — схема бло-
ка для переменного тока с балластным резистором и заземленной
средней точкой; д — схема с дублированием стабилитронов. 1—2 —
к искроопасной цепи; 3—4— к искробезопасной цепи; V,—V4 — ста-
билитроны; 7?i, R3 — ограничительные резисторы /?2; Ri— балласт-
ные резисторы; /71, П2 — предохранители
П-f Ri Rs
2 77? R$ Ry 4
выбору эффективных средств шунтирования (табл. 4.17).
Для обеспечения искробезопасности входных (выход-
ных) цепей электрооборудования довольно широкое рас-
пространение получили так называемые блоки искроза-
щиты на стабилитронах (рис. 4.26). За рубежом они на-
136
Таблица 4.17
Род тока в цепи Вид шунта Потребление тока шун- том при нормальной ра- боте электрооборудования
Постоянный Выпрямительные диоды Стабилитроны Тиристоры Конденсаторы и ва- риконды Короткозамкнутые обмотки, витки Резисторы и вари- конды Отсутствует Как правило, отсут- ствует1 Только в цепи уп- равления Отсутствует Значительное
Переменный промыш- ленной частоты (50 Гц) Встречновключен- ные стабилитроны Встречнопараллель- но включенные диоды (фриттеры) Конденсаторы и ва- риконды Резисторы и вари- конды Очень незначитель- ное То же2 Значительное
Переменный звуковой (средней) частоты до 20 кГц Встречновключен- ные стабилитроны Резисторы и вари- конды Конденсаторы и ва- риконды Очень незначитель- ное Значительное Значительное, кро- ме того, вносятся частотные искажения
1 За редким исключением стабилитрон в нормальном режиме закрыт.
3 Напряжение на шунте (амплитудное значение) принимается ниже напряжения
открывания диода.
зываются «барьеры Зенера». Они представляют конст-
руктивно законченный блок, устанавливаемый на входе
(выходе) устройства.
При разработке электрооборудования необходимо
учитывать индуктивности соединительных кабелей и
проводов. Можно порекомендовать в качестве ориенти-
ровочного значения индуктивность 1—1,5 мГ/км длины
кабеля или провода, которую следует суммировать
с имеющейся индуктивностью цепи. Необходимо учиты-
вать и емкость кабеля и проверять ее по характеристи-
кам искробезопасности с учетом омического сопротивле-
ния кабеля. Проведенные исследования показывают, что
наибольшую опасность при неизменном сечении кабеля
представляют длины 600—1200 м.
Определенным требованиям должен удовлетворять
внутренний монтаж электрооборудования (навесной или
печатный). Он должен быть прочным, не обрываться
в эксплуатационных условиях, не подвергаться вредным
воздействиям окружающей атмосферы. Таким же требо-
ваниям должны удовлетворять и оболочки электрообо-
рудования или его отдельных узлов. Степень защиты
оболочек должна быть, как правило, не ниже IP54, если,
конечно, электрооборудование не устанавливается в за-
пираемые шкафы, имеющие такую же или большую сте-
пень защиты. Доступ во внутрь электрооборудования
с искробезопасными цепями обычно ограничен заливкой
наиболее ответственных узлов и элементов и установ-
кой на крышках оболочек пломб или специальных зам-
ков.
т) Электрооборудование с видом взрывозащиты «за-
полнение и продувка оболочки под избыточным давле-
нием». Особенностью электрооборудования с этим видом
взрывозащиты, также как с видами взрывозащиты
«кварцевое и масляное заполнение оболочки» и «специ-
альный», является независимость от категории взрыво-
опасности смеси.
Электрооборудование с таким видом взрывозащиты
может изготавливаться с двумя уровнями взрывозащи-
ты: повышенной надежности против взрыва и взрыво-
безопасным. Отличительная их особенность заключается
в реакции аппаратуры контроля и блокировки на ава-
рийную ситуацию (снижение давления защитного га-
за)—подача аварийного сигнала (светового и звуково-
го) — для уровня повышенной надежности и дополни-
тельного снятия напряжения с электрооборудования —
для взрывобезопасного уровня.
Защитные оболочки рассчитываются на давление не
ниже 200 Па изб. и должны иметь степень защиты от
внешних воздействий не ниже IP40. В конструкции кры-
шек, люков и дверец, для обслуживания электрообору-
дования и газопроводов предусматривают блокировочное
устройство, не допускающее их открывание, пока с элек-
трооборудования не снято напряжение или же включе-
ния его, пока открыты крышки, люки или дверцы. При
138
отсутствии таких блокировок, на крышках люков преду-
сматривается предупредительная надпись: «Открывать,
отключив электрические цепи!». Если по принципу рабо-
ты электрооборудование требует постоянного открыва-
ния крышек, то давление защитного газа при открытой
крышке не должно падать ниже 100 Па изб. Особое
Рис. 4.27. Пример выполнения совмещенной системы вентиляции:
I— пространство в невзрывоопасной зоне, из которой происходит забор атмо-
сферного воздуха; II — невзрывоопасная зона; III — взрывоопасная зона. 1 —
фильтр; 2 — нагреватель; 3 — вентилятор подачи воздуха (защитного газа);
4 и /0 — вентиляционные клапаны; 5 —подающий воздуховод; 6 — штуцер для
подключения приборов контроля избыточного давления; 7 — электродвигатель;
8 — отводящий воздуховод; 9 — вводное устройство
внимание при конструировании оболочки и газопроводов
нужно обращать на исключение образования непровет-
риваемых участков оболочки (карманов) и застойных
зон. При проектировании крупногабаритных продувае-
мых электродвигателей система вентиляции защитного
газа может совмещаться с его собственной системой вен-
тиляции, либо быть обособленной. На рис. 4.27 показан
прмер выполнения совмещенной системы вентиляции.
На рис. 4.28 приведена графическая зависимость ста-
тического давления в оболочке Р электродвигателя от
расхода защитного газа на входе в оболочку. За нуле-
вое значение графика принято атмосферное давление
окружающей среды. Кривые А относятся к минимально
допустимым значениям избыточного давления и расхода
защитного газа, при которых должны срабатывать при-
боры блокировки. Кривые Б — относятся к аналогичным
величинам с учетом разности давления включения и от-
ключения (дифференциал) прибора контроля избыточ-
ного давления.
Приборы контроля и блокировки выбираются таким
образом, чтобы безопасность их работы сохранялась за
весь срок службы электрооборудования. Это должны
быть простые и удобные в обслуживании устройства.
д) Кварцевое заполнение оболочки. Электрооборудо-
вание может изготавливаться с двумя уровнями взрыво-
защиты: взрывобезопасным и особовзрывобезопасным.
Рис. 4.28. Зависимость статического давления от расхода защитного
газа на входе в оболочку.
А — минимально допустимые величины избыточного давления и расхода за-
щитного газа, при которых должны срабатывать блокировки; В—то же, что
и 4, но при номинальном режиме работы электродвигателя. 1 — в точке с наи-
меньшим избыточным давлением; 2 — иа входе в оболочку; 3 и 4—в точках
контроля избыточного давления
Основным является взрывобезопасный уровень, для ко-
торого в § 4.4 приведены расчетные соотношения. Особо-
взрывобезопасный уровень отличается от взрывобезопас-
ного тем, что защитная оболочка у такого электрообо-
рудования должна быть взрывонепроницаемой (для
группы I) или защитный слой песка должен быть не ме-
нее чем на 20% больше, чем при взрывобезопасном уров-
не (для группы II). Деление взрывозащищенного элек-
трооборудования на группы приведено ниже в § 5.2.
Основными конструктивными элементами такого
электрооборудования являются: защитная оболочка,
встраиваемые элементы электрооборудования, защитный
слой песка, экраны, вводные устройства. Оболочка дол-
жна обеспечивать защиту встроенных частей электро-
оборудования от внешних воздействий со степенью не
ниже IP54, если используется гидрофобизированный пе-
сок и не ниже IP65, если песок не гидрофобизирован.
Механическая прочность оболочки зависит от назначе-
ния электрооборудования и возможных внутренних дав-
лений, возникающих в процессе его работы. Оболочки
стационарного и переносного электрооборудования дол-
жны выдерживать испытания на удар бойком с энерги-
ей удара 30 Дж, переносного электрооборудования, кро-
ме того — испытание на сбрасывание с высоты 1,8 м
на бетонное основание. В табл. 4.18 приведены значе-
ния давлений, на которые должна рассчитываться обо-
лочка.
е) Масляное заполнение оболочки. Электрооборудо-
вание с этим видом взрывозащиты может изготавливать-
ся с уровнем повышенной надежности против взрыва и
взрывобезопасным. В первом случае толщина защитного
слоя масла над неискрящими токоведущими частями
рассчитывается исходя из условия нагрева их номиналь-
ным током, а над нормальноискрящими контактами —
по формуле (4.26). Во втором случае толщина защитно-
го слоя определяется по той же формуле (4.26) и, кроме
того, для электрооборудования I группы толщина опре-
деляется при дуговом КЗ. Точные значения толщины
Таблица 4.18
Электрооборудование
Испытательное
давление, МПа
изб.
Группа I
Трансформаторы, пускорегулирующие сопротивле-
ния, нагреватели
Батарея из герметичных аккумуляторов
Все виды электрооборудования с разгрузочными
устройствами
Группа II
Все виды электрооборудования
То же, но с разгрузочными устройствами
0,05
0,3
0,1
0,05
0,1
слоя определяются экспериментально в испытательной
организации на конкретных изделиях. Требования к осо-
бовзрывобезопасному уровню в настоящее время не от-
работаны и устанавливаются испытательной организа-
цией. Составные части аналогичны оборудованию
с кварцевым заполнением. Степень защиты оболочки
должна быть не ниже IP54. Оболочка рассчитывается на
внутреннее статическое давление, равное давлению, раз-
вивающемуся при дуговом КЗ, искровом разряде на не-
подвижных контактах, или 1—5-кратному фактическому
давлению, развивающемуся при коммутации, но не ме-
нее 0,05 МПа изб. Фактические давления устанавлива-
ются также экспериментально.
При конструировании бака для масла необходимо
учитывать расширение его под действием повышенных
температур, поэтому над поверхностью масла необходи-
мо предусматривать свободное пространство, которое
должно составлять не менее 1/20 объема, занимаемого
маслом. Бак должен обладать определенной механиче-
ской прочностью, снабжаться указателями уровня мас-
ла, маслосливными устройствами и т. п. При примене-
нии защитных экранов, конструкция которых аналогич-
на описанным выше, толщина защитного слоя может
быть снижена в 2,5 раза и должна составлять не менее
10 мм. Для создания электрооборудования с этим видом
взрывозащиты могут применяться изделия общего назна-
чения.
Изоляция токоведущих частей, кабелей и проводов,
находящихся в масле, должна быть маслостойкой при
максимально возможной температуре нагрева масла.
Необходимо обращать внимание на то, чтобы глубина
погружения изоляционных деталей в масло была не
менее 10 мм. Кабели и провода могут вводиться как не-
посредственно в оболочку, так и с помощью вводного
устройства, имеющего любой вид взрывозащиты.
Во всем остальном требования к конструкции элек-
трооборудования с видом взрывозащиты «масляное за-
полнение оболочки» аналогичны с общепромышленным
электрооборудованием, помещенным в масло.
ж) Специальные виды взрывозащиты. Электрообо-
рудование с этими видами взрывозащиты может изго-
тавливаться с уровнем «повышенная надежность» против
взрыва, взрывобезопасным и особовзрывобезопасным.
Выбор уровня зависит от принятых средств взрывоза-
142
щиты и вида электрооборудования. Он устанавливается
в каждом конкретном случае испытательной организаци-
ей. В настоящее время наибольшее распространение по-
лучило электрооборудование со взрывобезопасным уров-
нем. При применении в качестве средства взрывозащи-
ты эпоксидных компаундов, полностью заполняющих
оболочку, она должна быть рассчитана на внутреннее
давление не менее 0,05 МПа изб., а герметичная обо-
лочка должна рассчитываться на давление не менее, чем
в 1,5 раза превышающее давление окружающей среды.
В последнем случае она должна иметь степень защиты
не ниже IP67.
При заливке токоведущих частей термореактивными
компаундами, возможно изготовление оборудования без
защитной оболочки. В этом случае слой компаунда дол-
жен быть таким, чтобы надежно обеспечивать и защиту
от механических повреждений и взрывозащиту. Как пра-
вило, такие изделия применяются как компоновочные
узлы в общем корпусе электрооборудования. Например,
в хроматографах, газоанализаторах и т. п. В качестве
электрических частей и элементов могут использоваться
изделия общего назначения. Электрические зазоры меж-
ду токоведущими частями зависят от величины пробив-
ного напряжения для использованного заливочного ком-
паунда.
з) Электрооборудование с защитой вида «е». При
проектировании электрооборудования с защитой вида
«е» следует выполнить комплекс мер, направленных на
повышение его эксплуатационной надежности. Эти меры
для удобства рассмотрения разделим условно на две
группы: меры, которые следует учесть в конструкции для
снижения опасного влияния внешней среды на электро-
оборудование, и меры, направленные на снижении веро-
ятности повреждения электрооборудования или его час-
тей, снижение вероятности появления искр, дуг, чрез-
мерных нагревов при действии электрического напряже-
ния и тока.
Как и изделия с другими видами взрывозащиты, из-
делия с защитой вида «е» должны иметь оболочку,
предохраняющую электрические части от случайных
ударов.
Высококачественная изоляция токоведущих частей
является одной из важнейших мер при создании изде-
лия с взрывозащитой вида «е». К твердым изоляцион-
ным деталям, которые находятся между открытыми то-
коведущими частями, предъявляются требования ста-
бильности их физико-механических свойств, однородно-
сти структуры.
В таком электрооборудовании температурный режим
изоляции играет существенную роль в обеспечении его
надежности. В электрооборудовании со взрывозащитой
вида «е» температура изоляции при номинальном режи-
ме должна быть снижена не меньше чем на 10°С
по сравнению с электрооборудованием общего назна-
чения.
На электрооборудовании должно быть указано зна-
чение так называемого времени tE. Это время, в течение
которого электрооборудование (например, асинхронные
двигатели, электромагниты переменного тока и т. п.) на-
Рис. 4.29. Графическое определение време-
ни tE электродвигателя. ГОхл—макси-
мальная температура охлаждающей среды;
Густ — установившаяся температура об-
мотки статора при номинальном режиме
работы; ТПр — предельная температура
статора в конце времени tE.
I— превышение температуры за время tE\ 2 —.
тревышение температуры при номинальном ре-
жиме работы; 3 — предельное превышение темпе-
ратуры в конце времени tE
гревается пусковым током от температуры, обусловлен-
ной длительной работой при номинальном режиме, до
предельной температуры. Под предельной температурой
следует понимать наивысшую температуру электрообо-
рудования или его части, безопасную либо в отношении
воспламенения газо-, паро- или пылевоздушной смеси,
тления осевшей пыли, либо в отношении повреждения
изоляции. Диаграмма, поясняющая смысл определения
времени tE, приведена на рис. 4.29. Значение tE может
быть либо вычислено, либо определено эксперимен-
тально.
Выполнение перечисленных мер позволяет создавать
электрооборудование со взрывозащитой вида «е», кото-
рое по взрывобезопасным свойствам не уступает элек-
трооборудованию с опасноискрящими элементами, за-
ключенному в традиционную взрывонепроницаемую
оболочку.
4.8. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОСТИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
а) Общие сведения. Испытания взрывозащищенного
электрооборудования в контрольной организации вклю-
чают следующие этапы:
проверка технической документации;
контрольный осмотр образца;
испытания на взрывозащищенность.
Техническая документация проверяется на соответст-
вие требованиям действующих стандартов, правил и тех-
нических условий. Особое внимание обращается на пол-
ноту и правильность отражения в технической докумен-
тации параметров электрооборудования, принятых
средств взрывозащиты и возможность их контроля
в процессе эксплуатации электрооборудования.
При осмотре в контрольной организации устанавли-
вается соответствие образца электрооборудования (его
отдельных деталей и узлов) технической документации,
рекомендациям контрольной (испытательной) организа-
ции. Рассматриваются также протоколы испытаний, про-
веденных на заводе-изготовителе электрооборудования.
Испытания на взрывозащищенность в контрольной
организации проводятся, как правило, по строго обус-
ловленным методикам в специальных взрывных камерах
и имеют целью подтвердить принятый, либо определить
фактический коэффициент запаса по взрывозащите. Ис-
пользуемые в настоящее время в отечественной и зару-
бежной практике методы испытаний взрывозащитного
электрооборудования можно подразделить на два вида:
испытания путем изменения (увеличения) основного
параметра, определяющего взрывозащищенность элек-
трооборудования для выявления кратности коэффициен-
та запаса по взрывозащищенности;
испытания путем изменения активности смеси (уве-
личение нормальной скорости горения, увеличение дав-
ления взрыва, замена одной смеси другой, для которой
характерна меньшая минимальная энергия зажигания
и др.) для выявления кратности коэффициента запаса.
При первом методе испытания проводятся в предста-
вительных для данной группы или подгруппы электро-
оборудования смесях оптимальной концентрации. Соста-
вы испытательных смесей во взрывной камере приведе-
ны в табл. 4.19.
Электрооборудование с видом взрывозащиты «запол-
нение и продувка оболочки под избыточным давлением»
и видом взрывозащиты «е» испытаниям во взрывной ка-
мере не подвергается.
Таблица 4.19
Группа (под- группа) элект- рооборудования согласно [22] Испытатетьная смесь Концентрация горючего в испытатель- ной смеси, объемная доля, %, в за- висимости от вида взрывозащиты
взрывонепро- ннцаемая обо- лочка искробезопас- ная эпектри- ческая цепь 1 кварцевое за- полнение обо- лочки ! масляное за- полнение обо- лочки
I метан—воздух 9 8,3 9 20*
ПА пропан—воздух 4,2 5,3 4,2 20*
ПВ этилен—воздух 6,5 7 6,5 20*
ПС а) водород—воздух 30 21 30 20*
б) ацетилен—воздух 12,5 21 12,5 20*
* При испытаниях взрывная камера заполняется водородовоздушной
смесью.
Параметр, характерный для определенного вида
взрывозащиты (например, ширина взрывонепроницае-
мого зазора — IF во взрывонепроницаемой оболочке, ток
I — искробезопасной цепи и т. д.), увеличивается в соот-
ветствии с принятым коэффициентом запаса.
При втором методе характерный параметр остается
таким, как он принят в конструкции испытуемого элек-
трооборудования. Для подтверждения коэффициента за-
паса по взрывозащищенности взрывная камера запол-
няется активизированной смесью. Выбор метода испы-
тания и способа активизации смеси определяет испыта-
тельная организация.
При выборе режима испытания электрооборудования
учитывается уровень его взрывозащиты.. Если он обеспе-
чен сочетанием различных видов взрывозащиты, то каж-
дый из видов испытывается в соответствии с предписан-
ным методом.
б) Испытание электрооборудования с взрывонепро-
ницаемыми оболочками. При испытаниях электрообору-
дование с взрывонепроницаемой оболочкой помещается
в герметичную взрывную камеру, общий вид которой по-
казан на рис. 4.30. В испытуемых полостях оболочки
устанавливаются источник поджигания взрывоопасной
146
Рис. 4.30. Общий вид взрывной камеры
смеси, устройство для подвода и перемешивания газа
внутри оболочки, датчики давления, температуры, раз-
меров взрывонепроницаемых зазоров. Установка осна-
щена, как это видно из рис. 4.31, необходимым обору-
дованием и приборами.
Взрывонепроницаемые оболочки подвергаются испы-
таниям на взрывоустойчивость и взрывонепроницае-
мость. Испытанию подвергается каждая полость оболоч-
ки отдельно. Если эти полости соединены друг с другом,
то они испытываются еще и совместно для определения
наличия эффекта сжатия газовой среды в смежных обо-
лочках.
Оболочка к испытанию подготавливается следующим
образом. Крепежные элементы (болты, гайки и т. п.) за-
тягиваются до нормального состояния. Со взрывонепро-
ницаемых поверхностей убираются уплотнительные про-
кладки. Во вводное устройство вставляется отрезок ка-
беля (провода) и уплотняется в соответствии с черте-
жом.
Испытанию на взрывоустойчивость предшествует оп-
ределение фактического давления взрыва в каждой по-
лости при воспламенении смеси от маломощного источ-
ника. В качестве маломощного источника используется
10* 147
автомобильная свеча, подсоединяемая к высоковольтно-
му индуктору. Полость заполняется взрывоопасной
смесью, приведенной в табл. 4.20. В трех опытах изме-
ряют фактическое (изб.) давление взрыва РВЗр. Затем
смесь такого же состава поджимают до такого давления,
при котором давление взрыва Р'взр увеличивалось бы
в 1,5 раза, т. е. P'B=1,5 Рвзр, но не менее 0,3 МПа изб.
Если в испытуемой оболочке давление Рвзр определить
Рис. 4.31. Схема испытательной установки:
1 — взрывная камера; 2 — газовый вентиль; 3 — манометр; 4 — испытуемое
электрооборудование; 5, 16 — источник поджигания смеси; 6 — вакуумметр; 7,
И — вакуум-насосы; 8 — соединительный трубопровод системы перемешивания
смеси; 9— насос для перемешивания смеси; 10— датчик контроля температуры
смеси; 12— прибор контроля температуры; 13— прибор для измерения давле-
ния взрыва; 14 — датчик давления взрыва; 15 — вентилятор перемешивания
смесн; 17 — высоковольтный источник системы поджигания
нельзя, то испытания проводятся на смеси, предвари-
тельно сжатой до 0,05 МПа изб. При этом проводится
не менее трех опытов.
Особенностью испытания электрооборудования под-
группы ПС является то, что в смеси ацетилен — воздух
испытывается только то оборудование, которое предна-
значено для установки в ацетилено-воздушных средах.
Составы смесей при испытании на взрывонепроницае-
мость от маломощного источника поджигания приведены
в табл. 4.20. Эти испытания проводятся при зазорах,
увеличенных в К раз (К — коэффициент взрывонепро-
ницаемости), и используются в основном для оболочек
148
Таблица 4.20
Группа (под- группа) элек- трооборудова- ния согласно [22] Состав испыгатсявной взрывоопасно! смеси, обьемная доля, % (r скобках), при испытаниях
для определения максималь- ного давления взрыва на взрывонепрошщаемость от маломощного источника с ис- пользованием активных смесей на взрывонеп|юницаемость от дугового короткого замы- кания
без добавки кислорода с добавкой кислорода
I метан (98)—воздух метан (7)—водород (5)—воздух метан (12)—кислород (8)—воздух по табл. 4.21
ПА пропан (4,6)—воздух водород (55)—воздух метан(14)—кислород (14)—воздух То же
ПВ этилен (8)—воздух или метан (3,6)—водо- род (21)—воздух водород (37)—воздух метан (16)—кислород (21)—воздух » и
ПС а) водород (31)—воз- дух а) водород (28)—воз- дух а) метан (43)—кис- лород (8)—воздух или метан (54)—кислород (19)—воздух а) водород (19)—воз- дух
б) ацетилен (14)— воздух б) ацетилен (30)— воздух* б) ацетилен (12,5)— кислород (8)—воздух б) ацетилен (9)—воз- дух
Смеси предварительно сжать до 0,05 МПа изб.
о
с плоскими взрывонепроницаемыми соединениями. Уста-
навливаемая ширина шели W'H определяется из выра-
жения U7„=W'a-|-0,5W',i, где — максимальная ширина
зазора по технической документации; — максималь-
но допустимый зазор по примечанию .к табл. 4.9.
При испытании резьбового взрывонепроницаемого
соединения его длина уменьшается на 1/3 по сравне-
нию с минимально допустимой по технической докумен-
тации.
Если испытываются оболочки со сложными соедине-
ниями (лабиринтные, резьбовые и пр.), то используются
активные смеси с добавкой или без добавки кислорода
(см. табл. 4.20). При испытании огнепреградителей К
должен быть не менее 2 и для испытаний используются
смеси с добавкой кислорода. Для электрооборудования
подгруппы ПС возможно снижение К до 1,5 и исполь-
зование смеси метана и кислорода в объемных долях
43 и 8% соответственно, остальное—воздух. При испы-
таниях проводится не менее 10 опытов.
Оболочки, в которых в процессе эксплуатации воз-
можно возникновение дуговых КЗ, испытываются и
в этом режиме, для чего в них возбуждается трехфазное
дуговое КЗ. С этой целью на токоведущих шпильках
укрепляются медные или алюминиевые (в зависимости
от типа используемого кабеля) отрезки проводов длиной
не менее 50 мм, диаметром не менее 3 мм, соединенные
проволокой диаметром 0,2—0,3 мм. Они подключаются
к источнику, обеспечивающему ток КЗ не менее 2 кА.
Время действия КЗ 0,2 с. Для рудничного электрообо-
рудования с напряжением до 127 В /к,3^0,45 кА, с на-
пряжением 380—6000 В /к.3^5 кА. При этом в испытуе-
мой оболочке взрывоопасная смесь отсутствует, а взрыв-
ная камера заполняется смесью согласно табл. 4.19.
Проводится не менее трех опытов. При этих испытаниях
контролируется также температура наружной поверхно-
сти оболочки, которая не должна превышать значений,
указанных в гл. 3.
Оболочка или ее отдельные полости считаются вы-
державшими испытания на взрывоустойчивость и ьзры-
вонепроницаемость, если ни в одном из опытов не про-
изошло поджигания смеси во взрывной камере, а после
осмотра установлено отсутствие деформаций и видимых
повреждений. Особое внимание обращается на состоя-
ние уплотнения места ввода кабеля.
в) Испытания электрооборудования с кварцевым и
масляным заполнением оболочек. Испытания электро-
оборудования с кварцевым заполнением оболочек сво-
дятся к определению гранулометрического состава и
преобладающих фракций заполнителя. Заполнитель счи-
тается соответствующим требованиям взрывозащиты,
если его фракции 0,5—1,25 мм составляют не менее 75%
состава, а фракции до 0,25 и более 1,6 мм отсутствуют.
В отдельных случаях проводятся испытания во взрывной
камере, заполняемой смесью, указанной в табл. 4.19.
При этом крышки должны быть открыты, резервный
слой песка снят. Проводятся не менее трех опытов. Обо-
лочка выдержала испытания, если при дуговом КЗ не
произошло воспламенение смеси.
У электрооборудования с масляным заполнением
оболочек измеряется уровень масла над токоведущими
частями. Производится дуговое КЗ по аналогии с испы-
танием электрооборудования со взрывонепроницаемыми
оболочками. При этом, если происходит погасание дуги
за время не более 0,01 с (в 3—5 опытах), то такое дуго-
вое КЗ относится к искровому разряду. При испытании
коммутационных аппаратов производится контроль тем-
пературы оболочки и поверхности масла. Коммутацион-
ные аппараты со снятой крышкой помещаются во взрыв-
ную камеру, заполняемую взрывоопасной смесью, ука-
занной в табл. 4.19. Слой масла при этом должен быть
минимальным, а температура его — не ниже 40°С. Про-
изводится не менее 25 отключений аппаратом тока
в 1,33 раза превышающим его номинальный ток или
1,33-кратного тока отключения, если аппарат рассчитан
на отключение тока КЗ.
Результаты считаются положительными, если не про-
изошло воспламенения взрывоопасной смеси или не за-
регистрировано воспламенение паров масла.
г) Испытание электрооборудования со взрывозащит-
ной вида «е». Эти испытания не отличаются от общеиз-
вестных испытаний электрооборудования общего назна-
чения и в зависимости от вида электрооборудования
включают в себя:
определение при номинальном режиме температуры
нагрева отдельных частей;
измерение сопротивления изоляции в номинальном
режиме;
проверку работоспособности блокировок и др.
При испытании электродвигателей особое внимание
уделяется определению времени tE нагрева обмоток ро-
тора и статора при включении электродвигателя с за-
торможенным ротором на номинальное напряжение
с холодного состояния. Полученный прирост температу-
ры за время tE не должен превышать регламентирован-
Рис. 4.32. Установка для ис-
пытания цепей на искробезо-
пасность:
а — общий вид установки; б —
взрывная камера открыта
них значений для принятого в электродвигателе класса
изоляции. Проводятся также испытания на выявление
опасных электрических искрений. Для этого двигатель
помещается во взрывную камеру, заполненную 20 %-ной
водородовоздушной смесью и производится 10 включе-
ний вхолостую и 10 включений с заторможенным рото-
ром.
Оборудование считается выдержавшим испытания,
если не произошло воспламенений, а время tE>5 с.
д) Испытание электрооборудования с искробезопас-
ными электрическими цепями. Испытание электрических
цепей на искробезопасность проводится на специальной
испытательной установке, общий вид которой показан на
рис. 4.32, оборудованной искрообразующим механизмом,
описанным в § 4.3. При испытаниях по первому методу
используются смеси, указанные в табл. 4.19. В этом слу-
чае в омических и индуктивных цепях увеличиваются
в К раз (К — коэффициент искробезопасности) токи, из-
меренные в испытуемой цепи, в емкостной цепи — в К
раз увеличивается напряжение. Измерения действующих
токов и напряжений в цепях проводятся в номинальных
и аварийных (в цепях сделаны искусственные поврежде-
152
ния элементов) режимах работы электрооборудования.
Количество аварийных режимов, как это указывалось
в § 4.7, выбирается в зависимости от уровня взрывоза-
щиты. Если в цепях нельзя повысить ток или напряже-
ние, испытания проводятся в активизированных смесях,
составы которых приведены в табл. 4.21.
Таблица 4.21
Группа (под- группа) электро- оборудования по ГОСТ 22.782.5-78 Испытуемая элек- трическая цепь Состав испытательной взрывоопасной смеси, объемная доля, %
кислородо- водородной кислородо-водородо- воздушной
кисло- род водо- род кисло- род водо- род воздух
I Омическая и ин- 19 81 — 35 65
НА дуктивиая Емкостная Омическая и иидук- 14 30 86 70 50 20 50 80
пв тивная Емкостная Омическая и ин- 17 40 83 60 50 50
ПС дуктивная Емкостная Омическая и ин- дуктивная 23 50 77 50 17 30 30 30 53 40
Емкостная 40 60 11 12,5 30 13,0 59 57,5
Примечание. В числителе указан состав, соответствующий /<=1,5; в знаме-
нателе—/<=2,0.
В каждом режиме проводится не менее 16 тыс. искре-
ний. Цепь считается выдержавшей испытания, если вос-
пламенений не было, или их вероятность не превыша-
ет 10~3.
е) Испытание электрооборудования с заполнением
или продувкой оболочки под избыточным давлением за-
щитным газом. Испытания проводятся, как правило,
на месте установки электрооборудования и включают
в себя:
проверку давления защитного газа в номинальном
режиме;
определение минимального количества защитного га-
за для предпусковой продувки оболочек и газопроводов;
определение в номинальном режиме максимальной
температуры оболочек и частей электрооборудования,
а также времени охлаждения их до предельно допусти-
мой температуры;
определение работоспособности и времени срабаты-
вания блокировок и проверку работоспособности прибо-
ров контроля давления.
При испытаниях особое внимание обращается на об-
разование застойных зон в электрооборудовании и газо-
проводах.
Испытания считаются положительными, если блоки-
ровочные устройства четко выполняют свои функции,
а давление защитного газа в каждой точке не ниже
предписанных значений.
ж) Испытания электрооборудования со специальным
видом взрывозащиты. Методы испытаний разрабатыва-
ются испытательной организацией в зависимости от при-
нятых средств взрывозащиты.
Глава пятая
ПРИНЦИПЫ МАРКИРОВКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ПО ВЗРЫВОЗАЩИТЕ
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Каждое изделие взрывозащищенного электрообору-
дования должно иметь маркировку (знак) по взрывоза-
щите. Это упрощает выбор и эксплуатацию взрывозащи-
щенного электрооборудования.
В основу создания маркировки положен принцип со-
средоточения необходимых и достаточных сведений
о взрывозащищенности электрооборудования, на осно-
вании которых можно сделать вывод о сфере использо-
вания этого электрооборудования во взрывоопасных зо-
нах в помещениях и наружных установках.
Маркировка электрооборудования по взрывозащите
согласно ПИВРЭ [76] содержит условные знаки, кото-
рые обозначают:
уровень взрывозащиты;
категорию взрывоопасной среды;
группу воспламеняемости взрывоопасной смеси;
вид взрывозащиты.
Уровень взрывозащищенного электрооборудования
для внутренней и наружной установки, а также руднич-
ного взрывозащищенного согласно ПИВРЭ обозначает-
ся соответствующими буквенными обозначениями:
повышенной надежности против взрыва — Н;
взрывобезопасный — В;
взрывобезопасный при любом количестве поврежде-
ний — О.
В маркировке рудничного взрывозащищенного элек-
трооборудования перед знаком уровня взрывозащиты
имеется буква Р (рудничное). Кроме того, электрообо-
рудование с уровнем «повышенная надежность против
взрыва» обозначается РП.
Общий уровень взрывозащиты электрооборудования,
в состав которого входят элементы с различными уров-
нями взрывозащиты, устанавливается по наиболее низ-
кому уровню.
В соответствии с приведенной выше таблицей распре-
деления взрывоопасных смесей по категориям и груп-
пам, принятыми условными их обозначениями в марки-
ровке электрооборудования по взрывозащищенности со-
гласно ПИВРЭ указывается характеристика той смеси,
для которой электрооборудование предназначено. При
этом указывается наивысшая категория и наивысшая
группа, для которой электрооборудование признано
взрывозащищенным.
В зависимости от вида взрывозащиты ПИВРЭ были
установлены соответствующие буквенные обозначения:
взрывонепроницаемая оболочка — В;
кварцевое заполнение — К;
искробезопасное электрооборудование — И;
повышенной надежности против взрыва Н (для руд-
ничного взрывозащищенного электрооборудования—П);
продуваемое под избыточным давлением — П (этот
вид взрывозащиты для рудничного электрооборудова-
ния не применяется);
маслонаполненное — М (этот вид взрывозащиты тоже
не применяется для рудничного взрывозащищенного
электрооборудования);
специальное — С.
Маркировка электрооборудования по взрывозащи-
щенности с указанием уровня взрывозащиты, категории
и группы взрывоопасной среды согласно ПИВРЭ выпол-
няется в виде не разделенного на части знака и распо-
Взрывозащи та Назначение электрооборудования (место установки)
Уровень Вид
Повышенная надежность про- тив взрыва Повышенная надеж- ность без взрывонепро- ницаемых элементов Подземные выработки
Помещения и наружные установки
Повышенная надеж- ность со взрывонепро- ницаемыми элементами Подземные выработки при Пн<660 В; /к.з<150 000 А
Помещения и наружные установки
Взрывобез- опасный Взрывонепроиицаемая оболочка Подземные выработки при Нн<65 В; /К13=5Д100 А
Помещения и наружные установки
Таблица 5.1
Горючее вещество, образующее взрывоопас- ную смесь с воздухом Маркировка электрооборудования согласно ПИВРЭ [76]
Категории Группы рудничного для взрывоопас- ных внутренних и наружных уста- новок
Метан Р/7 | (/?)
Все Т1—Т4 — //4-Т4-
Метан (Z Р/Т т) (J —
1-я и 2-я Т1 — /7277 7т) 0. )
Метан РВ —
1-я Т1 — Bf7V\
Взрывозащита Назначение электрооборудова- ния (место установки)
Уровень Вид
Взрывобез- опасный Кварцевое заполнение Подземные выработки
Помещения и наружные установки
Особовзры- вобезопасный Искробезопасная элек- трическая цепь Подземные выработки
Помещения и наружные установки
Специальный и искро- безопасная электричес- кая цепь Подземные выработки
Помещения и наружные установки
Горючее вещество, образующее взрывоопас- ную смесь с воздухом Маркировка эзектрооборудования согласно ПЙВРЭ [761
Категории Группы рудничного для взрывоопас- ных внутренних и наружных уста- новок
Метан { РВ (7) —
Все, кроме 46 Т1 — В4аГ7
Метан i 1 —
Все среды — |7Гг7] (7)
Метан Pff © Q —
Все Т4 — Q. О4Г4-
лагается в прямоугольнике — основной знак. Вид взры-
возащиты электрооборудования выполняется в кружке
отдельно или вместе с основным знаком (под ним). До-
пускается выполнение знака вида взрывозащиты на од-
ной стороне с основным знаком через пропуск или чер-
ту дроби. В том случае, если электрооборудование со-
стоит из элементов, выполненных с разными видами
взрывозащиты, в маркировке указываются все виды,
обеспечивающие взрывозащищенность электрооборудо-
вания.
5.2. МАРКИРОВКА ВРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В СССР
Маркировка электрооборудования по взрывозащите
является характеристикой национальных правил изго-
товления взрывозащищенного электрооборудования и
служит для оперативной оценки сферы его использова-
ния во взрывоопасных производствах.
Принятая и действовавшая ранее на основании
ПИВРЭ [76] в СССР условная маркировка электрообо-
рудования по взрывозащищенности (примеры маркиров-
ки см. табл. 5.1) имеет ряд отличительных особенностей,
основными из которых являются следующие.
1. Условная маркировка имеет знак, указывающий
на уровень взрывозащиты электрооборудования.
2. Сведения, приводимые в маркировке и относящие-
ся к характеристике взрывоопасной смеси (категория и
группа), позволяют оценить возможность применения
электрооборудования в условиях, для которых частично
известны данные о смеси (только категория или только
группа).
3. Знак вида взрывозащиты позволяет эксплуатаци-
онному персоналу сосредоточить внимание на тех кон-
структивных особенностях, которые обеспечивают взры-
возащищенность электрооборудования.
Однако многолетний опыт применения отечественного
и зарубежного взрывозащищенного электрооборудования
в различных отраслях народного хозяйства показал, что
наличие индивидуальной для каждого национального
стандарта маркировки по взрывозащищенности являлось
на современном этапе развития международных контак-
тов нежелательным. Существовавшие тенденции в ряде
международных организаций и комитетов, в частности
160
в Международной электротехнической комиссии (МЭК)
и Совета экономической взаимопомощи (СЭВ), свиде-
тельствовали о целесообразности принятия единой мар-
кировки. Это значительно упрощало решение вопросов
выбора и применения электрооборудования, изготовлен-
ного в различных странах, исключало необходимость на-
личия специальных сопоставительных таблиц по марки-
ровке.
В связи с этим в СССР был разработан ГОСТ
12.2.020—76 [22], который с 1.01.1980 г. вступил в силу
и установил новую маркировку взрывозащищенного
электрооборудования. Этот новый стандарт составлен
с учетом рекомендаций СЭВ и МЭК и предусматривает
унифицированную маркировку электрооборудования по
взрывозащите.
В зависимости от области применения взрывозащи-
щенное электрооборудование в новом стандарте подраз-
деляется на две группы:
группа I — рудничное взрывозащищенное электрообо-
рудование, предназначенное для подземных выработок
шахт и рудников, опасных по газу или пыли;
группа II — взрывозащищенное электрооборудование
для внутренней и наружной установки, кроме руднично-
го взрывозащищенного.
По предельно допустимым температурам на поверх-
ности взрывозащищенного электрооборудования, на-
званных в стандарте температурными классами, как и
в Рекомендации МЭК, также предусмотрено шесть
классов электрооборудования:
Температурный класс Т1 Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб
Предельная температура, ЭС 450 300 200 135 100 80
Следует заметить, что в маркировке взрывозащиты
электрооборудования группы II, предназначенного толь-
ко для определенной взрывоопасной смеси, вместо знака
температурного класса может быть указана предельно
допустимая температура для этой смеси (например,
650°С). Если значение предельной температуры для кон-
кретной смеси менее 450°С, то в скобках дополнительно
может быть указан и температурный класс электрообо-
рудования, например 350°С (Т2).
В третьей главе говорилось о делении взрывоопас-
ных веществ на три категории ПА, ПВ и ПС. Электро-
оборудование группы II, имеющее взрывонепроницаемую
оболочку и искробезопасную электрическую цепь, а так-
11—71 161
же только взрывонепроницаемую оболочку или только
искробезопасную электрическую цепь, подразделяется,
по аналогии деления горючих веществ на категории, на
подгруппы ПА, ПВ и ПС.
Введено также следующее обозначение (знаки) уров-
ней взрывозащиты в зависимости от группы взрывоза-
щищенного электрооборудования:
Уровень взрывозащиты Группа I Группа II
Повышенная надежность против взрыва РП
Взрывобезопасный РВ
Особовзрывобезопасный РО
2
1
О
Кроме того, введен общий знак для взрывозащищен-
ного электрооборудования — Ех.
Введено новое обозначение видов взрывозащиты
электрооборудования [22]:
d — взрывонепроницаемая оболочка;
е — защита вида «е» (повышенная надежность про-
тив взрыва);
о — масляное заполнение оболочки;
р — заполнение или продувка оболочки под избыточ-
ным давлением;
q — кварцевое заполнение оболочки;
i — искробезопасная электрическая цепь;
s — специальный вид взрывозащиты.
Электрооборудование с видом взрывозащиты i мо-
жет быть обеспечено тремя уровнями:
ia — особовзрывобезопасный уровень;
ib — взрывобезопасный уровень;
гс — уровень взрывозащиты «повышенная надежность
против взрыва».
Маркировка взрывозащиты должна выполняться
в виде целого, не разделенного на части знака. Как и
в прежней маркировке, согласно ПИВРЭ рекомендуется
располагать ее в прямоугольнике.
Примеры маркировки взрывозащиты электрооборудо-
вания группы II приведены в табл. 5.2.
Следует особо остановиться на маркировке руднично-
го взрывозащищенного электрооборудования (группа
I). Вид маркировки взрывозащиты его определяется ме-
стом поставки: внутри Союза или на экспорт.
Маркировка взрывозащиты электрооборудования для
внутрисоюзных поставок должна содержать:
знак уровня взрывозащиты (РП, РВ, РО);
знак вида взрывозащиты.
Взрывозащита Электрообо- рудование Маркирозка
Уровень Вид : Группа или подгруппа Температур- ный класс 1
Повышен- ная на- дежность взрыва Защита вида ,е“ II Тб ' :Ехе'ДГб ]
Защита вида ,е“ и взрывонепроницаемаи оболочка ПВ тз
1
Искробезопасная электрическая цепь ПС Тб
2ExicffC7E
Взрыво- безопас- ный Взрывонепроница- емая оболочка ПА тз
Заполнение оболоч- ки под избыточным давлением II Тб
Специальный II Тб
/ЕХ5ПГ6'
* Специальный, иск- робезопасная элек- трическая цепь и взрывонепроницаемая оболочка ПВ Т4
1 1 ExsijdlTSr^
-
Особо- взрыво- безопас- ный Искробезопасная электрическая цепь ПС Тб
O£xiaITcrff
Взрывозашита Этектрообо- рудование Маркировка
Уровень Вид Группа ите подгруппа Температур- ный к ла ct
Особо- взрыво- безопас- ный Специальный II Т4 JEXS Я7^ ' —— 1
Искробезопасная электрическая пепь и взрывонепроницаемая оболочка ПА Т2
При этом используются следующие условные обозна-
чения видов взрывозащиты [76]:
IB, 2В, ЗВ, 4В — взрывонепроницаемая оболочка
(начальные цифры, являются характеристикой электро-
оборудования по номинальному напряжению UH и ма-
ксимальному току короткого замыкания 1КЗ).
1В —при С/н^65 В; /к.зй£100 А; 2В — при С/н^127 В;
/к,з^450 А;
ЗВ — при t/It^660 В; /к,з^15 кА; 4В — при кВ;
7к,з^Ю кА.
И — искробезопасная электрическая цепь. По анало-
гии с электрооборудованием группы II может быть обес-
печена тремя уровнями: Иа, Ив, Ис.
П — повышенная надежность против взрыва (защи-
та вида «е»);
М — масляное заполнение оболочки;
К—кварцевое заполнение оболочки;
А — автоматическое защитное отключение;
С — специальный вид взрывозащиты.
Таким образом, маркировка взрывозащиты руднич-
ного взрывозащищенного электрооборудования состоит
из двух частей. В первой части указывается уровень
взрывозащиты, во второй — вид взрывозащиты.
Взрывозащита MapKifpoB а
уровень вид
Повышенная надежность против взры- ва Защита вида „е“ | РЛ
Защита вида „е“ и взрыво- непроницаемая оболочка
Защита вида „е“, взрывоне- проницаемая оболочка и искро- безопасная электрическая цепь 1 РЛ
Взрывобез- опасный Взрывонепроницаемая оболоч- ка, подгруппа ЗВ Рв
Взрывонепроницаемая обо точ- ка и кварцевое заполнение, подгруппа 2В Рв
Взрывонепроницаемая оболоч- ка, искробезопасная электри- ческая цепь, подгруппа ЗВ
Особовзры- вобезопас- ный Искробезопасная электричес- кая цепь 1 1 @
Специальный и искробезопас- ная электрическая цепь (вс)
Вид взрывозащиты Маркировка
Взрывонепроницаемая оболочка Exdl
Защита вида „е“ 11
Искробезопасная электрическая цепь с уров- ExiaI
нем ia
Взрывонепроиицаемая оболочка и искробез- iXdigZ
опасная электрическая цепь с уровнем ib
Кварцевое заполнение оболочки Г ^*7 г
Взрывонепроницаемая оболочка и специаль- i £хааД
ный вид взрывозащиты
Примеры условных маркировок взрывозащиты руд-
ничного электрооборудования, предназначенного для
внутрисоюзного применения, приведены в табл. 5.3.
В том случае, если рудничное взрывозащищенное
электрооборудование поставляется на экспорт, ему при-
сваивается специальная маркировка взрывозащиты. Эта
маркировка включает в себя:
знак Ех, указывающий, что электрооборудование
взрывозащищенное;
знак вида взрывозащиты в соответствии с условным
обозначением, принятым для электрооборудования
группы II;
знак I, обозначающий принадлежность электрообо-
рудования к группе рудничного взрывозащищенного.
Таким образом, в отличие от маркировки взрывоза-
щиты электрооборудования группы II, маркировка руд-
ничного взрывозащищенного электрооборудования не со-
держит знака уровня взрывозащиты и температурного
класса.
Примеры условных маркировок взрывозащиты руд-
ничного взрывозащищенного электрооборудования, пред-
назначенного на экспорт, приведены в табл. 5.4.
5.3. МАРКИРОВКА ЗАРУБЕЖНОГО ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Зарубежное вэрывозащищенное электрооборудование, как и оте-
чественное, в соответствии с национальными правилами должно
иметь маркировку (знак) взрывозащиты или данные о взрывозащи-
щенности. Маркировка взрывозащиты указывается, как правило,
на фирменной или специальной табличке. Она может быть рельефно
отлита заодно с основной деталью оболочки электрооборудования
(на корпусе, крышке).
Маркировка взрывозащиты содержит условные знаки, обозна-
чающие:
1. Принадлежность электрооборудования к взрывозащищенно-
му. Таковым является знак Ex, ADF, FLP и др. Однако не все на-
циональные стандарты имеют такой знак. Например, стандарты
Японии и Швеции не имеют его.
2. Вид взрывозащиты.
3. Категорию взрывоопасной смеси.
4. Группу воспламеняемости взрывоопасной смеси.
Электрооборудование может быть выполнено как в одном, так
и в сочетании нескольких видов взрывозащиты. В последнем случае
электрооборудованию присваивается, как правило, комбинированная
маркировка или указывается знак взрывозащиты каждого вида.
В ряде стран (ФРГ, ГДР, Австрия, Япония, Швеция) комбиниро-
ванная маркировка присваивается изделию в том случае, когда
каждый вид взрывозащиты имеет важное значение с точки зрения
обеспечения его общей взрывозащиты. Условные знаки, входящие
в маркировку взрывозащиты электрооборудования некоторых зару-
бежных стран, приведены в табл. 5.5.
В зарубежных странах по-разному решаются вопросы создания
и применения средств взрывозащиты. Поэтому применяются и раз-
личные системы присвоения маркировок взрывозащиты электрообо-
рудованию. Их можно подразделить следующим образом.
Первая система — в маркировке электрооборудования указы-
ваются условные обозначения всех видов взрывозащиты, использо-
ванных в изделии. Эта система (она применяется в СССР и ПНР)
является наиболее полной. К недостаткам ее следует отнести невоз-
можность по маркировке определить, какие узлы изделия выполнены
с каким видом взрывозащиты.
Вторая система — включает маркировку вида взрывозащиты
только главного узла электрооборудования. Эта система применяется
Условный знак, входящий в маркировку взрывозащиты* СССР ЧССР СФРЮ ВНР
Общий знак взрывобезопасностл Не преду- смотрен Ех Ех S «в
пизэ ПИВРЭ Г руина
I II
Услов- ные обоз- наче- ния видов взры- воза- щиты Взрывонепроницаемая оболочка в в В d 3 t И
Продувка оболочки под избыточным давтением п п — р 6 р t
Маслтное заполнение оболочки м м М о 5
Кварцевое заполнение обо точки к к к q 1 q к
Специальный с с с s 8 п
Г азонаполненна я под избыточным давлением — р 6 1
Повышенная надеж- ность против взрыва н н п е 0 S f
Искробезопасная элек- трическая цепь и и и i 9 1 SZ
Автоматическое защит- ное отключение — — А — —
Категория взрывоопасно! смеси (указывается только для взрыво- иепроницаемого и искробезопасно- го видов взрывозащиты3) 1 1 II А Р II А
2 2 и в
3 3 S В
4 4а ПС н С IVa IV/X
46 IVb
D IVc
Группа взрызоопасной смеси )температурны1 класс электрообо- рудования) А II TI А Т1
Б Т2 Т2 В Т2
Г ТЗ ТЗ С тз
Т4 Т4 D Т4
д Т5 Т5 Е Т5
— Тб Тб
1 Маркировка взрывозащиты кроме приведенных знаков имеет класс, обозначающий
нормальных условиях, класс В—масляное заполнение)
2 Кроме приведенных индексов в маркировке (или в данных по взрывозащите) указы
3 Исключением являются СССР, США, Канада, стандарты которых предусматривают
бого вида взрывозащиты.
* Для взрывонепроннцаемого электрооборудования в маркировке взрывозащиты, как
взрывозащиты для указанных категорий приняты едиными.
Таблица 5.5
ПНР ГДР НРБ ФРГ Япо- ния Шве- ция Бель- гия1 Анг- лия Фран- ция* Ита- лия США® Ка- на- да’ CENELEC EN50014
1 Ех Стандар- тами не преду- смотрены Ex FLP ADF AD или ADF U ИЛИ KL SA EEx
м d Xf Стандартами не пре- дусмотрены PE Стандар- тами не преду- смотрены d
р f Xv — SI P
О — 0
Z s q s s Xs — — q
I s s
с fu f P
W e xh e -1 ' S4 — e
i — i
I 1 Ila 1 I He ука- зыва- ется D HA
II 2 II c IIB
III 2 lib 3 III
IVa IVn 3a 3n 3 He 4 — IV в IIC
IVb Sb
IVc 3c A
G1 T1 N G1 Стандартами не предусмот- рено TI
G2 T2 О G2 T2
G3 T3 p Q G3 T3
G4 T4 G4 T4
G5 T5 G5 T5
— — — — T6
класс взрывонепроницаемого электрооборудования (класс А — воздушное заполнение при
вается класс взрывоопасной зоны.
указание в маркировке взрывозащиты категории (группы) взрывоопасных смесей для /по-
правило, не указывается категория взрывоопасной смеси, так как параметры п:елевой
в ФРГ, Японии, Австрии и Швеции. Эта система затрудняет опре-
деление видов взрывозащиты, примененных в электрооборудовании,
чем вызываются значительные трудности при монтаже, эксплуатации
и ремонте.
Третья система — предусматривает для каждого вида взрыво-
защиты самостоятельную маркировку. Она используется в ЧССР и
Венгрии. Недостатком ее является необходимость тщательной про-
верки всех знаков взрывозащиты, расположенных в разных местах
на поверхности оболочки изделия.
Четвертая система — характеризуется тем, что в маркировке
не содержится указаний о виде взрывозащиты. Она определяет толь-
ко область применения электрооборудования во взрывоопасных ус-
ловиях. Эта система используется в США, Канаде. Недостатком си-
стемы является затруднение в определении видов взрывозащиты и
правильной организации их эксплуатации.
Пятая система — характеризуется отсутствием в маркировке
группы воспламеняемости взрывоопасных смесей. Эта система нашла
применение в Англии, Италии, Франции, США и Канаде. Следует
заметить, что в соответствии со стандартом NECC12-320, 1963 г.,
действующим во Франции, на фирменной табличке должна указы-
ваться максимально допустимая температура нагрева наружной по-
верхности взрывонепроницаемой оболочки. Это позволяет определить
группу воспламеняемости взрывоопасной смеси или вещества, тем-
пература самовоспламенения которого выше температуры, указан-
ной на оболочке.
Из приведенных характеристик систем маркировок видно, что
наиболее полную информацию о взрывозащищенности дает первая
система. На рис. 5.1—5.3 приведены примеры .маркировок некоторых
видов зарубежного взрывозащнщенного электрооборудования.
С 1977 г. Европейским комитетом по электротехнической стан-
дартизации (CENELEC) введены общие требования к взрывозащи-
щенному электрооборудованию, называемые Европейскими нормами
(EN 50014), которые должны быть включены в национальные стан-
дарты стран, являющихся членами CENELEC: ФРГ, Австрия, Бель-
гия, Дания, Испания, Финляндия, Франция, Ирландия, Италия, Нор-
вегия, Голландия, Португалия, Англия, Швеция, Швейцария. Эти
нормы содержат также требования к единой системе маркировки
взрывозащищенного электрооборудования. Отличительной особенно-
стью ее является наличие у общего знака взрывозащищенности до-
полнительной буквы Е, т. е. этот знак имеет вид — ЕЕх. Виды взры-
возащиты, группы н температурные классы электрооборудования,
как видно из табл. 5.5, имеют те же буквенные обозначения, что и
в национальных стандартах большинства стран. В тех случаях, когда
в электрооборудовании использовано несколько видов взрывозащи-
ты, на первом месте после ЕЕх ставится буквенное обозначение
главного вида взрывозащиты, а затем другие виды — по мере их
значимости. Если электрооборудование предназначено для конкрет-
ного вещества, то вместо обозначения температурного класса ука-
зывается химическая формула этого вещества. Табличка с марки-
ровкой, которая должна наноситься на главной части электрообо-
рудования на хорошо видном месте, содержит также название или
условный знак испытательной станции, номер свидетельства о взры-
возащищенности и год его выдачи. По указанию испытательной
станции после номера свидетельства о взрывозащищенности может
ставиться знак «X», указывающий на то, что при эксплуатации дан-
Рис. 5.1. Фирменные и
маркировочные таблички
электроборудования произ-
водства ФРГ по VDE0171.
Хорошо виден номер серти-
фиката РТВШВ/Е-6165
Рис. 5.3. Общий вид марки-
ровки АД-РЕ электродви-
гателя итальянского произ-
водства
Рис. 5.2. Фирменная табличка с мар-
кировкой микровыключателя произ-
водства США
ного электрооборудования необходимо соблюдать определенные ус-
ловия, обычно оговариваемые в эксплуатационной документации.
В тех случаях, когда для различных частей электрооборудования
использованы разные виды взрывозащиты, каждая часть должна
иметь свою маркировку взрывозащиты, т. е. маркировка по EN50014
объединяет первую и третью системы маркировок. Ниже приведены
примеры маркировок по EN 50014:
EExdIIAT4 — электрооборудование группы НА, класс тем-
пературы Т4 во взрывонепроницаемой обо-
лочке;
EExd I/II В ТЗ — электрооборудование для групп I и ИВ, класс
температуры ТЗ во взрывонепроницаемой
оболочке;
ЕЕх ер II 125°С(Т4)—электрооборудование повышенной надежности
или ЕЕх ер II 125°С в оболочке, продуваемой под избыточным дав-
лением для группы II с максимальной тем-
пературой поверхности 125°С (Т4);
ЕЕх d II (NH3) — электрооборудование во взрывонепроницаемой
оболочке для аммиака.
Маркировка, принятая CENELEC, является более полной, одна-
ко она имеет тот недостаток, что не содержит характеристики сте-
пени взрывозащищенности изделия, т. е. в ней не указывается ни
уровень взрывозащиты, ни класс взрывоопасности той зоны, где
можно применять то нлн иное электрооборудование.
Глава шестая
ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ зон
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И НАРУЖНЫХ
УСТАНОВОК И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И НАРУЖНЫХ УСТАНОВОК
Основы классификации взрывоопасных зон, содер-
жащиеся в гл. VII-3 «Правил устройства электро-
установок» (ПУЭ) 5-то изд. — это общие правила,
касающиеся всех отраслей промышленности и взры-
воопасных ситуаций. Поскольку они носят общий ха-
рактер, в них не учитываются специфические усло-
вия, присущие той или иной отрасли или отдельно-
му производству. В связи с этим для каждой отрасли
промышленности по согласованию с Главным управ-
лением пожарной охраны (ГУПО) МВД СССР раз-
рабатываются нормативные указания (перечни) по от-
несению тех или иных установок к взрывоопасным.
Согласно ГОСТ 12.01.010—76 [20], взрывоопасными
считаются установки, связанные единым технологиче-
ским процессом, в которых с вероятностью от 1 до
10-6 в течение года могут образовываться взрывоопас-
ные смеси:
горючих газов или паров с воздухом, кислородом
или другими окислителями, например, с хлором;
горючих пылей или волокон с воздухом при пере-
ходе их во взвешенное состояние.
Если не представляется возможным по техническим
или экономическим соображениям обеспечить условия,
при которых вероятность возникновения взрывоопасных
смесей будет менее 10~6, рекомендуется производствен-
ные процессы проектировать такими, чтобы вероятность
воздействия опасных факторов на людей в течение го-
да не превышала 10~6 на человека. При этом принятое
значение вероятности возникновения взрыва на любом
172
производственном участке должно быть соответству-
ющим образом обосновано.
В зависимости от времени существования опасности
могут быть постоянными, периодическими или времен-
ными. К источникам опасности относятся, например,
периодические открываемые емкости с горючими жид-
костями, аппаратура, выделяющая в окружающее про-
странство горючие вещества (например, реакторы, сме-
сители и,т. п.); фланцевые соединения газо- и паро-
проводов; открытые места, в которых постоянно про-
изводится окраска, склейка, чистка, сушка и т. п.
с применением горючих жидкостей; места подсоедине-
ния шлангов к резервуарам и цистернам с высоким
давлением; предохранительные клапаны и др. Появ-
ление на технологических объектах этих опасностей но-
сит случайный характер, зависящий от целого ряда
технологических параметров и специфики конкретной
производственной ситуации. За время межпрофилакти-
ческих ремонтов технологического оборудования поток
учитываемых событий (образование взрывоопасных
концентраций) может считаться стационарным, орди-
нарным без последствия и, следовательно, подчиняю-
щимся закону Пуассона. Вероятность этих событий Р
может быть найдена по формуле:
(6.1)
где 7. — плотность потока (среднее число событий, при-
ходящихся на единицу времени); т — продолжитель-
ность межпрофилактического периода. Например, з со-
ответствии с ГОСТ 12.1.010—76 она принимается рав-
ной одному году.
Как показывает практика эксплуатации и проведен-
ные исследования, эта вероятность может изменяться
от 1 до 10~5. Зоны технологических аппаратов, харак-
теризующиеся постоянным наличием взрывоопасных
концентраций (например, зоны над зеркалом легковос-
пламеняющихся жидкостей — ЛВЖ и др.), горючих га-
зов или паров с воздухом, оцениваются как зоны с ве-
роятностью образования опасности, равной 1,0.
В соответствии с действовавшей до 1981 г. гл. VII-3
ПУЭ 4-го изд., 1966, взрывоопасные помещения и на-
ружные установки были разделены на шесть классов,
в том числе:
четыре класса для горючих газов и ЛВЖ (помеще-
ния классов В-1, В-Ia, В-16 и наружные установки клас-
са В-1г);
два класса для пыли и волокон (помещения клас-
сов В-П, В-Па).
При этом ко взрывоопасному было отнесено все по-
мещение, т. е. пространство, ограниченное стенами, пе-
рекрытиями и крышей, в котором находится источник
опасности (технологический агрегат, газопровод и т. и.).
В связи с принимаемыми мерами по повышению
безопасности ведения технологических процессов, а так-
же по улучшению условий работы во взрывоопасных
помещениях за счет использования интенсивной вен-
тиляции, контроля состояния газовой атмосферы и дру-
гих мероприятий, появилась возможность сузить места,
где возможно образование взрывоопасных смесей, до
отдельных ограниченных пространств—зон. Это нашло
отражение в классификации взрывоопасных про-
странств в гл. VII-3 — 5-го изд. (действуют с 1 апреля
1980 г.). По определению новых ПУЭ взрывоопасная
зона — это помещение или ограниченное пространство
в помещении или наружной установке, в котором име-
ет место или могут образоваться взрывоопасные смеси.
При этом горючие газы относят к взрывоопасным при
любой температуре окружающей среды, а ЛВЖ
к взрывоопасным относят только тогда, когда темпера-
тура вспышки их не превышает 61 °C, а давление паров
при температуре 20°C менее 0,1 МПа (1 ат). ЛВЖ
с температурой вспышки свыше 61 °C относятся к по-
жароопасным, однако, если они в производственных
условиях нагреваются до температуры вспышки паров
или выше, то их относят к взрывоопасным.
Горючие пыли ,и волокна считаются взрывоопасны-
ми, если их нижний концентрационный предел вос-
пламенения не превышает 65 г/м3 при переходе их во
взвешенное состояние.
Опасными могут быть концентрации смесей, равные
или большие 50% нижнего концентрационного пре-
дела воспламенения горючего вещества (газа, пара
или пыли). Они создаются при возникновении опасных
режимов работы оборудования. Эти режимы могут
иметь место при нормальной работе технологического
оборудования (например, нормальная работа техноло-
гического аппарата с соблюдением правил техники без-
опасности, проведения плановых ремонтов и т. д.),
при недлительных аварийных режимах (например, не-
продолжительный режим пуска или остановки, времен-
ная разгерметизация уплотнения, непродолжительное
отключение электрического тока, воды или вентиляции
и т. д.) и при чрезвычайных аварийных ситуациях (на-
пример, разрывы сварных швов и соединительных бол-
тов, взрывы внутри технологических аппаратов и дру-
гие серьезные непредвиденные опасности).
Согласно главе VII-3 ПУЭ 5-го изд., взрывоопас-
ные зоны также разделены на шесть классов, анало-
гичных классам взрывоопасных помещений, принятых
по ПУЭ 4-го изд. Взрывоопасные зоны могут быть
в производственных помещениях — зоны классов В-1,
В-Ia, В-16, В-П, В-Па и на наружных взрывоопасных
установках — зоны В-1г.
Зоны класса В-I характеризуются наличием взры-
воопасных смесей при нормальных недлительных ре-
жимах работы (например, загрузка или разгрузка тех-
нологических аппаратов и т. п.). Установлено, что ве-
роятность образования взрывоопасных концентраций
в этих зонах более 10-2.
Зоны класса В-Ia характеризуются отсутствием
взрывоопасных смесей при нормальной работе, но воз-
можно образование таких смесей в результате аварий
или неисправностей технологического оборудования.
Вероятность образования взрывоопасных смесей в та-
ких зонах 1 превышает 10-4.
Зоны класса В-16 — это по существу те же зоны
класса В-Ia, но отличающиеся одной из следующих
особенностей:
1. Горючие газы в этих зонах обладают высоким
нижним концентрационным пределом (15% и более)
и резким запахом при предельно допустимых санитар-
ных нормах концентрации газа в воздухе (например,
аммиак).
2. Производства, связанные с образованием газооб-
разного водорода, или производства, в которых по тех-
нологическим условиям исключается образование в ава-
рийных случаях взрывоопасной смеси в объеме, пре-
вышающем 5% свободного объема помещения (напри-
мер, помещения электролиза воды и т. п.).
1 Согласно исследованиям ВНИИПроектэлектромонтажа.
3. Горючие газы и ЛВЖ при нормальных режимах
работы имеются в зоне в количествах, недостаточных
для образования взрывоопасной смеси, объем которой
не превышает 5% свободного объема помещения при
аварийном режиме работы технологического оборудо-
вания, причем работа с газами и ЛВЖ производится
без применения открытого огня.
Эти зоны относятся к невзрывоопасным, если ра-
бота производится в вытяжных шкафах или под
вытяжными зонтами (например, лабораторные ком-
наты).
Вероятность образования взрывоопасных смесей
в зонах В-16 не превышает 1 10-5.
Зоны класса В-1г — это зоны наружных технологи-
ческих установок, содержащих горючие газы и ЛВЖ,
подземных и надземных резервуарных парков с ЛВЖ
или газами (газгольдеры), открытых нефтеловушек,
нефтеотстойников и т. п. К этим зонам относятся так-
же пространства вокруг помещений со взрывоопасными
зонами классов В-I, B-Ia, В-П, устройств для сброса
газа из помещений; предохранительных и дыхательных
клапанов и т. д. на расстоянии (по горизонтали и
вертикали), регламентированном в гл. VII-3 ПУЭ 5-го
изд. Условная вероятность образования взрывоопасной
смеси в зоне В-1г может составлять 1 от 10-5 до 10~2.
Зоны класса В-П — характеризуются наличием взры-
воопасных смесей пыли и волокон с воздухом при нор-
мальном недлительном режиме работы. Вероятность
образования взрывоопасных смесей в таких зонах пре-
вышает 1 10~2.
Зоны класса В-Па — по характеристике аналогичны
зонам класса В-Ia, но в них <могут образовываться
взрывоопасные смеси пылей или волокон с воздухом.
К невзрывоопасным могут быть отнесены такие зо-
ны, вероятность образования взрывоопасных смесей
в которых не превышает 1 10-6, гл. VI1-3 ПУЭ 5-го изд.
относит к невзрывоопасным также эоны в помещениях
и наружных установках на расстоянии до 5 м (по
горизонтали и вертикали) от технологического обору-
дования, в котором имеются взрывоопасные смеси, од-
нако технологический процесс ведется с применением
открытого огня, раскаленных до высокой температуры
1 По исследованиям ВНИИПроектэлектромонтажа.
частей технологического оборудования. При этом про-
исходит выгорание выделяющихся горючих газов и
паров. Определены также другие условия, дающие воз-
можность относить зоны или все помещения в целом
к невэрывоопасным или, в крайнем случае, снизить
класс взрывоопасной зоны. К таким условиям относят-
ся конструктивные требования к устройству помеще-
ния и оснащение его достаточно эффективной венти-
ляцией.
Например, 1Класс взрывоопасности зоны В-I или В-П
можно снизить на одну ступень при использовании не-
скольких вентиляционных агрегатов, постоянно находя-
щихся в работе. При выходе из строя одного из них,
остальными обеспечивается необходимая кратность об-
мена воздуха и эффективность проветривания всего по-
мещения. При этом эффективной считается вентиляция,
обеспечивающая снижение концентрации горючих ве-
ществ в воздухе ниже 50% нижнего концентрационного
предела их воспламенения.
Таблица 6.1
Класс взрывоопасной зоны по
гл. VII-3 ПУЭ 5-е изд. [89]
Взрывоопасная зона по Пебтикации
МЭК 79-10
0
Пространство внутри технологи-
ческих аппаратов. Требования ПУЭ
в части электрооборудования на
эти пространства не распространя-
ются
В-1
В-Ia, В-1г
В-16
В-П, В-Па
1
2
Иногда 2. Специальная клас-
сификация не предусмотрена
Классификация не предусмот-
рена
МЭК проведена классификация взрывоопасных
зон, в которых могут образовываться смесн горючих
газов или паров с воздухом. Согласно Публикации
МЭК 79-10, приняты три зоны:
зона 0 — характеризуется наличием постоянной
опасности;
зона 1 — опасность появляется достаточно часто;
зона 2 — опасность существует редко.
Классификация взрывоопасных зон по пылям и во-
локнам Публикацией МЭК не предусмотрена.
12—71 177
Представление о сравнении взрывоопасных зон по
гл. VII-3 ПУЭ 5-е изд. [80] и Публикации МЭК 79-10
дает табл. 6.1.
6.2. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАССА ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ
Опыт эксплуатации промышленных предприятий по-
казывает, что при установлении класса взрывоопасно-
сти зон или наружных установок следует исходить не
из нормальных условий ведения технологического про-
цесса, когда все оборудование и аппараты исправны,
а из аварийной ситуации, когда имеет место серьезное
их повреждение, связанной с возможностью выделения
в помещении (в зоне установки) горючих веществ, об-
разующих с воздухом взрывоопасные смеси. При опре-
делении возможности образования взрывоопасных усло-
вий должны учитываться следующие факторы:
характеристика выделяющихся горючих веществ;
количество выделяемых горючих веществ;
концентрация горючих веществ (горючих газов, пы-
лей, волокон, паров ЛВЖ) в воздухе;
нижний концентрационный предел воспламенения
образующихся взрывоопасных смесей;
форма и размеры помещения, используемая венти-
ляция;
расположение технологического оборудования (на-
пример, в наружной установке) и влияние ветра вбли-
зи него.
Если этих факторов недостаточно для оценки взры-
воопасности зоны установки, то классификационная ко-
миссия, состоящая, как правило, из технологического и
электротехнического персонала эксплуатирующей орга-
низации с участием специалистов проектной организа-
ции, вентиляционных служб, охраны труда и техники
безопасности, анализирует дополнительные факторы.
Классификация может проводиться неоднократно, мо-
жет изменяться по мере получения более точных дан-
ных при выполнении дальнейших этапов проектирова-
ния или в процессе эксплуатации.
Классификация производится на основании анализа
технологической документации, содержащей следующие
основные сведения:
а) перечень возможных источников выделения го-
рючих веществ, где указаны:
род технологического оборудования и место его
расположения;
вид источника опасности и его расположение отно-
сительно уровня тола, площадки с установленным
электрооборудованием и т. п.;
температура горючих веществ, оборудования и
окружающей среды;
место возможного возникновения статического элект-
ричества, а также способ его нейтрализации;
б) перечень горючих веществ, выделяющихся
в окружающую среду, в котором указаны:
их наименование или химическая формула;
состав смеси;
температура воспламенения и кипения (для горючих
жидкостей);
концентрационные пределы их воспламенения;
категория и группа взрывоопасных смесей;
в) данные относительно вентиляции:
вид вентиляции (приточная, вытяжная);
производительность и кратность обмена;
характер вентиляции (нормальная, аварийная);
наличие ветра и сквозняков;
г) дополнительные данные:
наличие и места расположения средств сигнали-
зации;
блокировка, автоматика;
наличие средств пожаротушения и др.;
строительные, технологические и другие чертежи
помещений и установок (в том числе наружных) с ука-
занием:
источников выделения горючих веществ и предпо-
лагаемой категории их опасности в пределах зон поме-
щений и наружных установок;
соседних помещений и взрывоопасных зон в них.
Класс взрывоопасной зоны в помещении или на-
ружной установке в ряде случаев изменяется в про-
цессе эксплуатации. Поэтому он должен отражать дей-
ствительное состояние установки и особенности ее экс-
плуатации и при необходимости может корректировать-
ся. В ряде стран, например ПНР, для удобства опреде-
ления класса взрывоопасности зон (помещения) наибо-
лее употребительные взрывоопасные вещества класси-
фицированы по основным физико-химическим свойст-
вам, как это показано в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Классификация наиболее употребительных взрывоопасных
веществ по физико-химическим свойствам
Опасные Более опасные Наиболее опасные
Плотность по отношению к воздуху:
Менее 0,8 Аммиак, водород, водяной газ, метан, коксовый газ, полу- водяной газ, природ- ный газ От 0,8 до 1 ,5 Ацетилен, метило- вый спирт, окись углерода, сероводо- род, этилен, этило- вый спирт Более 1,5 Бензин, бензол, се- роуглерод, циклогек- сан, этиловый эфир
По скорости распространения горения:
До 30 см/с Аммиак от 30 до 100 см/с Ацетон, бензол, гексан, метан, серо- углерод, циклогексан, этилен, эфир диэти- ловый Более 100 см/с Ацетилен, водород
По температуре вспышки паров ЛВЖ:
От 28 до 61 °C Уксусная кислота, циклогексанон. От 15 до 28°С Бутиловый спирт, ксилол, фурфурол, этилбензол Ниже 15°С Ацетон, бензол, спирт метиловый, спирт этиловый, толу- ол, циклогексан, эфир диэтиловый
По концентрационным пределам воспламенения (разности •концентраций ме'^ду верхним и нижним концентрационным пределом)
До 10% Бензин, бензол, бу- тан, бутиловый спирт, гексан, метан, пентан, пропан, циклогексан, этилбензол От 10 до 25% Аммиак, ацетон, фурфурол, этан, эти- ловый спирт Свыше 25% Ацетальдегид, аце- тилен, водород, мети- ловый спирт, окис ь этилена, сероводород, сероуглерод. этилен, этиловый эфир
По нижнему концентрационному пределу воспламенения
Свыше 10% Аммиак, окись угле- рода От 2,5 до 10% Ацетальдегид, во- дород, метан, мети- ловый спирт, серово- дород, уксусная кис- лота, фурфурол До 2,5 % Ацетилен, ацетон, бензин, бензол, бутан, бутиловый спирт, гек- сан, пентан, пропан, сероуглерод, толуол, циклогексан, этилбен- зол, этиловый спирт, этитовый эфир
При определении классов взрывоопасности устано-
вок следует учитывать условия, способствующие сни-
жению класса взрывоопасности. К числу их отно-
сятся:
.малая вероятность разгерметизации герметичного
технологического оборудования;
надежная работа вентиляционных установок и га-
рантия того, что кратность обмена воздуха обеспечи-
вает снижение концентрации смеси ниже 50% нижне-
го концентрационного предела воспламенения;
плотность газа по отношению к воздуху менее 0,В
и естественная вентиляция, обеспечивающая достаточ-
ную кратность обмена, при относительно небольшом
избыточном давлении в аппаратуре;
оснащение мест возможной загазованности надеж-
но работающими автоматическими газосигнализатора-
ми, отключающими электроэнергию в установке при
появлении утечек газа;
небольшое количество газа или жидкости при боль-
шом объеме (кубатуре) помещения, при котором опас-
ность возникает только в ограниченной зоне, и ряд
других факторов.
С другой стороны, необходимо учитывать условия,
оказывающие влияние на увеличение вероятности по-
явления взрывоопасных смесей и продолжительность
их существования, как, например:
насыщение помещений или наружных установок
большим количеством технологических аппаратов или
емкостей с конденсированными газами или ЛВЖ;
большая относительная плотность вещества (по от-
ношению к воздуху), приводящая к тому, что горючие
газы или пары опускаются вниз, стелются над полом,
заполняя углубления и каналы, образуя невентилируе-
мые зоны;
небольшой объем помещения;
в помещениях и зонах имеет место сильная корро-
зия, а технологические процессы происходят при по-
вышенном давлении;
на технологических аппаратах и трубопроводах име-
ется большое количество фланцевых соединений, вен-
тилей, стеклянных глазков, указателей уровня жидко-
сти, отверстий для слива и т. п.;
возможность стекания ЛВЖ по горячим стенкам ап-
парата, например, ректификационным колонкам;
использование ЛВЖ для промывки аппаратуры или
ее элементов в открытых емкостях;
проведение ремонтных работ в процессе эксплуата-
ции, связанных с открыванием аппаратуры или ее де-
монтажем;
возможность проникновения в окружающую среду
горючих веществ из закрытого оборудования, имеющего
дверцы, крышки или другие часто открываемые эле-
менты, и другие факторы.
Для безопасной эксплуатации электрооборудования
важным является правильное установление размеров
зон взрывоопасности, на величину которых также ока-
зывают влияние рассмотренные выше условия.
Горючие пыли или волокна относятся к взрывоопас-
ным, как это указывалось выше, если нижний концент-
рационный предел их воспламенения /не превышает
65 г/м3, однако наиболее взрывоопасными считаются
пыли с нижним пределом воспламенения до 15 г/м3.
Помещение считается опасным по взрыву пыли в том
случае, когда имеется такое количество легко взвихря-
ющейся тонкой пыли, что при равномерном распреде-
лении в помещении превышается нижний предел ее
взрываемости. При этом пыль, распределенная по все-
му помещению, например находящаяся в закрытых
емкостях, или увлажненная пыль при определении ко-
личества легко взвихряющейся пыли не учитывается.
Важным параметром является допустимая толщина
слоя пыли Лдоп, которая может быть определена по фор-
муле
Адоп = ^-, (6.2)
где А — нижний предел взрываемости, кг/м3; Я — вы-
сота помещения, м; Q — плотность осадка пыли, кг/м3.
Для большинства видов пыли и высоты помещения
до 4 м допустим слой пыли до 1 мм.
При определении класса взрывоопасности помеще-
ния по пыли следует учитывать наличие в помещении
конструктивных элементов с большими поверхностями,
на которых слой пыли может превышать рассчитанное
для всего помещения. Соседние с взрывоопасными по
пыли помещениями могут быть взрывоопасными в тех
случаях, если исходя из особенностей производства
182
невозможно поддерживать отложение пыли ниже допу-
стимого количества.
Для унификации методов оценки взрывоопасных
зон производств, проектируемых различными органи-
зациями, составляются ведомственные перечни произ-
водств, цехов, отдельных помещений и наружных уста-
новок, а в некоторых случаях и отдельных технологиче-
ских агрегатов, в которых указываются характеристи-
ки взрывоопасной среды и классы взрывоопасности зон
(помещений).
Следует отметить, что глава ЭШ-13 «Электроуста-
новки взрывоопасных производств» действующих Пра-
вил технической эксплуатации и Правил техники без-
опасности (ПТЭ и ПТБ) [79] электроустановок потре-
бителей требует для каждого случая (взрывоопасной
зоны) технического обоснования или расчета, подтверж-
дающего возможность образования взрывоопасных кон-
центраций в месте установки электрооборудования.
6.3. ВЫБОР ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
И УСЛОВИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Количество взрывозащищенного электрооборудова-
ния, устанавливаемого во взрывоопасных зонах (по-
мещениях), должно быть по возможности минималь-
ным. Выбору количества и места установки электро-
оборудования должен предшествовать глубокий анализ
технической документации как самого электрооборудо-
вания, так и мест его установки.
Определяющим при выборе взрывозащищенного
электрооборудования является назначение, уровень и
вид его взрывозащиты, который легко устанавливается
по маркировке. В гл. VII-3 ПУЭ 5-го изд. даны ука-
зания по применению электрооборудования с различ-
ными уровнями взрывозащиты в соответствующих клас-
сах взрывоопасных зон. Допустимые уровни взрыво-
защиты, а также допустимая степень защиты оболочки
электрооборудования (для случая, когда взрывозащи-
щенное электрооборудование не требуется) приведены
в табл. 6.3.
Уровни искробезопасности цепей (согласно ГОСТ
22782.5-78 [30]) должны приниматься следующие:
в технологических установках (зона 0 по классифика-
ции МЭК) — уровень ia; в зонах клаоссов В-I, В-П,
Электрооборудование Допустимые уровень взрывозащиты или степень защиты оболочки электрооборудования для взрывоопасных зон класса1
В-1 В-1а В-16 В-1г В-П В-Па
Электрические машины (стаци- 1 2 Невзрывозащи- 2 1 Невзрывозащи-
опарные и передвижные) Эчектрические аппараты и при- боры стационарные: В Н щенные, но обо- лочка IP44 Н В щенные, но обо- лочка IP542
а) искрящие или подвер- 1 2 Невзрывозащи- 2 1 Невзрывозащи-
женные нагреву выше 80° С б) неискрящие и не под- верженные нагреву выше 80°С В 1 в Н невзрыво- зашшценные, но оболочка IP543 щенные, но обо- лочка 1Р443 Н невзрыво- защищенные, но оболочка IP543 В 1 В щенные, но обо- лочка !Р54’
Электрические аппараты и при- 1 1 2 2 1 Невзрыг.озащи-
боры передвижные или явля- ющиеся частью передвижных установок в в И Н в щенные, но обо- лочка IP54
Аппараты и приборы ручные пе- 1 2 Невзрывозащи- 2 2 Невзрывозащи-
реносные, электрические све- тильники стационарные в Н щенные, но обо- лочка IP5X’ Н Н щенные, но обо- лочка IP5X3
Электрические светильники пе- 1 1 2 2 1 2
реносные в В Н Н В Н
числителе указан уровень взрывозащиты по ГОСТ 12.2.020—76 120], в знаменателе—по ПИВРЭ [76].
»До освоения электрических машин в оболочках IP54 (по ГОСТ 14254 —69) допущены оболочки со степенью зашиты IP44.
•Степень защиты оболочки от проникновения воды—вторая цифра обозначения должна устанавливаться (может уточняться) в зависимости
от конкретных условий применения.
а иногда B-Ir — уровень iB; в зонах классов B-Ia, В-16
и В-1г — уровень ic.
Вторичные приборы и аппараты, имеющие только
выходные (входные) искробезопасные цепи и не снаб-
женные другими видами взрывозащиты, устанавлива-
ются вне взрывоопасных зон.
Электрооборудование во взрывонепроницаемой обо-
лочке, имеющее уровень взрывозащиты «Взрывобез-
опасное электрооборудование» (I) и рассчитанное на
смеси категории ПВ, может использоваться в смесях
категории ПС как электрооборудование с уровнем
взрывозащиты «повышенная надежность против взры-
ва» (2). При этом у электродвигателей должны быть
снижены на одну ступень нагрузки на валу, у нагре-
вательных и световых приборов—снижены на 20%
температуры нагрева их поверхности. Подобные пере-
воды недопустимы для электрооборудования, имеюще-
го нормально искрящие части. Вопрос снижения уровня
взрывозащиты и допустимости применения такого элек-
трооборудования во взрывоопасных условиях решается
в контрольной (испытательной) организации или орга-
нах Госэнергонадзора.
Выбор взрывозащищенного электрооборудования
следует производить, придерживаясь следующего по-
рядка.
1. Определяются параметры взрывоопасной среды
в местах установки электрооборудования:
наименование и физические свойства веществ, ко-
торые могут образовать взрывоопасные смеси;
категория и группа, к которым отнесены взрыво-
опасные смеси.
2. Определяются условия, характеризующие окру-
жающую среду, в которой должно работать электро-
оборудование:
места, в которых температура окружающей среды
превышает 35 °C;
способность к химическому и механическому воз-
действию окружающей среды на электрооборудование.
3. Производится классификация взрывоопасных по-
мещений и наружных установок, как это было пока-
зано выше, в нормальном и аварийном режимах ра-
боты технологической установки.
4. Намечаются защитные и профилактические ме-
роприятия для снижения класса взрывоопасной зоны.
5. Принимается во внимание опыт эксплуатации
аналогичных производств.
6. Производится анализ маркировки электрообору-
дования и указаний инструкции по монтажу и эксплуа-
тации, после чего сравнивается уровень и вид взрыво-
защиты электрооборудования с будущими условиями
его эксплуатации.
7. Учитывается возможность дальнейшего совершен-
ствования производства и использование при этом но-
вых более взрывоопасных веществ.
На основании проведенного анализа составляется
спецификация применяемого взрывозащищенного элек-
трооборудования с учетом указаний гл. VII-3 ПУЭ
5-го изд. и соответствующих стандартов (технических
условий) по отдельным видам электрооборудования.
6.4. ОСОБЕННОСТИ КЛАССИФИКАЦИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН
В ЗАРУБЕЖНЫХ СТАНДАРТАХ
Классификация опасных зон в большинстве стран мира учи-
тывает следующие основные факторы:
наличие и характер источника опасности (предохранительные
клапаны, отверстия резервуаров, открытые резервуары или контей-
неры н др.);
наличие и характер вентиляции опасного участка;
взрывоопасные свойства смесей, аналогично тому, как это рас-
сматривалось в § 6.1.
Система классификации, принятая в США и Японии, допускает
возможность повреждения электроустановки прн разрушении техно-
логического оборудования, т. е. учитывает фактор одновременности
образования взрывоопасной смеси и появления источника воспламе-
нения.
Ниже рассмотрены классификации взрывоопасных зон, приме-
няемые в некоторых странах.
В США взрывоопасные установки классифицируются на три
класса.
Установки первого класса — это установки, в которых возможно
образование газов и паров ЛВЖ- Они в свою очередь разделяются
на две степени (Division) взрывоопасности.
К первому классу первой степени относятся пространства,
в которых взрывоопасные условия могут иметь место длительное
время, с перерывами или периодически в нормальных и аварийных
условиях работы оборудования. Причем, неправильная работа тех-
нологического оборудования влечет за собой одновременную аварию
электрооборудования;
к первому классу второй степени относятся пространства, в ко-
торых взрывоопасные условия могут создаваться при ненормальной
работе оборудования, в том числе вентиляционных систем. В нор-
мальном состоянии горючие газы и пары заключены в закрытые
сосуды и системы.
Установки второго класса — это установки, которые являются
взрывоопасными при наличии в них горючей пыли. Они также раз-
деляются на две степени взрывоопасности.
Ко второму классу первой степени относятся пространства, в ко-
торых могут периодически или с перерывами продолжительное время
образовываться во взвешенном состоянии взрывоопасные пылевоз-
душные смеси при нормальной работе аппаратов или же в резуль-
тате аварий. Возможно образование токопроводящих пылей.
Ко второму классу второй степени относятся установки, в ко-
торых при нормальных условиях горючая пыль не находится в воз-
духе во взвешенном состоянии, а также исключается возможность
образования пылевоздушных взрывоопасных смесей при авариях.
Установки третьего класса — это установки, которые являются
взрывоопасными благодаря наличию легковоспламеняющихся воло-
кон нли пуха во взвешенном состоянии в количествах, достаточных
для образования взрывоопасных смесей. Они также делятся на две
степени.
К третьему классу первой степени относятся установки по тран-
спортировке, производству и применению легковоспламеняющихся
волокон и горючего пуха.
К третьему классу второй степени относятся установки, в ко-
торых только хранятся легковоспламеняющиеся волокна. С произ-
водством волокон или пуха они не связаны.
Аналогичная классификация взрывоопасных установок суще-
ствует в Японии и Канаде.
В Англии взрывоопасные помещения и наружные установки
разделены на зоны.
Опасная зона (зона 1)—это участок, в котором в одном или
нескольких местах при нормальной эксплуатации существует опас-
ность образования взрывоопасной смеси. Этот участок окружается
пространством, граница которого удалена минимально на 15 м от
границы участка. Опасная зона в наружных установках может быть
сокращена вдвое, если горючие газы или пары тяжелее воздуха,
а электрооборудование установлено на высоте не менее 4,5 м.
Удаленная опасная зона (зона 2) — менее опасный участок,
в котором горючие газы и ЛВЖ находятся в аппаратах, емкостях
и т. п. под эффективным контролем. Образование взрывоопасных
смесей возможно только в исключительных случаях. Имеются огра-
ничения по размерам этой зоны в зависимости от характеристики
газа.
В последнее время в систему классификации введено понятие
весьма опасной зоны (зона 0), которая характеризуется постоянным
присутствием взрывоопасной смеси. Все участки за пределами зон
0, 1 и 2 относятся к безопасным зонам.
Во Франции для каждой отрасли промышленности устанавли-
ваются свои зоны взрывоопасности. Например, на нефтеперерабаты-
вающих заводах различают три зоны:
зона типа Е (зона 1)—пространства, в которых при нормаль-
ной работе могут возникать взрывоопасные смеси газов или паров
с воздухом;
зона типа F (зона 2) — пространства, в которых возможно об-
разование смесей только в результате неисправностей или аварий
оборудования;
зона типа G — пространства, в которых отсутствует опасность
образования взрывоопасных смесей.
Классификация по гл. VII-3 ПУЭ 5-го изд. США, класс установки и степень (Div) опасности Япония, класс установки
В-1 класс 1, степень (Div) 1 класс (Div) 0 класс (Div) 1
В-1а класс 1, степень (Div) 2 класс (Div) 2
В-16 класс 1, степень (Div) 2 —
В-1г класс 1, степень (Div) 1 класс (Div) 0 класс (Div) 1 класс (Div) 2
класс 1, степень (Div) 2
В-И классы 2 и 3 (Div) —
В-Па классы 2 и 3 (Div) 2 —
В ФРГ, Австрии нет подразделения опасных зон по степени
опасности. Однако существуют указания по применению отдельных
видов электрооборудования в местах возможного образования взры-
воопасных смесей, например, применение электрооборудования с ви-
дом защиты типа «е»; с искробезопасными электрическими цепями
и некоторым другим.
В ЧССР взрывоопасные пространства (зоны) разделяются на
четыре степени.
Пространства со степенью опасности 0 — это зоны, в которых
исключено образование взрывоопасных смесей.
Пространство со степенью опасности 1 — это зоны, в которых
взрывоопасные смесн могут образоваться в исключительных слу-
чаях, например, при повреждениях и авариях.
Пространство со степенью опасности 2 — это зоны, в которых
взрывоопасная смесь может иметь место при нормальных условиях
работы.
Пространства со степенью опасности 3 — это зоны, в которых
взрывоопасная смесь находится постоянно или длительное время.
В ПНР взрывоопасные помещения разделены на пять категорий
в зависимости от вероятности образования взрывоопасной смеси и
времени ее существования. Они обозначаются:
WI, WII, Will — помещения, в которых взрывоопасные условия
связаны с возможностью образования взрывоопасных смесей газов
или паров с воздухом;
WIV, WV — помещения, связанные с образованием взрывоопас-
ных смесей пылей или волокон.
Кроме того, введено разделение источников опасности:
в процессе нормальной эксплуатации, обозначается «I»;
в процессе аварийной работы, обозначается «2».
И в зависимости от количества выделяемого горючего вещества:
Таблица 6.4
Англия, зоны опасности Франция, зоны опасно- сти ЧССР, сте- пени взрыво- опасности пространства ПНР, катего- рии взрыво- опасности зон МЭК, зона опасности
3 0
опасная зона 0 Е (1) 2 WI т
зона 1
удаленная опасная F (2) 1 WII 2
зона (зона 2)
— — — Will 2
зона 0 3 WI 0
зона 1 Е (1) 2 WII 1
зона 2 F (2) 1 win 2
— — — WIV —
— — — wv —
большое количество, обозначается «а»;
небольшое количество, обозначается «в».
В НРБ классификация принята в соответствии с ПУЭ.
В табл. 6.4 приведено сопоставление классов взрывоопасных зон,
помещений, наружных установок, пространств в ряде стран с клас-
сификацией по гл. VI1-3 ПУЭ 5-е изд. [80].
Из приведенных данных видно, насколько различны классифи-
кации взрывоопасных помещений, принятые в разных странах. Это-
серьезно затрудняет выбор и применение взрывозащищенного элек-
трооборудования, закупаемого за рубежом. В отдельных случаях
пространства (помещения), отнесенные к невзрывоопасиым по клас-
сификации одной страны, относятся к взрывоопасным по класси-
фикации другой страны. МЭК выступил с предложением введения
единой классификации взрывоопасных зон с разделением их на три
класса:
зона 0 — зона, в которой взрывоопасная смесь существует по-
стоянно или в течение длительного времени;
зона I — зона, в которой взрывоопасная смесь легко образуется
при нормальной работе оборудования;
зона 2 — зона, в которой взрывоопасная смесь существует
в течение короткого промежутка времени;
неопасная зона — зона, не попадающая под классификацию зон
0, 1 или 2.
В качестве ориентировочного руководства предлагается клас-
сификацию взрывоопасных зон производить на основе учета веро-
ятности образования в них взрывоопасных смесей следующим об-
разом:
в зоне 0 вероятность образования принимается равной 1;
в зоне 1 —порядка 0,001—0,1;
в зоне 2 — менее 0,001, ио более 0.
Глава седьмая
ОСОБЕННОСТИ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Наличие взрывоопасных газо- или паровоздушных смесей в ме-
стах будущей эксплуатации взрывозащищенного электрооборудова-
ния накладывает особую ответственность как на качество его мон-
тажа. так и на качество монтажа относящихся к нему кабелей и
проводов.
Монтаж взрывозащищенного электрооборудования должны про-
изводить специализированные электромонтажные организации. Ра-
ботники этих организаций должны хорошо знать требования правил
устройства электроустановок [80], главы СНиП Ш-33-76 Строитель-
ных норм и правил (ч. III, гл. 33 Электротехнические устройства.
Правила производства и приемки работ) [98], Правил технической
эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники
безопасности при /Эксплуатации электроустановок потребителей [79],
а также Инструкции ло монтажу электрооборудования, силовых и
осветительных сетей взрывоопасных зон [36], специальных инструк-
ций (или указаний) по монтажу отдельных видов взрывозащищен-
ного электрооборудования, например, по монтажу крупногабаритных
продуваемых машин, и других нормативных документов. Перед на-
чалом работ персонал подробно знакомится с конструктивными осо-
бенностями монтируемого взрывозащищениого электрооборудования
и прежде всего с особыми указаниями инструкции по монтажу и
эксплуатации.
Монтажные работы выполняются в соответствии с проектом
производства электромонтажных работ (ППР), разрабатываемым
в соответствии с указаниями и нормами на ППР, утвержденными
Главэлектромонтажом Минмонтажспецстроя СССР. В общей части
разработанный ППР практически мало отличается от ППР при мон-
таже электрооборудования' общего назначения. Одиако взрывоопас-
ные условия накладывают дополнительные требования, о которых
здесь следует сказать.
В общей части ППР должны быть указаны:
технологические особенности установок во взрывоопасных зо-
нах;
классификация взрывоопасных зон (указывается на планах уста-
новки электрооборудования), категории и группы взрывоопасных
смесей для зон В-I, B-Ia, В-16 или В-1г или же наименование пыли
для зон В-П и В-Па. Должны четко обозначаться границы этих
зон;
особые требования к защитным покрытиям кабелей и труб элек-
тропроводок, оболочек электрооборудования во взрывоопасных зо-
нах с химически активной средой;
вертикальные отметки и горизонтальные привязки прокладки
кабелей и труб электропроводок к осям или элементам зданий,
а также привязки выводов нх к фундаментам крупногабаритного
электрооборудования при прокладке труб в полу. Трассы силовых
кабелей должны взаимоувязываться с трассами контрольных
кабелей и прежде всего с кабелями искробезопасных цепей, техно-
логическими трубопроводами и т. п. В отдельных случаях вопросы
190
прокладки, способы пересечений должны согласовываться со смеж-
ными организациями;
место установки и типы разделительных уплотнений и различ-
ных водосборников.
В рекомендациях по технологии и производству электромонтаж-
ных работ дополнительно оговариваются:
последовательность производства работ по взрывоопасным зо-
нам; причем обращается внимание на то, чтобы проведение работ
в одном помещении (зоне) не приводило к ухудшению взрывоопас-
ных условий в другом помещении (зоне). Это особенно важно при
проведении монтажных работ на действующих предприятиях или
установках, так как, например, работа в помещении со взрывоопас-
ной зоной класса В-I, смежном с помещением со взрывоопасной
зоной класса В-Ia, при несоблюдении надлежащих правил техники
безопасности, может создать в отдельных местах взрывоопасные ус-
ловия, на которые электрооборудование в зоне В-Ia совершенно не
рассчитано;
конструкции проемов для проходов кабелей и труб из одного
помещения в другое (кирпичные, бетонные нли другие стены и пе-
регородки с соответствующими отверстиями, засыпные ящики);
ведомость закладных деталей для закрепления электроконструк-
ций, элементов электрических сетей (защитных труб, металлорука.
вов, лотков и т. п.);
перечень специального электромонтажного инструмента в зави-
симости от вида взрывозащищенного электрооборудования (торце-
вые ключи с трехгранными головками, спецключи для светильников,
пусковой аппаратуры и т. п.);
схемы и приспособления для испытаний сжатым воздухом раз-
делительных уплотнений и узлов трубных разводок (указываются’
источники сжатого воздуха);
схемы и приспособления для контроля воздуховодов и состава
воздуха электрооборудования, продуваемого под избыточным дав-
лением;
схемы и приборы для проведения необходимых измерений в элек-
трооборудовании с искробезопасными цепями;
приборы для контроля качества заземления электрооборудова-
ния; переходных сопротивлений на перемычках трубопроводов, на
которых возможно образование статического электричества, контро-
ля устройств по молниезащите;
приборы и устройства, связанные с особенностями работы взры-
возащищенного электрооборудования, например электрооборудова-
ния, заполненного парами ЛВЖ, и т. п.
Поступающее на монтаж электрооборудование с завода-изго-
товителя или после. ремонта подвергается тщательному осмотру.
При этом обращается внимание на следующее:
1. Соответствие маркировки взрывозащиты электрооборудования
условиям взрывоопасной зоны. Причем уровень взрывозащиты, как
это указывалось выше, должен быть не ниже требуемого для дан-
ного класса зоны, а категория и группа смеси в месте установки
электрооборудования должны учитываться маркировкой.
2. Обязательное наличие инструкции по монтажу и эксплуата-
ции электрооборудования. Допускается иметь одну инструкцию на
несколько единиц однотипного взрывозащищенного электрооборудо-
вания, но каждая единица, кроме того, должна иметь паспорт или
аттестат.
3. Комплектность оборудования и запасных частей к нему.
4. Работоспособность электрооборудования, соответствие его
технических характеристик условиям работы, правильность выбран-
ных защитных мер и средств, классы точности измерительных при-
боров и устройств автоматики и т. п.
При обнаружении серьезных повреждений и дефектов, некомп-
лектности поставки или неработоспособности изделий составляются
приемочные акты, которые направляются заводу-изготовителю или
поставщику для решения вопроса о ремонте, замене и т. п. Если
в изделии имеются запасные блоки или узлы, замена производится
силами монтажной организации. О проведенном ремонте делают
отметку в паспорте на изделие.
Подготовительные работы при монтаже взрывозащищенного
электрооборудования такие же, как и при монтаже электрооборудо-
вания общего назначения, поэтому здесь не рассматриваются под-
робно. Если оборудование хранилось на открытом воздухе или при
минусовых температурах, оно должно быть просушено любым об-
щепринятым способом, предварительно нагрето в месте установки
и т. д.
Технологические операции при монтаже: разметка, раскладка
кабелей и проводов, установка взрывозащищенного электрооборудо-
вания и т. д. — также не отличаются от подобных операций при
монтаже электрооборудования общего назначения. Однако необхо-
димо учитывать специфику взрывозащиты. Так, при размещении
электрооборудования, имеющего взрывоиепроницаемую оболочку для
категории ПС, его нельзя ставить ближе чем на 50 мм к глухой
стене, закрывать плотными листами металла, ухудшающими усло-
вия вентиляции и т. д.
Необходимо строго соблюдать все указания инструкции по мон-
тажу и эксплуатации электрооборудования заводов-изготовителей.
Обычно они помещаются в ППР в разделе «Обеспечение взрыво-
защиты при монтаже».
Проводя монтажные работы, необходимо точно соблюдать ука-
зания по технике безопасности, особенно в условиях действующих
взрывоопасных установок. Перед началом работ обычно должен
проводиться специальный инструктаж, осуществляться контроль
загазованности рабочих мест, должны быть получены необходимые
разрешения на проведение огневых работ согласно действующим
на данном предприятии производственным инструкциям.
Большие осложнения могут возникать при монтаже взрывоза-
щищенного электрооборудования в условиях, когда окружающая
температура превышает указанную в паспорте. Это особенно важно
для электродвигателей механизмов с частыми пусками. Меры по
•обеспечению допустимой температуры должны согласовываться
с контрольной (испытательной) организацией. К таким мерам могут
быть отнесены снижение допустимой мощности электродвигателя или
номинального тока коммутационного аппарата, установка дополни-
тельных вентиляторов для обдува, сблокированных с основным элек-
тродвигателем, установка двухдвигательного привода и т. п. Одним
словом, меры направлены на то, чтобы температура поверхности
электрооборудования ни в коем случае не превышала допустимую
для данной категории и группы взрывоопасной смеси.
Сборка крупногабаритного электрооборудования проводится
с помощью специальных приспособлений, обеспечивающих необходи-
мое качество и точность сборки. При наличии в оборудовании уплот-
192
нительных прокладок, создающих необходимую степень защиты
(обычно ие ниже IP44), необходимо следить за правильностью их
установки и равномерной затяжкой по всему периметру сопрягаемых
поверхностей. Если уплотнение осуществляется с помощью слоя
смазки, помещаемой между металлическими поверхностями, необхо-
димо правильно выбирать тип смазки и способ ее нанесения. Особое
внимание следует обращать на предельную температуру нагрева
этих поверхностей и температуру размягчения смазки. В противном
случае смазка просто вытечет. Рассмотренные примеры, конечно, не
охватывают все случаи, которые могут встретиться при монтаже
взрывозащищенного электрооборудования, поэтому важнейшими ука-
заниями должны быть требования инструкции по монтажу и
эксплуатации конкретных изделий.
7.2. МОНТАЖ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
а) Общие сведения. Электрооборудование с заводов-изготовите-
лей поступает на монтаж, как правило, в собранном виде. Причем,
нередко взрывозащищенные электродвигатели установлены уже на
технологическом оборудовании. Там же бывают установлены кнопки
или посты управления, контрольно-измерительная аппаратура и
аппаратура автоматики. В этом случае монтаж кроме ревизии элек-
трооборудования заключается в подсоединении кабелей, проводов и
труб (там, где это необходимо) к вводным устройствам электро-
оборудования.
Известна общая тенденция проектировщиков — как можно мень-
ше электрооборудования устанавливать во взрывоопасных зонах
(помещениях), как можно больше выносить его за пределы опасных
участков. Во взрывоопасных условиях монтируются электродвигате-
ли во взрывонепроницаемой оболочке и с защитой вида «е» (повы-
шенной надежности против взрыва) чаще всего зарубежные, и про-
дуваемые под избыточным давлением; пускорегулирующая аппара-
тура во взрывонепроницаемой оболочке или с масляным заполнением
оболочек (причем масляное заполнение оболочек встречается реже);
различные электромагнитные клапаны, задвижки, перепускные
устройства во взрывонепроницаемых оболочках и с защитой вида
«е»; осветительное оборудование — в основном во взрывонепроница-
емой оболочке и с защитой вида «е»; газоанализаторы и газосиг-
нализаторы с различными видами взрывозащиты, а также электро-
оборудование КИП и автоматики с искробезопасными цепями.
б) Электрооборудование во взрывонепроницаемой оболочке.
После вскрытия тары и внешнего осмотра такого электрообо-
рудования убеждаются в отсутствии видимых повреждений его обо-
лочки, в наличии и целостности всех крепежных элементов, прове-
ряют состояние вводных устройств и наличие в них уплотнитель-
ных колец. При этом уплотнительные кольца могут иметь испол-
нения:
с одним отверстием и кольцевыми надрезами для уплотнения
кабелей различных диаметров (на одной стороне кольца должны
быть выпуклые цифры, указывающие диаметры надрезов);
с четырьмя отверстиями для уплотнения проводов;
с метками центров сверления четырех отверстий при монтаже
для проводов, с одной стороны, и одного отверстия для кабеля —
с другой стороны.
13-71 193
Вводные устройства такого электрооборудования могут иметь
различные конструкции. Они могут допускать непосредственный
ввод бронированных кабелей с бумажной изоляцией, кабелей и
проводов в трубах с изоляцией жил из резины или поливинилхло-
ридного пластиката.
Вводные устройства, как уже отмечалось выше, состоят из
корпуса, крышки, кабельной и нажимной муфт. Причем, если элек-
трооборудование малогабаритное, то кабельные муфты обычно от-
сутствуют. На нажимных муфтах имеются трубная резьба для под-
соединения в процессе монтажа водогазопроводных труб или другой
соединительной аппаратуры (ниппели, футорки, сгоны). При осмот-
рах необходимо обращать внимание на целостность резьбы, а имен-
но: должно быть не менее 5 неповрежденных ниток.
Для удобства монтажа у широкораспространенного оборудова-
ния, например у электродвигателей, вводные устройства крепятся
к фланцам четырьмя болтами и могут быть повернуты на 90°, т. е.
могут быть установлены вводными отверстиями влево, вправо, вверх
или вниз. При монтаже все четыре болта отворачиваются торцовым
ключом, а вводное устройство поворачивается в нужную сторону
и прочно закрепляется на место.
Для ввода проводов или кабелей в электродвигатель выполня-
ются следующие основные операции:
снимается с корпуса вводного устройства нажимная муфта;
вынимается из гнезда кабельной муфты нажимная шайба, рези-
новое уплотнительное кольцо и упорная шайба, а из отверстия ре-
зинового кольца-—транспортная заглушка;
удаляются надрезанные слои резинового кольца или сверлится
в кольце отверстие диаметром на 1—2 мм больше диаметра обо-
лочки кабеля. Если для монтажа используются провода, то диа-
метр отверстия должен быть равен диаметру оболочки провода.
Кольцо надевается на кабель или провода с небольшим натягом.
Аналогично производится подготовка вводных устройств и на дру-
гом электрооборудовании.
После выполнения ввода и присоединения жил кабелей или про-
водов к проходным зажимам в строгом соответствии с конструк-
цией последних и соблюдением указаний инструкции по монтажу и
эксплуатации, осматривают прилегающие взрывозащитные поверхно-
сти вводного устройства. Особое внимание обращается на недопу-
стимость повреждений на них в виде царапин, забоин, вмятин и т. п.
После монтажа взрывозащитные соединения вводного устройства:
корпус — крышка, корпус — фланец основной оболочки электрообо-
рудования, корпус — кабельная муфта (если она предусмотрена
конструкцией) должны быть тщательно протерты и покрыты тонким
слоем консистентной смазки (обычно смазка типа ЦИАТИМ-201).
После того как болты затянуты до отказа, должны быть проверены
взрывонепроницаемые зазоры с помощью щупа. Размеры зазоров ни
в каком месте не должны превышать значений, указанных в чер-
тежах взрывозащиты устанавливаемого электрооборудования.
При электропроводках в стальных трубах последние присоеди-
няют к вводному устройству только на резьбе. При этом труба
должна вворачиваться в вводное устройство (нажимную муфту)
не менее чем на 5 ниток и тщательно там уплотняться. Присоеди-
нение труб к электрическим аппаратам н машинам, кнопкам управ-
ления (кроме осветительного оборудования) выполняется путем
установки универсальных соединительных муфт или с помощью
стонов.
В электрооборудовании, подверженном вибрации при эксплуа-
тации (мешалки, мельницы и т. п.) или незначительным перемеще-
ниям, во взрывоопасных зонах классов В-I, В-И и В-Ia провода
подсоединяются в гибких герметичных металлических рукавах,
а в зонах В-16, В-Па и В-Пг — в резино-тканевых рукавах, кото-
рые должны выбираться с учетом окружающей среды.
На рис. 7.1 показаны примеры монтажа гибких рукавов. При-
менение негерметичных металлорукавов во взрывоопасных зонах
всех классов не допускается.
Открыто проложенные бронированные и небронированные ка-
бели (исходя из класса взрывоопасной зоны) с поливинилхлорид-
ной, резиновой или бумажной изоляцией (например, кабели ВВБГ,
Рис. 7.1. Примеры монтажа гибких рукавов:
а — металлические; б — резино-тканевые; 1 — накидная гайка; 2 —муфта; 3 —
штуцер; 4 — разрезная муфта; 5 — уплотняющая гайка; 6 — наконечник с резь-
бой; 7 — вводное устройство; 8 — фасонная втулка; 9— отрезок стальной тру-
бы; 10— хомут стальной с болтом; //—коробка ФП; 12 — труба стальная
СБГ и т. п.) должны обязательно защищаться от возможных меха-
нических повреждений, если они проложены на высоте ниже 2 м
от пола или площадки обслуживания. Защиту из профилей, швелле-
ров, коробов или труб выполняют монтажники. Причем дли кабелей
с бумажной изоляцией, для уменьшения влияния атмосферы на
изоляцию, рекомендуется трубы соединять на резьбе с нажимными
муфтами вводных устройств электрооборудования. Трубы, которые
защищают бронированные кабели, могут не входить во вводное
устройство. Между концом трубы и вводным устройством в этом
случае делается разрыв 100—200 мм. Провод, заземляющий бро-
ню кабеля, прокладывается в поливинилхлоридной трубке (если это
соответствует температуре) и присоединяется к наружному зазем-
ляющему зажиму электрооборудования.
13* 195
Для заземления используется медный проводник, сечение кото-
рого в зависимости от сечения жил кабеля должно быть не меньше
6 мм2 — для жил сечением 1,5—10 мм2, 10 мм2 — для 16—35 мм2 и
16 мм2 — для жил 50—120 мм2. При вводе брони кабеля вовнутрь
вводного устройства заземляющий проводник присоединяется к внут-
реннему заземляющему зажиму, к которому подключается также
и четвертая (нулевая) жила кабеля. Прн этом необходимо обра-
щать внимание на то, чтобы после подключения всех жил кабеля
илн проводов между оголенными частями присоединительных про-
водов, .в том числе н между наконечниками на проводах, выдержи-
вался электрический зазор, указанный в инструкции по монтажу
и эксплуатации электрооборудования. Величина этого зазора долж-
на измеряться мерительным инструментом с точностью +0,5 мм.
Герметизация ввода проводов и кабелей после монтажа может
проверяться выборочной разборкой вводного устройства и легким
подергиванием проводов или кабеля, которые-при этом не должны
выдергиваться. Не допускается использование уплотнительных ко-
Рис. 7.2. Монтаж и испытание разделительного уплотнения в ко-
робке КП Л:
1 — корпус; 2 — крышка; 3, 4 — пробки; 5 — набивка из джута или асбестово-
го шнура; 6 — уплотнительный состав УС-65; 7 — тройник с манометром и нип-
пелем; 8— ручной насос; 9 — труба стальная; 10— кабель или провода
лец собственного изготовления, так как при этом не может быть
гарантирована необходимая взрывонепроницаемость уплотнения.
Во взрывоопасных зонах классов В-I и В-Ia для отделения и
уменьшения объемов взрывонепроницаемых оболочек (например, при
прямых вводах кабелей и проводов), а также для предотвращения
перехода по трубам электропроводок взрывоопасной смеси из одного
помещения в другое при монтаже устанавливаются специальные
разделительные уплотнения. Они выполняются на базе коробок типа
КПЛ (рис. 7.2). Использование для этой цели соединительных и
ответвительных коробок не допускается. После монтажа кабелей
нли проводов коробки КПЛ, как это видно из рисунка, заполняются
уплотнительным составом (марки УС-65 по ТУ 36-945-65 ММСС
СССР). После выполнения уплотнения его качество проверяется
с помощью манометра и насоса, нагнетающего воздух между уплот-
нениями с давлением до 0,25 МПа изб. (2,5 кГс/см2). Если все вы-
196
полнено правильно, давление за 3 мин не должно упасть ниже, чем
0,2 МПа изб. В зонах классов В-Ia и B-II давление должно быть
0,05 МПа и 0,025 МПа изб. соответственно. В остальных классах
установка разделительных уплотнений не требуется.
Для монтажа труб электропроводок используются только обык-
новенные или легкие (с условным проходом от 20 до 50 мм) сталь-
ные водогазопроводные трубы и соединительные части к ним (ко-
робки, муфты, футорки, ниппели и т. п.). Для затягивания кабелей
или проводов в трубы, выполнения ответвлений и соединений кон-
цов кабелей применяются чугунные коробки (фитинги) с маркиров-
кой ВЧТ5 или серии Ф. При монтаже используются также специаль.
ные коробки следующих типов: КПП — для протягивания и соеди-
нения проводов; КТО — для выполнения одного ответвления; ККО—
для выполнения нескольких ответвлений; КПД, КТД — для протя-
гивания и соединения проводов с изменением их направления;
КПЛ — проходная разделительная; КПР — то же, что и КПЛ, но
для разделительных уплотнений трубопроводов. Трубы должны мон-
тироваться в строгом соответствии с проектом и указаниями, приве-
денными в инструкциях по монтажу. Монтаж труб должен быть
жестким и надежным.
Электрооборудование при монтаже, за исключением вводных
устройств, обычно не разбирается, если нет обрывов в обмотках,
например, в электродвигателях, электромагнитах и т. п. и сопро-
тивление их изоляции по отношению к корпусу (в мегаомах), изме-
ренное в холодном состоянии, не ниже значений, указанных в ин-
струкции по монтажу и эксплуатации взрывозащищенного электро-
оборудования. Например, для электродвигателей серии ВАО сопро-
тивление изоляции, МОм, должно быть не ниже
п_______^ном п ..
1000 4- 0, }Р’ V-1'
где Ином — номинальное напряжение сети, В; Р—мощность элек-
тродвигателя, кВт.
У электродвигателей на напряжение до 660 В сопротивление
изоляции измеряется мегаомметром на напряжение 1000 В, а у элек-
тродвигателей напряжением выше 660 В — мегаомметром на напря-
жение 2500 В, при этом оно должно быть не ниже 6 МОм. Если
сопротивление изоляции ниже нормируемых значений, электродви-
гатели должны подвергаться сушке общепринятым способом. Кор-
пус во время сушки должен быть надежно заземлен.
Однако если со дня отгрузки с завода-изготовителя прошел
значительный срок (год и более), то перед монтажом все электро-
оборудование должно быть тщательно осмотрено. Помимо проверки
затяжки всех болтов и проверки целостности оболочки и вводных
устройств у электродвигателей дополнительно должны быть осмот-
рены подшипники со снятием их крышек и проверено наличие и со-
стояние смазки. Смазка должна заполнять не ниже 2/3 объема под-
шипникового гнезда. На тип смазки необходимо обращать особое
внимание и применять только ту, которая указана в инструкции
по монтажу и эксплуатации. После сборки и монтажа с помощью
щупов проверяют все взрывоиепроницаемые зазоры на оболочке,
результаты проверки заносятся в журнал; ширина зазоров не долж-
на превышать значений, указанных в чертеже взрывозащиты. При
обнаружении отклонения от допускаемых значений на любом взры-
вонепроннцаемом соединении, электрооборудование с такими дефек-
тами не может включаться в эксплуатацию, его необходимо заме-
нить новым.
Электрооборудование, как правило, подкрашивается, при этом
обращается внимание на то, чтобы не закрашивались знаки мар-
кировки, предупредительные надписи и заводские таблички, а так-
же, чтобы краска не затекала на взрывозащитные поверхности. Эти
поверхности перед сборкой покрываются тонким слоем консистентной
смазки, предотвращающей коррозию.
Монтаж пускорегулирующей аппаратуры во взрывоиепроницае-
мых оболочках производится так же, как описано выше. При осмот-
рах необходимо обращать внимание на состояние и исправность
блокировочных устройств, соответствие маркировки взрывоопасным
условиям, а при вскрытии вводных устройств необходимо обращать
внимание на целостность проходных зажимов и на наличие всех
присоединительных элементов. Во взрывоопасных зонах аппараты
обычно устанавливаются на стойках серии К310М или монтажных
профилях К108 или К289, изготавливаемых на заводах Главэлектро-
монтажа Минмонтажспецстроя СССР.
При установке электрических аппаратов в зоне В-1г, т. е. вне
помещений, они должны быть защищены от воздействия атмосфер-
ных осадков (козырьки, навесы, дополнительные ящики и т. п.). Во
всем остальном монтаж взрывозащищеиной пускорегулирующей
аппаратуры не отличается от монтажа аналогичной аппаратуры об-
щего назначения. В инструкции по монтажу и эксплуатации ука-
зываются монтажные особенности, которые надлежит соблюдать
при монтаже конкретного типа аппаратуры. Контроль взрывонепро-
ницаемых зазоров осуществляется после монтажа и сборки аппа-
ратуры.
При монтаже взрывозащищенных светильников выполняются
следующие операции: осмотр, зарядка, установка иа месте и при-
соединение к питающей электрической сети. Наибольшее распро-
странение в промышленных условиях получили светильники взрыво-
непроницаемые и с защитой вида «е» (повышенной надежности про-
тив взрыва), монтаж которых выполняется практически одинаково.
Осматривая светильник, убеждаются в отсутствии повреждений кор-
пуса, трещин и сколов на стеклянных колпаках, вмятин и повреж-
дений защитной сетки, забоин и царапин на взрывонепроницаемых
поверхностях, очищают и удаляют следы коррозии. Особое внимание
обращается при этом на мощность устанавливаемой электролампы,
которая ни в коем случае не должна превышать допускаемую, во
избежание повышения температуры нагрева поверхности светильника
больше нормируемого максимального значения. В светильниках
с защитой вида «е» (повышенной надежности) установлен, так на-
зываемый, искробезопасный патрон, у которого размыкание пру-
жинного контакта происходит во взрывонепроницаемой полости. При
осмотре таких патронов необходимо убедиться в отсутствии внутрен-
них повреждений, в легкости хода контактных штифтов.
Вводные устройства большинства светильников рассчитаны для
ввода питающих проводов в стальной трубе (условный проход
20 м>м). Заводы электромонтажных конструкций и мастерские элек-
тромонтажных заготовок (МЭЗ) монтажных управлений выпускают
типовые унифицированные конструкции из труб, рассчитанные для
крепления светильников во взрывоопасных помещениях и установ-
ках.
Независимо от способа прокладки сети (провода в стальных
трубах или открытые небронированные кабели) взрывозащищенные
светильники перед установкой заряжают проводами в термостойкой
изоляции в МЭЗ. При зарядке в светильник вводят три провода.
Один (фазный) подключают к центральному контакту патрона, вто-
рой, (нулевой)— к контакту, соединенному с винтовой гильзой, тре-
тий— к внутреннему винту заземления. Провод заземления корпуса
светильника после монтажа подсоединяют в ответвительной коробке,
ближайшей к светильнику, к нулевому .рабочему проводу во взрыво-
опасных зонах всех классов, за исключением класса В-I. В послед-
нем случае прокладывается дополнительный зануляющий провод,
который соединяют с нулевой шиной группового щитка осветитель-
ных установок. Если электропроводка выполняется в стальных
трубах, подвесы и кронштейны, на которых установлен светильник,
присоединяют на резьбе к ответвительной коробке, после чего в ко-
робке присоединяют провода от светильника к сети. Уплотнение
проводов и труб выполняется в соответствии с указаниями инструк-
ции по монтажу и эксплуатации. Открытые небронированные ка-
бели к светильнику присоединяются в коробке типа У409. Провода
от светильника вводят в коробку через сальник с уплотнительным
резиновым кольцом, зажимаемым между двумя стальными шайбами.
Трубу подвеса и кронштейна (тоже выполненного из труб) соеди-
няют с коробкой У409 также через сальник и закрепляют на рас-
стоянии 50—60 мм от коробки. Провода на этом участке дополни-
тельно защищаются поливинилхлоридными трубками.
При установке светильников в сырых помещениях или наруж-
ных установках класса В-1г места выходов кабелей должны запол-
няться уплотнительным составом УС-65.
У люминесцентных светильников (НОГЛ-80, НОГЛ-40 и т. п.)
имеется два ввода для подсоединения кабеля на проход. Если ис-
пользуется только один ввод, то второй должен закрываться уплот-
нительной заглушкой.
Особенность монтажа газоанализаторов или газосигнализаторов
определяется, в частности, наличием газопроводящих трубок, в ко-
торые вставляются огнепреградители. При осмотрах перед монтажом
особое внимание следует обращать на состояние огнепреградителей
и сборочных деталей газового тракта (накидные гайки, поверхности
ниппелей и др.). При обнаружении повреждений на огнепрегради-
телях или сборочных узлах их необходимо заменить на запасные
или снять с монтажа и направить в ремонт. В остальном монтаж
приборов выполняется в строгом соответствии с инструкцией по
монтажу и эксплуатации.
в) Электрооборудование с защитой вида «е». С этим видом
взрывозащиты изготавливаются в основном электродвигатели и
светильники. Это электрооборудование, поскольку оно не имеет,
как было сказано выше, специальных средств взрывозащиты, может
устанавливаться во взрывоопасных зонах классов B-Ia, В-16 и в не-
которых местах наружных установок В-1г, что оговаривается в про-
екте.
Убедившись на месте эксплуатации, что маркировка электро-
оборудования по взрывозащите соответствует взрывоопасной среде
(категории и группе взрывоопасной смеси), приступают к осмотру
электрооборудования. При этом убеждаются в наличии и исправ-
ности уплотняющих прокладок на разъемных соединениях, предус-
мотренных конструкцией, проверяют качество и надежность затяжки
Электродвигатель Группа взрывоопас
Номинальная модность Р , н кВт Пусковой ток 'пуск- ' А Т1 и
Тип Ри кВт А, А с
КОМ 31-2 КОм 31-4 КОМ 22-2 КОМ 22-4 КОМ 12-4А 4,5 4,5 2,8 2,8 1,0 57,6 52,8 40,7 38,0 12,7 4,3 4,1 2,5 1,7 1,0 8,8 8,7 4,8 4,8 2,4 11,5 12,0 7,0 8,5 10,5
Примечание, Pt, Рг, Ilf /2—номинатькые мощности и токи электродвигателей
ния с защитой вида .е“ (повышенной надежности против взрыва).
контактных соединений, целостность изоляционных деталей, ко-
торые очищают от грязи и пыли и т. п. У электродвигателей, кроме
того, осматривают аппаратуру защиты от перегрузки и убеждаются,
что время ее срабатывания соответствует времени tE электродвига-
теля, указанному на табличке (или в паспорте) двигателя. Обычно
в паспорте указывается несколько значений времени 1Е для различ-
ных групп самовоспламенения взрывоопасных смесей. Поэтому очень
важным является знание группы взрывоопасной смеси в месте уста-
новки конкретного электродвигателя.
Монтаж светильников с защитой вида «е» практически ие от-
личается от монтажа взрывоиепроницаемых светильников, особен-
ности которого рассмотрены выше.
Отечественной промышленностью пока почти не выпускаются
электродвигатели с защитой вида «е». В основном с такой защитой
устанавливаются зарубежные машины после ремонта или новые.
Их нельзя ставить на механизмах, подверженных частым пускам и
остановкам, из-за трудности согласования характеристик тепловых
реле с тепловыми характеристиками двигателей. Тепловые реле
должны выбираться по номинальному току двигателя и проверять-
ся на время срабатывания при токе, равном пусковому току. На-
стройка их производится по защитным характеристикам, приведен-
ным в паспорте на реле (по оси абсцисс отложены отношения
/п/ном, где 1а — пусковой; /Яом—номинальный ток двигателя,
а по оси ординат — время срабатывания реле tp в секундах).
Для правильной защиты нужно, чтобы при соответствующем
значении 7п/ЛгоМ электродвигателя tE было больше /Р.
Решением Госэнергонадзора № 36-30 от 30.01.1968 г. на осно-
вании исследований, проведенных во ВНИИВЭ, некоторые взрыво-
непроницаемые электродвигатели с маркировкой РВ; В2Б и ВЗГ
(по правилам ПИВЭ [78]) были допущены как двигатели повышен-
ной надежности (так ранее называлась защита вида «е») в смесях
групп Tl, Т2 и ТЗ. категории ПС, в том числе с ацетиленовоздуш-
ной смесью. В табл. 7.1 приведены необходимые данные для мон-
тажа таких двигателей и настройки защитных реле.
Таблица 7.1
ных смесей категории ПС
Т2 ТЗ
^-100% н Р2, кВт Гг, А *Е2’ с V'* Ра j—Ю0% гн
6,5 95,5 3,5 7,4 7,5 7,8 78,0
6,1 91,0 3,0 7,0 7,2 7,5 66,5
8,5 89,0 2,0 4,1 6,0 9,9 71,5
7,9 53,5 Для установки не пригодны
5,3 100,0 0,8 2,3 9,0 I 5,6 | 80,0
при применении в средах категории ПС в качестве взрывозащшденного эпектрооборудова-
При настройке тепловых реле необходимо ориентироваться на
токи /ь /2 и время Zei и /е2 соответствеиио. Во время пробных за-
пусков после монтажа необходимо убедиться, что температура
электродвигателя не превышает допустимых значений, указанных
в паспорте. Прежде всего необходимо проверить температуру об-
моток. Для этой цели наиболее подходящим является метод сопро-
тивления, если, конечно, электродвигатель не оснащен специальными
температурными индикаторами.
Превышение температуры обмотки ЛТобм из меди над темпе-
ратурой окружающей среды определяется по формуле (7.2):
Rr — fi.,
ДТ’обм = \ (?х - 38) + (Гх - То), (7.2)
где fix, Яг — сопротивления обмоток в холодном и нагретом состоя-
ниях соответственно, Ом; 7\ — температура обмотки в практически
холодном состоянии, К; Го — температура окружающей среды, К.
Если обмотки из алюминия, то вместо числа 3'8 в формулу (7.2)
необходимо подставить цифру 28. Если температуры Тх и Т,о в гра-
дусах Цельсия, то .вместо чисел —38 или —28 надо поставить со-
ответственно -|-235 или -р 245.
При пробных пусках проверяют отсутствие заеданий, определя-
ют направление вращения. При длительном пуске определяется от-
сутствие стука в подшипниках, ненормального гула машины, про-
веряется нагрев подшипников, вращение смазочных колец, подача
масла и т. п. Проводятся испытания, предписанные инструкцией по
монтажу и эксплуатации (контроль изоляции и др.).
Особое внимание после монтажа, как об этом указывалось
выше, необходимо обращать иа качество подсоединения кабелей и
проводов к контактным зажимам. Оно должно выполняться в стро-
гом соответствии с указаниями инструкции по монтажу, ибо ка-
чество подсоединения полностью определяет безопасную работу
электрооборудования в процессе эксплуатации. Тщательно также
должны контролироваться электрические зазоры между оголенными
частями кабелей и проводов. В случае необходимости оголенные
участки должны изолироваться поливинилхлоридной липкой лентой,
а в некоторых случаях, кроме того, покрываться изоляционным
лаком. Изоляция должна проверяться мегаомметром иа соответ-
ствующее напряжение и быть не ниже значений, определенных по
формуле (7.2).
После сборки вводных устройств или основных оболочек, если
они подвергались вскрытию, необходимо тщательно осматривать ка-
чество и исправность прокладок, которые защищают внутренние ча-
сти электрооборудования от пыли и воды. Материал прокладки
должен соответствовать указаниям чертежа взрывозащиты обору-
дования. Хорошо зарекомендовали себя прокладки из полимерных
материалов, которые благодаря высокой химической стойкости, упру-
гим свойствам обеспечивают достаточную надежность соединений.
При закручивании болтов необходимо следить, чтобы прокладки
заполняли все неровности поверхности фланцев, хорошо их уплот-
няли.
Монтаж кабелей и проводов не отличается от описанного выше.
Однако система питания электроприемников играет существенную
роль в безопасной эксплуатации. Поскольку в настоящее время не
налажен серийный выпуск аппаратуры для защиты от однофазных
замыканий на землю в трехфазной системе, устанавливать в таких
системах электродвигатели с защитой вида «е» нельзя. Там, где это
целесообразно, система питания электроприемников должна быть
переведена с трехпроводной на четырехпроводную. В ином случае
должен приниматься ряд оргаиизациоиных мер по безопасной
эксплуатации таких электродвигателей, что само по себе дорого и
сложно.
Монтаж взрывозащищенной аппаратуры ничем ие отличается от
монтажа аппаратуры общепромышленного исполнения и сводится
к строгому соблюдению инструкции по монтажу и эксплуатации за-
вода-изготовителя.
г) Электрооборудование с масляным заполнением оболочки.
С таким видом взрывозащиты применяются магнитные пускатели
(серии ПМ-700) посты и кнопки управления (КУ-700, ВК-700). При
установке убеждаются в соответствии маркировки и прежде всего
уровня взрывозащиты классу взрывоопасного помещения или зоны,
оговоренному в проекте.
Во время осмотра подготавливают контакты (зачищают напиль-
ником), проверяют контакты во включенном состоянии, чтобы они
равномерно включались и т. д., т. е. выполняются работы как в пу-
сковой аппаратуре общего назначения. Все части и бак для масла
промываются бензином и протираются чистыми тряпками, не остав-
ляющими волокон, затем просушиваются.
При наличии смотровых окон, они также протираются, четче
обозначаются риски уровня масла. Проверяются наличие и исправ-
ность уплотняющих прокладок на крышках и масляном баке. Бак
рекомендуется проверить на герметичность заливкой в него керо-
сина, при этом бак не должен давать течи. После такой проверки
бак опять промывают и протирают. Пусковая аппаратура устанав-
ливается на специальных конструкциях. Ввод питающего кабеля
производится, в зависимости от конструкции аппарата, сверху
(ПМ-700) или снизу (КУ-700). Резиновая изоляция проводов и жил
кабеля на участке, погруженном в масло и выше его уровня на
40—50 мм, должна удаляться. На оголенные участки проводов на-
тягиваются (с заходом на изолированные участки) поливииилхло-
ыдл i
ридные (маслостойкие) трубки. После подсоединения кабелей и
проводов, причем надо обязательно соединить четвертую жилу
с внутренним заземляющим зажимом, закручиваются крышки и
затягиваются крепежные болты. В бак заливают трансформаторное
масло или другую изоляционную жидкость, указанную в инструкции
по монтажу и эксплуатации. Заливаться масло должно до метки
на маслоуказателе. Над уровнем масла нужно оставить свободный
объем, равный не менее 1/20 объема масла. Пространство для опу-
скания бака при проведении ревизий и осмотров (в процессе
эксплуатации), должно быть достаточным, размеры этого простран-
ства определяют при опущенном баке. Убедившись в отсутствии
течи масла, проводят пробные включения, проверяют качество на-
ружного заземления.
д) Электрооборудование с заполнением или продувкой оболоч-
ки под избыточным, давлением защитным газом. Электрооборудова-
ние с этим видом взрывозащиты — это, как правило, крупногаба-
ритные уникальные машины, на монтаж, пуск и наладку которых
разрабатываются достаточно подробные инструкции. Требования их
должны строго выполняться при монтаже.
Монтаж воздуховодов выполняется в соответствии с проектом.
При этом отдельные секции соединяют сварным швом или другим
способом, гарантирующим достаточную плотность или прочность
соединений. Если отдельные участки соединяются через изоляцион-
ную уплотнительную прокладку, то они дополнительно соединяются
медной перемычкой с залуженными концами, которая должна об-
разовывать хороший электрический контакт с секцией воздуховода.
Это необходимо для снятия электростатического потенциала с воз-
духовода. Воздуховод заземляют в нескольких местах. Уплотнение
кабелей и проводов во вводных устройствах и в фундаментных ямах
выполняют способом, соответствующим классу взрывоопасной зоны,
где монтируется электродвигатель.
Защита электрооборудования настраивается таким образом, что-
бы при падении давления воздуха в системе (контрольных точках)
ниже 0,1 кПа (10 мм вод. ст.) электродвигатель отключался или
включался сигнал опасности. Также должны настраиваться бло-
кировочные устройства, исключающие пуск двигателя без предва-
рительной продувки его пятикратным объемом чистого воздуха.
При этом проверяется и налаживается работа продувочных клапа-
нов. При монтаже воздуховодов, воздушных фильтров необходимо
обращать внимание на то, чтобы вовнутрь их не попадала атмос-
фера взрывоопасной зоны. Аппаратура контроля давления воздуха
обычно устанавливается вне взрывоопасной зоны, ее цепи управле-
ния должны быть искробезопасными. Корпуса электрооборудования
заземляются. При монтаже отдельно стоящих подшипниковых опор,
в которых по условиям работы возможно протекание подшипнико-
вых токов, особое внимание надо обращать на их изоляцию от
остальных металлических частей. Монтаж необходимо произво-
дить в строгом соответствии с инструкцией по монтажу и эксплуа-
тации.
е) Электрооборудование с искробезопасными электрическими
цепями. Электрооборудование с искробезопасными цепями — в по-
давляющем большинстве это контрольно-измерительная аппаратура
(КИП) и аппаратура автоматики. Монтаж ее должен производиться
специалистами КИПа, знакомыми с основами электроники и ра-
диотехники, хорошо знающими принципы работы монтируемой аппа-
ратуры, особенности ее установки и монтажа. Поскольку, как об
этом говорилось выше, аппаратура с искробезопасными электриче-
скими цепями выполнена на основе аппаратуры общего назначения,
установка и монтаж ее практически не отличаются от монтажа ана-
логичной аппаратуры общего назначения. Причем, это в равной
мере относится как к датчикам (первичные преобразователи), так
и ко вторичным приборам. .Монтаж должен производиться в стро-
гом соответствии с инструкциями по монтажу и эксплуатации на
конкретные виды- изделий, особое внимание необходимо обращать
на указания раздела «Обеспечение искробезопасности при монта-
же», кроме того, необходимо учитывать соответствующие инструк-
ции Главмонтажавтоматики Минмонтажспецстроя СССР.
У поступавшей на монтаж аппаратуры работники службы КИП
проверяют следующее:
1) Состояние аппаратуры (комплектность), отсутствие внешних
повреждений, исправность всех органов управления, состояние
пломб.
2) Соответствие маркировки взрывозащиты на датчиках и вто-
ричных приборах указаниям проекта.
Необходимо прежде всего обратить внимание на уровень взрыво-
защиты и его соответствие классу взрывоопасной зоны (помещения).
При этом вторичные приборы, чаще всего имеющие только выходные
(входные) искробезопасные цепи, т. е. только цепи датчиков
И И
и имеющие маркировку, иапример: „Вход — "или» Выход—4^5“ >
должны устанавливаться только вне взрывоопасных зон (помеще-
ний). Обычно они устанавливаются в помещении КИП.
3) Работоспособность аппаратуры, соответствие ее технической
характеристики возлагаемым на нее контрольным или иным функ-
циям; правильность выбранного диапазона измерения, класса точно-
сти и т. п.
4) Соответствие указаниям в проекте длин и марок соединитель-
ных кабелей и проводов и прежде всего тех, по которым проходят
искробезопасные цепи. Должно быть проверено также, не превышает
ли емкость и индуктивность этих кабелей значений, указанных в ин-
струкции по монтажу и эксплуатации или на табличке аппарата.
Обычно около присоединительных клемм указывается Lmax^ - Г;
СтахС.. мкФ. Под Lmax и Стах понимаются суммарные индук-
тивности и емкости как соединительных проводов (кабелей), так и
датчиков (первичных) преобразователей.
5) Наличие инструкций по монтажу и эксплуатации и паспор-
тов (аттестатов) на каждое изделие. При их отсутствии аппаратуру
устанавливать нельзя.
Проверка работоспособности контрольно-измерительной аппара-
туры (КИА) с искробезопасными цепями проводится общеизвестны-
ми способами, с применением соответствующих приборов в лабо-
ратории КИПа. Для искробезопасных цепей в инструкции по мон-
тажу и эксплуатации могут указываться выходные параметры, ко-
торые должны быть измерены самым тщательным образом. В слу-
чае их превышения, прибор или аппарат подлежит возвращению
на завод-изготовитель. Ремонтировать, а тем более подгонять токи
или напряжения под значения, указанные в технической характери-
стике, запрещается. Тем более, что в большинстве конструкций
искрозащитные элементы (шунты и ограничители) помещены в не-
204
разборные оболочки или залиты эпоксидными компаундами. Да и
сам прибор в большинстве случаев на монтаж поступает опломби-
рованным на заводе-изготовителе. Вновь полученные измерительные
приборы подлежат государственной проверке, результаты которой
заносятся в аттестат (паспорт). Покачиванием проверяют прочность
закрепления выемных блоков, убеждаются в прочности закрепления
электронных ламп, проверяют наличие н соответствие предохраните-
лей, положение сетевого переключателя, если таковой имеется,
соответствие напряжения приборов (аппаратов) — действующему на
месте установки напряжению н проводят другие необходимые виды
осмотров.
При обнаружении в приборе серьезных дефектов (обрыв про-
водов, поломка резисторов, конденсаторов, микросхем, замыкание
контактов, повреждения заливочной массы и т. п.) и неработоспо-
собности прибора составляется акт, который вместе с прибором на-
правляют на завод-нзготовитель. В предписанных случаях съемные
блоки прибора могут быть заменены запасными, что отмечается
в паспорте.
На рис. 7.3,а—в показаны примеры размещения контрольно-
измерительной аппаратуры и аппаратуры автоматики с искробезо-
пасными входными или выходными цепями во взрывоопасных зонах
(помещениях). Обращается внимание на то, что на маркировке по
взрывозащите у элемента КИА, образующего измерительную или
контрольную электрическую систему, имеется надпись «В комплек-
те... (сокращенное наименование прибора, системы, установки
и т. п.)>. Подключать блоки в искробезопасные цепи, не входящие
в состав монтируемого комплекта (что, можно проверить по ин-
струкции по монтажу н эксплуатации), запрещается, даже если на
них имеется маркировка по взрывозащите. Искробезопасные внеш-
ние цепи подключаются к сборкам зажимов электрическим соеди-
нителем, снабженным надписью «Искробезопасные цепи». На рисун-
ках внешние искробезопасные цепи обозначены КС. У этих кабелей
(проводов) необходимо проверять допустимые значения емкостей и
индуктивностей. Причем емкости проверяют как между парой жил,
относящихся к одному датчику, так и между жилами разных дат-
чиков и между каждой жилой н землей. Для измерения могут ис-
пользоваться любые приборы, обеспечивающие необходимую точ-
ность измерений емкости. Индуктивность проводов должна контро-
лироваться вместе с индуктивностью датчика. Если измерения про-
водят в работающих производствах, то предпринимают все необ-
ходимые меры, гарантирующие отсутствие взрывоопасных смесей
в местах проведения монтажных работ. В случае превышения из-
меренных значений емкости или индуктивности с проектной орга-
низацией должен решаться вопрос замены кабеля или сокращения
его длины. На производство всех измерений на действующих пред-
приятиях должны быть получены официальные разрешения. Для
предварительного подсчета индуктивности проложенного кабеля
можно ориентироваться на значения 1,2—1,5 мГ/км; емкость 1 м
кабеля обычно приводится в справочниках и колеблется в довольно
широких пределах (75—500 пФ/м), поэтому цифры необходимо
брать из справочной литературы. Не допускается также изменять
диаметры кабелей, там, где их значение влияет на искробезопас-
ность, например, в телефонных линиях связи, или в системах гром-
коговорящей связи. Все это отмечено в инструкциях по монтажу
и эксплуатации.
Рис. 7.3. Примеры размещения контрольно-измерительных
систем и систем автоматики с искробезопасными цепями:
а — элементы системы с комбинированными видами взрывозащиты; б — система, имеющая вторичный прибор с искробезопасными
входами; в —система, иа выходе которой установлены блоки защиты на стабилитронах: 1— датчики (первичные преобразовате-
ли); 2 — блок во взрывонепроницаемой оболочке, не имеющей искробезопасных цепей; 3 — блок с комбинированными видами
взрывозащиты; 4 — вторичные приборы с искробезопасными входами (выходами); 5, 6 — блоки, не имеющие искробезопасных це-
пей; 7 — блоки защиты на стабилитронах (БЗС); КС1, 2, 3, 4, 5— кабели связи искробезопасных цепей
При прокладке кабелей и проводов с искробезопасными цепя-
ми в общем случае нужно учитывать следующее:
1) Один и тот же кабель нельзя использовать для проводки
искробезопасных и искроопасных цепей. Однако в одном кабеле
могут проводиться искробезопасные цепи, относящиеся как к одной
системе, так и к разным электрическим системам, гальванически не
связанным между собой.
2) Группы искробезопасных проводов при монтаже должны быть
увязаны в отдельные жгуты и проложены отдельна от остальных
жгутов с искроопасными проводами. Это относится в равной мере
и к прокладке внутри щитового помещения КИП. Необходимо при
этом следить за тем, чтобы расстояние между жгутами было не ме-
нее 8 мм. В противном случае жгуты с искробезопасными цепями
должны помещаться в экранную оплетку, которая заземляется по
обеим концам.
3) Монтажные провода — это провода для монтажа внутри
щитов, коробов, сборок зажимов (клеммных колодок) и т. п. искро-
безопасных цепей должны иметь изоляцию синего (голубого) цвета,
который собственно и указывает на принадлежность их к искро-
безопасной цепи. Можно также использовать маркировочные окон-
цеватели синего цвета.
4) Места паек должны покрываться изоляционным лаком и
изолироваться поливинилхлоридными трубками. Особенно тщатель-
но, с соблюдением соответствующих инструкций должны выпол-
няться пайки в зонах с высокой влажностью или агрессивностью
среды. Места пайки покрываются коррозионно-стойкими красками.
5) При установке в искробезопасных цепях всевозможных рас-
пределительных коробок общего назначения, необходимо следить за
тем, чтобы в них случайно не были введены искроопасные цепи.
После монтажа такие коробки должны быть опломбированы, и на
них следует сделать пометку, например, окрасить синей краской,
указывающей обслуживающему персоналу на принадлежность их
к искробезопасным цепям.
6) Кабели и провода с искробезопасными цепями должны про-
кладываться на расстоянии, обеспечивающем отсутствие в них на-
веденных ЭДС от близлежащих силовых кабелей или проводов,
а также от различного силового оборудования (трансформаторов и
т. п.). Кабели с высокочастотными цепями не должны образовы-
вать петель,
7) Особое внимание должно обращаться иа разделку и под-
соединение кабелей н проводов в вводных устройствах, в которых
кроме искробезопасных имеются и искроопасные (силовые) цепи.
В этом случае между оголенными частями проводов и окоицевате-
лей, принадлежащими таким цепям, электрический зазор должен
быть не меньше 50 мм. Причем, закрепление проводов иа выводах
должно исключать возможность их смещения и уменьшения уста-
новленного электрического зазора.
8) Искробезопасные цепи, если это ие оговаривается особо
в инструкции, не должны заземляться. Если по условиям работы
заземление необходимо, то заземление таких цепей следует выпол-
нять у вторичного прибора вне взрывоопасного помещения или внут-
ри взрывонепроницаемой оболочки.
9) Металлические наружные части электрооборудования, не-
зависимо от величины напряжения в цепи, должны быть заземлены.
Места подсоединения заземлителей должны быть тщательно зачи-
щены н после подсоединения заземляющих проводников покрыты
консистентной смазкой. Для заземлителей используются медные
провода сечением не ниже 1,5 мм2, защищенные от механических
повреждений. Заземляющие проводники подключаются к отдельно-
му заземляющему контуру КИП, не связанному с контуром зазем-
ления силового электрооборудования.
Для проводки искробезопасных цепей используются любые изо-
лированные проводники и кабели с медными жилами с диаметром
проводов не менее 0,2 мм. Изоляция кабелей должна выдерживать
испытательное напряжение не ниже 500 В. Искробезопасные цепи
не требуют прокладки кабелей и проводов в стальных трубах, если
это, конечно, не связано с защитой кабелей или проводов от ме-
ханических повреждений.
В отличие от силовых кабелей, для прокладки в искробезопас-
ных цепях, в том числе и внутри взрывоопасных помещений могут
использоваться кабели с оболочкой из самозатухающего полиэтиле-
на, если они из проходят рядом с нагревающимися поверхностями
оборудования. Искробезопасные цепи нельзя проводить снаружи
помещений пповодамн, (проложенными на столбах. В этом случае
грозовые разряды могут наводить в таких проводках неконтроли-
руемую ЭДС, что недопустимо.
При монтаже блоков защиты на стабилитронах (см. рис. 7.3,в)
необходимо обращать внимание на соответствие величин входного
напряжения, указанного на корпусе блока, величине напряжения,
действующего в приборе. Это устанавливается по инструкции на
прибор.
Блоки устанавливаются на металлическую заземленную полосу
и тщательно закрепляются на ней. К корпусу датчиков, как это
хорошо видно из 'рисунка, проводится специальный заземленный
во многих местах провод (тоже обычно полоса) для уравнивания
потенциалов. Кроме того, корпуса датчиков еще дополнительно за-
земляются на месте установки. После монтажа приборы, присоеди-
нительные устройства, штепсельные разъемы, коробки зажимов
(клеммные коробки) должны быть опломбированы, затем, соблюдая
определенные меры предосторожности, проводится опробование ра-
боты смонтированных электрических систем.
ж) Электрооборудование со специальным видом взрывозащиты.
Электрооборудование с таким видом взрывозащиты монтируется
строго в соответствии с инструкцией по монтажу и эксплуатации.
Предварительный осмотр должен подтвердить полную исправность
оборудования, а предварительное включение в контрольной лабора-
тории предприятия — надежное функционирование и соответствие
его техническим характеристикам.
При обнаружении трещин в заливке, сколов или иных повреж-
дений, оборудование должно быть возвращено заводу-изготовителю.
Монтаж кабелей и проводов производится как в электрооборудо-
вании с описанными выше видами взрывозащиты. Корпуса электро-
оборудования должны надежно заземляться.
7.3. МОНТАЖ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ
Правильное выполнение ввода кабелей и проводов во взрыво-
защищенное электрооборудование, надежный их монтаж, размеще-
ние и раскладка на трассах, надежность контактных соединений во
многом определяют безопасную эксплуатацию электрооборудования.
208
T a б л’и и а 7.2
Способ прокладки Наименование кабелей и про- водов Силовые сети1 и вто- ричные це- пи с на- пряжением до 1000 В Освети- тельные сети» до 380 В Сети на- пряжением выше 1000 В
Открыто, по степам и строительным кон- струкциям на скобах и кронштейнах; в лот- ках, коробах и на тро- сах; в каналах; на ка- бельных и технологи- ческих эстакадах Бронированные кабели Во взр В( ывоопасных 'ех классов зонах
Скрыто в земле (траншеях, блоках) То же То же То же То же
Открыто при отсут- ствии опасности меха- нических повреждений и химических воздей' ствий:
по стенам и строи- тельным кон- струкциям на скобах и крон- штейнах, на лот- ках и тросах Небронирован- ные кабели в металлической, резиновой или поливинилхло- ридной обо- лочке В-16, В-Па, В-1г В-1а, В-16, В-1г, В-Па В-16, В-Па, В-1г
открыто в коробах То же В-1а, В-16, В-1г В-1а, В-16, В-1г В-16, В-1г
на кабельных эста- кадах и каналах То же В-1г В-1г В-1г
в пылеуплотненных (например, по- крытых асфаль- том) или засы- панных песком каналах То же В-П, В-Па В-П, В-Па В-П, В-Па
В стальных водога- зопроводных трубах открыто или скрыто То же Во взрывоопасных всех классов зонах
То же Изолированные провода Во взрывоопасных всех классов зонах
1 Электропроводки и кабельные линии.
Протяженность кабельных линий, трудности их механической за-
щиты, подверженность внешним воздействиям (атмосфера, прояв-
ления разрядов молнии и т. д.) заставляют монтажников обращать
самое серьезное внимание на укладку кабелей, их закрепление,
размещение на лотках и кронштейнах.
В электроустановках во взрывоопасных зонах всех классов для
внешних соединений могут применяться провода с поливинилхло-
ридной и резиновой изоляцией, кабели с поливинилхлоридной, рези-
новой и бумажной изоляцией в поливинилхлоридной, резиновой и
свинцовой оболочках. Применение проводов и кабелей с полиэтиле-
новой изоляцией жил или кабелей в полиэтиленовой оболочке во
взрывоопасных зонах всех классов для присоединения искроопасных
цепей запрещается. Разрешено для контрольных кабелей использо-
вать кабели с изоляцией из самозатухакмцего полиэтилена. При вы-
боре изоляции жил проводов и оболочек необходимо учитывать их
стойкость к окружающей среде. В табл. 7.2 приведены виды и
Таблица 7.3
Марка кабеля Классы взрывоопасных зон3
В-1 В-1а В-16 В-1г В-П В-Па
ВБВ2 С с д д д д
АВБВ2 3 3 с с с с
ВВБб, ВБбШв, ВВБбГ, ВРБГ, НРБГ, СРБГ, СБШв, СБГ, СБн р р д д д д
АВБбШв, АВВБГ, АВВБбГ, АВРБГ, АНРБГ, АСРБГ, АСБГ, АСБн 3 3 д р р д
ААБГ, ААБнГ 3 3 д д д д
АВВГ, АВРГ, АНРГ, АСРГ, АСШв, АСГ 3 3 р 3 3 р
ААГ 3 3 д 3 3 д
КРПСА, КПРСН3 с с д с с д
КРПГ3 р р д р р с
РПТ3, крптн 3 д с д д р
1 С —следует применять, Р — рекомендуется, Д—допускается, 3—запрещается.
Необходимо иметь в виду, что кабели, разрешенные к прокладке во взрывоопасных
зонах высших классов, могут применяться без ограничений в зонах низших классов.
3 Сечение кабелей ВБВ и АВБВ двухжнльцых 1,5—50 мм3 и 2,5—50 мм3, трех-
четырехжильных 1,5—95 мм3 н 2,5—120 мм3 соответственно.
3 Для подсоединения передвижных механизмов.
способы прокладки кабелей и проводов, а в табл. 7.3 — типы наибо-
лее употребительных силовых кабелей при открытой прокладке для
различных классов взрывоопасных зон. Причем во взрывоопасных
зонах класса В-1, В-Ia могут использоваться только кабели и про-
вода с медными жилами. При этом даже наличие алюминиевой
оболочки на таких кабелях не допускается. В остальных зонах мо-
гут использоваться кабели и провода с алюминиевыми жилами, од-
нако на алюминиевой оболочке сварной шов не допускается, так
как он не дает возможности надежно уплотнять кабель во вводном
устройстве.
Из табл. 7.2 видно, что наиболее широкую область применения
имеют кабели марок ВБВ или АВБВ. Они могут прокладываться
открыто (без труб) в электрических сетях до 660 В переменного
напряжения или до 1000 В постоянного напряжения при темпе-
ратуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С. Если
работы производятся при температуре ниже, чем минус 15°С, ка-
бели перед укладкой должны быть прогреты. Радиус изгиба кабеля
при прокладке должен быть не менее 10 его диаметров. Токовые на-
грузки должны рассчитываться таким образом, чтобы длительно
допустимая рабочая температура жил кабеля не превышала 65°С,
при токах короткого замыкания максимально допустимый нагрев
не должен превышать 150°С.
Для искробезопасных цепей во взрывоопасных зонах всех клас-
сов разрешаются все перечисленные в табл. 7.2 способы прокладки
кабелей и проводов.
Наименьшее сечение проводов и кабелей должно быть: медных
1,5 мм2 и алюминиевых 2,5 мм2 — для силовых и осветительных се-
тей, цепей управления, сигнализации, контроля и блокировки; мед-
ных 2,5 мм2 и алюминиевых 4 мм2 — для вторичных цепей транс-
форматоров тока.
Оконцевание проводов и жил кабелей должно проводиться
опрессовкой, сваркой или пайкой наконечников или сжимами. При-
чем не допускается установка сжимов в особо сырых помещениях.
Оконцевание медиых проводов при опрессовке выполняется медны-
ми наконечниками, а алюминиевых — медно-алюминиевыми или алю-
миниевыми. При оконцевании кабелей с бумажной пропитанной
изоляцией наконечники должны быть герметизированы. Опрессов-
ка наконечников должна выполняться в строгом соответствии с дей-
ствующей Инструкцией по оконцеванию и соединению алюминиевых
и медных жил изолированных проводов и кабелей (МСН 139-67
ММСС СССР). Непосредственное присоединение проводов и кабе-
лей с алюминиевыми жилами и наконечников из алюминия к выво-
дам машин и аппаратов может выполняться только при наличии
у них выводов, конструкция которых допускает такие присоедине-
ния. Это отражено в инструкции по монтажу и эксплуатации элек-
трооборудования. Если специальные выводы отсутствуют, то прово-
да или кабели могут быть присоединены следующим образом:
однопроволочные жилы сечением до 10 мм2 — с применением
ограничивающей шайбы, звездочки и пружинной шайбы (по ГОСТ
6402-70) с предварительной зачисткой жилы и покрытием ее цинко-
вазелииовой или кварце-вазелиповой пастой;
однопроволочные жилы сечением больше 10 мм2 и многопрово-
лочные— медно-алюминиевыми наконечниками с опрессовкой;
алюминиевые жилы кабелей сечением 16—240 мм2 — алюминие-
Рис. 7.4. Примеры концевых заделок кабелей:
а — заделка кабелей ВБВ и АВБВ: 1 — шайба нажимная; 2— резиновое уплот-
нительное кольцо; 3 — шайба упорная; 4 — наружная оболочка; 5 — броня; 6 —
металлический бандаж; 7 — заземляющий проводник; 8— поливинилхлорид-
ная трубка; 9 — сердечник; 10 — поливинилхлоридная трубка; 11 — лента ПВХ;
б — концевая разделка контрольного кабеля с пластмассовой илн резиновой
изоляцией; 1 — жила кабеля; 2 — трубка поливинилхлоридная; 3 — резинотка-
невая лента; 4 — бандажирующая муфта; 5 — бандаж из ннток; 6—оболочка
кабеля; 7— проволочный бандаж; 8— броня; 9— провод заземления; в — при-
соединение алюминиевых жил сечением более 16 мм2 с медио-алюминиевым
наконечником: 1 — наконечник; 2 —гайка (медь или латунь); 3— гайка нор-
мальная стальная
выми литыми наконечниками, которые устанавливаются методом
контактного разогрева сваркой;
проводники под винт или болт оконцовываются наконечниками
или обоймами, если их сечение превышает 10 мм2.
На рис. 7.4,а, б, в показаны примеры разделки и присоедине-
ния кабелей.
Особое внимание при монтаже кабелей и проводов необходимо
обращать на тщательность заземления экранов и брони. Если пред-
ставляется возможным, броня и экраны должны соединяться
с металлическими заземленными конструкциями в нескольких
местах.
7.4. СДАЧА И ПРИЕМ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ
Электроустановки во взрывоопасных зонах после окончания
монтажа сдаются в эксплуатацию в соответствии с требованиями
действующих Норм и Правил [98, 80].
При сдаче в эксплуатацию взрывозащищенного электрооборудо-
вания (предъявляется комплект технической документации, в составе
которого, в частности, должна быть следующая документация:
1) Перечень документов, разрешающих отступление от рабочих
чертежей проекта.
2) Чертежи электрических сетей и трубных проводок с измене-
ниями, внесенными в процессе монтажа, а также на месте установки
212
силового, осветительного электрооборудования, а также аппаратуры
КИП. Чертежи кабельных трасс.
3) Протоколы испытаний на прочность и плотность трубных
проводок и разделительных уплотнений.
4) Акты на скрытые работы, если они проводились при мон-
таже.
5) Протоколы прогрева кабелей, если монтаж проводился
в зимних условиях. Протоколы измерения сопротивления изоляции
кабелей, проводов, электрооборудования и т. п.
6) Обоснование классов взрывоопасных зон с указанием взры-
воопасных смесей, образование которых возможно в местах уста-
новки электрооборудования.
7) Перечень мероприятий, направленных на предотвращение
образования взрывоопасных смесей. Схемы вентиляции, установки
газосигнализаторов и т. п.
8) Ведомости установленного взрывозащищенного электрообо-
рудования, их маркировки, типы и т. д.
9) Протоколы предпусковых испытаний электрооборудования.
10) Инструкции по монтажу и эксплуатации, паспорта и атте-
статы на установленное и резервное взрывозащищенное электрообо-
рудование.
Глава восьмая
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
8.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Все электрооборудование, устанавливаемое во взры-
воопасной зоне, должно иметь уровень и вид взрыво-
защиты, соответствующие классу данной взрывоопасной
зоны, категории и группе взрывоопасной смеси, по ко-
торой эта зона классифицируется как взрывоопасная.
К эксплуатации в таких установках допускается
электрооборудование, которое изготовлено на специа-
лизированных предприятиях, в соответствии с требова-
ниями действующих Правил изготовления взрывоза-
шищенного электрооборудования (ПИВРЭ), стандартов
на отдельные виды взрывозащиты или электрообору-
дования, имеющее маркировку во взрывозащите и снаб-
женное необходимой эксплуатационной технической до-
кументацией.
Электрооборудование, изготовленное неспециализи-
рованными предприятиями, а также опытные образцы
взрывозащищенных изделий, могут устанавливаться во
взрывоопасных зонах только после получения заключе-
ния испытательной организации о достаточности при-
213
нятых мер по обеспечению его безопасной эксплуа-
тации.
Безопасная эксплуатация взрывозащищенного элект-
рооборудования обеспечивается правильной организа-
цией осмотров и периодических проверок средств и па-
раметров, обеспечивающих их взрывозащищенность,
а также своевременным устранением различных нару-
шений. На каждое электрооборудование составляются
индивидуальные паспорта, в которых указывается его
состояние в различных стадиях проведения регламент-
ных работ. Регламентные работы проводятся в соот-
ветствии с графиком, утвержденным на данном пред-
приятии и учитывающим сроки их проведения, регла-
ментированные инструкцией по монтажу и эксплуата-
ции на конкретные изделия. Например, .паспорт на
взрывозащищенный электродвигатель может выглядеть
следующим образом.
Тип электродвигателя —............Маркировка по
взрывозащите—.............Заводской №—............
Статор Р=............кВт, U=................В, I—
=...........А, п—............об/мин.
Ротор [/=. ... В, I—..............К, соединение
фаз —.............Место установки —................
Год установки — Способ соединения с при-
водным механизмам —...............
№ подшипников —......................Ответственный
за эксплуатацию — ............................
Эксплуатационные данные электродвигателя
. № п/п Дата осмотра (число, месяц, год) Обнару- женные неис- правно- сти Метод ремонта (указать заменен- ные уз- лы и де- тали) Замер парамет- ров взры- возащи- ты Сопро- тивление изоля- ции, МОм Подпись ли- ца, ответ- ственного за эксплуата- цию элек- трохозяй- ства
При эксплуатации взрывозащищенного электрообо-
рудования пользуются указаниями действующих Пра-
вил устройства электроустановок (ПУЭ), Правил тех-
214
нической эксплуатации и техники безопасности элект-
роустановок потребителей ПТЭ и ПТБ ЭП, различных
инструкций на конкретные виды оборудования, в кото-
рых изложены основные особенности по организации и
осуществлению безопасного использования электрообо-
рудования.
Во время осмотров, сроки проведения которых за-
висят от состояния электрооборудования, места его
установки, условий работы и загрузки и т. п., особое
внимание обращают на следующее:
состояние трубных и кабельных проводок; наличие
коррозии, состояние окраски, крепления, затяжки кры-
шек фитингов;
исправность вводных устройств и заземления;
состояние смотровых окон и защитных колпаков све-
тильников;
наличие предусмотренных конструкцией болтов, кре-
пежных элементов оболочек, исправность валиков и
тяг управления и блокировочных устройств;
наличие знаков маркировки по взрывозащите и пре-
дупредительных надписей;
температуру отдельных узлов электрооборудования
и периодическую ее проверку в соответствии с указани-
ями «'Инструкции по монтажу и эксплуатации»;
отсутствие вблизи электрооборудования капежа во-
ды и пылеобразования;
исправность средств контроля за состоянием рабо-
чей атмосферы в местах установки электрооборудова-
ния (газоанализаторы, газосигнализаторы и т. д.) и за
работой вентиляционных установок.
Осмотры внутренних частей электрооборудования
независимо от напряжения проводятся только после от-
ключения его от сети. При этом обращают внимание
на то, чтобы все крепежные элементы были затянуты,
если предусмотрено пломбирование крышек, то пломбы
должны быть на местах. Кабели во вводных устройст-
вах должны быть надежно уплотнены, а зажимные
скобы, служащие для предотвращения выдергивания
и проворачивания кабелей, надежно фиксировать их.
При наличии защитных металлорукавов обращается
внимание на их целостность и состояние уплотнения.
Для трубопроводов важно наличие и состояние разде-
лительных уплотнений, контролируемых в установлен-
ные сроки. В трубных электропроводках, расп сложен -
ных в сырых и особо сырых помещениях в период рез-
ких изменений температур, не реже одного раза в ме-
сяц спускают конденсат из 'водосборных трубок.
Правильно выполненное защитное заземление и его
своевременный осмотр и ремонт предотвращают в ком-
плексе с другими видами защиты поражение электри-
ческим током, возникновение пожара и взрыва от элек-
трических искр или дуг, 'возникающих вследствие про-
текания токов утечки через плохой контакт заземля-
ющей цепи. Надежный электрический контакт между
заземляющим проводником и корпусом обеспечивается
плотностью затяжки, отсутствием коррозии и окалины
на деталях заземляющих зажимов. Последние изготав-
ливают из латуни или стали и защищают антикорро-
зионным металлическим покрытием с хорошими элект-
ропроводными свойствами. Электрооборудование
в пластмассовых оболочках заземляется только с по-
мощью внутреннего заземления, посредством отдельной
жилы. Осмотр состояния этих заземлителей осуществ-
ляют при вскрытии вводных устройств.
Прежде чем произвести осмотр внутренних частей
электрооборудования, обращают внимание на предупре-
дительные надписи, внешнее состояние оболочки и за-
щитных устройств токопод'водящих кабелей или про-
водов. Наличие вмятин, трещин, забоин, повреждений
смотровых стекол и т. п. являются основанием для
вывода электрооборудования в ремонт. Особое внима-
ние уделяют наличию и 'целостности уплотнительных
прокладок. Замена их производится в сроки, оговорен-
ные инструкцией по монтажу и эксплуатации на то
или иное электрооборудование, при условии изготовле-
ния их из того же материала и той же формы, которые
определены рабочей документацией. Изоляционные де-
тали систематически очищают от грязи и пыли. На де-
талях не должно быть трещин, сколов, прожогов, то-
коведущих дорожек и других повреждений. В соответ-
ствии с предписанным регламентом контролируют со-
противление изоляции элементов электрооборудования.
При осмотрах используют измерительные инструменты
и приборы, обеспечивающие заданную техдокумента-
цией точность измерений. При эксплуатации взрывоза-
щищенного электрооборудования учитывают специфиче-
ские особенности, характерные для конкретных видов
электрооборудования общего назначения.
8.2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
ВО ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМОЙ ОБОЛОЧКЕ
Взрывозащитные свойства такого электрооборудова-
ния сохраняются в том случае, если оно находится во
взрывоопасной зоне со средой той 'категории и группы,
которые указаны в маркировке или же если среда от-
несена к менее опасным категориям и группам.
Обслуживающий персонал систематически проверя-
ет состояние электрооборудования и предупреждает воз-
можные неполадки. Внешний осмотр проводят без его
отключения от источника электроэнергии. При этом од-
новременно -осуществляется уход, не требующий отклю-
чения электрооборудования от сети, например, провер-
ка исправности блокировочных устройств, подтягивание
крепежных болтов и гаек, проверка работоспособности
и т. п.
Отсутствие части крепежных деталей (болтов, гаек),
их плохая затяжка могут привести к увеличению зазо-
ра более нормированного значения и нарушить взры-
возащищенность оболочки, чего допускать нельзя. Не-
обходимо своевременно заменять отсутствующие болты
и гайки новыми, изготовленными из таких же матери-
алов, как и утерянные. После установки новых или
затягивания ослабленных болтов и гаек проверяют ши-
рину зазоров взрывонепроницаемых соединений. Про-
верка плоских соединений осуществляется по всему пе-
риметру с помощью специального набора щупов соот-
ветствующих размеров. При этом все крепежные эле-
менты должны быть нормально затянуты. Щуп, толщи-
на которого на 0,02 мм больше значения нормирован-
ной ширины зазора, не должен входить в контролируе-
мое взрывонепроницаемое соединение. Ширина допу-
стимого нормируемого зазора указывается в чертежах
узлов взрывозащиты, прилагаемых к инструкции по
монтажу и эксплуатации. При их отсутствии допусти-
мые зазоры могут устанавливаться по маркировке.
Осматривая вводные устройства, обращают внима-
ние на наличие заглушек в неиспользованных кабель-
ных вводах. Оболочки, имеющие отбитые или смятые
края фланцев, образующих взрывонепроницаемые со-
единения, трещины, проколы, вмятины и другие повреж-
дения, не допускаются к эксплуатации, так как во всех
этих случаях они теряют свои взрывозащитные свойст-
217
ва. Резьбовые взрывонепроницаемые соединения долж-
ны быть закручены до упора.
У электрооборудования, подверженного в процессе
работы нагреву (электрические машины, нагреватели
и др.), необходимо систематически контролировать тем-
пературу наружных частей оболочек, которая не долж-
на превышать значений, регламентированных для со-
ответствующей группы взрывоопасных смесей, как это
указано в гл. 4.
Исправность механических блокировок проверяют
визуально. Блокировка считается исправной, если все
ее элементы находятся в нормальном состоянии и вы-
полняют свое назначение. Осмотр состояния валиков
и тяг управления производят при их разборке, и зазоры
в соединениях определяют путем поэлементных заме-
ров. Такие проверки выполняют при осмотрах, связан-
ных с разборкой оборудования.
Поверхности, образующие взрывонепроницаемые за-
зоры, после осмотра их состояния очищаются от пыли,
грязи, ржавчины, остатков смазки и покрываются по
установленному регламенту тонким слоем специальной
консистентной смазки, выбираемой в зависимости от
условий работы электрооборудования. Чаще всего ис-
пользуется смазка типа ЦИАТИМ-201.
При эксплуатации оборудования, имеющего враща-
ющиеся части (электродвигатели, тахогенераторы
и др.), особое внимание обращают на состояние под-
шипниковых узлов. Температура, вибрация, шум в под-
шипниках не должны превышать значений, указанных
в инструкции по монтажу и эксплуатации. Осуществ-
ляя пробные пуски убеждаются в отсутствии затираний
вала двигателя с подшипниковым щитом. Перед набив-
кой свежей смазки подшипники промывают бензином
или другим растворителем, используя при этом смазки,
предписанные инструкцией по монтажу и эксплуата-
ции.
Открывать взрывонепроницаемые оболочки, содер-
жащие химические источники тока (например, аккуму-
ляторные батареи), во взрывоопасных помещениях за-
прещено, на что указывает предупредительная таблич-
ка. Если этого избежать нельзя, то при открывании
должны быть приняты меры, исключающие возмож-
ность наличия взрывоопасной смеси в месте установки
такого электрооборудования. Необходимо иметь в виду,
218
что негерметичные аккумуляторы сами являются гене-
раторами взрывоопасной водородно-кислородной смеси,
а аккумуляторные ящики снабжены вентиляционно-раз-
грузочными устройствами (рис. 8.1). При проведении
профилактических осмотров, а также при зарядке акку-
муляторов проводят чистку этих устройств в соответ-
ствии с инструкцией по монтажу и эксплуатации.
Огнепреградителн, имеющие нарушения, обнаружен-
ные при их осмотре, подлежат замене.
Безопасной эксплуатации осветительных приборов
способствует правильное их обслуживание. Основной
составной частью осветительного прибора является
Рис. 8.1. Общий вид аккумуляторной ба-
тареи с вентиляционно-разгрузочными
устройствами
источник света (лампа накаливания, люминесцентная
лампа), температура ламп накаливания в большинстве
случаев превышает безопасную температуру для взры-
воопасной среды. Поэтому любое нарушение светопро-
пускающего элемента (колпака) может приводить
к аварийным ситуациям. При осмотрах особое внима-
ние обращают на целостность колпаков, наличие в них
трещин, сколов и т. д. Поврежденные колпаки подле-
жат немедленной замене.
Осветительные приборы следует устанавливать в ме-
стах, в которых маловероятно механическое воздейст-
вие на светопропускающий элемент. Без защитных ре-
шеток осветительные приборы применяют только там,
запрещается применять в
Рис. 8.2. Светильник типа
В4А-200:
/ — крышка; 2 —панель верхняя; 3 —
панель нижняя; 4 — винт стопорный;
5 — корпус; 6 — кольцо; 7 — защитный
колпак; 8 — защитная сетка; 9 — лампа
накаливания
где отсутствует механиче-
ское воздействие на свето-
пропускающий элемент. Ис-
ключение составляют све-
g тильники, конструкция ко-
торых рассчитана на меха-
ническое воздействие, на-
пример светильник типа
В4А-100 (рис. 8.2). Места
установки осветительных
приборов выбираются таким
образом, чтобы они не обли-
вались холодными жидко-
стями, так как это может
привести к нарушению кол-
пака.
Напряжение осветитель-
ной сети не должно превы-
шать номинальное более
чем на 10%. Категорически
осветительных приборах
чем это указано
также заменять
источники света 'большей мощности,
на защитном колпаке. Недопустимо
лампы одного типа на лампы другого типа, отличные
от указанных в инструкции по монтажу и эксплуата-
ции осветительного прибора. Запрещается разборка уз-
ла защитного колпака в конструкциях осветительных
приборов, .которые допускают смену источников света
без разборки этих узлов. Замена перегоревших ламп
в светильниках производится после отключения све-
тильника от сети и вскрытия его по истечении времени,
после которого не может произойти поджигание окру-
жающей взрывоопасной смеси. Электролампа включа-
ется только при полностью собранном осветительном
приборе.
Осветительные приборы должны систематически, не
реже одного раза в квартал, протираться от пыли, так
как освещенность запыленного осветительного прибопа
уменьшается более чем на 15%. Кроме того, запылен-
ность ухудшает теплообмен между осветительным при-
бором и окружающей средой.
8.3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С ЗАЩИТОЙ ВИДА «Е»
Ранее было показано, что особенностью электрообо-
рудования с таким видом взрывозащиты является то,
что его взрывозащищенность обеспечивается в нормаль-
ном режиме работы отсутствием искрящих или нагре-
тых до опасной температуры частей, а возможность по-
явления источников поджигания <в аварийных состоя-
ниях сводится к минимуму выполнением ряда мер: при-
менением электроизоляционных (материалов высокого
качества; обеспечением повышенных, по сравнению
с электрооборудованием общего назначения, расстояний
утечек и электрических зазоров; снижением тепловой
нагрузки на изоляцию; применением изоляции обмоток
на класс выше по нагревостойкости; применением уплот-
нителей, уменьшающих влияние внешней среды и т. п.
Электроизоляционные материалы в таком оборудова-
нии должны быть дугостойкими, а также обладать
способностью не образовывать токопроводящих доро-
жек (треков) под действием частичных поверхностных
разрядов, возникающих на увлажненной и запыленной
поверхности. По уровню трекингостойкости определяют
возможность применения в электрооборудовании изо-
ляционного материала, а также устанавливают необхо-
димые пути утечки.
Одним из средств обеспечения взрывозащиты элект-
родвигателей является применение правильно настроен-
ной электрической защиты от перегрузки. Для выбора
и настройки защиты электродвигатели подвергают спе-
циальным испытаниям — определяется время t%, в те-
чение которого максимально возможный при нормаль-
ной эксплуатации пусковой ток может протекать через
токоведущие части, имеющие установившуюся темпера-
туру, не превышая предельно допустимого значения.
Испытания проводятся при заторможенном роторе
электродвигателя. Это время указано на табличке дви-
гателя. Обычно для электродвигателя определяют не-
сколько значений 1е, которые соответствуют определен-
ным группам взрывоопасных веществ. В настоящее
время отечественная промышленность не выпускает
электродвигатели с защитой вида «е», однако в со-
ответствии с ПУЭ 5-го изд. допускается применение
взрывонепроницаемых асинхронных электродвигателей
с короткозамкнутым ротором как электродвигателей
с такой защитой (ранее она называлась «повышен-
ной надежности против взрыва») в средах более вы-
соких категорий, чем те, для которых они изготов-
лены. При этом температура их статора и ротора
как снаружи, так и внутри не превышает допустимых
значений в рабочем и пусковом режимах.
В электрооборудовании с защитой вида «е» роль
защитных средств играют и прокладки (уплотнения)
между отдельными частями оболочек. В зависимости
от условий эксплуатации электрооборудования про-
кладки изготавливают из различных материалов—ме-
таллов, реже асбеста, резино-асбеста и др. В последнее
время все шире стали применять прокладки из поли-
мерных материалов, так как благодаря их упругим
свойствам, химической стойкости и ряду других пре-
имуществ повышается эксплуатационная надежность и
долговечность таких соединений. При выборе прокла-
док исходят из того, чтобы уплотнения при сжатии
заполняли все неровности поверхностей фланцев, со-
храняли плотность при возможном искривлении послед-
них, возможно дольше сохраняли свои уплотняющие
свойства при эксплуатации и т. in. Длительное воздей-
ствие окружающей среды приводит к старению уплот-
нительных прокладок, потере их эластичных свойств.
Поэтому их следует своевременно заменять.
Контактные соединения являются наиболее многочис-
ленными элементами, присущими любому электрообо-
рудованию. Их повреждение во время эксплуатации
может привести к появлению источника воспламенения
взрывоопасной смеси (электрическая искра, дуга или
чрезвычайный нагрев). С другой стороны, контактные
соединения часто являются причиной отказов аппара-
туры в работе. Доля отказов этих соединений в элек-
тротехнической и радиоэлектронной аппаратуре состав-
ляет от 10—15% до 40—50% от общего числа отказов.
Непрерывное усложнение электротехнического оборудо-
вания неизбежно ведет к увеличению числа и видов
соединений. Поэтому в таком электрооборудовании
особое внимание уделяют контактным соединениям, по-
стоянно приводя их в надлежащее состояние.
В рассматриваемом электрооборудовании применяют
неразъемные и разъемные контактные соединения. Для
неразъемных соединений используют различные виды
сварок и пайку легкоплавкими припоями. К разъемным
соединениям относятся контактные соединения различ-
ного конструктивного исполнения. Их выполняют таким
образом, чтобы исключалось самоослабление контак-
тов. При обнаружении ослаблений принимают меры по
их устранению. Наиболее распространенным видом
электрического соединения, особенно в радиоэлектрон-
ной аппаратуре, является пайка легкоплавкими припоя-
ми. При внешнем осмотре таких соединений необходи-
мо обращать внимание на то, чтобы поверхность пая-
ных соединений была ровной и блестящей, без наплы-
вов припоя, а очертания спаянных проводников были
заметны.
Особой разновидностью взрывозащищенного элект-
рооборудования с защитой вида «е» являются светиль-
ники. Взрывозащищенность их обеспечивается тем, что
все части, на которых возможно искрение или опасная
температура, заключают в герметичные оболочки. Воз-
можность повреждения ламп и других элементов умень-
шается применением защитного светопропускающего
элемента (колпак, линза и т. п.), обладающего доста-
точной механической прочностью и термической стой-
костью. При эксплуатации светильников с защитой вида
«е» (или изготовленных ранее с повышенной надежно-
стью против взрыва) необходима своевременная чистка
колпаков, проверка целостности прокладок и надежно-
сти контактных соединений. Производить смену ламп
можно только при отключенном светильнике и на лам-
пы, указанные в паспорте. В настоящее время в про-
мышленности находят применение светильники с лампа-
ми накаливания типов: НОБ-ЗОО, НОБ-150, НЗБ-150,
НЗБ-150М, Н45-150 и люминесцентные светильники ти-
пов: НОГЛ-1 Х80, НОГЛ-2Х80, НОДЛ-1Х40, НОДЛ-2Х
Х40. При смене люминесцентных ламп особое внимание
следует обратить на надежность контакта патрона со
штырями лампы и целостность уплотняющих прокла-
док, а также на исправность стартера.
Несоответствие взрывозащищенных светильников
группе взрывоопасной среды может привести к тому,
что при нормальном режиме работы они могут нагре-
ваться до температуры, превышающей температуру са-
мовоспламенения взрывоопасной смеси, а это значит,
что в этих условиях светильники не будут взрывозащи-
щенными.
При замене светильников, изготовленных по нормам
ПИВРЭ [76], светильниками, выполненными по нормам
ПИВЭ [78], и, наоборот, необходимо иметь в виду, что
ПИВРЭ не предусмотрен дополнительный запас между
нижним температурным пределом группы и допустимой
температурой наружной поверхности электрооборудова-
ния, предназначенного для этой группы. Например, до-
пустимая температура наружной поверхности электро-
оборудования, предназначенного для среды со смесями
группы Т4, составляет как и граничное значение тем-
пературы самовоспламенения 135°С.
В табл. 8.1 приведены допустимые значения темпе-
ратур наружных поверхностей электрооборудования,
выполненного по нормам ПИВЭ и ПИВРЭ.
Таблица 8.1
Допустимая температура наружной поверхности электрооборудования, °C, пред-
назначенного для различных групп взрывоопасных смесей по нормам
ПИВЭ [78] ПИВРЭ [76J
А Б Г д Т1 Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб*
360 240 140 100 450 300 200 135 100 80
* Тб заедена по ГОСТ 12.2.020-76’[22].
Из табл. 8.1 видно, что светильники, изготовленные
по нормам ПИВЭ для группы Д, можно использовать
в средах группы Т5 согласно классификации ПИВРЭ.
Светильники, выполненные для группы Г по нормам
ПИВЭ, можно применять так же, как светильники для
группы Т4, по нормам ПИВРЭ вследствие незначитель-
ной разницы между допустимыми значениями темпера-
тур наружных поверхностей (5°С), а также ввиду огра-
ниченного ряда оборудования, имеющего температуру
наружной поверхности от 135 до 140°С. Светильники,
изготовленные по нормам ПИВЭ, для группы А и Б,
можно использовать соответственно в средах, относя-
щихся к группам Т2 и ТЗ.
8.4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С ИСКРОБЕЗОПАСНЫМИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЦЕПЯМИ
Ранее указывалось, что основными видами электро-
оборудования с искробезопасными электрическими це-
пями является контрольно-измерительная аппаратура,
аппаратура автоматики и телемеханики, сигнализации и
связи. В большинстве случаев электрооборудование с
искробезопасными цепями выполнено на базе электро-
оборудования общего назначения и мало чем от него
отличается. Поэтому эксплуатация такого оборудования
отличается от эксплуатации оборудования общего наз-
начения только особенностями сохранения искробезо-
пасных свойств цепей, как это предписывается инструк-
циями по монтажу и эксплуатации на конкретные аппа-
раты и приборы. В большинстве случаев нет особой не-
обходимости в круглосуточном техническом обслужива-
нии аппаратуры КИП и автоматики. Несложные опе-
рации по замене предохранителей в цепях питания, спе-
циальных и электронных ламп вторичных приборов,
расположенных в помещении КИПа, может выполнять
дежурный персонал. Повседневный уход за аппарату-
рой включает в себя устранение неисправностей путем
замены вышедших из строя съемных блоков и узлов на
исправные блоки и узлы заводского изготовления; наб-
людение за нормальным функционированием аппара-
туры, ознакомление с записями дежурного персонала в
эксплуатационном журнале ведения учета работы аппа-
ратуры с искробезопасными цепями. Кроме того, необ-
ходимо периодически измерять режимы работы аппара-
туры при помощи имеющихся в ней приборов, произво-
дить внешний осмотр, удалять пыль с оборудования,
проверять исправность измерительных устройств, сиг-
нальных ламп и звуковых сигналов. Как правило, ежед-
невное обслуживание осуществляется без прекращения
работы аппаратуры. При обнаружении неисправной ра-
боты, неверных показаниях приборов, повреждений за-
щитных стекол, отсутствия пломб или обнаружении ого-
ленных проводов в присоединительных устройствах при-
нимаются меры по ликвидации таких повреждений, а в
случае серьезных нарушений приборы и аппараты вы-
водятся в ремонт.
Профилактические осмотры аппаратуры проводятся
в соответствии с указаниями инструкции по монтажу и
15-71 225
эксплуатации, но не реже одного раза в месяц. Для
этого составляется план производства работ, подготав-
ливаются необходимые измерительные приборы и ин-
струменты, запчасти и внимательно изучаются инструк-
ции по проведению профилактических осмотров, при
этом обращается особое внимание на раздел «Обеспе-
чение (сохранение) искробезопасности при монтаже и
эксплуатации».
Во взрывоопасных условиях чаще всего установле-
ны только датчики (первичные преобразователи) элек-
трической системы. Осмотр их должен подтвердить на-
личие на них маркировок или специальных отметок,
указывающих на принадлежность к осматриваемой
искробезопасной системе. При установке новых датчи-
ков необходимо убедиться в том, что их маркировка со-
ответствует взрывоопасным условиям в месте установ-
ки, особенно при изменении технологического цикла ра-
боты установки, использовании новых взрывоопасных
компонентов и т. п.
После установки и проверки работоспособности си-
стемы крышки датчиков или их контактные соединения
должны быть запломбированы. Проводится контроль
заземления датчиков. Если они установлены на зазем-
ленных частях технологического оборудования, проверя-
ется качество заземления этих частей. Следует иметь
в виду, что заземление оборудования КИП выполняется
обособленными заземляющими контурами, к которым
подключены заземленные проводники от датчиков
и другой контрольно-измерительной аппаратуры. Осмат-
ривая датчиковые устройства при вскрытых вводных
устройствах необходимо убедиться в отсутствии замы-
кания на корпус искробезопасных цепей. Если такое за-
мыкание связано с ослаблением контактов, то необхо-
димо их подтянуть, оборванные провода припаять на
место. Эти работы, естественно, должны выполняться
с соблюдением действующих правил проведения огне-
вых работ. С помощью предписанных приборов прово-
дят измерения в искробезопасных цепях (кроме измере-
ний на выводах датчиков, к которым подключены
соединительные кабели или провода). Необходимо при
этом убедиться, что токи и напряжения не превышают
предписанных заводской конструкцией значений. Если
выявлено превышение любого из параметров, прибор
немедленно должен быть отключен и снят для ремонта.
При внутреннем осмотре приборов, содержащих
только искробезопасные цени и установленных во взры-
воопасном помещении, особое внимание необходимо
обращать на состояние радиоэлектронных элементов,
реле, переключателей. Такие осмотры должны прово-
диться только после отключения электрооборудования.
При обнаружении внешних повреждений, трещин, ско-
лов в эпоксидных заливках, обрыве деталей, смещений
их относительно друг друга, блоки с такими поврежде-
ниями должны заменяться новыми или весь прибор
должен направляться в ремонт. После установки новых
блоков должны контролироваться искробезопасные то-
ки и напряжения оборудования. Необходимо следить
также за чистотой деталей и элементов и особенно изо-
ляционных. При осмотре навесного монтажа необходи-
мо убедиться в том, что не произошло уменьшения
электрических зазоров между деталями или не сползли
изоляционные трубки с мест паек. Осматривая оборудо-
вание, содержащее реле, переключатели, необходимо
каждый раз убеждаться в отсутствии поломок, искрив-
лений переключающих контактов, в отсутствии обрывов
соединительных проводов. Все это может приводить
к уменьшению электрических зазоров, короткому замы-
канию между различными искробезопасными цепями и
в конечном итоге — к нарушению искробезопасности.
В датчиковых устройствах, содержащих, кроме
искробезопасных, еще и искроопасные цепи, обслужи-
вание других видов взрывозащиты производится с уче-
том их особенностей.
Линии связи, как указывалось выше, влияют на
искробезопасность всей системы в целом. Поэтому при
замене линий связи (кабелей или проводов) необходи-
мо каждый раз следить за тем, чтобы их индуктивность
и емкость вместе с соответствующими параметрами дат-
чиков не превышали предписанных значений. Особое
внимание при осмотрах распределительных коробок
в искробезопасных цепях необходимо обращать на их
внешнее состояние. Они должны быть запломбированы,
на них следует делать надпись «Искробезопасные це-
пи» или окрашивать их в синий цвет. Внутри коробки
не должно быть пыли и главное — посторонних элек-
трических цепей.
Запрещается подключение к искробезопасным цепям
элементов и устройств, не входящих в заводской ком-
15* 227
плект аппаратуры. Особенно это касается элементов,
содержащих емкости и индуктивности, так как это мо-
жет привести к нарушению искробезопасности. Напри-
мер, недопустимо подключение к искробезопасной цепи
обмотки реле, дублирующих сигнал, идущий по этой
цепи, даже если реле устанавливается вне взрывоопас-
ного помещения или зоны. Точно также нельзя подклю-
чать дополнительные емкостные датчики уровня
к искробезопасным цепям уровнемера, если это не ого-
ворено специально инструкцией по монтажу и эксплуа-
тации.
Измерения в кабельных сетях искробезопасных це-
пей проводят в целях контроля сопротивления изоляции
кабелей и проводов, емкости и индуктивности, а также
для обнаружения опасного наведенного напряжения от
посторонних источников энергии (силовые кабели,
трансформаторы силовые, мощные электродвигатели
и т. п.). Измерения проводятся с соблюдением требо-
ваний техники безопасности, причем как со стороны
подключения датчика, так и со стороны вторичного
прибора. Для измерений используются измерительные
приборы требуемого класса точности и достаточно про-
стые в обслуживании.
Сопротивление изоляции искробезопасных цепей по
отношению друг к другу и земле должно быть по край-
ней мере не ниже 200 кОм: Если присоединенные дат-
чики имеют меньшее сопротивление изоляции, они
должны быть отключены. При измерении емкости, осо-
бенно если в кабеле проходят несколько искробезопас-
ных цепей, принадлежащих к разным системам, необ-
ходимо измерять емкость каждой жилы по отношению
к другой и экрану, если кабель экранированный. Кабе-
ли и провода при этом отсоединяются с обеих сторон.
Измерение целесообразно проводить на внешних выво-
дах вторичного прибора, предварительно отключенного
от сети. Измеренные значения емкости не должны пре-
вышать указанных на табличке прибора или в инструк-
ции по эксплуатации. Измерения могут быть упрощены,
если предварительно проведено измерение более длин-
ных кусков кабеля и полученные значения перенесены
на короткие куски, конечно, если рассматривается один
и тот же кабель.
Для исключения опасности от наведенного напряже-
ния также требуется определение емкости кабелей и
228
проводов в искробезопасной цепи. При этом наиболее
важным параметром является емкость относительно
«земли». Для измерения наведенного напряжения в ка-
беле должны использоваться вольтметры с высоким
входным сопротивлением (ламповые, электростатиче-
ские).
Отечественная практика оценки опасности наве-
денного напряжения в искробезопасных цепях еще не
накопила достаточного опыта. Но можно сказать, что
если в системе обнаружено наведенное напряжение
в несколько вольт, должны быть приняты меры по
отысканию источника наведенного напряжения. Чаще
всего это близко расположенные силовые кабели, мощ-
ные трансформаторы, индукционные печи.
Экспериментально установлено, что неопасными яв-
ляются следующие значения наведенного напряжения
для подгрупп электрооборудования: 5 В — для ПА;
4 В — для ПВ и 3 В — для ПС.
Емкость кабелей и проводов реальных электрических
систем является безопасной для этих напряжений.
Индуктивность кабельной линии также измеряется
со стороны вторичного прибора при замкнутых концах
кабеля на датчике. Все параллельно подсоединенные
датчики и все кабельные ответвления должны быть от-
ключены. С помощью измерительного прибора можно
также проконтролировать и индуктивность датчиков.
Полученные значения индуктивности также не должны
превышать допустимого значения, указанного в инст-
рукции. Ориентировочно индуктивность можно опреде-
лить из расчета 1,0—1,5 мГ/км.
Особенно сложно кабельное хозяйство в системах
телефонной связи, где большое количество абонентов
требуют наличия разных типов кабелей. Поэтому при
обслуживании таких систем, особенно при заменах из-
ношенных абонентских проводов, переносах телефонных
аппаратов и т. п., необходимо строго следить за приме-
нением проводов или кабелей, указанных в проектах
телефонной сети и инструкциях по эксплуатации.
При осмотрах необходимо также обращать внимание
на целостность проводов для уравнивания потенциалов
и надежность их заземления. Это важно для оборудова-
ния, у которого искробезбпасность обеспечивается с по-
мощью блоков защиты на стабилитронах (барьерах
Зенера, см. гл. 10).
При обслуживании переносных приборов, которые
содержат встроенные источники питания во взрывоне-
проницаемой оболочке, необходимо следить, чтобы обо-
лочка не имела повреждений. Открывать ее во взрыво-
опасных условиях запрещено. При пользовании прибо-
рами, особенно газоанализаторами, необходимо каждый
раз убеждаться в их исправности, работоспособности.
Они должны быть опломбированы и проверены службой
КИП, ибо от их работы зависит безопасность не только
самих приборов, но и окружающего оборудования. При
этом, если даже приборы нормально функционируют, но
не имеют пломб, вносить их во взрывоопасные зоны за-
прещено. Для измерения переходных контактов, напри-
мер, на заземляющих перемычках трубопроводов для
защиты от статического электричества, могут использо-
ваться искробезопасные омметры типа М372-И, питание
которых осуществляется от аккумулятора МЦ-4к напря-
жением 1,5 В. Следует обратить внимание на то, что
их нельзя применять для так называемой «прозвонки»
катушек электромагнитов, обмоток двигателей во взры-
воопасных условиях, так как раньше было показано, что
при большой индуктивности цепи (0,1 Г и более) вос-
пламеняющие токи не зависят от напряжения. Поэтому,
подсоединив такой или аналогичный омметр к обмотке
электродвигателя, можно вызвать опасную искру. Вот
почему во взрывоопасных помещениях запрещается
применять самодельные контрольные устройства, питае-
мые батареей от карманного фонаря и т. п., несмотря на
кажущуюся их искробезопасность. Профилактические
осмотры аппаратуры, имеющей выходные искробезопас-
ные цепи и установленной в помещениях КИП, щитовых
и других местах с невзрывоопасными условиями, могут
выполняться без снятия приборов с рабочих мест.
В этом случае их осмотр практически мало чем отли-
чается от осмотров приборов и аппаратуры общего на-
значения, но в то же время есть определенная специ-
фика.
Все оборудование в перечисленных выше помеще-
ниях должно быть опломбировано или закрыто специ-
альным замком, открывать который имеют право толь-
ко работники службы КИП. Необходимо контролиро-
вать заземление оболочек приборов. Если приборы
установлены на общих щитах, то проверяется расклад-
ка кабелей искробезопасных внешних цепей, качество
230
их закрепления, отсутствие оголенных мест. Кабели или
провода с искроопасными цепями должны проклады-
ваться на расстоянии не ближе 8 мм от искробезопас-
ных. Это расстояние должно просматриваться на всем
протяжении щитов или шкафов.
Все приборы с искробезопасными цепями должны
иметь маркировку с надписью «Вход» или «Выход» и
характеристики взрывоопасной среды, как об этом упо-
миналось выше в гл. 4. Приборы без маркировок долж-
ны немедленно отключаться от искробезопасных цепей.
Следует также обращать внимание на то, чтобы уровень
взрывозащиты искробезопасной цепи соответствовал
классу взрывоопасной зоны особенно при изменениях
условий работы технологического оборудования.
При вскрытии оборудования обслуживающий персонал
должен убедиться в отсутствии видимых поврежде-
ний залитых блоков, а также элементов и узлов, обес-
печивающих искробезопасность выходных цепей. Долж-
ны быть измерены токи и напряжения в искробезопас-
ных цепях (при отключенных кабелях или проводах
датчиков) и сравнены значения с указаниями инструк-
ции по монтажу и эксплуатации. При смене поврежден-
ных блоков они должны заменяться на аналогичные
блоки заводского изготовления. Если блоки составляют
единое целое со всей конструкцией, прибор или аппарат
должен полностью направляться в ремонт. Необходимо
выяснить причину повреждения блока и устранять при-
чины таких повреждений в дальнейшем. Обычно зали-
тые блоки повреждаются крайне редко, если обеспече-
ны нормальные условия эксплуатации, т. е. отсутствуют
удары и вибрации, нет больших перепадов температу-
ры, на которые оборудование не рассчитано. Следует
отметить, что при смене предохранителей, которые
обычно устанавливаются во вторичных приборах, они
должны заменяться идентичными с заводскими калиб-
рованными плавкими вставками. Установка «жучков»
или предохранителей с большими токами, чем это ука-
зано в инструкции, не допускается. Тщательно следует
осматривать печатные платы, содержащие полупровод-
никовые приборы. Обращать внимание следует на нали-
чие лакового покрытия на печатной плате, если она не
залита эпоксидным компаундом, на места паек, состоя-
ние электрических соединителей и других элементов
схемы. Для хорошей работы оборудования и для без-
опасной эксплуатации все должно находиться в безуко-
ризненном состоянии. От исправной работы маленького
прибора может зависеть нормальная работа большой
технологической установки.
После проведения осмотров приборы, аппараты и
места присоединения кабелей должны быть опломбиро-
ваны или закрыты спецключом.
8.5. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С ЗАПОЛНЕНИЕМ
ИЛИ ПРОДУВКОЙ ОБОЛОЧКИ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ
ДАВЛЕНИЕМ ЗАЩИТНЫМ ГАЗОМ
Особенностью взрывозащиты такого электрооборудо-
вания является то, что электрические части его заклю-
чены в плотно закрытую оболочку (корпус), находя-
щуюся во время работы под избыточным давлением
чистого воздуха, газа (см. ГОСТ 11882-73), который
предотвращает попадание в электрооборудование атмо-
сферной среды взрывоопасной зоны. Такое электрообо-
рудование, как правило, разработано на базе электро-
оборудования общего назначения в закрытом исполне-
нии и большей частью имеет аналогичные технические
данные, но отличается следующим:
более надежной изоляцией обмоток (влагостойкой,
нагревостойкой), имеющих в большинстве своем изоля-
цию не ниже класса В;
конструкцией вводных устройств с применением ду-
гостойкой изоляции и увеличенными путями утечки и
электрическими зазорами;
выполнением всех соединений оболочки таким обра-
зом, чтобы утечки из нее воздуха (газа) были мини-
мальными;
применением специального крепежа для крышек обо-
лочки (вводных устройств, смотровых люков и т. п.);
устройством вентиляционной системы для подачи
чистого воздуха или инертного газа внутрь оболочки
электрооборудования и приспособлений для создания
в этой системе избыточного давления не ниже 200 Па
(20 мм вод. ст.) во всех точках под корпусом электро-
оборудования;
наличием приборов контроля избыточного давления
в оболочке;
наличием блокировок, при которых включение (ра-
бота) электрооборудования возможно только после про-
232
дувки его оболочки перед пуском, а также при задан-
ном избыточном давлении и т. п.
Все перечисленные мероприятия по взрывозащите
такого электрооборудования, как правило, обеспечивают
его безопасность только при нормальных режимах ра-
боты. Необходимо учитывать, что отсутствие достаточ-
ного контроля за состоянием изоляции, заземления
и другими узлами и деталями может привести к ава-
рийным режимам с выходом из строя электрообо-
рудования, а в отдельных случаях — к недопустимо-
му перегреву оболочки, появлению наружных искре-
ний и к нарушению взрывозащиты электрооборудо-
вания.
Наибольшее применение этот вид взрывозащиты на-
шел при создании электрических машин — электродви-
гателей большой мощности. Специфика электрических
машин такова, что ряд конструктивных мероприятий,
связанных с обеспечением их взрывозащиты, необходи-
мо предусматривать при установке на объектах экс-
плуатации. К ним относятся мероприятия по созданию
эффективной системы вентиляции электрической маши-
ны. В эту систему входят подводящие и отводящие воз-
духоводы с источниками подачи чистого воздуха (газа)
в оболочку электродвигателя, воздухоохладители и воз-
духонагреватели, а также соответствующие блокировки.
При этом источники подачи чистого воздуха должны
быть установлены вне взрывоопасной зоны.
Вентиляционная система должна обеспечивать:
зазор чистого воздуха с содержанием пыли (инерт-
ной) не более 2 мг/м3 снаружи или из помещения, не
имеющего взрывоопасных зон, и подачу его в оболочку
электродвигателя;
при разомкнутом цикле вентиляции выброс нагрето-
го в электродвигателе воздуха наружу (в атмосферу)
или в помещение без взрывоопасных зон;
статическое избыточное давление воздуха (газа) как
внутри оболочки электродвигателя, так и в системе
вентиляции, и заданную величину его в местах установ-
ки патрубка прибора, контролирующего это давление,
не меньше, чем предусмотрено инструкцией по монтажу
и эксплуатации завода-изготовителя;
отсутствие на воздуховодах мест с разряжением
в пределах взрывоопасной зоны;
очистку, подогрев или охлаждение воздуха (газа),
если это необходимо.
В целях обеспечения надежной и безопасной работы
электродвигателей во взрывоопасных зонах необходимо
выполнить следующие мероприятия при сборке и уста-
новке машин на месте эксплуатации: при установке
щитов, закрытий, кожухов обеспечить максимальную
плотность соединений, закладывая в стыки и места при-
легания сопрягаемых поверхностей резиновые проклад-
ки, поставляемые с двигателем. Воздуховоды должны
быть сооружены из несгораемых материалов и иметь
прочную конструкцию. Отдельные секции их должны
соединяться сварным швом или же иным способом, га-
рантирующим плотность и прочность соединений. Нуж-
но следить за тем, чтобы охлаждающий воздух при ра-
зомкнутом цикле вентиляции и воздух для подпитки при
замкнутом цикле вентиляции забирался снаружи или
из помещений, не содержащих газов или пыли, могущих
вредно влиять на обмотки электродвигателей или за-
труднять их охлаждение. Увеличение утечек воздуха
сверх допустимого значения может привести к сниже-
нию минимально допустимого избыточного давления,
к нарушению нормальных режимов работы электродви-
гателя. Создание в вентиляционной системе и оболочках
неплотностей может привести к засасыванию вовнутрь
электродвигателя взрывоопасной окружающей атмо-
сферы.
Для продувки электродвигателей перед пуском мо-
гут устанавливаться шибера или клапаны.
В схеме защиты и управления электродвигателя сле-
дует контролировать работу блокировок, препятствую-
щих пуску двигателя при отсутствии продувки пе-
ред пуском, избыточного давления в системе, подачи
воды в воздухоохладитель (или расхода ее меньше не-
обходимой величины) и подачи масла, в случае
применения подшипников с принудительной подачей
масла.
Нужно контролировать также состояние и работо-
способность сигнальной системы, срабатывающей при
следующих ненормальных режимах: падении давления
воздуха ниже указанного в инструкции, прекращении
подачи воды или уменьшении ее расхода, прекращении
подачи масла в подшипники или увеличении температу-
ры масла и вкладышей выше допустимой и при повы-
234
шении температуры охлаждающей воды выше допу-
стимой.
В качестве сигнализаторов в настоящее время широ-
кое распространение получили сигнализаторы давления
типа СПДМ (мембранные), с пределом измерения избы-
точного статического давления от 200 до 1000 Па (от
20 до 100 мм вод. ст.) и реле напора типа ДН с преде-
лом измерения избыточного статического давления от
40 до 400 и от 100 до 1000 Па (от 4 до 40 и от 10 до
100 мм вод. ст). Однако эти приборы не являются взры-
возащищенными, и их установка должна производиться
либо вне взрывоопасной зоны при длине импульсной
трубки не более 20 м, либо непосредственно около дви-
гателя, но при этом их включение в электрическую сеть
должно производиться через реле с искробезопасным
входом (например, реле РИ-I, Т8-И или УД-6И).
Особое внимание необходимо обращать на настрой-
ку сигнализаторов давления. Перепад давления между
уставкой отключения и включения приборов СПДМ и
ДН должен составлять 150—200 Па (15—20 мм вод. ст.).
Если электрические машины имеют изолированные
выносные подшипники скольжения, то для ликвидации
влияния подшипниковых токов на работоспособность
подшипников необходимо периодически проверять изо-
ляцию подшипников, которая должна быть не менее
0,5 МОм. Кроме этого, должно исключаться соприкосно-
вение валов роторов электрических машин со щитами
во время работы машины. Все уплотнения щитов с ва-
лом должны обеспечиваться изоляционными материала-
ми, например гетинаксом, для исключения искрений от
подшипниковых токов.
В зонах классов В-I и В-П при снижении избыточ-
ного давления в системе продувки ниже 100 Па
(10 мм вод. ст.) двигатель должен автоматически от-
ключаться, а в зонах классов В-Ia и В-Па должна сра-
ботать аварийная сигнализация.
Блокировки смотровых люков и крышек должны
быть всегда работоспособны. Перед пуском в эксплуа-
тацию электродвигателей или их остановкой в период
эксплуатации необходимо произвести проверку электро-
двигателей в той последовательности, которая указана
в инструкции завода изготовителя.
Зазор между статором и ротором электродвигателя
проверяется с обеих сторон щупом.
Систематически должно проверяться сопротивление
изоляции электродвигателей. Сопротивление изоляции
при температуре 60°С должно быть: для статора — не
менее 1 МОм/кВ, для ротора — ие менее 0,5 МОм.
Объем чистого воздуха, используемого для предвари-
тельной продувки должен быть не менее пятикратного
суммарного объема корпуса электродвигателя, воздухо-
водов и фундаментной ямы. В двигателях с разомкну-
тым циклом вентиляции продувка осуществляется внеш-
ним вентилятором, а в двигателях с замкнутым циклом
вентиляции для продувки используется вентилятор под-
питки, поэтому при эксплуатации электродвигателя не-
обходимо следить за состоянием и работоспособностью
вентиляторов.
Периодически, в зависимости от местных условий, не
реже одного раза в 6 месяцев необходимо останавли-
вать машину, тщательно осматривать ее и очищать по-
верхности внутри машины сжатым воздухом. Нельзя
допускать попадания внутрь машины воды и масла.
В эксплуатационном журнале должны регулярно за-
писываться показания приборов (вольтметра, ампермет-
ра, счетчика киловатт-часов, значение избыточного дав-
ления), пуски и остановки электродвигателя, причины
остановок, температура подшипников в помещении и
проверки работы блокировок, также в этом журнале
должны указываться все ненормальности в работе каж-
дого электродвигателя и относящихся к нему аппа-
ратов, приборов и т. д., все осмотры и текущие ре-
монты.
8.6. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С МАСЛЯНЫМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
ОБОЛОЧКИ
При эксплуатации необходимо систематически кон-
тролировать допустимый уровень масла в оболочке
(баке). В случае снижения уровня масла ниже допусти-
мого его следует немедленно долить, предварительно от-
ключив электрооборудование. При обнаружении течи
масла, электрооборудование должно быть выведено
в ремонт. Следует помнить, что если уровень масла стал
ниже допустимого, операции с пускорегулпрующей
аппаратурой производить нельзя до тех пор, пока она
не будет отключена. В противном случае, это может
S36
привести к нарушению условий безопасной эксплуата-
ции.
Необходимо также проводить контроль температуры
масла в электрооборудовании, у которого имеются для
этого соответствующие устройства (термометры или
карманы для термометров). Температура масла не
должна, как правило, превышать 80°С. Если температу-
ра масла превысит допустимую, следует отключить на-
пряжение и в необходимых случаях электрооборудова-
ние направить в ремонт для устранения причины нару-
шения теплового режима.
Рис. 8.3. Общий вид командоаппарата типа
КА180Т с масляным заполнением оболочки
Нужно следить, чтобы смотровые стекла были целы-
ми, не давали течи, хорошо просматривались. Их нужно
систематически очищать от пыли. При осмотрах необхо-
димо обращать внимание на цвет масла: если оно ста-
новится темно-бурым, его нужно заменить новым. Элек-
трооборудование не должно подвергаться большим
вибрациям или ударам, например на подвижном элек-
трооборудовании, так как это может привести к выпле-
скиванию масла и нарушению условий взрывобезопас-
ности.
При эксплуатации пусковой аппаратуры и защитных
автоматических выключателей необходимо обращать
внимание на плотность затяжки присоединительных за-
жимов, периодически замерять температуру масла. Если
автоматический выключатель отключил ток КЗ, то
нужно проверить цвет масла, и если оно окажется чер-
ным, снять напряжение с пускателя и заменить масло
свежим. Необходимо также проверять целостность про-
кладок и своевременно их заменять, чтобы в пускатель
не попадала пыль. Периодичность и последовательность
осмотра токоведущих частей коммутационной аппарату-
ры, помещенных в масло, производят в соответствии
с указаниями инструкции по монтажу и эксплуатации.
Так, осмотр командоаппаратов (рис. 8.3) проводят через
каждые 250 ч непрерывной работы. При этом проверяют
состояние пружин контактной рейки, надежность ее
крепления к панели и корпусу, наличие провалов в по-
движных контактах, наличие смазки на трущихся ча-
стях и т. п. Осматривая электрооборудование, особое
внимание обращают на состояние изоляции токоподво-
дящих проводов и кабелей. Для защиты изоляции про-
водов и жил кабелей от воздействия масла необходимо
использовать полихлорвиниловые трубки.
8.7. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ С КВАРЦЕВЫМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
ОБОЛОЧКИ
В процессе эксплуатации электрооборудования, за-
полненного сыпучим негорючим материалом — песком,
необходимо проверять:
высоту слоя заполнителя (песка);
целостность оболочки, отсутствие на ней вмятин,
коррозии и других повреждений, а также загрязнений;
наличие всех крепежных деталей, их элементов,
пломб;
равномерную затяжку крепежных болтов и гаек;
наличие маркировок взрывозащиты и предупреди-
тельных надписей, которые должны быть контрастными
(как правило, иметь красный цвет) и сохраняться в те
чение всего срока службы оборудования;
исправность заземления; заземляющие зажимы
(болты, гайки) должны быть затянуты, не иметь ржав-
чины;
надежность уплотнения и крепления вводных кабе-
лей (там, где это возможно) и особенно состояние за-
крепления их в узле уплотнения (кабель не должен вы-
дергиваться и проворачиваться в нем), с проведением
проверки при отключенных от сети кабелях;
нагрев изделия и режим его работы.
Периодичность профилактических осмотров оборудо-
вания устанавливается в зависимости от производствен-
ных условий, но не реже одного раза в год. При этом
выполняются все работы, входящие в ежесменный внеш-
ний осмотр, и, кроме того, проверяется отсутствие вы-
сыпания сыпучего материала (при обнаружении высы-
пания заполнителя оборудование к дальнейшей эксплуа-
тации не допускается). Измеряется также сопротивле-
ние изоляции и заземления.
8.8. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СО СПЕЦИАЛЬНЫМ ВИДОМ
ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
При эксплуатации такого электрооборудования обра-
щают внимание на целостность защитной оболочки, от-
сутствие в заливочном компаунде трещин, раковин, ско-
лов, отслоений и т. п. Даже мелкие трещины могут
явиться причиной аварий, так как попадание в них вла-
ги может создавать утечки тока и приводить к разру-
шению электрических частей с образованием опасных
искрений. При осмотрах вводных устройств обращают
внимание на места уплотнения, состояние контактных
соединений и заземления. Если вводные устройства за-
литы и позволяют производить осмотр, то необходимо
обращать внимание на отсутствие отслоений заливоч-
ной массы от поверхности кабеля, оболочки и жил.
В процессе эксплуатации периодически контролируют
температуру поверхности оболочек электрооборудования
и заливочных масс. Если температура превышает допу-
стимую для данной группы смесей или типа компаунда,
то такое оборудование подлежит изъятию из эксплуа-
тации.
На месте эксплуатации электрооборудование со спе-
циальным видом взрывозащиты не подлежит ремонту и
при обнаружении каких-либо повреждений или неис-
правностей оно отключается от сети и заменяется на
аналогичное.
Гл а в а д евятая
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Технологические установки по условиям применения
в них электрооборудования могут быть разделены на
два вида.
К первому виду относятся технологические установ-
ки, в которых электрооборудование размещается снару-
жи аппарата и опасность воспламенения горючей смеси
от электрооборудования обусловливается окружающей
атмосферой взрывоопасного помещения или наружной
установки. Взрывозащищенность электрооборудования,
устанавливаемого на таких аппаратах, должна соответ-
ствовать требованиям гл. VII-3 ПУЭ [80], а конструк-
тивное исполнение его должно удовлетворять требова-
ниям соответствующих стандартов, правил и техниче-
ских условий.
Ко второму виду относятся технологические установ-
ки с электрооборудованием, размещаемым внутри
замкнутых объемов, в которых постоянно или кратко-
временно при нормальных режимах работы находится
взрывоопасная смесь или она может появиться в ре-
зультате какой-либо аварии. Безопасность применения
электрооборудования в таких аппаратах достигается не
только применением электрооборудования с соответст-
вующим уровнем взрывозащиты, но и путем использо-
вания других мер, предотвращающих образование взры-
воопасной среды в этих аппаратах: например, продувка
аппарата инертным газом перед пуском и нахождение
его под постоянным избыточным давлением, заполнение
свободных полостей аппарата кварцевым песком, мас-
лом или технологической жидкостью, устройство раз-
личной сигнализации, средств контроля, защиты и др.
240
Меры по обеспечению безопасного применения электро-
оборудования в таких аппаратах не регламентированы
нормативно-технической документацией и определяются
испытательной организацией в зависимости от конст-
руктивных особенностей аппарата и условий его экс-
плуатации. В силу того, что электрооборудование или
его части, используемые в технологических аппаратах
(установках), либо жестко связаны с этими аппаратами
и не могут быть рассмотрены как самостоятельный вид
электрооборудования, либо выполнены без соблюдения
требований действующих стандартов и правил, электро-
оборудованию не присваивается маркировка по взрыво-
защите, а определяются те необходимые и достаточные
мероприятия, которые обеспечивают безопасное его при-
менение во взрывоопасных средах.
Следует отметить, что электрооборудование, изготов-
ленное с соблюдением действующих стандартов и пра-
вил на тот или иной вид взрывозащиты при целевом его
использовании в технологическом аппарате, характери-
зующемся условиями, отличными от нормальных (по-
вышенная температура и давление окружающей среды),
тоже рассматривается как элемент технологического
аппарата, и ему не присваивается условная маркировка
по взрывозащите.
Безопасность применения технологических установок
и агрегатов со встроенным электрооборудованием, так-
же как и безопасность производственного процесса в це-
лом, определяют технологические институты, проекти-
рующие предприятия (цехи) с такими установками или
агрегатами. Меры же по безопасному применению элек-
трооборудования, как потенциального источника вос-
пламенения взрывоопасной среды, являются составной
частью общих мероприятий по безопасности.
9.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОСТЬ
КОТОРЫХ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЗАЛИВКОЙ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ КОМПАУНДАМИ ИЛИ ЗАСЫПКОЙ
НЕГОРЮЧИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ
Широкое развитие химической промышленности, соз-
дание новых полимерных материалов, обладающих тер-
мореактивными свойствами, а также результаты иссле-
дований пламегасящих свойств сыпучих материалов
позволили значительно расширить сферу применения
16—71 241
электрооборудования общего назначения в различных
технологических установках. Однако ни отечественные,
ни зарубежные правила (национальные стандарты) не
содержат сколь-нибудь конкретных требований к обес-
печению безопасного применения такого электрообору-
дования.
Выше были рассмотрены принципы обеспечения
взрывозащиты электрооборудования специальными спо-
собами: заключение электрических частей в защитную
герметичную оболочку или оболочку, находящуюся под
избыточным давлением воздуха или инертного газа; за-
ливка электрических частей электрооборудования пол-
ностью или частично термореактивным компаундом или
заполнение их сыпучими негорючими материалами
и др. Эти способы положены в основу обеспечения без-
опасности при применении электрооборудования и в тех-
нологических установках.
Целесообразно выделить два способа достижения
безопасности:
герметизация электрических частей электрооборудо-
вания термореактивным компаундом;
обеспечение взрывозащищенности путем заполнения
внутренней полости оболочки электрооборудования сы-
пучим негорючим материалом.
Вообще, как первый, так и второй способ представ-
ляют собой защитное мероприятие, осуществляемое
с целью изоляции токоведущих частей или отдель-
ных элементов электрооборудования от окружающей
среды.
Защитные оболочки электрооборудования должны
выполняться с соблюдением общих требований, распро-
страняющихся на все виды взрывозащищенного элек-
трооборудования и содержащиеся в специальных Пра-
вилах. Например, на крышке защитной оболочки, крыш-
ке вводного устройства должна выполняться рельефная,
предупредительная надпись «Открывать во взрывоопас-
ной зоне запрещается», или «Открывать, отключив от
сети». Питающий кабель в оболочках герметизируется
в месте ввода во вводное устройство резиновым уплот-
нительным кольцом, как во взрывонепроницаемой обо-
лочке, или заливается термореактивным компаундом.
В последнем случае для обеспечения разгрузки жил ка-
беля (проводов) от растягивающих усилий должны
быть предусмотрены специальные приспособления. Ме-
242
таллические оболочки должны быть снабжены наруж-
ным и внутренним заземляющим зажимами, обозначае-
мыми условными знаками заземления, окрашенными
в красный цвет, и др.
В качестве заливочных материалов чаще всего ис-
пользуются термореактивные компаунды на основе
эпоксидных смол, герметики и др. Безопасность приме-
нения такого электрооборудования обеспечивается в ос-
новном высотой слоя изоляционного материала. В случае
заливки электрических частей оборудования термореак-
тивным компаундом минимальная толщина заливочной
массы между неизолированными токоведущими частями,
а также частями, находящимися под напряжением, и
заземленным корпусом устанавливается контрольной
(испытательной) организацией, но должна быть не ме-
нее 3 мм. Следует отметить, что состав заливочной мас-
сы выбирается в строгом соответствии с назначением и
условиями эксплуатации изделия.
Защитные оболочки электрооборудования, пол-
ностью залитого термореактивным компаундом или за-
полненного сыпучим заполнителем, должны быть вы-
полнены из прочного материала, обеспечивающего це-
лостность элементов оборудования и заполнителя, и
рассчитаны на давление рабочей среды. При этом
к местам соединения деталей оболочки требования по
классу обработки прилегающих поверхностей, а также
требования по значению взрывонепроницаемого зазора
не предъявляются.
Эксплуатация электрооборудования, залитого термо-
реактивным компаундом, должна осуществляться в со-
ответствии с действующими предписаниями инструкции
по монтажу и эксплуатации заводов-изготовителей
с учетом местных условий.
В целях обеспечения взрывозащищенности электро-
оборудования в процессе эксплуатации необходимо пе-
риодически проверять его. При профилактических
осмотрах нужно обращать внимание на состояние
средств, обеспечивающих взрывозащиту изделий элек-
трооборудования, качество уплотнения и крепления ка-
белей (проводов), окраску изделия, а в установленные
сроки [79], измерять сопротивление изоляции электро-
оборудования.
Приборы и аппараты, залитые термореактивным ком-
паундом, заполненные герметиком или другим составом,
16* 243
не подлежат ремонту в силу свойств необратимости ис-
пользуемых масс. При выходе их из строя, а также при
снижении сопротивления изоляции ниже допустимых
норм, при появлении трещин в наполнителе, отслоений
от стенок оболочки и других дефектах оборудование
должно быть заменено новым.
Заполнение внутренней полости оболочки электро-
оборудования сыпучим заполнителем попутно попользу-
ется в качестве термоизоляции средств обогрева техно-
логических аппаратов, оно предназначено снижать тем-
пературу наружных поверхностей нагревателей, сопри-
касающихся с внешней средой, до значений, указанных
в табл. 8.1, либо обеспечивает равномерную теплоотда-
чу с поверхности нагревателя. Эта мера защиты широ-
ко используется на реакторах, кубах, деполимеризато-
рах и др.
Минимальная высота слоя между токоведущими и
неизолированными металлическими частями электрообо-
рудования определяется экспериментально контрольной
(испытательной) организацией, но должна быть не ме-
нее 5 мм. Ориентировочно она может быть определена
расчетом по формулам, приведенным в § 4.3.
Кварцевый песок, используемый в качестве заполни-
теля, должен быть обогащен и иметь вполне определен-
ный гранулометрический состав. До заполнения он, как
правило, должен подвергаться гидрофобизирующей об-
работке. Нагревостойкость гидрофобного покрытия зе-
рен кварца должна быть не ниже максимальной рабо-
чей температуры частей, погруженных в песок. Для
заполнения электрооборудования в неразборной оболоч-
ке, а также для сопротивлений роторных цепей, нагре-
вателей с рабочей температурой выше 100°С допускает-
ся применение негидрофобизированного песка.
Влагосодержание кварцевого песка при заполнении
не должно превышать массовой доли 0,05%.
Среднее действующее значение пробивного напряже-
ния (50 Гц) кварцевого песка перед заполнением, опре-
деленное в однородном поле при разрядном промежут-
ке, равном 20 мм, и температуре 20±5°С, должно быть
не менее 25 кВ.
Среднее значение удельного объемного сопротивле-
ния кварцевого песка перед заполнением, определенное
при температуре 15—25°С, должно быть не менее
1012 Ом-см.
Заполнение оболочки кварцевым песком должно
производиться так, чтобы под крышкой и в области рас-
положения электрических частей не оставалось свобод-
ного пространства, не заполненного песком. Плотность
заполнения обеспечивается принудительной вибрацией.
Как показал опыт применения таких оболочек, этим
способом достигается надежное уплотнение кварцевого
песка и с помощью простых средств исключается воз-
можность относительного перемещения гранулированно-
го материала в процессе эксплуатации.
Кварцевый песок, вермикулит и другой сыпучий ма-
териал, как правило, используется в качестве термоизо-
лирующего материала нагревателей технологических
аппаратов. Нагревателями могут быть специальные
трубчатые нагреватели либо нихромовая проволока
(лента), уложенная в специальные канавки, образован-
ные в огнеупорной футеровке или проволока, изолиро-
ванная фарфоровыми бусами.
Для исключения открытого контакта раскаленных
частей нагревателя с окружающей средой, которая
в аварийном режиме может оказаться взрывоопасной,
применяются специальные средства термоизоляции. При
этом добиваются того, чтобы температура наружных
частей защитного кожуха не превышала значений, ре-
гламентируемых для той среды, в которой работает
аппарат.
Оболочка электрооборудования, заполненного квар-
цевым песком, должна иметь прочное внутреннее и на-
ружное противокоррозионное покрытие. Крепежные
болты необходимо выполнять под спецключ. Головки не
менее двух противоположно расположенных крепежных
болтов должны быть рассчитаны на возможность плом-
бировки.
Места ввода, а также соединения частей оболочки
должны иметь уплотнения, препятствующие проникно-
вению влаги в оболочку.
Перед пуском в эксплуатацию и во время эксплуа-
тации технологической установки электрооборудование,
помещенное в оболочку, заполненную сыпучим негорю-
чим теплоизоляционным материалом, необходимо систе-
матически контролировать в соответствии с монтажно-
эксплуатационными инструкциями заводов-изготовите-
лей либо организаций — разработчиков оборудования.
В процессе эксплуатации такое электрооборудование
необходимо подвергать тем же проверкам, что и обору-
дование, рассмотренное выше в § 8.7.
Периодичность профилактических осмотров оборудо-
вания устанавливается в зависимости от производствен-
ных условий, но не реже одного раза в год.
При этом выполняются все работы в объеме еже-
сменного внешнего осмотра и, кроме того, проверяется
отсутствие утечки сыпучего (высыпания). При обнару-
жении утечки оборудование к дальнейшей эксплуатации
не допускается. Производится также измерение сопро-
тивления изоляции и заземления.
В отличие от электрооборудования, залитого термо-
реактивным компаундом, электрооборудование, запол-
ненное негорючим сыпучим заполнителем, в процессе
эксплуатации может быть отремонтировано. При необ-
ходимости может быть заменен заполнитель, но послед-
ний должен быть получен с завода-изготовителя обору-
дования или подготовлен на месте, но в строгом соот-
ветствии с инструкцией завода-изготовителя.
9.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ С ТРУБЧАТЫМИ
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯМИ
Трубчатые электронагреватели (ТЭН) представляют
собой тонкостенную металлическую, как правило, цель-
нотянутую трубку (или две трубки: внутренняя — из
обычной углеродистой стали и наружная — из жаро-
упорной стали), внутри которой размещена спираль из
проволбки высокого омического сопротивления (обычно
нихромовая, диаметром 0,3—1 мм). Пространство меж-
ду спиралью и внутренней стенкой трубки плотно за-
полняется прессованным кристаллическим порошком
плавленной окиси магния (периклазом), который обла-
дает хорошей теплопроводностью, жаростойкостью и
высоким объемным электрическим сопротивлением. Оба
конца спирали неразъемно присоединены к выводным
стержням, которые изолируются от трубки фарфоровы-
ми проходными изоляторами и заполняются влагозащи-
щающим лаком (герметиком), обеспечивающим работо-
способность ТЭН при температуре в зоне герметизации,
как правило, не более 120°С. Активной частью нагрева-
телей является часть, где размещается спираль, пассив-
ной— где размещаются выводные стержни. Металличе-
246
ская трубка и монолитный слой периклаза достаточно
надежно защищают спираль от возможных наружных
механических повреждений. И тем не менее эта защита
не может рассматриваться как достаточная мера при
использовании ТЭН во взрывоопасных средах. Это
объясняется тем, что даже для ТЭН, изготовленных
в соответствии с ГОСТ 13268-74, возможными остаются
непредвиденные эксплуатационные неисправности, при-
чина которых при изготовлении не всегда может быть
исключена.
К наиболее важным и часто встречающимся неис-
правностям ТЭН относятся следующие:
местный или общий перегрев;
снижение сопротивления изоляции;
замыкание спирали на защитную оболочку с после-
дующим ее разрушением и др.
Устройство дополнительной защитной оболочки для
ТЭН, снижение температуры его активной части до ре-
гламентированного взрывоопасной средой значения, вы-
полнение ввода в соответствии с действующими норма-
тивами на принятый вид взрывозащиты позволяют
обеспечить взрывозащищенность ТЭН с заданным уров-
нем. Однако из-за ограниченности теплоотвода и необ-
ходимости его компенсации значительным увеличением
числа используемых взрывозащищенных ТЭН, примене-
ние их в ряде случаев оказывается технически нерента-
бельным.
Поэтому все еще широкое применение находят ТЭН
общего назначения, безопасность использования кото-
рых достигается комплексом мероприятий, направлен-
ных на снижение вероятности образования взрывоопас-
ной смеси и появления источника поджигания. Они
применяются в качестве источников тепловой энергии
в различных технологических реакторах, электрокалори-
ферах, сушильных камерах и др. ТЭН общего назначе-
ния выпускаются для применения в газообразных и
жидких средах. Отличие состоит в конструктивном
оформлении и допустимой температуре на поверхности
активной части, ТЭН могут иметь различную конфигу-
рацию в зависимости от их назначения, но внутренний
радиус изгиба трубки должен быть не менее двух диа-
метров ТЭН. Форму их в процессе эксплуатации менять
не рекомендуется, так как возможно повреждение обо-
лочки.
Контактные соединения выводных концов ТЭН
с внешней электрической сетью выполняются, как пра-
вило, в специальных коробках контактных зажимов,
располагаемых за пределами зоны нагрева и имеющих
соответствующий назначению и условиям эксплуатации
вид взрывозащиты: взрывонепроницаемый, кварцена-
полненный, продуваемый (или находящийся под стати-
ческим давлением) под избыточным давлением воздуха
или инертного газа и специальный.
В коробках контактных зажимов, как правило, рас-
полагается пассивная часть ТЭН и соединительные
шины. Место ввода ТЭН в коробку контактных зажи-
мов надежно уплотняется, например, сальниковыми
уплотнениями с асбестовой набивкой. Питающий кабель
или провода уплотняются с помощью специальных ре-
зиновых колец.
ТЭН, предназначенные для эксплуатации во взрыво-
опасных средах, перед монтажом подвергаются
100%-ному входному контролю на выявление в оболоч-
ке и изоляторах видимых дефектов (вмятин, трещин
и др.). Для повышения коррозионной стойкости оболо-
чек ТЭН применяют защитные покрытия. В ряде слу-
чаев применяется специальное оребрение, например,
алюминиевым сплавом, которое, с одной стороны, защи-
щает активную часть ТЭН от окружающей среды,
а с другой стороны, повышает эффективность теплоот-
вода за счет увеличения поверхности теплоотдачи.
В зависимости от условий применения ТЭН должен
иметь регламентированный ресурс наработки, который
включает и срок их хранения. В самых благоприятных
условиях эксплуатации этот ресурс не превышает, как
правило, 5 лет. По истечении ресурса ТЭН, независимо
от их состояния, подлежат замене.
Одним из параметров, определяющих пригодность
ТЭН для дальнейшей эксплуатации и для систематиче-
ского контроля их перед установкой и проведением про-
филактических осмотров, является сопротивление изо-
ляции. Оно должно быть не менее 1 МОм (в холодном
состоянии). При снижении сопротивления изоляции
ТЭН подвергается просушке по методике завода-изгото-
вителя. При рабочей температуре и в той среде, для
которой ТЭН предназначен, сопротивление изоляции
может снижаться и, как правило, не должно быть менее
0,5 МОм (в горячем состоянии).
В том случае, когда ТЭН используются в установ-
ках, отнесенных по взрывоопасности к зоне 0 или 1,
кроме электрической защиты от перегрузок применяется
защита от утечек тока на землю.
Сопротивление изоляции проверяется мегаомметром.
Для этого производят необходимые отключения и изме-
ряют на каждом ТЭН или выборочно сопротивление
изоляции между оболочкой и контактным стержнем.
Замеры производят в холодном состоянии ТЭН, имею-
щие сопротивление изоляции менее 1 МОм, к дальней-
шей эксплуатации не допускаются. Крепление ТЭН сле-
дует осуществлять в одной точке с тем, чтобы трубка,
удлиняющаяся в результате нагрева, не деформирова-
лась. В целях уменьшения заедания резьбы при высо-
ких температурах рекомендуется гайки и шпильки при-
менять из разных материалов или марок стали.
Перед монтажом рекомендуется проверять фактиче-
скую мощность ТЭН. Для этого ТЭН подключают к се-
ти с номинальным напряжением и не раньше чем через
15 мин после доведения температуры до рабочей изме-
ряют мощность. Она не должна отличаться от каталож-
ной более чем на 7,5%. Можно фактическую мощность
ТЭН определить без подключения к сети, измерив
активное сопротивление его спирали в холодном со-
стоянии.
В связи с тем что при перегревах ТЭН электроизи
ляционные свойства периклаза ухудшаются и долговеч-
ность спирали сокращается, необходимо принимать ме-
ры, исключающие эти явления. Для этого ТЭН, ком-
плектуемые в группы, должны иметь одинаковые, элек-
трические характеристики, в каждой фазе число нагре-
вателей должно быть одинаковым. Следует периодиче-
ски проверять состояние ТЭН и производить своевре-
менную их замену. Необходимым условием при приме-
нении ТЭН является исключение аварийной ситуации.
Для этого, например, в сушильных камерах или элек-
трокалориферах предусмотрена вентиляция внутреннего
пространства ТЭН. Этим создаются условия интенсифи-
кации теплоотвода с поверхности ТЭН и обеспечивается
снижение концентрации горючего внутри камеры ниже
нижнего предела концентрации области воспламенения.
Особое значение для обеспечения взрывобезопасно-
сти при эксплуатации электрокалориферов имеет на-
дежный контроль температуры наружной поверхности
стенок ТЭН, которая зависит не только от их типа, но
и от того, в каком количестве и под каким напором про-
дувается воздух или смесь паров растворителей с воз-
духом. В таких случаях в условиях эксплуатации очень
важно обеспечить надежную блокировку, отключающую
ТЭН при уменьшении напора или расхода продуваемого
воздуха (или смеси), а также при увеличении темпера-
туры поверхности их стенок выше определенной вели-
чины. Обычно контроль за температурой осуществляет-
ся термопарами или другими датчиками в комплекте
с многоточечным потенциометром, имеющим искробез-
опасный выход, например ЭПР-09ИМЗ. При определе-
нии допускаемой температуры нагрева наружной стенки
ТЭН при настройке блокировок следует иметь в виду,
что после срабатывания блокировок из-за уменьшения
давления или расхода воздуха (смеси) и отключения
электропитания температура стенок несколько повыша-
ется. Поэтому уставка блокировки по температуре
должна быть несколько ниже максимально допустимой
температуры. Эта уставка по температуре определяется
опытным путем в процессе испытаний и наладки.
В заключение следует подчеркнуть, что только ком-
плекс мероприятий может обеспечить безопасную экс-
плуатацию электронагревательных аппаратов, предна-
значенных для нагрева воздуха или сушки лакокрасоч-
ных покрытий изделий, обмоток электрических
аппаратов и машин после пропитки их изоляционными
лаками, нагрева технологических жидкостей и емкостей
и др.
9.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
КОТОРЫХ ПРОДУВАЕТСЯ ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ
ИЛИ ЧИСТЫМ ВОЗДУХОМ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Эти установки предназначены для нагрева газа и
жидкости. Безопасность их применения наиболее легко
обеспечивается продувкой под избыточным давлением
чистым воздухом (по ГОСТ 11882-73) или инертным га-
зом. При этом исключается взрывоопасная ситуация,
так как при избыточном давлении невозможно проник-
новение из окружающей среды горючих газов или паров
к нагретым до высокой температуры или искрящим при
работе частям электрооборудования. Для создания из-
250
быточного давления воздуха или инертного газа внутри
оболочки технологического аппарата установки снабжа-
ются системой вентиляции. Эта система выполняется
в соответствии с ГОСТ 22782.4-78 [29] и инструкцией
по монтажу и эксплуатации завода-изготовителя техно-
логического аппарата. Кроме того, в схеме управления
электрооборудованием должны быть предусмотрены
блокировки, не позволяющие включить в работу элек-
трооборудование, пока из его оболочки и системы вен-
тиляции путем предварительной продувки не будет
удалена имевшаяся там ранее атмосфера, а также бло-
кировки, отключающие электрооборудование от источ-
ников питания или подающие сигнал опасности при сни-
жении избыточного давления ниже установленного
граничного значения. Эксплуатация такого электрообо-
рудования в части обеспечения его взрывозащищенно-
сти заключается в поддержании в исправном состоянии
системы вентиляции и ее агрегатов, а также указанных
выше блокировок. Однако применение рассмотренных
мер в ряде случаев не является достаточным для обес-
печения взрывозащищенности электрооборудования,
встраиваемого в технологические аппараты, и безопас-
ности эксплуатации аппаратов в целом. Поэтому иногда
приходится принимать дополнительные меры, зачастую
не предусмотренные действующими нормативными до-
кументами, и, по существу, относящиеся к специальным.
Например, взрывозащищенность некоторых электрона-'
гревательных технологических установок, предназначен-
ных для нагрева до высокой температуры горючих
газов, может обеспечиваться также за счет чистоты
подогреваемого горючего газа (отсутствия в нем окис-
лителей), подаваемого в корпус аппарата с электрона-
гревателями под избыточным давлением.
В общем случае технологический аппарат с электро-
нагревателями представляет собой стальной корпус,
внутри которого находятся электронагревательные эле-
менты. Корпус аппарата имеет защитную теплоизоля-
цию, поддерживающую температуру наиболее нагретых
частей корпуса при нормальной работе электронагрева-
телей не выше допустимой для данной группы взрыво-
опасной смеси. Корпус может быть теплоизолирован,
например, одним или несколькими слоями минераловат-
ных матов с последующей обмазкой их асбозуритовой
штукатуркой, которая оклеивается хлопчатобумажной
тканью, покрытой масляной краской в несколько слоев.
Наличие неизолированных участков нагретых частей
корпуса не допускается.
Лучшим вариантом теплоизоляции корпуса аппарата
с электронагревателями с точки зрения обеспечения
взрывобезопасности является тот, когда корпус поме-
щают в герметичный сварной стальной кожух, а про-
странство между корпусом и кожухом заполняют теп-
лоизолирующим материалом. В этом случае исключает-
ся возможность повреждения теплоизоляции, например,
из-за появления трещин, через которые взрывоопасная
смесь может соприкасаться с нагретым до опасной тем-
пературы корпусом.
Электронагревательные элементы также бывают
различной конструкции. Они могут представлять собой
трубчатые серийно выпускаемые нагревательные эле-
менты общего назначения — ТЭН, рассмотренные выше,
в 9.3, или выполняются в виде спирали (например, из
нихромовой проволоки), навитой на огнеупорные-изоля-
торы, которые могут быть помещены в защитные кожу-
хи и засыпаны, например, перлитом.
Температура нагрева газа, если это требуется по
условиям технологического режима, регулируется или
изменением напряжения на выводах электронагревате-
лей или их включением и отключением. Для этой цепи
используют датчики температуры, подключенные, на-
пример, к электронному потенциометру, контакты кото-
рого включаются в схему управления электродвигатель-
ным приводом регулирования напряжения автотранс-
форматора или в схему управления контактора, вклю-
чающего и отключающего электронагреватель.
Если нет необходимости в регулировании нагрева
продукта, электронагревательные элементы целесооб-
разнее рассчитывать и выбирать таким образом, чтобы
заданная температура внутри аппарата обеспечивалась
бы в длительном режиме его работы.
Контактные зажимы нагревательных элементов поме-
щаются во вводную коробку, предназначенную для вво-
да питающего кабеля или проводов. При этом должна
быть обеспечена герметичность вводной коробки по от-
ношению к рабочему пространству аппарата с электро-
нагревателями.
Конструкция вводной коробки и узел уплотнения ка-
беля или проводов выполняются в соответствии с тре-
252
бованиями нормативных документов (стандартов, техни-
ческих условий) в зависимости от принятого вида взры-
возащиты коробки (взрывонепроницаемая) кварцевое
заполнение, продувка под избыточным давлением и т. д.
Чаще всего для рассматриваемых аппаратов она бы-
вает продуваемой или с -кварцевым заполнением. Одна-
ко во всех случаях, независимо от вида взрывозащиты,
температура коробки не должна превышать допусти-
мую. С одной стороны, температура вводной коробки,
как и электрооборудования в целом, ограничивается
предельной температурой нагрева частей электрообору-
дования в соответствии с допустимыми для данной
группы веществ значениями, с другой стороны,— допу-
стимой температурой для применяемых кабелей или
проводов. Необходимо из этих температур принимать
более низкую.
В связи с тем что корпус аппарата, к которому кре-
пится вводная коробка, может иметь под слоем тепло-
изоляции высокую температуру, для обеспечения его
взрывозащищенности приходится коробку с помощью
патрубка удалять от корпуса на значительное расстоя-
ние, чтобы обеспечить допустимую для нее температуру
нагрева. Патрубок, соединяющий вводную коробку
с корпусом аппарата, также теплоизолируют. Чтобы
патрубки не были длинными и аппарат имел эстетичный
вид, иногда искусственно охлаждают вводные коробки
продувкой их воздухом или инертным газом, хотя это
и требует добавочного расхода воздуха или инертного
газа и установки дополнительных блокировок, о кото-
рых будет сказано ниже.
Другие конструктивные элементы аппаратов с элек-
тронагревателями (например, применение электроизоля-
ционных материалов, конструкция токоведущих и за-
земляющих зажимов), а также выбор электрической
и других видов защит с точки зрения обеспечения
взрывозащиты выполняются в соответствии с действую-
щими нормативными документами (ПУЭ, стандартов,
технических условий).
Принцип действия аппарата с электронагревателями
заключается в том, что подогреваемый газ через вход-
ной патрубок подается внутрь корпуса аппарата, обте-
кает электронагревательные элементы, охлаждая их, и
выходит в нагретом до требуемой температуры состоя-
нии через выходной патрубок.
Взрывозащищенность встроенного в такой аппарат
электрооборудования обеспечивается с учетом следую-
щего. При подогреве горючих газов (например, водоро-
да или водородометановой смеси) в аппарате с видом
взрывозащиты — продувка оболочки под избыточным
давлением должна применяться только разомкнутая си-
стема вентиляции — продувки аппарата с выбросом от-
работанного воздуха или инертного газа за пределы
взрывоопасной зоны помещения или наружной установ-
ки. При подогреве негорючих газов (например, азота
или воздуха) в подобном аппарате система вентиля-
ции— продувки может быть как разомкнутой, так и
замкнутой. При подогреве в аппарате негорючих газов
для продувки оболочки применяется обычно чистый воз-
дух или азот. При подогреве горючих газов для продув-
ки, как правило, применяется только азот, так как воз-
дух может образовать с нагретым горючим газом при
прорыве его в продуваемую оболочку взрывоопасную га-
зовоздушную смесь. Для продувки оболочки таких аппа-
ратов технический азот или воздух поступают обычно из
общецеховой магистрали. Для снижения давления при
необходимости применяют редукторы. Используемый
технический азот по содержанию кислорода должен
удовлетворять требованиям «Правил и норм техники
безопасности для проектирования и эксплуатации пожа-
ро- и взрывоопасных производств химической и нефте-
химической промышленности».
При продувке аппаратов с электронагревателями воз-
духом могут применяться также специально предназна-
ченные для этого отдельные вентиляционные агрегаты.
Забор воздуха в этом случае производится за пределами
взрывоопасных зон помещений и наружных установок.
При необходимости могут применяться воздухоохладите-
ли или воздухонагреватели.
В случае прекращения по каким-либо причинам по-
дачи азота или воздуха электронагреватели должны
автоматически отключаться от электрической сети. Одно-
временно автоматически должна включаться подача азо-
та или воздуха (если продувка производится воздухом)
из резервного источника (например, баллонов) до пол-
ного остывания аппарата. Перед включением аппарата
с электронагревателями в работу его корпус и вводная
коробка должны быть предварительно продуты азотом
или чистым воздухом в объеме не менее 5-кратной
254
емкости продуваемых оболочек п подводящих трубопро-
водов. В случае подогрева горючих газов в конце пред-
варительной продувки концентрация кислорода в азоте
на выходе из продуваемых оболочек должна быть, как
правило, не более 1,5—2,0%. При этом в обязательном
порядке в схеме управления электронагревателем долж-
на быть предусмотрена блокировка, не позволяющая
включить подачу в корпус аппарата подогреваемого
газа до тех пор, пока не будет осуществлена предвари-
тельная продувка. Блокировка осуществляется с по-
мощью расходомеров или реле времени и устанавливае-
мых на выходе из продуваемых оболочек газоанализато-
ров на кислород, (контакты которых включены в схему
блокировки.
По окончании предварительной продувки подача азо-
та или воздуха в корпус аппарата прекращается, одно-
временно включается подача в него подогреваемого газа.
Включение электрообогрева должно производиться толь-
ко после достижения расхода подогреваемого газа не
менее 80% от его номинального значения и при отсут-
ствии кислорода в подогреваемом горючем газе. Для
этого должна быть предусмотрена соответствующая бло-
кировка, осуществляемая обычно с помощью расходо-
мера (например, типа ДМПК-100) и газоанализатора на
кислород.
Чтобы обеспечить надежную работу электронагрева-
телей и взрывозащищенность аппарата, необходимо
обеспечить надлежащий контроль за режимом его ра-
боты и продувкой вводной коробки.
Электронагреватели должны иметь блокировку, при
которой при снижении расхода нагреваемого газа менее
80% от номинального значения электрообогрев должен
отключаться во избежание перегрева аппарата сверх
допустимой температуры. Кроме того, должен предусма-
триваться контроль температуры подогреваемого газа и
стенок аппарата в наиболее нагретых местах (напри-
мер, с помощью электронного потенциометра типа
ЭПР-109ИМЗ и милливольтметра типа МПЩПР-54М)
с блокировкой на отключение аппарата при превышении
температуры установленного предела.
Постоянство давления азота или воздуха, поступаю-
щего для продувки вводных коробок из общецеховой
магистрали, может обеспечиваться регулятором давле-
ния, например, типа «Старт» или ДМПК-4. Величина
избыточного давления контролируется датчиками давле-
ния, например, типа ДН-40, ДН-100 или электроконтакт-
ными манометрами, например, типа ВЭ-16РБ. С по-
мощью этих же приборов осуществляется блокировка,
отключающая электронагреватель при снижении давле-
ния во вводной коробке до опасной величины.
Если вводная коробка с целью обеспечения ее взры-
возащищенности охлаждается продуваемым через нее
азотом или воздухом, то подбирается такой их расход,
при котором температура в коробке не превышала бы
допустимую. В этом случае должен осуществляться кон-
троль температуры азота или воздуха на выходе из
вводной коробки, например, с помощью электронного
уравновешенного моста типа ЭМР-109ИМЗ с электриче-
ским двухпозиционным устройством, контакты которого
включаются в схему блокировки.
В аппарате с электронагревателями при нагреве го-
рючих газов при более высоком давлении, чем давление
азота (или воздуха) во вводной коробке, должен преду-
сматриваться контроль содержания горючего газа в азо-
те (или воздухе), выходящем из коробки, на случай
просачивания горючего газа в коробку через узел про-
хода токоведущих зажимов электронагревательных эле-
ментов. Содержание нагреваемого горючего газа в азо-
те не должно превышать 50% его нижнего концентра-
ционного предела воспламенения в смеси с воздухом.
Контроль должен осуществляться газоанализатором,
контакты вторичного прибора которого включаются
в цепь блокировки.
При этом схемой управления такого аппарата долж-
но предусматриваться автоматическое отключение элек-
тронагревателей с помощью блокировок тогда, когда
в сравнении с указанными в инструкции по эксплуата-
ции аппарата соответствующими предельными величина-
ми снизится давление азота или воздуха во вводной ко-
робке, упадет расход подогреваемого газа (обычно —
ниже 80% от нормального), повысятся температура на
корпусе электронагревателя, температура подогреваемо-
го газа, азота или воздуха во вводной коробке, а также
когда появится в азоте или воздухе, выходящем из
вводной коробки, горючий газ с содержанием, превы-
шающим 50% его нижнего концентрационного предела
воспламенения в смеси с воздухом, или когда появится
25G
в подогреваемом горючем газе кислород или другой
окислитель.
В схеме управления аппарата с электронагревателя-
ми должна быть предусмотрена также блокировка, до-
пускающая повторное его включение при аварийной
остановке только после повторной продувки корпуса и
вводной коробки азотом или воздухом.
Все приборы, используемые для контроля и блокиро-
вок и располагаемые непосредственно на аппарате или
во взрывоопасной зоне, должны иметь взрывозащиту,
соответствующую категории и группе взрывоопасной
смеси, которую может образовать с воздухом подогре-
ваемый в технологической установке горючий газ.
Невзрывозащищенные приборы, не имеющие собст-
венного источника тока, а также не обладающие индук-
тивностью или емкостью, могут устанавливаться во
взрывоопасных помещениях при условии, если они при-
соединены к искробезопасной цепи вторичного прибора.
Во всех остальных случаях невзрывозащищенные при-
боры сигнализации и контроля должны устанавливать-
ся за пределами взрывоопасных зон помещений или на-
ружных установок.
Безопасность эксплуатации аппаратов с электрона-
гревателями обеспечивается не только взрывозащищен-
ностью электрической части, но и за счет соответствую-
щей прочности корпуса и всех подводящих и отводящих
трубопроводов, их герметичности и плотности соедине-
ний, а также за счет ряда других мероприятий, которые
определяются особенностями каждого конкретного аппа-
рата и технологического процесса, условиями эксплуа-
таци и т. п.
Осмотр аппаратов, их планово-предупредительный
ремонт и профилактические проверки и испытания долж-
ны производиться обученным квалифицированным пер-
соналом в строгом соответствии с требованиями Правил
[79] и инструкций по эксплуатации. При этом особое
внимание должно обращаться на исправную и четкую
работу блокировочных устройств, которые должны под-
вергаться своевременной проверке и настройке. Особое
внимание должно уделяться проверке правильности ве-
дения технологического процесса, чистоте нагреваемого
горючего газа, чистоте азота или воздуха, предназначен-
ных для продувки аппаратов и их отдельных оболочек,
исправности электронагревательных элементов, тепло-
17-71 257
и электроизоляции электроконтактов, уплотнений, зазем-
ляющих устройств и т. п.
Категорически запрещается:
вносить без согласования с заводом-изготовителем
аппарата какие-либо изменения в схему блокировок;
эксплуатировать аппараты без надежной теплоизоля-
ции или при наличии каких-либо неисправностей аппа-
ратов и их блокировочных устройств и нарушении тех-
нологического режима;
вскрывать крышки вводных коробок без отключения
электронагревателя от сети и до полного его охлажде-
ния (время охлаждения указывается в предупредитель-
ной надписи);
обслуживать аппараты персоналу, не прошедшему
специального обучения и инструктажа.
Аналогичными по конструктивному выполнению
являются аппараты технологических установок для элек-
тронагрева различных горючих жидкостей.
Обеспечение в этих аппаратах взрывозащищенности
вводных устройств, предназначенных для ввода кабелей
или проводов, ничем не отличается от рассмотренных
выше. Взрывозащищенность электронагревательных эле-
ментов, расположенных в корпусе нагревателя, обеспечи-
вается несколько иным способом, хотя в принципе и
здесь заложен тот же метод—применение блокировок,
исключающих соприкосновение взрывоопасных газо- или
паровоздушных смесей с нагретыми до высокой темпе-
ратуры электронагревательными элементами.
Взрывозащищенность электронагревательных эле-
ментов обеспечивается тем, что они погружены в нагре-
ваемую жидкость. В связи с этим, схема управления
аппаратом, наряду с контролем технологических пара-
метров, нагрева, продуваемости вводной коробки и т. п.,
должна предусматривать непрерывный контроль допу-
стимого нижнего и верхнего (при необходимости) уров-
ня нагреваемой жидкости.
Нижний уровень нагреваемой жидкости должен быть
выше на 250 мм верха электронагревательных элемен-
тов. При понижении уровня жидкости до предельной
отметки должен подаваться звуковой и световой сигна-
лы, а при снижении, большем чем на 50 мм, электрона-
гревательные элементы должны автоматически отклю-
чаться.
Предусматривается также блокировка, отключающай
электронагревательные элементы при повышении давле-
ния в аппарате выше допустимого.
В остальном обеспечение безопасной работы такого
вида аппаратов аналогично рассмотренным выше меро-
приятиям для аппаратов, предназначенных для нагрева
газов.
К отдельной группе технологического оборудования
относятся аппараты, у которых подогреваемые горючие
вещества изолированы от электрооборудования прочны-
ми герметичными оболочками, и они нагреваются до
температуры, не превышающей допустимую для данной
группы веществ, или у которых электрооборудование
представляет собой самостоятельные изделия и вынесе-
но за пределы зоны непосредственного влияния на него
подогреваемых веществ. Это различного рода низкотем-
пературные реакторы, специальные электронагреватели,
калориферы и т. :п. оборудование. Электрооборудование
в этом случае выполняется в полном соответствии с дей-
ствующими нормативными документами (стандартами,
техническими условиями) на отдельные виды взрывоза-
щиты, и его эксплуатация ничем не отличается от экс-
плуатации взрывозащнщенного электрооборудования.
9.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
КОТОРЫХ РАБОТАЕТ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
ИЛИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ
Особую группу представляют технологические аппа-
раты со встроенным электрооборудованием, в которых
происходят процессы, в том числе с горючими вещества-
ми, при высоких давлениях и температурах. Обеспечение
взрывобезопасного применения электрического оборудо-
вания в таких аппаратах представляет исключительно
сложную техническую задачу, решение которой осложня-
ется из-за отсутствия нормативных требований, разнооб-
разия аппаратов и процессов. Как известно, в ПИВРЭ
[76] приводились требования к изготовлению взрывоза-
щищенного электрооборудования, работающего при нор-
мальных атмосферных условиях. Классификация по
группам и категориям взрывоопасных смесей паров и
газов с воздухом проведена также исходя из условия,
что эти смеси находятся при нормальных атмосферном
давлении и температуре. Условия поджигания и горения
17* 259
взрывоопасных смесей, находящихся при высоких дав-
лениях и температурах и распространения в них пламе-
ни еще недостаточно изучены, хотя практика диктует
необходимость обеспечения взрывобезопасности приме-
нения электрооборудования при этих условиях. Иссле-
дованиями установлено, что параметры взрывозащиты
взрывонепроницаемой оболочки изменяются при поджи-
гании предварительно сжатой взрывоопасной смеси по
сравнению с параметрами взрывозащиты, когда смесь
воспламеняется при нормальных атмосферных условиях:
допускаемая ширина взрывонепроницаемых зазоров
в этом случае уменьшается, давление взрыва — увеличи-
вается. Так, если смесь водорода с воздухом предвари-
тельно была сжата до 0,05 МПа изб., то давление взры-
ва увеличивается примерно в 1,5—1,7 раза по сравнению
с давлением взрыва такой же смеси, подожженной при
нормальном атмосферном давлении.
Поэтому важными условиями взрывобезопасного
применения электрооборудования, работающего в среде
с повышенным давлением горючих паров или газов,
являются следующие:
обеспечение чистоты паров или газов;
отсутствие окислителей в заключенном объеме во
избежание образования взрывоопасных смесей.
Применение специальных мер в случаях, когда пары
или газы способны разлагаться под воздействием давле-
ния и электрической дуги, создавая взрывоопасную
смесь.
Безопасность эксплуатации электрооборудования,
встроенного в технологические аппараты, обусловлива-
ется правильным ведением технологического процесса,
прочностью корпуса установки, схемами блокировки, за-
щитой и сигнализацией, надежной работой в указанных
условиях приборов, средств электрической защиты и др.
В настоящее время уже разработаны и эксплуатиру-
ются различные аппараты для подогрева водорода, водо-
родометановой смеси, различных горючих газов и жид-
костей. Обычно это массивные сосуды из качественных
сталей. В металлический цилиндр, имеющий гофриро-
ванную поверхность, монтируется электронагреватель из
нескольких секций. Каждая секция может состоять из
нескольких параллельно соединенных элементов (напри-
мер, из трех при использовании трехфазного тока).
Электронагреватели устанавливаются в разборном гер-
260
метичном металлическом кожухе, заполненном теплоизо-
ляционным материалом. Газ (например, водород) проду-
вается через трубы, при этом его температура поднима-
ется до 400—500°С, одновременно через кожух продува-
ется азот при давлении, как правило, превышающем
атмосферное давление больше чем на 0,05 МПа. Темпе-
ратура поверхности кожуха, доступного для обслужи-
вающего персонала, обычно не превышает 50—60°С. Вы-
воды электроподорревателя выводятся в специальную
вводную коробку. Они могут быть выполнены посредст-
вом самоуплотняющихся конусов, вставленных в гнезда
на слюде; слой изоляции охватывает конус дважды и
сходится встык. Выступающий из гнезда конец конуса
обертывается асбестовой нитью для предохранения слю-
ды от растрескивания. Самоуплотняющийся конус кре-
пится во фланце с помощью гаек через пакет слюдяных
шайб, обеспечивающих достаточное расстояние утечки и
электрические зазоры. Внутренняя поверхность вводной
коробки окрашивается электроизоляционной эмалью.
Доступ в такую коробку осуществляется посредством
торцевого ключа при снятом напряжении.
Известны технологические аппараты, в которых для
ускорения химического процесса используются трехфаз-
ные секционные электроподогреватели, установленные
снаружи их корпуса. Электронагреватели располагаются
по всей высоте корпуса и закрыты съемным герметич-
ным кожухом. Электрическая схема соединения секций
позволяет отключать их раздельно или все одновременно
по достижении заданной температуры. Выводы секций
присоединяются к контактным зажимам вводной короб-
ки. В связи с тем что изоляция кабелей или проводов,
вводимых в вводную коробку, не допускает высокой
температуры, вводная коробка располагается на некото-
ром расстоянии от нагревателя. Проводники от нагрева-
теля к вводной коробке прокладываются в трубе, кото-
рая в необходимых случаях охлаждается водой или дру-
гой жидкостью, иногда воздухом, азотом. Такое устрой-
ство— термобарьер — является необходимым в аппара-
тах с электронагревом, где процессы протекают при вы-
соких температурах. Свободное пространство между
корпусом аппарата и кожухом заполняется термоизоля-
цией. Между первым слоем термоизоляции и кожухом
оставляются зазоры для свободного прохода азота, про-
дуваемого под избыточным давлением.
Теплоизоляция, как средство взрывозащиты, особое
значение имеет в установках, где температура внутри
аппарата должна быть 800°С и выше.
При монтаже аппаратов плотность сварных швов
обычно проверяется промазкой их керосином и пневма-
тическим давлением. Течи и «слезинки» в сварных швах
не допускаются. Если за определенное время нет спа-
да давления, то аппарат и его коммуникации считаются
герметичными. Для обеспечения надежной герметич-
ности при эксплуатации между разъемными узлами и
деталями ставятся латунные прокладки.
Взрывобезопасность применения электрооборудова-
ния достигается также тем, что схема КИП и блокиров-
ки предусматривают невозможность включения электро-
обогрева без предварительной пятикратной продувки
кожуха и вводной коробки азотом. Предусматривается
отключение электрообогрева при падении давления
в кожухе, как правило, ниже 0,05 МПа изб. Расход
азота измеряется расходомером. Аппарат надежно
заземляется, электрическая схема предусматривает за-
щиту от короткого замыкания и перегрузки. Аппараты
управления устанавливаются вне взрывоопасной зоны
в помещении, куда вынесены также все контрольно-из-
мерительные приборы, необходимые для контроля тех-
нологического процесса.
В аппаратах, работающих во взрывоопасных зонах
при высоких давлениях и температурах, обязательно
устройство разгрузочных или предохранительных кла-
панов.
Конструктивные особенности рассматриваемых аппа-
ратов должны дополняться выполнением ряда приведен-
ных ниже требований.
Герметичность конструкции, которая предполагает
полную герметизацию аппарата. Поэтому после монта-
жа, при пусковых испытаниях, во время эксплуатации,
при профилактических испытаниях проводится проверка
герметичности аппарата и всех соединений трубопрово-
дов. Проверка герметичности осуществляется опрессов-
кой повышенным давлением азота. Аппарат и подводя-
щие коммуникации с арматурой ставятся под давление
на определенное время. Падение давления за час не
должно превышать, как правило, 0,1% от первоначаль-
но поданного давления.
Отсутствие окислителя, которое должно обеспечи-
ваться продувкой аппарата вместе с трубопроводами
инертным газом (повторяемой несколько раз), перед
каждым включением электрооборудования. Продувка
ведется до тех пор, пока в системе останется, как пра-
вило, не более 0,5% кислорода (его содержание опреде-
ляется газоанализатором). В условиях эксплуатации не-
обходимо следить, чтобы продувка системы инертным
газом осуществлялась при заданных давлении и расходе
газа и длительности продувки, которые определены
опытным путем при пусковых испытаниях аппарата. Та-
кая продувка осуществляется перед каждым пуском
аппарата. Длительность продувки контролируется реле
времени. Это реле осуществляет блокировку, разрешаю-
щую включение электрооборудования только после соот-
ветствующей выдержки времени.
После окончания рабочего цикла для очистки рабо-
чей полости аппарата от полученных продуктов также
применяется продувка азотом.
Для правильного ведения технологического процесса
и для обеспечения взрывобезопасности аппарата необ-
ходимо следить за температурой внутри его рабочей по-
лости. Для этой цели внутри аппарата в нескольких ме-
стах устанавливаются термопары, подсоединяемые на
искробезопасный вход потенциометра. Последний сбло-
кирован с пусковой аппаратурой установки.
Температура наиболее нагретых частей аппарата,
с которыми может прийти в соприкосновение окружаю-
щая его взрывоопасная смесь, должна быть ниже 0,8
температуры самовоспламенения этой смеси, т. е. долж-
на быть в пределах допускаемых температур для данной
группы взрывоопасных смесей. К тому же температура
доступных для персонала наружных частей аппарата
должна быть в пределах температур, допускаемых сани-
тарными нормами, действующими в данной отрасли про-
мышленности. Для этой цели все аппараты, работающие
с нагревательными устройствами, имеют теплоизоляцию.
Наружная поверхность аппарата обычно изолируется
минераловатными матами в 2—3 слоя, с последующей
обмазкой асбозуритовой штукатуркой, оклейкой хлопча-
тобумажной тканью и окраской в несколько слоев мас-
ляной краской. Такая теплоизоляция не очень надежна,
особенно для наружных установок, подвергаемых дей-
ствию ветра, дождя, солнечной радиации, так как в теп-
лоизоляции могут образоваться трещины и тогда взры-
воопасная смесь соприкоснется с нагретой поверхностью
аппарата. Для более надежной работы теплоизоляции
рекомендуется защищать ее металлической оболочкой
(кожухом). Свободная полость кожуха засыпается круп-
ной диатомовой крошкой. Такие конструкции требуют
меньшего ухода за теплоизоляцией.
Изоляция наружных частей аппарата. Одним из спо-
собов, исключающих возможность поджигания окружаю-
щей аппарат взрывоопасной смеси нагретыми наружны-
ми частями, является создание вокруг него оболочки,
которая продувается азотом под избыточным давлени-
ем, либо наполняется охлаждаемой жидкостью. В этих
случаях при эксплуатации требуются дополнительные
блокировки. В частности, должна быть блокировка, от-
ключающая напряжение при прекращении подачи азота
в полость между оболочками и одновременно включаю-
щая подачу азота в эту полость от резервного источни-
ка на время, достаточное для охлаждения аппарата до
допустимой температуры.
Важным средством обеспечения взрывобезопасной
эксплуатации электрооборудования, работающего в тех-
нологических аппаратах с высокими давлениями и тем-
пературами горючих газов или паров, является надеж-
ная работа средств электрической защиты, отключаю-
щей электрооборудование при коротком или витковом
замыкании в нем. Это очень важно в аппаратах, преоб-
разующих электрическую энергию в тепловую с по-
мощью ТЭН или других электронагревателей, так как
перегорание их может быть следствием работы на более
высоком напряжении, некачественного изготовления, ра-
боты в химически агрессивной среде и др. Электрона-
греватели присоединяются к вводным коробкам, которые
выполняются во взрывозащищенных оболочках, особен-
ности взрывозащиты которых рассмотрены выше.
9.6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
КОТОРЫХ НАХОДИТСЯ В СРЕДЕ ЖИДКОГО ГОРЮЧЕГО
ВЕЩЕСТВА
К таким установкам в основном относятся установки
с герметичными экранированными асинхронными элек-
тродвигателями, работающими в комплекте с бессальни-
ковыми центробежными насосами и мешалками.
264
В конструктивном отношении такие электродвигатели
представляют собой погруженный в масло статор, изоли-
рованный от ротора экранирующей гильзой из прочного
немагнитного материала. Ротор электродвигателя корот-
козамкнутый, в свою очередь также закрыт экранирую-
щей гильзой, защищающей его от коррозий. Взрывоза-
ЩиЩенность электродвигателя обеспечивается его герме-
тичной оболочкой, заполненной сухим трансформатор-
ным маслом, которое одновременно служит и для
Охлаждения электродвигателя. В случае необходимости
к оболочке (кожуху) приваривается рубашка, а на под-
шипники устанавливаются кольцевые камеры, полости
которых сообщены между собой. В рубашке и камерах
циркулирует вода для более интенсивного охлаждения
электродвига теля.
Имеются конструкции герметичных электродвигате-
лей с принудительной циркуляцией трансформаторного
масла для одновременного охлаждения электродвигате-
ля, обеспечения его взрывозащищенности и смазки под-
шипников. Подвод масла у таких электродвигателей
осуществляется в нижний подшипниковый щит. Затем
под давлением масло подается вовнутрь оболочки элек-
тродвигателя, охлаждает обмотку статора, проходит по
пазам, выполненным специально в сердечнике статора,
и через верхний подшипниковый щит уходит по патруб-
ку в холодильник.
Вводные коробки таких электродвигателей соединяют
с герметичной оболочкой статора и также полностью
заливают сухим трансформаторным маслом, после при-
соединения кабеля или проводов. Контроль за уровнем
масла проводится визуально, для чего в корпусе элек-
тродвигателя имеются специальные маслоуказательные
окна.
Герметизация разъемных соединений производится
с помощью маслостойких прокладок из эластичного ма-
териала.
В процессе эксплуатации осуществляется автомати-
ческий контроль температуры масла. Электродвигатель
отключается при превышении температуры масла свыше
80°С. Для контроля используются термопары или термо-
метры сопротивления, для установки которых в полость
статора герметично вварены гильзы.
Герметичные электродвигатели снабжены блокиров-
кой и защитой от электрических повреждений, автома-
тически Отключающей электродвигатель fi случаях;
прекращения подачи охлаждающей жидкости (масла
или воды);
недопустимых перегрузок;
короткого замыкания в электропроводке к электро-
двигателю или в нем.
Датчики контрольно-измерительной аппаратуры с со-
ответствующим видом взрывозащиты устанавливаются
во взрывоопасной зоне, в предусмотренном проектом
месте. Нёвзрывозащищенная контрольно-измеритель-
ная аппаратура устанавливается вне взрывоопасной
зоны.
Герметичная оболочка электродвигателя испытыва-
ется полуторакратным рабочим давлением, причем ка-
кие-либо утечки не допускаются. Во время эксплуатации
герметичность оболочки, как правило, контролируется.
Для этого в оболочке имеется специальный отвод, защи-
щенный огнепреградителем, к которому присоединяется
электроконтактный манометр, сигнализирующий о повы-
шении давления в полости статора при ее разгерметиза-
ции. Если в полость статора попадает жидкость под
большим давлением, электродвигатель отключается от
сети.
Во рремя работы центробежного насоса поток пере-
качиваемой жидкости раздваивается. Часть потока по-
ступает в полость, образуемую гильзами между ротором
и статором, омывает подшипники, создает в них гидро-
статический подпор, и через обводные каналы уходит
в полость насоса, откуда идет в трубопровод. Вторая
часть потока идет в трубопровод. Перекачиваемая жид-
кость служит для смазки и охлаждения обоих подшип-
ников и отводит значительную часть тепла от электро-
двигателя.
Для обеспечения взрывозащищенности полости рото-
ра должно исключаться попадание воздуха в эту по-
лость. Это обеспечивается избыточным давлением жид-
кости на всасывающем патрубке. Во избежание скопле-
ния взрывоопасной смеси в свободных полостях электро-
двигателя, они во время работы должны быть постоянно
заполнены жидкостью, и их заполнение должно контро-
лироваться. Для этого на трубопроводе устанавливают
электроконтактный манометр. Манометр должен быть
сблокирован с пусковой аппаратурой, отключающей
электродвигатель при понижении давления в электрона-
266
сосе ниже наименьшего рабочего давления на всасе, на-
пример, до 0,05 МПа изб.
Электродвигатель отключается от сети при повыше-
нии температуры перекачиваемой жидкости (что косвен-
но свидетельствует о повышении температуры самого
двигателя). Эта температура контролируется с помощью
термопары или термосопротивления, которые устанавли-
ваются па напорном трубопроводе в специальном кар-
мане.
Погружные герметичные электродвигатели могут
иметь выносную вводную коробку, соединенную трубой
с оболочками электродвигателей. Как правило, такая
труба в целях исключения свободного объема заливает-
ся эпоксидным компаундом или засыпается гидрофоби-
зированным кварцевым песком, который обязательно
уплотняется с помощью принудительной вибрации.
Вводная коробка может быть расположена и непо-
средственно на оболочке электродвигателя. При этом
вывод кабеля производится в трубе, через слой жид-
кости. В некоторых конструкциях применяются экрани-
рованные кабели для беструбной проводки, специально
предназначенные для работы в той жидкости, в которую
они погружаются.
Вводная коробка и огнепреградители обыкновенно
имеют виды взрывозащиты, установленные правилами
для соответствующих взрывоопасных сред. Взрывозащи-
та вводных устройств силового электрооборудования,
которое погружается в горючую жидкость или нахо-
дится во взрывоопасной газо-паровоздушной среде, вы-
полняется с учетом возможности дуговых коротких за-
мыканий.
Агрегаты, предназначенные для эксплуатации во
взрывоопасных зонах, в которых возможно образование
взрывоопасных сред категории ПС, имеют в основном
вводную коробку (вводное устройство) со специальным
видом взрывозащиты. Специальный вид взрывозащиты
достигается путем заливки свободной полости эпоксид-
ным компаундом или засыпкой гидрофобизированным
кварцевым песком.
Взрывозащищенность оболочки электродвигателя
достигается герметизацией ее и установкой огнепрегра-
дителя. Огнепреградитель имеет пламегасящую пласти-
ну диаметром 25 или 50 мм из пористого прессованного
металла. Параметры такой пластины приведены
в табл. 9.1, непараллельность плоскости пластины не
более 0,1 мм, разрушающее давление не менее 0,63 МПа.
Таблица 9.1
Параметр Значение параметра при фракции порошка
0,6 мм 0,4 мм
Расход по воздуху при Р = 6 кПа 5С—55 18—40
(600 мм вод. ст.) изб., л/мин
Размер максимальных пор, мкм 120—140 80—90
Толщина пзастины, мм 15 10
В ряде случаев герметичная оболочка статора засы-
пается кварцевым песком или заливается эпоксидным
компаундом.
Для обеспечения взрывозащищенности при эксплуа-
тации погруженные насосы с экранированным электро-
двигателем должны всегда находиться под слоем жид-
кости. Это условие также необходимо выполнять для на-
сосов-подогревателей, которые предназначены для пере-
качивания вязких жидкостей при одновременном их ра-
зогреве.
Герметичные экранированные электродвигатели
с масляным заполнением оболочки не погружаются
в жидкость. Они предназначаются для привода различ-
ных, перемешивающих устройств, погружаемых в горю-
чие жидкости различной вязкости, над поверхностью ко-
торой могут образовываться взрывоопасные смеси.
Во время эксплуатации герметичных экранированных
электродвигателей необходимо тщательно следить за по-
казаниями контрольно-измерительных приборов (так как
зачастую доступ к таким двигателям исключен) и заме-
рять сопротивления изоляции обмотки статора и зазем-
ляющих устройств в сроки, указанные в инструкции
предприятия-изготовителя. Периодически проверять ра-
ботоспособность и проводить наладку всех блокировок и
защитных устройств, обеспечивающих взрывозащищен-
ность электродвигателя.
В электродвигателях с масляным заполнением обо-
лочки необходимо следить за уровнем масла, его прину-
дительной циркуляцией (там, где она предусмотрена
конструкцией), за отсутствием течи масла из оболочек
268
и соединительной арматуры маслопроводов, исправной
работой охладительных устройств. Своевременно произ-
водить смену износившихся прокладок и других дета-
лей, а также трансформаторного масла.
Эксплуатация герметичных электродвигателей во
взрывоопасных зонах не допускается, если есть нару-
шение герметичности оболочки, не полное заполнение
жидкостью полости ротора, появление течи трансформа-
торного масла из оболочки или охлаждающей среды
рубашки или кольцевых камер подшипников, наличие
вмятин на герметичной оболочке, рубашке или на экра-
нирующей гильзе; задевание ротора при вращении за
экранирующую гильзу, снижение сопротивления обмотки
статора ниже нормированного значения, перегрев дви-
гателя во время работы, систематическое отключение
двигателя блокировками или защитой от перегрузок, не
проворачивание ротора вручную (при отсоединении при-
вода от исполнительного механизма), нарушение взры-
возащищенности вводного устройства.
Глава десятая
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАРУБЕЖНОГО ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
10.1. НОРМЫ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ
а) Общие сведения. В СССР зарубежное взрывозащищенное
электрооборудование поступает, как правило, комплектно с техноло-
гическими установками или с целыми производствами. Понятна
сложность эксплуатации такого электрооборудования, тем более, что
в ряде случаев на одной и той же технологической установке мо-
жет находиться электрооборудование, изготовленное в разных стра-
нах, по разным стандартам.
В настоящее время все страны, поставляющие взрывозащищен-
ное электрооборудование, имеют национальные стандарты (прави-
ла) на проектирование и испытание такого оборудования. В подав-
ляющем большинстве стран как социалистических, так и капитали-
стических, на каждый вид взрывозащиты имеется отдельный стан-
дарт, содержание и характер построения которого не отличается от
соответствующего стандарта СССР. Выше в § 5.3 были рассмотрены
особенности маркировки зарубежного взрывозащищенного электро-
оборудования. Из табл. 5.5 можно получить представление о том,
какие виды взрывозащиты нашли распространение в той или иной
стране, т. е. какое электрооборудование в принципе может быть
спроектировано и поставлено в СССР.
Огромное количество электрооборудования и различия в требо-
ваниях в национальных стандартах к разным видам взрывозащитьг
вызвало необходимость разработать единые международные реко-
мендации н требования к взрывозащите электрооборудования. Сей-
час проводится значительная работа по приведению национальных
стандартов в соответствие с международными рекомендациями и
прежде всего с Рекомендациями Международной электротехнической
комиссии (МЭК), объединяющей практически все страны, изготав-
ливающие или потребляющие взрывозащищенное электрооборудова-
ние. В рамках МЭК разработаны рекомендации ко всем основным
видам взрывозащиты электрооборудования, как это видно из
табл. 10.1. Основным документом МЭК является Публикация МЭК,
Таблица 10.1
Вид взрывозащиты эле к Tpoo6opv до ва ния. Условное обозначение Рекомендации МЭК* Рекомендации СЭВ** ' Европейские нормы***
Взрывонепроницаемая оболочка „d“ Публикация 79-1, 1962 г. РС 781-71 EN50018
Заполнение или про- дувка оболочки под избыточным давле- нием защитного га- за „р“ Публикация 79-2, 1962 г. PC 781-71 EN50016
Кварцевое заполнение оболочки ,q“ Публикация 75-5, 1967 г. PC 782-66 В стадии разработки
Масляное заполнение оболочки „0“ Публикация 79-6, 1968 г. PC 781-71 EN50015
Защита вида „е“ Публикация 79-7, 1969 г. PC 781-71 EN50019
Искробезопасная элек- трическая цепь „i“ Публикации 79-3, 1963 г. 79-11, 1976 г. PC 4986-75 EN50020
* Издаются на английском и французском языках.
** Издаются на русском и немецком.
••• Издаются на английском, французском и немецком языках.
подготавливаемая техническим Комитетом ТК31. Этой Публикацией
рекомендуется пользоваться при проектировании и изготовлении
взрывозащищенного электрооборудования, поставляемого на экспорт.
Ряд зарубежных стран, наряду с СССР, уже внесли в свои нацио-
нальные стандарты указания и рекомендации МЭК. Конечно, это
процесс длительный, и не все страны согласны с тем или иным
предложением МЭК. Кроме того, появляются новые результаты
исследований, которые требуют уточнения указаний МЭК-
Значительно проще обстоят дела в разработке Рекомендаций
СЭВ по проектированию и изготовлению взрывозащищенпого элек-
трооборудования. В табл. 10.1 приведен перечень Рекомендаций
СЭВ по отдельным видам взрывозащиты. Благодаря деятельности
Интерэлектро в области взрывозащищенного электрооборудования,
указанные Рекомендации СЭВ заменяются разработанными стан-
дартами СЭВ, которые, наряду с национальными будут обязательны
для стран — членов СЭВ. Таким образом, значительно упрощается
370
задача проектирования изготовления и взаимных поставок взрыво-
защищенного электрооборудования. В принципе взрывозащита во
всех странах должна быть одинаковой. На это направлены усилия
ученых всех стран при разработке международных документов.
Страны, объединенные в CENELEC, о котором коротко уже
упоминалось в § 5.3, также разработали международные нормы, так
называемая «Европейские нормы к взрывозащите электрооборудова-
ния», в которых сделана попытка обобщить требования националь-
ных стандартов, а также максимально приблизить требования Евро-
пейских норм к рекомендациям МЭК. При этом, естественно, про-
исходит процесс уточнения и самих Рекомендаций МЭК. В табл. 10.1
приведен перечень Европейских норм, введенных в действие с 1976 г.
Следует отметить, что по положению Европейские нормы являются
обязательными для включения в национальные стандарты, стран
членов CENELEC.
Несмотря на наличие Рекомендаций МЭК, СЭВ, CENELEC
большое количество зарубежного взрывозащищенного электрообору-
дования изготавливается по национальным стандартам, которые еще
далеко не скорректированы в соответствии с международными стан-
дартами. Кроме того, в эксплуатации находится значительный парк
зарубежного электрооборудования, поставленного в прежние годы,
которое надлежит ремонтировать, заменять и т. д. Ниже рассмот-
рены некоторые особенности наиболее характерных зарубежных
стандартов по отдельным видам взрывозащиты.
Общие для всех зарубежных стандартов для всех видов взры-
возащиты, кроме искробезопасных электрических целей является
отсутствие деления на уровни взрывозащиты. Там, где это необхо-
димо, оговаривается, какие особенности эксплуатации (например,
конструктивные особенности вводных устройств) необходимо учи-
тывать проектировщику взрывозащищенного электрооборудования
в зависимости от назначения электрооборудования и условий его
работы.
б) Взрывонепроницаемая оболочка. Параметры этого вида взры-
возащиты в зарубежных стандартах полностью совпадают с анало-
гичными параметрами, принятых в Международных рекомендациях и
в СССР (см. гл. 4). Виды взрывонепроницаемых соединений, ма-
териал оболочек, разделение оболочек по величине свободного объ-
ема совпадают практически с разделением, приведенным в табл. 4.10,
4.11. Однако разделение оболочек по длинам зазоров (щелей) для
неподвижных, подвижных и резьбовых соединений несколько разли-
чается в различных стандартах. В большинстве стандартов отсутст-
вуют взрывозащитные параметры для огнепреградителей, их опреде-
ление предусмотрено экспериментальным путем для каждой кон-
кретной конструкции электрооборудования.
Некоторые стандарты, например стандарт США NEC, не содер-
жат четкого деления параметров взрывозащиты в зависимости от
категории взрывоопасной смеси. Стандарт Франции NFC 20-081
(1959) разделяет электрооборудование во взрывонепроницаемой
оболочке на два класса: А — это электрооборудование, нормально
заполненное воздухом, и В — электрооборудование, содержащее вну-
три минеральное масло или другие изоляционные жидкости, пары
которых склонны к воспламенению. Поскольку взрывоопасные свой-
ства этих паров зачастую неизвестны, электрооборудование клас-
са В может разрабатываться только для определенных веществ. Это
оговаривается поставщиками в инструкциях по эксплуатации такого
Таблица 10,2
Стран». Номер стандарта. Международная рекомендация Ширина зазора, мм. при категории взрывоопасной смеси
1 ПА 110 ПС’
Публикации МЭК 79-1 — 0}3-0(2 0;2—0,15 Не Норми- руется
0,5—0,2 0,4—0,15
PC СЭВ 781-71 0,5 0,5 0,3 ОД 0,15 0,3 0,1 0,15
ВНР MSZ 4814/1-65, MSZ 4814/2-65 0,3—0,4 0,45—0,6 0,3—0,4 0,15—0,2 0,3—0,4 0,1 0,15
0,45—0,6
ПНР PN—63/Е-08102 0,5 0,5 0,3 0,4 0,15 0,3 0,1 0,15
ЧССР CSN 341480 — 0,3—0,4 0,2—0,25 0,3—0,4 0,1 0,15
0,4—0,6
ГДР TGL19491 0^5 0,5 0,3—0,4 0,4—0,5 0,15—0,2 0,3—0,4 0,1 0,15
ФРГ (а также Австрия, СФРЮ) VDE—0171/2.65 — 0,3—0,4 0,1—0,2 0,3—0,4 0,1 0,15
0,45—0,6
Франция NFC 20-081 (1959) 0,3—0,5 0,5—0,65 0,2—0,4 0,1—0,25 Не норми- руется
0,45—0,75 0,3—0,5
Италия CFI о о- CEI 23—4 (1956) ЭлекТрооборудова- ние для этих смесей не разрабатывается 0,15—0,2 Не норми- руется
0,25
Англия BS 229 (1957) 0,5 0,5 0,4 0?4 0,2 °-4 Не норми- руется
Япония Jis с 0903 (1962) — 0,2—0,4 0,3—0,6 0,1—0,25 0,1 0,15
0,3—0,4
США NEC “ 1 — 0,051 0,114 Не норми- руется
* Для свободного объема обэчсчки не бонее 2 см3.
оборудования. Оно не может быть сконструировано даже для кате*
горни ПВ, Согласно норм Италии CEI 23-4 (1956 г.), свободный
объем оболочек делится так; до 2000 см3 и свыше 2000 см3. Со-
гласно стандарту Англии BS 229 (1957), электрооборудование, как
и во Франции, разделено на два класса А и В. Причем нормируют-
ся параметры только для трех категорий взрывоопасных смесей;
В табл. 10.2 приведены для сравнения значения максимальной ши-
рины щели, обобщенные для различных длин щели, объемов оболоч-
ки и материала оболочки. Над чертой (в числителе) указана макси-
мальная ширина щели для неподвижных и подвижных (валик
управления — втулка) соединений, а под чертой (в знаменателе) —
для подшипников качения электрических машин. Анализ приведен-
ных величии (в числителе и знаменателе) показывает, что они по
значению достаточно близки друг к другу и всегда могут быть сни-
велированы. Заметим, что ряд стандартов не содержит норм для
категории НС, а те, что имеются, относятся к оболочкам объемом
ие более 2 см3. Взрывозащищенное электрооборудование для кате-
гории ПС в ряде стран вообще ие изготавливается, а в остальных
странах каждое изделие исследуется индивидуально. На это необ-
ходимо обращать особое внимание при применении (закупка, мон-
таж и эксплуатация). Конструкции зарубежных взрывонепроиицае-
мых оболочек мало отличаются от отечественных.
Особое внимание должно обращаться на конструкцию вводных
устройств взрывонепроницаемых оболочек, а также на наличие
уплотнительных прокладок на взрывозащитных стыках. Так, напри-
мер, согласно стандарту ПНР PN—58/Е-О44О7 для категории I, IIA
и ПВ допускается прямой ввод кабелей в оболочку, при этом на-
кладывается определенное ограничение к месту установки электро-
оборудования (через токоведущие части не должен проходить боль-
шой ток КЗ), согласно стандартам ЧССР, ФРГ, Бельгии, Ита-
лии и ряда других стран, допускается выполнение вводного устрой-
ства с видом взрывозащиты типа «е». По нормам Японии Jisc 0903
уплотнительная прокладка между корпусом и крышкой взрывоне-
проиицаемой вводной коробки рассматривается как дополнительное
средство взрывозащиты. При этом прокладка должна изготавли-
ваться из негорючих материалов и быть устойчива в условиях экс-
плуатации. Итак, есть ряд различий и особенностей, которые сле-
дует учитывать при использовании такого электрооборудования
в соответствии с требованиями ПУЭ.
в) Искробезопасная электрическая цепь. Электрооборудование
с искробезопасной электрической цепью изготавливается странами —
членами СЭВ, в соответствии с рекомендацией СЭВ PC 4986—75,
основные положения которой нашли отражение в национальных
стандартах. В остальных странах больше всего такое электрообору-
дование проектируется в ФРГ (по стандарту VDE 0171/26.65),
Англии (по стандарту BS125a (1958), а с 1972 г. — по стандарту
SFA3012 (1972), Франции (по стандарту NIN № 1.130В).
В последнее время вышла Публикация МЭК 79—11, 1976 г., ка-
сающаяся технических требований и методов испытаний искробезо-
пасных электрических цепей, а также Европейская норма
(CENELEC) EN50020, также относящаяся к искробезопасным цепям.
Международные рекомендации (МЭК, СЭВ и EN) в значитель-
ной мере коррелируются между собой и содержат практически оди-
наковые конструктивные требования как по всему электрооборудо-
ванию, так и к отдельным его частям. Они устанавливают одну и
1'У Жё методику проведения испытаний, Предписывают использовать
при испытаниях одинаковые искрообразующие механизмы. Самое
главное — применять одинаковый коэффициент искробезопасности
£i=l,5. Однако в вопросах создания (имитирования) при испыта-
ниях аварийных режимов, задаваемого при этом количества по-
вреждений элементов и узлов электрооборудования, нет еще одина-
кового подхода. Это приводит к тому, что искробезопасная электри-
ческая цепь, испытанная в одной стране и с созданием одних ава-
рийных режимов, может не выдержать испытаний при контрольной
проверке в отечественной испытательной организации, что часто и
наблюдается на практике.
Определенное время электрооборудование с искробезопасной
электрической цепью еще будет изготавливаться по национальным
стандартам, которые еще в большей степени отличаются от между-
народных рекомендаций и от требований ПИВРЭ. Так согласно
стандарту США NFPA 493-Т, повреждения разделены на очевидные
и неочевидные. Прн этом к очевидным отнесены повреждения, на
возникновение которых указывает слуховой или визуальный сигнал,
или неправильная работа прибора. К неочевидным относятся по-
вреждения, которые нельзя обнаружить при нормальной работе
оборудования. Искробезопасной цепь считается в том случае, если
при испытаниях не происходит воспламенений смеси при трех не-
очевидных повреждениях, двух неочевидных и одном очевидном,
одном неочевидном и двух очевидных повреждениях, т. е. во всех
случаях создается три повреждения.
В Англии, иапрнмер, использовался искрообразующий механизм,
дающий воспламеняющие токи и напряжения в 2—2,5 раза большие,
чем иа механизме, рекомендованном МЭК. В стандарте BS 1259
(1958) нет разделений иа аварийные состояния, коэффициент искро-
безопасности по усмотрению испытательной организации применяет-
ся от 15 до 3,0 и больше. Новый стандарт SFA3012 (1972) зна-
чительно приближен к Публикации МЭК 79-11, 1976 г., но обо-
рудование, изготовленное по этому стандарту, еще ие поступало
в СССР.
В Италии, Испании и ряде других стран вообще нет стандарта
по искробезопасности. С введением уже упоминавшейся EN 50020,
эта норма будет принята в качестве национального стандарта.
В стандарте ФРГ также нет четких указаний иа создание аварий-
ных режимов, хотя в методике испытаний говорится, что такие ре-
жимы необходимо создавать при испытаниях.
В последние годы широкое распространение за рубежом полу-
чили «барьеры Зеиера», о которых уже упоминалось в гл. 4. В ука-
занных международных рекомендациях к «барьерам Зенера» есть
требования, кроме того, в некоторых странах, например в Англии,
есть специальный стандарт по «барьерам Зенера». Что касается
остальных методов обеспечения искробезопасности, то они в прин-
ципе не отличаются от практики, принятой в СССР, но за рубежом
значительно шире принято дублирование искрозащитных элементов.
Как и у нас, искробезопасными бывают чаще всего входные или
выходные цепи, сам же прибор или аппарат либо устанавливается
вне взрывоопасного помещения, либо заключается во взрывонепро-
ницаемую оболочку. В то же время не все национальные стандарты
оговаривают виды защиты от внешних воздействий. Это следует
учитывать при возможной установке электрооборудования на откры-
том воздухе. В последние годы разработано большое количество
электрооборудования с искробезопасными цепями, поэтому есть воз-
можность широкого выбора.
г) Взрывозащита вида «е». Разработанные по этому виду за-
щиты международные рекомендации: Публикации МЭК 79-7, PC
СЭВ 781-71, EN50019 позволили значительно упорядочить требова-
ния к нему. Общие требования к оборудованию со взрывозащитой
вида «е» полностью совпадают с требованиями ПИВРЭ к электро-
оборудованию повышенной надежности против взрыва. Также не
отличаются и методы испытаний. Поэтому надежность и безопас-
ность при эксплуатации такого электрооборудования будет опреде-
ляться только качеством его изготовления и общей культурой про-
изводства на той или иной зарубежной фирме. Важнейшим факто-
ром является правильный выбор разработчиками теплового режима
работы. Особенно это касается вводных устройств, которые широко
распространены на электрооборудовании производства ФРГ.
Для электрооборудования с взрывозащитой вида «е», работаю-
щего в пыльных средах, должна учитываться температура тления
и воспламенения пыли. Предельная температура при номинальной
нагрузке не должна превышать 70°С у точки ввода кабеля и
80сС — у точки разветвления жил. Если эти температуры выше, то
необходимо следить за тем, чтобы использовать более термостойкие
провода, а на самом электрооборудовании должна указываться эта
температура.
Особые требования предъявляются национальными стандартами
к патронам светильников с защитой вида «е». Нередко требуется,
чтобы конструкция светильника позволяла менять лампу под напря-
жением. Для этого применяется взрывонепроницаемый патрон. Это
следует иметь в виду при заказе запасных частей к светильникам
у зарубежных фирм.
д) Масляное или кварцевое заполнение оболочки, заполнение
или продувка оболочки под избыточным давлением защитного газа
(воздуха). По всем этим видам взрывозащиты также разработаны
международные рекомендации, которые практически нс отличаются
от большинства национальных стандартов. Методы испытаний и
конструктивные требования к этим видам взрывозащиты практически
не отличаются от отечественных, рассмотренных в гл. 4.
с) Специальный вид взрывозащиты. Только Англия имеет стан-
дарт па этот вид взрывозащиты SFA3009 (1972), но он не содер-
жит конкретных конструктивных требований, а только лишь общие
технические указания.
В правилах применения взрывозащищенного электрооборудова-
ния имеется указание о том, что этот вид используется для отдель-
ного и специального по назначению электрооборудования
Любое зарубежное взрывозащищенное электрооборудование
должно в обязательном порядке пройти государственные контроль-
ные испытания на национальной испытательной станции или на
испытательной станции страны, в каку о бгдет поставляться это
оборудование. По результатам испытаний испытательная станция
выдает сертификат о проведенных испытаниях, в котором указы-
ваются особенности рассмотренного электрооборудования.
Вопросы узаконивания сертификатов регламентируются соответ-
ствующими государственными указаниями. Например, во Франции
сертификат является действительным только после утверждения ре-
зультатов испытаний >я министерстве промышленности;
10.2. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ЗАРУБЕЖНОГО
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
В основе выбора взрывозащищенного электрооборудования,
в том числе и зарубежного, лежит правильная классификация взры-
воопасных условий будущей его эксплуатации.
Если поставляется комплектное электрооборудование, то зада-
ча осложняется тем, что нужно обязательно проводить сравнение
классификации взрывоопасных условий по зарубежному стандарту
(стандартам) с классификацией взрывоопасных зон по ПУЭ 5-го
изд. Необходимо стремиться к тому, чтобы взрывозащита у боль-
шинства используемого в одном месте, на одной технологической
установке оборудования была одинаковой.
Особое внимание при выборе взрывозащищенного электрооборудо-
вания, как уже отмечалось выше, необходимо обращать на наличие
вводных устройств с уровнем взрывозащиты — повышенная надеж-
ность против взрыва. В СССР вид взрывозащиты — взрывонепрони-
цаемая оболочка соответствует уровню взрывозащиты — взрыво-
безопасное электрооборудование, и поэтому электрооборудование
с такими оболочками может устанавливаться в зонах класса В-1,
а по стандартам ряда стран (США, Канада, Италия и др.) допус-
кается прямой ввод кабелей без разделительной взрывонепроницае-
мой перегородки. В этих условиях может существенно снижаться
общий уровень взрывозащищенности оборудования. Поэтому при
выборе электрооборудования нельзя ограничиваться только указа-
ниями маркировки по взрывозащите, но и тщательно изучать его
конструктивные особенности, обращать внимание на то, какие виды
взрывозащиты в нем применены. Так, для наружных установок
в зоне класса В.1г, где происходит процесс слива и налива горю-
чих жидкостей, следует отдавать предпочтение электрооборудованию
с высоким видом взрывозащиты искробезопасная электрическая цепь,
заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением за-
щитным газом и т. п. С другой стороны, если взрывоопасные усло-
вия не очень жесткие, классификация взрывоопасных зон проведена
правильно с учетом всех факторов, о чем говорилось выше в § 6.2,
то не следует увлекаться дорогостоящим электрооборудованиехМ во
взрывонепроницаемой оболочке или каким-то специальным исполне-
нием. Можно применять электрооборудование и с защитой вида «е».
Наиболее распространенные виды взрывозащищенного электрообо-
рудования, применяемые в установках согласно зарубежным нацио-
нальным стандартам, приведены в табл. 10.3.
Вторым важным моментом в выборе является установка соот-
ветствия вида взрывозащиты категории и группе взрывоопасной
смеси. Понятно, что это соответствие должно устанавливаться по
маркировке, а также по указаниям сертификата. Тем более, что по
национальным стандартам ряда стран (Англии, Франции, США,
Канады) маркировка не содержит указания па группу взрывоопас-
ной смеси. В условиях поставки такого оборудования должна ого-
вариваться максимальная температура поверхности и отдельных ча-
стей в соответствии с нормами, действующими в СССР.
В обоснованных случаях можно выбирать взрывозащищеиное
электрооборудование для более жестких взрывоопасных условий.
Для удобства дальнейшего использования все данные о выбранном
зарубежном электрооборудовании рекомендуется заносить в табли-
276
Э пектрообору до вание И электромонтажные изделия Вид взрывозащиты
взрыво- непрони- цаемая оболочка искробез- опасные электриче- ские цепи масляное заполнение оболочки продувка обо- лочки воздуха под избыточ- ным дав юнием повышен- ная на- дежность, зашита вида „е" кварцевое заполнение оболочки специаль- ный вид взрыво- защиты заполнение га- зом под дав- лением* с зам- кнутым циклом продувае мое лсд избыточным давлением ко лбгпеи- рованный вид взры- возащиты
d о Р е q S f
Электрические .машины 4- X О 4- 4- X О ф 4-
Аппаратура, пульты управ- ления. шкафы + О 4 4- ф X О X о
Приборы (1ПИ отдечьные их уз ты) 4 4- ф о О X ф X 4-
Концевые выключатели, кнопочные посты, ключи управления: + ф ф X ф X X X 4-
Светильники 4 О X X 4 — X О ф
От вет в' i те ч ь ные к оробк 11, контактные сборки ф О X X •4- О О О X
Фитинги 4 X X X 4 X 4 X X
Аппараты, встроенные внут- ри технологического обо- рудования, содержащего взрывоопасную среду 4- X X X ф X О
Обозначения: +-игюок-е разаю:граненное; ф-менее расп.ю.тршенное; о-применяется редко; х-как праппчо, не применяется.
ю
Например, азотом и пи воздухом.
Этектрообору- дование и его тип Фирма (завод) н страна-изготови- тель или постав- щик Основные технические данные (номина льнуе) Место установки (или номер позиции) Класс взрывоопасной зоны помещения или наружной установки
По нацио- нальному стандарту По ПУЭ
Электродви- гатель AyDR80 Компани Элек- тромеханик (Франция) 380 В; 1.75А; 0,55 кВт; 130° С Компрес- сорная (поз. 4) F (зона 2) В-1а
цу, примерная форма которой показана в табл. 10.4. Анализ этой
таблицы дает наглядное представление о том, где и в каких усло-
виях будет работать выбранное электрооборудование.
10.3. ДОПУСК В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ЗАРУБЕЖНОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Зарубежное взрывозащищенное электрооборудование, постав-
ленное в СССР комплектно с технологической установкой или инди-
видуально, должно пройти освидетельствование средств взрывоза-
щиты в контрольных (испытательных) организациях (ВНИИВЭ или
ВостНИИ). Если же зарубежное оборудование будет использоваться
только в каких-то конкретных условиях, например, на какой-то га-
зораспределительной станции с хорошо известными взрывоопасными
условиями, освидетельствования можно не проводить, ограничив-
шись соответствующим заключением головной проектной организа-
ции, ответственной за оснащение электрооборудованием данной
отрасли промышленности или данного промышленного производства.
Электрооборудование, изготовленное с отступлениями от нацио-
нальных стандартов или международных рекомендаций, считается
невзрывозащищенным, и вопрос его установки во взрывоопасных
условиях должен решаться отдельно исходя из конкретных обстоя-
тельств.
Освидетельствование зарубежного взрывозащищенного электро-
оборудования проводится в принципе аналогично освидетельствова-
нию отечественного оборудования. Освидетельствование может про-
водить как фирма-изготовитель оборудования до поставки его
в СССР через соответствующие внешнеторговые организации, на-
пример через В/О «Внештехпика» СССР, так и отечественные ве-
домства или организации, ответственные за выбор и поставку за-
рубежного электрооборудования. Отечественная контрольная (испы-
тательная) организация, получив запрос на выдачу свидетельства
о взрывозащищенности (сертификата СССР), решает, можно ли
ограничиться рассмотрением соответствующих документов (и какие
именно должны быть присланы).
Таб'л’ица 10.4
Категория и группа взрывоопасной смеси, по которым должно вбираться электро- оборудование Выбранная (принятая или согласованная) маркировка взрывозащиты Стандарт, по ко- торому выполнена взрывозащита электросборудо- вания Номер сертификата или правительственного постанов пения о допуске в эксплуатацию электро- оборудования (номер протокола испытаний средств взрывозащиты)
По нацио- нальному стандарту По нор- мам СССР
A-III ПАТЗ (бензин) А—III—0 NFC20-081 (1959 г.) АЕ № 65/69 (1972 г.) (протокол испытаний взрывозащиты № 154193).— Цен- тральная лаборатория электропромышленно- сти
На контрольные испытания должны быть поставлены образцы,
электрооборудования. Чаще всего для испытаний требуются образ*
цы электрооборудования с искробезопасными цепями, взрывонепро-
иицаемые оболочки значительных объемов для категории ПС, на-
гревающееся электрооборудование, если температура его нагрева
находится на допустимом пределе, специальные средства взрывоза-
щиты в некоторых других случаях.
После получения положительных результатов рассмотрения и
испытаний, испытательная организация оформляет свидетельство
о взрывозащищенности (сертификат) установленного образца и пе-
редает его на утверждение в Госэнергонадзор СССР. В дальней-
шем поступающее в СССР подобное электрооборудование освиде-
тельствованию не подлежит. Последующие переосвидетельствования
проводятся через 5 лет.
10.4. ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ЗАРУБЕЖНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Выбранное и допущенное к установке в СССР зарубежное взры-
возащищенное электрооборудование прежде чем поступить на мон-
таж подвергается внешнему осмотру. При этом проверяется сле-
дующее:
наличие знака маркировки или необходимых данных о взрыво-
защищенности на оболочке электрооборудования и соответствие мар-
кировки взрывоопасным условиям. Следует обратить внимание на
наличие нескольких маркировок по взрывозащищенности, наличие
которых предписывается, например, стандартом ВНР, и соответствие
их всех взрывоопасным условиям;
целостность оболочки и ее покрытие. На оболочке не допускают-
ся трещины, вмятины, видимые механические повреждения;
наличие и состояние крепежных элементов, а также вводных
устройств и их отдельных деталей. Должно быть проверено состоя-
ние часто -применяемых свинцовых илн асбестовых набивок. Если
вводные устройства поставлены фирмой с вмонтированными кабе-
лями, то проверяется состояние кабельной заделки.
Целостность резьбы (должно быть не Менее 5 целых ниток ДЛЯ
Подсоединения трубы) электрооборудования, поставляемого некото-
рыми фирмами без специальных вводных устройств с резьбовым
отверстием в месте ввода;
наличие и целостность заглушек, смотровых стекол, различных
Валиков и тяг управления, заземляющих зажимов. Каждое электро-
оборудование должно иметь не менее одного наружного и одного
внутреннего заземляющих зажимов, удовлетворяющих требованиям
соответствующего национального стандарта;
проверяется состояние взрывонепроиицаемых соединений, эле-
ментов, обеспечивающих другие виды взрывозащиты (течь масла,
растрескивание компаунда и т. и.);
наличие предусмотренных чертежами и стандартами предупре-
длительных и поясняющих надписей, фирменной таблички с техниче-
скими данными и указание о проведенных испытаниях.
Кроме того, в соответствии с инструкцией по монтажу и экс-
плуатации конкретных видов взрывозащищенного электрооборудова-
ния проводят необходимые осмотры и измерения, предшествующие
монтажу. В этой части монтаж зарубежного электрооборудования
не отличается от отечественного. Он проводится согласно проекту
производства работ с учетом требований отечественных норматив-
ных документов. Особенность заключается в монтаже вводных
устройств, когда по требованиям ряда национальных стандартов
допускаются прямые вводы кабелей в электрооборудование. При по-
ставке зарубежных кабелей или проводов, монтаж выполняется со-
гласно инструкции по монтажу и эксплуатации электрооборудо-
вания.
При их отсутствии зарубежные кабели могут быть заменены на
отечественные (обычно марок ВБВ или АВБВ), которые по усло-
виям работы рекомендуется прокладываться открыто. У электрообо-
рудования, снабженного вместо вводного устройства резьбовым
отверстием, при подводе кабелей или проводов обязательно должен
устанавливаться взрывонепроницаемый разделительный фитинг, воз-
можно отечественного производства. При этом взрывозащита фи-
тинга и способ его заделки должны соответствовать классу взры-
воопасной зоны. Как известно зарубежные стандарты допускают
как прямой ввод кабеля в оболочку, так и через специальное ввод-
ное устройство (косвенный ввод), снабженное проходными зажима-
ми. От конструктивных особенностей электрооборудования и типа
используемого кабеля (гибкие или бронированные) зависит и спо-
соб его монтажа. Это особенно важно для электрооборудования во
взрывонепроницаемой оболочке и с защитой вида «е».
В табл. 10.5 даны примеры способов выполнения взрывонепро-
ницаемых вводных устройств -и заделки кабелей при монтаже с
учетом конструктивных требований некоторых национальных стан-
дартов. На рис. 10.1,а, б, в приведены примеры заделки кабелей.
Во вводных устройствах повышенной надежности против взры-
ва, что характерно для электрооборудования ФРГ,- основное вни-
мание при монтаже уделяется уплотнению кабелей при проходе
через стенку вводного устройства.
При монтаже серьезное внимание должно уделяться правиль-
ности выполнения оконцевания кабелей и проводов, надежности их
присоединения к токоведущим жилам и зажимам заземления, ка-
честву герметизации кабелей и проводов во вводных устройствах.
Оконцевание медных и алюминиевых жил проводов лучше всего
выполнять опрессовкой, сваркой или пайкой. В особо сырых поме-
щениях применение сжимов не допускается. Если конструкция за-
жима допускает непосредственное подсоединение жилы кабеля или
провода без наконечника и если это не запрещается инструкцией по
монтажу и эксплуатации контрольного изделия, можно вести мон-
таж без специальных наконечников. Следует также обращать вни-
мание на правильность заземления электрооборудования.
Таблица 10.5
Страна-изготови- тель электрообо- рудования Способ выполнения вводного устройства и заделки кабелей паи мотгаке элэхтапюэудованля при конструкции ввода:
косвенный ввод | прямой ввод
ВНР, НРБ, Взрывозащита вводного Допускается только
ПНР устройства как v основ- для малогабаритного обо-
(PC СЭВ 781-71) ного изделия. Кабель мон- тируется, как рекомендо- вано для подобных кон- струкций в Инструкции [36] рудования категорий I, ПА и ПВ. Кабели уплот- няются с помощью муф- ты, заливаемой кабель- ной массой или с по- мощью колец из вулкани- зированной резины
США, Канада Кабель во вводном уст- ройстве после монтажа уплотняется с помощью уплотнительного фитинга. Независимо от вводит кладываются в металлил ga соединяется с основг резьбового соединения (1 Кабель уплотняется с помощью установленного уплотнительного фнтинга. >го устройства кабели про- гских трубах. Причем дру- гой оболочкой С ПОМОЩЬЮ неповрежденных ниток).
Бельгия, Фран- Кабели подводятся Как правило, не де- лается. В малогабаритном оборудовании возможен прямой ввод (при отсут- ствии нормально искря- щих частей). Кабель пос- ле монтажа уплотняется свинцовым, войлочным (Бельгия) или резиновым (Франция) уплотнением
НИЯ только через взрывонепро- ницаемую вводную короб- ку и подсоединяются к проходным выводам. Уплотнение кабеля в вводной коробке обычным способом
Англия, Италия Вводная коробка после монтажа заливается ком- паундом Независимо от вводи кладываются только в соединяется с основно резьбового соединения ( Используются англий- ские кабели со специаль- ной конструкцией уплот- нения (рис. 10.1) эго устройства кабели про- стальных трубах. Труба i оболочкой с помощью 5 неповрежденных ниток).
Необходимо учитывать, что практически во всех инструкциях
по монтажу и эксплуатации зарубежного электрооборудования
указывается на то. что ответственность за правильное выполнение
взрывозащитных стыков при монтаже кабеля во вводном устройстве
несет потребитель электрооборудования. Например, при уплотнении
кабеля свинцом, вводное устройство поставляется без отверстая и
должно рассверливаться монтажником в соответствии с используе-
мым диаметром кабеля. Разница в диаметрах кабеля и отверстия
не должна превышать 0,4 мм. Уплотнение нельзя деформировать,
не допускаются -следы ударов на поверхности, образующей взры-
вонепроницаемое соединение. В случае уплотнения из эластомера
(обычно неопрен) вводное устройство выполняется с отверстием,
Рис. 10.1. Ввод проводов
через уплотнительную ко-
робку в трубах (а), ввод
бронированного кабеля (б),
общий вид (в) и ввод ан-
глийского специального ка-
беля (г):
А—основная оболочка: В—
вводная коробка; С — уплотни-
тельная коробка
рассчитанным на наименьший диаметр кабеля. При необходимости
его следует рассверлить до действительного диаметра кабеля. Пос-
ле натягивания на кабель свинцового или неопренового уплотнения
зазор между кабелем и уплотнением не должен превышать 0,2 мм.
Уплотнение считается выполненным правильно, если кабель не
проскальзывает свободно через уплотнительное кольцо без поджа-
тия последнего. При подсоединении наконечников к выводам необ-
ходимо следить за тем, чтобы наконечники закреплялись между
?82
двумя гайками. Плотность соединения должна обеспечиваться пу-
тем установки контргайки или пружинящей шайбы. Гайки рекомен-
дуется затягивать моментным гаечным ключом, отрегулированным
на соответствующие значения .момента в зависимости от диаметра
гайки.
Монтаж собственно электрооборудования практически >не отли-
чается от описанного ранее, и его специфика определяется конст-
руктивными особенностями и видом электрооборудования. Так, при
монтаже электродвигателей необходимо обращать внимание на
правильность их установки, использование специальных приспособ-
лений при установке крупногабаритных роторов, исключающих их
повреждение, и т. д. При решении вопроса оодува электрооборудо-
вания необходимо учитывать те же требования, что и в отечест-
венном оборудовании.
Особую осторожность и внимание необходимо проявлять при
монтаже зарубежной аппаратуры КИП и автоматики с искробез-
опасными электрическими цепями. Монтажу должен предшествовать
анализ указании сертификата и инструкции по монтажу и эксплуа-
тации относительно места установки такой аппаратуры и способов
прокладки соединительных кабелей и проводов. Из всех зарубеж-
ных стандартов наиболее полно изложены требования к монтажу
искробезопасных цепей в стандарте ФРГ VDE 0165/4.69, поэтому
при комплектной поставке и монтаже зарубежного электрооборудо-
вания с искробезопасными цепями выполнение в процессе монтажа
требований этого стандарта является достаточным для дальнейшей
безопасной эксплуатации оборудования согласно отечественным
ПУЭ [80].
Монтаж внешних искробезопасных электрических цепей должен
выполняться таким образом, чтобы искробезопасные и искроопас-
иые цепи внешне хорошо отличались друг от друга. Это гаранти-
рует безопасную работу как при пуске, так и в процессе эксплуа-
тации искробезопасных цепей. При этом четкое разделение искро-
безопасных цепей от искроопасных должно выполняться на всем
протяжении внешних соединительных кабелей или проводов от мес-
та установки первичного преобразователя (датчика) до распреде-
лительного щита, шкафа, стойки и т. п., в которых установлен
вторичный прибор или аппарат. Для четкого распознавания искро-
безопасных цепей (i-цепей, по обозначению на некоторых проектах)
при монтаже может .использоваться краска светло-голубого — сине-
го цвета. Причем такое обозначение может быть уже нанесено
фирмой-изготовителем в шкафах, стойках и т. п. Для уравнитель-
ных проводов термоэлементов, включенных в искробезопасные це-
пи, могут быть нанесены дополнительные цветные полосы вдоль
проводов.
Выше уже говорилось о строгом соответствии длины или ти-
па соединительных проводов или кабелей указаниям проекта. Пос-
ле подсоединения или после раскладки кабелей должны быть из-
мерены емкости кабелей с учетом подсоединенных датчиков со сто-
роны вторичного прибора. Ёмкость не должна превышать значений,
указанных на фирменной табличке вторичного прибора. Если эти
данные ие указаны на самой табличке, то они обязательно имеются
в сертификате или в инструкции по монтажу и эксплуатации из-
делия. Если подключено параллельно несколько датчиков, то не-
обходимо учитывать индуктивность только одного датчика; при
последовательном подключении учитывается индуктивность датчи-
ков и соединительных кабелей или проводов между ними. Значения
Индуктивности этой цепочки также не должны -превышать значений,
указанных на фирменной табличке.
При поставке зарубежных кабелей совместно с прибором, что
отражено в инструкции по монтажу, необходимо строго выдержи-
вать предписанную длину. Если используются отечественные кабе-
ли, их электрические параметры могут быть получены иа заводе-
изготовителе нли же подсчитаны исходя из установочной длины,
принимая индуктивность 1,0—1,5 мГ/км. Включение в-место одних
типов индуктивных датчиков других, даже при кажущейся их иден-
тичности, возможно только после получения официального разре-
шения головной проектной организации. Следует обращать особое
внимание на монтаж датчиковых устройств, выполненный фирмой-
изготовителем комплектной технологической установки.
При монтаже i-цепей должны быть приняты меры против воз-
можности попадания в них искроопасных токов нли напряжений,
как об этом указывалось раньше (раздельная раскладка кабелей
и проводов, экранирование, механическая защита и т. п.). В ряде
случаев, особенно по проектам ФРГ, вторичные приборы -могут вы-
полняться с видом взрывозащиты вида «е» и устанавливаться во
взрывоопасных помещениях. Внимание при монтаже таких прибо-
ров и аппаратов должно обращаться на тщательность заделки и
уплотнений присоединяемых к сети проводов, а также проводов
искроопасных цепей, идущих к другим устройствам, объединенных
в общую измерительную систему. Особой тщательностью должна
отличаться заделка кабелей и проводов на выводах или разъемах
i-цепей. Концы их должны быть хорошо изолированы и отведены
на максимально возможное (но не ближе 50 мм) расстояние от
искроопасных цепей.
Монтаж «барьеров Зенера» также имеет ряд особенностей. Они
могут поступать с оборудованием ФРГ, Англии, США и Франции.
Перед монтажом -необходимо убедиться, что тип барьера (нанесен-
ный на внешней оболочке), а также величины входного и выход-
ного напряжений соответствуют указаниям в проекте. Заменять
такие барьеры на барьеры других типов не допускается. Перед
установкой должна быть -проверена исправность барьера, на его
поверхности не допускаются -повреждения, сколы, трещины, рас-
шатанные выводы-, -заземляющие шпильки. Барьеры устанавливают-
ся иа жесткие металлические основания, которые одновременно
служат заземлением. К ним должен быть подключен провод для
уравнивания потенциалов. Способ монтажа барьера и его необхо-
димые параметры указываются в проекте. После монтажа сопро-
тивление барьера необходимо -проверить омметром. Исходя из -схе-
мы установленного барьера, подключая омметр ко -входу и выходу,
можно оценить -со-цротн-вления установленных в нем резисторов, а
также наличие обрыва предохранителя. Обычно ба-рьеры устанавли-
ваются по несколько штук рядом один с другим. При монтаже не-
обходимо следить, чтобы между -выходными цепями выдерживались
электрические зазоры не менее 6 мм. Входные (нскроопасные) цепи
не должны близко подходить к выходным цепям, а тем более близ-
ко пересекаться с ними. Необходимо проводить пробные включе-
ния аппаратуры, предварительно отсоединив кабель, идущий -во
взрывоопасную зону. Помимо этого нужно за-мерить выходные на-
пряжения и ток короткого замыкания на зажимах барьера, а так-
же входное напряжение и -полученные значения сравнить с указан-
ными в инструкции по монтажу прибора. Барьеры Зенера — это,
как известно, устройства гальванически связывающие искроопасные
и искробезопасные цепи, поэтому по VDE 0165 для этих случаев
требуется обязательная установка провода для уравнивания потен-
циалов подлежащей заземлению точки барьера (заземляющий
штифт или болт) и корпуса искробезопасного датчика. На рис. 10.2
показана схема регулировки системы Protronic System, на которой
показана установка провода для уравнивания потенциалов. Сече-
ние уравнительного проводника (медного) должно быть не менее
1,5 мм2, его необходимо надежно защитить от механических по-
вреждений. Для большей надежности таких проводников должно
быть два. Они привариваются к общему заземляющему контуру, к
которому с другой стороны приварен проводник заземления корпу-
са датчика. Не допускается подсоединение к нулевому проводу без
отдельно проложенного провода для уравнивания потенциалов. Та-
Рис. 10.2. Схема регулирования:
/— вторичный прибор, источник питания системы; 2 — преобразователь; 3 —
источник питания; 4 — барьер Зеиера; 5 — искробезопасные цепи; 6 — датчик
(первичный преобразователь); 7— провод для уравнивания потенциалов
кая система монтажа используется во взрывоопасных зонах в по-
мещениях классов В-1, В-Ia, В-16 и в наружных установках клас-
са В-1г (зоны 1 и 2 по классификации МЭК). В зонах 0 (техноло-
гические установки и места с постоянным наличием взрывоопасных
смесей) устанавливаются барьеры с гальваническим разделением
цепей. В этом случае прокладка проводов для уравнивания потен-
циалов не требуется. После проведения монтажа предписывается
проведение испытаний, указанных в инструкции по монтажу и экс-
плуатации.
Эксплуатация взрывозащищенного электрооборудования, как об
этом уже пояснялось выше в главах восьмой и девятой, сводится
к поддержанию в нормальном рабочем состоянии как самого элек-
трооборудования, так и средств взрывозащиты. Эксплуатация за-
рубежного взрывозащищенного электрооборудования должна про-
водиться в строгом соответствии с указаниями ПТЭ ПТБ ЭП [79]
(гл. ЭШ-13).
У электрооборудования во взрывонепроницаемой оболочке долж-
ны периодически контролироваться состояние взрывонепроницаемых
соединений (наличие на ник противокоррозионной смазки, царапин,
заусенцев, забоин и т. п.), ширину щели, прочность затяжки кре-
пежных болтов и шпилек, состояние уплотнения кабелей и прово-
дов. Необходимо следить за сохранностью фирменных табличек на
оборудовании и табличек с маркировкой по взрывозащите. В этом
смысле эксплуатация зарубежного оборудования не отличается от
отечественного. В зависимости от вида изделий могут иметь место
особенности, которые указаны в инструкции по монтажу и экс-
плуатации и которые необходимо строго выполнять. Причем в ин-
струкциях эти места, как правило, выделены в рамки или напеча-
таны жирным шрифтом. Например, в инструкции на электродвига-
тель типа AjDR 80 фирмы Компани Электромеханик (Франция)
оговаривается особенность смазки подшипников, указывается срок
ее замены и главное обращается внимание на то, чтобы не сме-
шивались старая смазка на литиевой основе с новой, на другой
основе. Это может приводить к повреждению подшипников, их за-
тиранию и в конечном счете нарушению вэрывонепроницаемых за-
зоров между корпусом щита и валом электродвигателя. Необходи-
мо проверять состояние и настройку защиты электродвигателей от
перегрузки и коротких замыканий, о чем также указывается в ин-
струкции.
У электрооборудования с видом защиты «е» основное внимание
при эксплуатации должно уделяться состоянию и наличию уплот-
нительных прокладок на вводных устройствах, температуре нагрева
оборудования, это особенно важно для светильников. Лампы в них
необходимо использовать только указанной в инструкции мощности,
превышение мощностей не допускается. Периодические осмотры
состояния подводящих проводов позволяют своевременно обнару-
жить повреждение изоляции в результате воздействия температу-
ры. Если светильник снабжен взрывонепроницаемым патроном, что
указывается на его маркировке, то необходимо при смене ламп
контролировать его состояние. При наличии повреждений патрон
или весь светильник в целом должен быть передан в ремонт. При
установке новых светильников, необходимо следить за правильно-
стью и качеством заделки присоединительных кабелей, сверяя их
с предписаниями инструкции по эксплуатации.
Большую помощь эксплуатирующему персоналу будут оказы-
вать чертежи взрывозащиты, которыми комплектуется документа-
ция зарубежного электрооборудования. Необходимо, чтобы обслужи-
вающий персонал их хорошо знал и мог умело применять во время
проведения профилактических осмотров и ремонтов. Все указания
чертежей, все параметры, приведенные из иих, должны неукосни-
тельно выполняться. Это одно из условий обеспечения безопасной
эксплуатации электрооборудования.
В искробезопасных цепях, особенно защищенных «барьерами
Зенера», необходимо периодически контролировать входные и выход-
ные напряжения, проверять состояние барьеров и их исправность.
Следить нужно также за состоянием проводки искробезопасных
цепей.'Запрещается подключение к ним каких бы то ни было эле-
ментов, не указанных в инструкции по монтажу и эксплуатации
электрооборудования.
При эксплуатации электрооборудования с масляным заполне-
нием оболочки и продувкой оболочки под избыточным давлением
особое внимание должно обращаться на поддержание в регламен-
тированных минимальных пределах уровня масла и давления воз-
духа >в системе, которые приведены в табл. 10.6.
Таблица 10.6
Страна-изготовитель электрооборудования Минимальный уровень масла, мм Страна-изготовитель электрооборудования Избыточное давление воздуха, Па (ММ вод. ст.)
НРБ, ВНР, ГДР, СРР, ЧССР Австрия, ФРГ, СФРЮ, Япония, Швеция, Италия 25 10 ЧССР, ГДР, Ита- лия, Швеция, США, Канада 100(10)
США, Канада 152 (6") для силовых цепей; 51 (2") — для цепей управ- ления ПНР, НРБ, СРР Япония Публикация МЭК 79-2 Как правило 250(25), но не менее 100(10) 50 (5) 50 (5)
Публикация МЭК 79-6 PC СЭВ 781—71 25 PC СЭВ 781—71 Не менее 100(10)
Утечки масла илн неплотности в воздуховодах должны устра-
няться. Необходимо следить за состоянием маслоуказателей, реле
контроля подачи воздуха в систему, своевременно принятые меры
будут способствовать длительной и безопасной эксплуатации.
При обнаружении серьезных неисправностей или повреждений
во взрывозащищенном электрооборудовании следует немедленно
отключить его и вывести в ремонт.
10.5. ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ЗАРУБЕЖНОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
а) Общие сведения. Организационно ремонт зарубежного взры-
возащищенного электрооборудования мало чем отличается от ре-
монта отечественного электрооборудования аналогичного назначе-
ния (см. гл. 11). Осложнением является отсутствие специальной ре-
монтной документации, которую вынуждены разрабатывать ремонт-
ные предприятия и в установленном порядке согласовывать с конт-
рольной (испытательной) организацией. При сдаче в ремонт зару-
бежного взрывозащищенного электрооборудования заказчик дол-
жен передать ремонтному предприятию всю имеющуюся у него до-
кументацию. На электрооборудовании должны быть сохранены
фирменные таблички с маркировкой взрывозащиты, указаны взры-
воопасные условия, в которых эксплуатировалось электрооборудо-
вание (класс взрывоопасной зоны, категория и группа взрывоопас-
ных смесей), а также возможные изменения условий.
Если для изделия имеются запасные детали или узлы, ремонт
сводится к замене изношенных. В большинстве же случаев прихо-
дится изготавливать новые. Поэтому разработке ремонтной доку-
ментации и самому ремонту должно предшествовать тщательное
ознакомление с конструкцией и технической документацией элект-
рооборудования.
Особое внимание нужно обращать па элементы и узлы, обес-
печивающие взрывозащиту изделия, на возможность выполнения
вэрывозащищенных параметров на вновь изготовленных деталях.
Взрывозащитные параметры должны выдерживаться в соответствии
с требованиями национальных стандартов или международных ре-
комендаций, по которым было изготовлено ремонтируемое электро-
оборудование.
В ремонтную документацию должны входить такие документы:
инструкция по ремонту как всего изделия в целом, так и отдель-
ных его узлов, разработанная на основании «Инструкции по мон-
тажу и эксплуатации электрооборудования», основных чертежей
изделия и указаний сертификата о взрывозащищенности; ремонт-
ные чертежи на отдельные элементы и узлы; технологические инст-
рукции, там где это необходимо, по заливке, пропитке, намотке
и т. п.
б) Ремонт электрооборудования с взрывонепроницаемыми обо-
лочками. Материал взрывоиепроницаемых оболочек и их крепеж-
ных элементов должен по механическим характеристикам удовлет-
ворять требованиям национальных стандартов. Кроме того, обра-
щается внимание на возможность работы электрооборудования в
условиях агрессивной среды, т. е. должен выбираться коррозион-
ностойкий материал. Для деталей оболочек разрабатывается схе-
ма гидроиспытаний и, исходя из данных о величине свободного объ-
ема оболочки и указаний стандартов, проводятся такие испытания.
Особое внимание обращается на параметры взрывонепроницаемых
соединений. Поскольку большинство зарубежных стандартов не со-
держит указаний о необходимой чистоте поверхностей взрывоне-
проницаемых соединений, при ремонте нужно руководствоваться
указаниями отечественных норм и требований (ГОСТ или ПИВРЭ).
Контроль взрывонепроницаемых плоских соединений производится
с помощью контрольных щупов, диаметральных зазоров — с по-
мощью микрометров и другого мерительного инструмента, обеспе-
чивающего достаточную точность измерений.
У вводных устройств, которые согласно ряду стандартов име-
ют вид защиты «е», должны заменяться повреждаемые прокладки
и крепежные узлы. Материал уплотнительных прокладок должен
быть не хуже ранее применявшихся. Следует также проверять ка-
чество уплотнения кабеля в вводных устройствах, и в необходимых
случаях изношенные детали заменяются новыми.
Как уже указывалось раньше, для взрывоопасных сред катего-
рии ПС зарубежные стандарты не содержат нормативов, поэтому
ремонт должен выполняться в строгом соответствии с чертежами
фирмы-поставщика с учетом требований и указаний, излагаемых в
сертификате и в инструкции по монтажу и эксплуатации (раздел
ремонта). В сомнительных случаях отремонтированное оборудова-
ние категории ПС может быть подвергнуто испытаниям на взрыво-
защищенность. Заделка пор, раковин, изношенных втулок и т. п.
проводится также, как и при ремонте отечественного электрообо-
рудования. Следует при этом обращать внимание на материал
подшипников скольжения, вентиляторных колес электродвигателей
и других вращающихся частей, с точки зрения возможности обра-
зования опасных трущихся пар. При наличии во взрывонепрони-
цаемой оболочке смотровых стекол, необходимо правильно выби-
рать материал заменяющихся стекол, с учетом температуры нагрева
оболочки и воздействия агрессивных сред.
В ряде сложных случаев ремонта, зарубежное взрывозащи-
щенное электрооборудование целесообразно заменить отечествен-
ным.
в) Ремонт электрооборудования с искробезопасными электри-
ческими цепями. В искробезопасной аппаратуре могут заменяться
на отечественные электронные лампы, сухие гальванические эле-
менты и аккумуляторы с равными заменяемыми напряжениями, а
также элементы схемы, не влияющие на искробезопасность. Особое
внимание нужно обращать на замену предохранителей, их токо-
временные характеристики не должны отличаться от характеристик
заменяемых предохранителей. Залитые блоки ремонту не подлежат,
их заменяют резервными.
При ремонте элементов необходимо следить за тем, чтобы не
произошло случайного уменьшения путей утечки и электрических
зазоров. Если в национальных стандартах эти -параметры не огова-
риваются, следует руководствоваться отечественными нормами.
Номинальные параметры резисторов, конденсаторов, подлежащих
ремонту должны выбираться такими, чтобы после ремонта нагрузка
на остальные элементы сохранилась прежней. Необходимо строго
контролировать действующие напряжения и токи в цепих, причем
как в 'искробезопасных, так и в искроопасных и сравнивать с ана-
логичными, в заведомо исправных блоках. Немаловажную роль иг-
рает правильность выбора типа измерительного прибора, для чего
цепи и все ремонтируемое изделие должны быть тщательно изуче-
ны, выявлены возможные резонансные цепи, установлены действу-
ющие в них напряжения и т. д.
И самое главное, ни в коем случае нельзя допускать превыше-
ния искробезопасных параметров. Условия их сохранения в про-
цессе ремонта должны указываться в ремонтной документации.
После ремонта изделие 'подвергается необходимым испытаниям
(контроль искробезопасных параметров, испытание электрической
прочности и сопротивления изоляции, проверке качества заливки и
т. п.).
При ремонте обмоток электрооборудования (трансформаторов,
звонков, дросселей и т. п.) исходя из их конкретных видов требу-
ется испытание образца оборудования иа искробезопасность испы-
тательной станцией.
г) Ремонт электрооборудования со взрывозащитой вида «е».
Важным для такого электрооборудования является правильность
и тщательность выполнения ремонта. При замене изоляционных де-
талей должны использоваться -материалы, оговоренные в техдоку-
ментации фирмы-изготовителя или достаточно надежные их замени-
тели. Понятно, что ни один из параметров (температура нагрева,
время tE, марки обмоточных проводов, класс изоляции и др.) не
должен отличаться от исходных значений.
Электрооборудование с остальными видами взрывозащиты ре-
монтируется как и аналогичное отечественное.
Глава одиннадцатая
ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
11.1. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Своевременность и качество проведенных ремонтов в значи-
тельной мере определяют бесперебойность и надежность работы
электрооборудования. Ремонт взрывозащищенного электрооборудо-
вания в принципе не отличается от ремонта электрооборудования
общего назначения. Однако при этом следует иметь в виду, что
при ремонте взрывозащищенного электрооборудования наряду
с восстановлением его работоспособности необходимо обеспечить
его взрывозащищенность.
В условиях эксплуатации при проведении профилактических
осмотров, технического обслуживания н текущих ремонтов, прово-
дятся работы, не связанные с восстановлением взрывозащиты элек-
трооборудования или влияющие на его взрывозащиту. К таким
работам относятся:
замена деталей и узлов на аналогичные запасные, поставлен-
ные заводом-изготовителем комплектно с изделием, либо изготов-
ленные заводом-изготовителем по заказу организации, эксплуати-
рующей изделия;
замена смазки в подшипниках и самих подшипников;
замена ламп и светозащитных устройств на аналогичные лам-
пы и устройства;
замена' радиодеталей на аналогичные по номинальным пара-
метрам и конструктивному выполнению;
ревизия контактных соединений и токоведущих частей;
устранение течи масла и его замена;
замена обмоток низковольтных электрических машин и секций
заводского изготовления высоковольтных машин иа идентичные при
строгом соблюдении обмоточных данных и марки материала, ука-
занных в технических условиях заводов-изготовителей (как пра-
вило, такую замену рекомендуется проводить при среднем ремонте
оборудования);
ремонт систем продувки, чистка и замена фильтров, замена
разбитых стекол смотровых окон;
ремонт вентиляторов электродвигателей и их кожухов;
установка недостающих болтов;
проверка и чистка изоляции обмоток электрических машин и
токоведущих частей;
замена предохранителей, сухих гальванических элементов и
аккумуляторных батарей на аналогичные того же типа;
регулировка, проверка и градуировка контрольно-измеритель-
ных приборов, если это разрешено их инструкцией по монтажу и
эксплуатации;
разборка, осмотр, смазка поверхностей, обеспечивающих взры-
возащиту, и сборка взрывонепроницаемого электрооборудования;
замена уплотняющих прокладок электрооборудования повышен-
ной надежности против взрыва и продуваемого под избыточным
давлением и др.
как правило, в инструкциях по монтажу и эксплуатации взры-
возащищенного электрооборудования указывается перечень работ,
которые может производить обслуживающий персонал во время
эксплуатации. Этим перечнем можно пользоваться при профилак-
тических осмотрах электрооборудования.
11.2. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА НА РЕМОНТНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ
Средний и капитальный ремонт, связанный с заменой, восста-
новлением или изготовлением деталей и сборочных единиц, не-
исправность которых может повлечь за собой нарушение взрыво-
защищенности электрооборудования, выполняют в соответствии
с РТМ 16.689.169-75, зарегистрированные в органах Госгортехнад-
зора СССР ремонтные предприятия (заводы, цеха, участки), осна-
щенные соответствующим оборудованием и имеющие разрешение
вышестоящей организации, определившей достаточность его специа-
лизации. Комиссия, назначенная вышестоящей организацией (мини-
стерством, ведомством) с обязательным участием представителей
Главэлектроремонта Минэлектротехпрома СССР, местных органов
Госгортехнадзора СССР, испытательной организации, на основании
проверки оснащенности предприятия (цеха, участка) необходимым
оборудованием, приспособлениями, инструментом, а также осмотра
отремонтированных образцов (не менее трех), устанавливает го-
товность объекта к ремонту того или иного вида взрывозащищен-
ного электрооборудования.
Ремонт взрывозащищенного электрооборудования включает
в себя, как правило, следующие основные этапы:
приемка электрооборудования и проверка комплектности всех
сборочных единиц и деталей;
разборка;
промывка и чистка сборочных единиц и деталей;
определение неисправностей («дефектация») сборочных единиц
и деталей для выявления объема ремонтных работ;
восстановление деталей или изготовления новых;
гидравлические испытания (где это требуется) изготовленных
или отремонтированных деталей и другие испытания, предусмотрен-
ные ремонтной документацией;
проверка в процессе ремонта всех параметров, обеспечиваю-
щих взрывозащиту изделия, на соответствие ремонтной докумен-
тации;
сборка;
электрические испытания;
окраска электрооборудования;
оформление необходимой документации и составление акта
о соответствии отремонтированного изделия ремонтной докумен-
тации;
выдача отремонтированного изделия с актом технической го-
товности представителю заказчика.
Для сдачи электрооборудования в ремонт оформляют заказ
по установленной форме. В заказе указывают паспортные данные
электрооборудования, номинальное напряжение, при котором оно
будет работать после ремонта, вид ремонта. Кроме того, указы-
вают дату ввода его в эксплуатацию, характер работы, причину
19* 291
отправки в ремонт (после отказа в работе, в плановом порядке
и т. д), характер отказа. Если оборудование ранее уже подверга-
лось ремонту, то указывают причину и существо ремонта.
Как правило, оборудование на ремонт поставляют очищенным,
обезвреженным от токсичных и раздражающих веществ, укомплек-
тованным всеми деталями, с заводскими табличками и знаками
маркировки по взрывозащите. Лицо, принявшее электрооборудова-
ние на ремонт, присваивает ему -ремонтный номер и регистрирует
его в журнале приемки. При обезличенном ремонте допускается
не присваивать изделию ремонтный номер.
Для окончательного определения существа н характера ремон-
та изделие подвергают тщательному осмотру и затем разборке.
Разборку и определение неисправностей (дефектацию) электрообо-
рудования производит наиболее квалифицированный персонал,
знающий в совершенстве конструкцию и особенности ремонтируе-
мого изделия, так как от уровня его подготовки зависит качество
ремонта и безопасность эксплуатации электрооборудования., При
необходимости проводят дополнительные браковочные испытания
отдельных сборочных единиц электрооборудования по программам
и методикам ремонтного предприятия. Если при определении не-
исправностей электрооборудования выявлена невозможность обес-
печения всех требований ремонтной документации, прямо или кос-
венно влияющих на его взрывозащиту, то такое электрооборудова-
ние выпускается из ремонта как невзрывозащищенное или руднич-
ное нормальное и с него снимается знак условной маркировки по
взрывозащите. Если же установлена невозможность ремонта изде-
лия, то ремонтное предприятие составляет односторонний акт и
высылает его заказчику, вместе с поступившим электрооборудо-
ванием.
Результаты осмотра и определения неисправностей электрообо-
рудования с указанием вида ремонта или необходимости замены
отдельных деталей или сборочных единиц заносят в ведомость
или журнал.
Ремонт и испытания взрывозащищенного электрооборудования
производит квалифицированный персонал, прошедший специальное
обучение, сдавший экзамен и получивший удостоверение на право
ремонта. Обучение производят по программе, утвержденной глав-
ным инженером ремонтного предприятия. Ежегодную проверку зна-
ний производит комиссия, назначаемая главным инженером пред-
приятия, при обязательном участии представителей местных орга-
нов Госгортехнадзора СССР.
Ответственными за качество ремонта и -соответствие изделия
ремонтной документации являются главный инженер -предприятия,
чачальник ремонтного цеха (участка) и ОТК.
11.3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ НА РЕМОНТ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Ремонт электрооборудования производят в соответствии с ре-
монтной документацией, разработанной ремонтным предприятием
на основании рабочих чертежей заводов, изготавливающих это
изделие, а также действующих нормативно-технических документов
на тот или иной вид взрывозащиты. Для этого ремонтное пред-
приятие приобретает на заводе-изготовителе учтенный экземпляр
292
технических усложни, рабочих чертежей, технического описания И
инструкции по монтажу и эксплуатации на поступившие в ремонт
изделия, на их основе разрабатывает свою ремонтную документа-
цию, которая включает:
технические условия на ремонт изделия или руководство по
ремонту;
ремонтные чертежи и ведомости неисправностей (дефектов)
деталей и узлов изделия, по которым производится ремонт, изго-
товление новых деталей и приемка изделия после ремонта;
технологические инструкции по ремонту оборудования и изго-
товлению новых деталей.
При необходимости могут быть разработаны другие техниче-
ские материалы для ремонта изделия, пользование которыми будет
повышать качество ремонта, производительность труда и т. п.
Правильность выполнения ремонтной документации удостове-
ряют (согласовывают) в контрольной (испытательной) организации.
Не должна согласовываться в контрольной (испытательной) орга-
низации только га документация, которая подготовлена заводом-
изготовителем взрывозащищенного электрооборудования.
В общем случае технические условия на ремонт взрывозащи-
щенного электрооборудования содержат следующие разделы:
вводную часть, где указывается, на какое оборудование распро-
страняются технические условия, область применения оборудования
(класс взрывоопасной зоны, категория и группа взрывоопасной
смеси), характеристика окружающей среды (температура, влаж-
ность, агрессивность и т. п.);
основные технические параметры оборудования;
технические требования, предъявляемые к оборудованию, его
узлам и деталям при приемке в ремонт, а также при его прове-
дении;
технические требования, предъявляемые к отремонтированному
электрооборудованию, т. е. каким документам оно должно отве-
чать;
методы испытания оборудования после ремонта;
маркировка, упаковка, транспортирование и хранение обору-
дования.
Ремонтные чертежи в основном соответствуют рабочим черте-
жам деталей и узлов электрооборудования, разработанным для его
изготовления, а также отражают оснащенность ремонтного пред-
приятия оборудованием и возможности выполнения того или иного
технологического регламента.
Ремонтные предприятия также имеют технологические инструк-
ции на проведение гидравлических испытаний соответствующих
деталей, промежуточных, стендовых и других видов испытаний.
11.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ
И УЗЛОВ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
а) Общие сведения. Технология изготовления новых деталей,
по возможности, должна соответствовать технологии их изготовле-
ния на заводах-изготовителях. В отдельных случаях она может
быть заменена новой, не ухудшающей качества изготовления дета-
Лёй и узлов по сравнению с изготовленными на заводе-изготови-
теле. Технологические инструкции по ремонту' и изготовлению новых
деталей разрабатываются с учетом особенностей взрывозащищен-
ного электрооборудования. При изменении одного из электрических
параметров (например, при пересчете обмоток трансформатора
с одного напряжения на другое) и тому подобных изменениях
в конструкции ремонтируемого изделия, оно может не удовлетво-
рять требованиям технической документации завода-изготовителя
и соответствующих ГОСТ, ведомственных стандартов, нормалей и
других руководящих документов и поэтому изделие должно быть
подвергнуто дополнительным испытаниям и доведено до норма-
тивных требований.
Взрывозащищениое электрооборудование разбирают таким
образом, чтобы избежать повреждений взрывозащитных и посадоч-
ных поверхностей. Для этого используют специальный инструмент
и приспособления. Съем деталей, посаженных с натягом (втулки,
подшипники), производят с местным подогревом (автогенными
горелками, токами повышен,ной—средней или высокой частоты
и т. п.). При разборке разъемных соединений электрооборудования
используют инструмент, исключающий возможность повреждения
деталей (деревянные колодки, молоткн из цветных мягких спла-
вов и т. п.).
Выше отмечалось, что ремонт взрывозащнщеиного электрообо-
рудования отличается от аналогичного электрооборудования общего
назиачення тем, что особое внимание уделяется сохранению пара-
метров, обеспечивающих его взрывозащищенность. Рассмотрим эти
особенности применительно к различным видам взрывозащиты элек-
трооборудования.
б) Технологические особенности ремонта электрооборудования
во взрывонепроницаемой оболочке.
Прн ремонте такого оборудования особое внимание обращают
на материал оболочки, крепежных элементов, чистоту поверхно-
стей, образующих взрывонепроницаемые зазоры и др>.
Поверхности взрывозащитных сопряжений должны быть соот-
ветствующим образом обработаны. При этом лакокрасочные по-
крытия взрывозащитных поверхностей недопустимы, так как это
может привести к увеличению зазора в местах, утративших лако-
красочную пленку. Широко используется метод холодного фосфо-
тировання трущихся взрывозащитных поверхностей. Неплоскост-
ность взрывозащитных поверхностен не должна превышать поло-
вины нормированной ширины щели. Раковины, забоины, вмятины,
царапины и другие дефекты на взрывозащитных поверхностях,
образованные в процессе эксплуатации изделия либо при его ре-
монте, подлежат заделке. При этом используют как заварку, пайку
припоем медью, латунью, так и заделку пластическими мате-
риалами.
Запайку припоями типа ПОС-40 применяют при диаметре ра-
ковин ие более 2 мм н глубине не более 1 мм. Заварка, пайка
медью и латунью применяется при больших размерах дефектов.
Однако в том случае, если оболочка имеет нормированную длину
взрывозащитного пути 5 мм, дефекты на этой длине не подлежат
заделке».
К пластическим материалам, используемым для заделки по-
верхностных дефектов, предъявляются следующие требования:
устойчивость в интервале температур от —30 до +150°С без
размягчения, видимой усадки, вспучивания, растрескивания и т. п.;
устойчивая адгезия с металлом;
твердость по Бринеллю не менее 25;
устойчивость к воздействию агрессивных и коррозионных сред,
а также смазочных материалов; солидола УСС—ГОСТ 4366-76,
ЦИАТИМ-201 — ГОСТ 6267-74, УТВ (1—13 жировой) —
ГОСТ 1631-61.
Исправление дефектов литья пластическими материалами
должно соответствовать технологическому регламенту использова-
ния этих материалов. При этом применяют только те пластмассы,
которые обладают хорошей текучестью и полимеризуются на воз-
духе либо при местном подогреве. Поверхность детали зачищают
и придают ей требуемую чистоту.
Контроль заделки производят визуально. Включения илн пузыри
на поверхности и в массе недопустимы. Простукиванием молотком
по детали с обратной стороны против заделанных мест убеждаются
в прочности сцепления пластмассовой заделки с металлом.
Допускается наличие на взрывозащитных поверхностях без
заделки рисок от выхода режущего инструмента при механической
их обработке. Но при этом риски должны быть расположены пер-
пендикулярно потоку продуктов взрыва из оболочки наружу и
иметь размеры не более; глубина 0,03 мм, ширина 0,15 мм, шаг —
от 10 до 40 мм.
В том случае, когда выявляются раковины в глухом или сквоз-
ном отверстии, в стыке оболочки или на поверхности фланцев,
допускается исправление этих мест в стальных деталях путем рас-
сверливания или расточки отверстия н запрессовки в него глухой
пробки нли втулки по посадке А3/ГГр1з (рис. 11.1). Пробки и втул-
ки заваривают с одного или двух торцов. Толщина стенок втулки
в каждом отдельном случае выбирается в завнсимостн от кон-
струкции оболочки. После заварки обрабатывают взрывозащитные
поверхности. Если такие исправления были сделаны после гидрав-
лических испытаний деталей оболочки, то детали оболочки должны
быть повторно испытаны.
В том случае, если установлено, то втулки на вращающихся
валах электродвигателей или подвижных валиках управления тре-
буют ремонта, их заменяют новыми. При этом в зависимости от
Рис. 11.1. Установка втулок и пробок при ремонте
Рис. 11.2. Сопряжение валика управления с запрессованной глад-
кой втулкой (а), втулкой с буртом (б) и втулкой, закрепленной
винтом (в):
D—d — не более, a L — не менее норм предельных значений согласно ПИВЭ
[77 или 78], ПИВРЭ [76] нлн стандарту в соответствии с маркировкой по взры-
возащите
назначения втулки их изготавливают нз чугуна, медн, бронзы, ла-
туни с запрессовкой по посадке Аз/Пр1з- Крепление их осущест-
вляют развальцовкой с обеих сторон (рис. 11.2,а) упорным буртом
и развальцовкой (рис. 11.2,6) либо стопорным винтом (рис. 11.2,а).
Упорный бурт н стопорный винт обычно располагают с внутренней
стороны взрывонепроннцаемой оболочки.
Оболочки наряду с взрывонепроницаемостью должны обладать
регламентированной взрывоустойчивостью, которая обеспечивает их
целостность при следующих воздействиях:
внутреннем взрыве газопаровоздушной смесн, проникшей внутрь
оболочки из окружающей атмосферы;
внутреннем взрыве горючей смеси, образовавшейся в оболочке
от разложения изоляционных материалов под действием электри-
ческой дуги или нагрева токоведущих частей;
внешнем механическом воздействии (ударах и пр ).
Деформация частей оболочки и крепежных элементов, проис-
ходящие под действием давления взрыва, не должны нарушать ее
взрывонепроннцаемость.
Параметры прочности оболочек контролируются путем гидрав-
лических испытаний на специальных стендах и по методикам ре-
монтного предприятия.
Если взрывонепроницаемая оболочка должна быть герметичной,
влаго- илн пыленепроницаемой, применяют эластичные прокладки
из прочного влагостойкого, а при необходимости тепло- и химо-
стойкого материала. Наиболее широкое применение в качестве
уплотнительных прокладок нашла резина. Уплотнительные про-
кладки укладываются в специальные канавкн, размер прокладки
ие должен превышать размер канавкн, но должен быть таким,
чтобы при сборке происходило сдавливание резины на 20—25%
объема. Поэтому для плотного прилегания уплотнительной про-
кладки к стенке канавки внутренний диаметр ее (при круглом се-
чении) должен быть иа 3—5% меньше диаметра канавкн.
В соединениях, которые не разбираются в условиих эксплуата-
ции, могут применяться металлические прокладки из достаточно
мягкого материала (медная фольга и т. п.). Это связано с тем, что
вследствие деформации материала прокладки (текучести) при чй-
?96
стых открываниях уплотняющие свойства ее будут ухудшаться.
Толщина металлической прокладки не должна превышать допусти-
мую высоту зазора взрывонепроницаемого соединения.
Размеры зазоров плоских взрывонепроницаемых соединений
контролируются щупами. Зазоры в цилиндрических соединениях
определяются путем измерения диаметров сопрягаемых деталей
(валик—втулка).
в) Технологические особенности ремонта электрооборудования
с защитой вида «е». При его ремонте выбирают технологические
процессы ремонта и изготовления отдельных деталей и сборочных
единиц, в особенности обмоток, при которых обеспечивается высо-
кое качество и неизменность всех паспортных технических данных
электрооборудования.
Особое внимание обращается на строгое соблюдение требова-
ний ремонтной документации при применении обмоточных и изоля-
ционных материалов, обеспечение нормируемых размеров путей
утечек и электрических зазоров, необходимого качества контактных
соединений, уплотнений, теплового режима электрооборудования
в процессе испытаний после ремонта и т. п.
г) Технологические особенности ремонта электрооборудования
с заполнением или продувкой оболочки под избыточным давлением
защитным газом. При его ремонте особое внимание обращают на
следующее:
ремонт оболочки электрооборудования, воздухопроводов, воз-
духоохладителей, систем продувки и подпитки, состояние электро-
оборудования, его деталей и узлов;
величину давления внутри оболочки электрооборудования и
воздухопроводов, расход инертного газа или воздуха;
работу систем блокировок и сигнализации, место установки
датчиков.
Применяемые уплотнительные средства в соединениях отдель-
ных частей продуваемой оболочки и воздухопроводов должны
исключать утечку инертного газа или воздуха. Оболочки и воздухо-
проводы рассчитывают и проверяют двукратным рабочим избыточ-
ным давлением. При этом остаточные деформации недопустимы.
Особое внимание обращают на то, чтобы избыточное рабочее дав-
ление инертного газа или воздуха как внутри продуваемой обо-
лочки электрооборудования, так и по всей длине воздухопроводов,
проходящих в пределах взрывоопасной зоны, было в соответствии
с требованиями ремонтной или эксплуатационной документации.
д) Технологические особенности ремонта электрооборудования
с масляным заполнением оболочки. При его ремонте обращают
внимание на соблюдение требований ремонтной документации
в отношении:
применяемых материалов;
путей утечки и электрических зазоров;
толщины слоя масла над нормально искрящими частями и его
качества;
целостности и состояния указателей уровня масла;
состояния контактной системы и т. п.
Обращают особое внимание на выбор материалов для уплотне-
ний, монтажа, изоляции и т. п. Материалы должны быть масло-
стойкими. Смотровые стекла и другие детали оболочки электро-
оборудования должны надежно уплотняться. Не допускается течь
масла через оболочку. Бак подвергают обязательным гидравличе-
бким испытаниям в соответствии с ремонтной и эксплуатационной
документацией независимо от его состояния. Если установлено, что
электрические контакты изиошеиы выше регламентированных ре-
монтной и эксплуатационной документацией норм, их заменяют иа
новые без ремонта^
е) Техно логические особенности ремонта электрооборудования
с искробезопасными электрическими цепями. При ремонте его в «чи-
стом» виде или в сочетании с другими видами взрывозащиты кон-
структивные токоведущие элементы, их монтаж и электрические
параметры оборудования должны соответствовать ремонтной или
эксплуатационной документации. Если сборочные единицы залиты
термореактивиым компаундом, находятся в иеразборных кожухах
(запаянных, заваренных и т. п.), они не подлежат ремонту и заме-
няются аналогичными сборочными единицами заводского изготов-
лении. Замена элементов в электрической схеме прибора или аппа-
рата производится на совершенно идентичные по параметрам и
конструктивному выполнению с тем, чтобы не нарушить их искро-
безопасиость. Особое внимание обращают на ремонт трансформато-
ров, дросселей, катушек индуктивности, соответствие их обмоточ-
ных данных ремонтной документации.
ж) Технологические особенности ремонта электрооборудования
с кварцевым заполнением оболочки. При его ремонте особое внима-
ние обращают на выбор применяемых материалов, соблюдение
нормируемых размеров электрических зазоров, минимального уплот-
ненного защитного слои кварцевого песка, его качества и состава
(содержание примесей в обогащенном песке, гранулометрический
состав зерен кварца, иагреваемость гидрофобного покрытия, влаго-
содержание и т. п.), а также обеспечение прочности и герметич-
ности защитной оболочки. Замена состава кварцевого песка или
применение другого сыпучего заполнителя допустимы только по
согласованию с испытательной организацией.
з) Технологические особенности ремонта электрооборудования
со специальными видами взрывозащиты. Элементы, детали или от-
дельные компоновочные узлы такого электрооборудования, залитые
термореактивным компаундом, помещенные в герметичную оболочку
и т. п., ремонту не подлежат. При частичном или полном их выходе
из строя, они подлежат замене на новые детали заводского изго-
товления.
11.5. ИСПЫТАНИЕ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОСЛЕ РЕМОНТА
Любое электрооборудование, поступившее в ремонт, испыты-
вают по программе приемо-сдаточных испытаний, которая зависит
от вида ремонта и наряду с электрическими испытаниями вклю-
чает проверку:
комплектности отремонтированного электрооборудования,
соответствия электрооборудования в процессе ремонта и сборки
требованиям ремонтной документации с обязательным контролем
всех параметров, обеспечивающих взрывозащиту электрообору-
дования;
наличия и комплектности сопроводительной документации.
Особое внимание уделяют контролю, проверке и испытаниям
электрооборудования, его элементов и узлов как в процессе ремон-
та, так и при выпуске его после ремонта. Различают испытания,
которым подвергают электрооборудование, когда оно поступает
в ремонт для выявления неисправностей (дефектов), испытания
отдельных элементов и узлов в процессе ремонта электрооборудо-
вания и испытания после завершения ремонта, так называемые
выпускные испытания.
В процессе ремонта большое значение имеет пооперационный
контроль — проверка и контроль качества выполненных работ после
завершения каждой операции. При этом важно убедиться, напри-
мер, в отсутствии витковых замыканий, обрывов в катушках реле и
трансформаторов после их ремонта или изготовления новых обмо-
ток, в сохранении целостности оболочки и взрывонепроницаемых
параметров соединений и т. п. Нормы проверок и испытаний уста-
навливают в соответствии с действующими нормативно-технически-
ми требованиями на то или иное электрооборудование.
Взрывозащищенное электрооборудование в процессе ремонта
испытывается в несколько этапов, например, гидравлические испы-
тания деталей взрывонепроницаемой оболочки, испытания обмоток
в процессе их изготовления, стендовые испытания и т. п. При ре-
монте электрооборудования со взрывонепроницаемой оболочкой все
его детали и сборочные единицы независимо от их состояния (как
отремонтированные, так и не проходившие ремонта, а также вновь
изготовленные, полученные по кооперации и т. п.) подвергаются
гидравлическим испытаниям. Исключение составляют случаи, когда
эти детали поступают на ремонтное предприятие как запасные ча-
сти и имеют сопроводительную документацию, удостоверяющую их
соответствие документации завода-изготовителя.
Гидравлические испытания проводятся по нормам и схемам,
указанным в ремонтной документации и необходимы для того, что-
бы оболочки могли надежно выдержать давление взрыва, которое
может возникнуть внутри них при опасных концентрациях взрыво-
опасных смесей газов, паров или пылей в воздухе.
Данные испытаний заносятся в специально заведенный журнал,
форма которого рекомендуется следующая:
Журнал гидравлических испытаний деталей и узлов
Цех-----------------------------------
Начат----------------------------------
Окончен-------------------------------
№
п/п
Наименова-
ние дета-
лей и узлов
и номер
чертежа
Давление,
МПа, гид-
роиспытаний
и время
выдержки
давления,
мин
Заключение
Под-
пись
испы-
тателя
Дата
сдачи
Сдач
(под-
пись)
При-
нял
(под-
пись)
При проведении промежуточных испытаний результаты их ре-
комендуется заносить в специальный журнал, составленный по сле-
дующей форме:
Журнал промежуточных испытаний
Цех или лаборатория_______________
Начат---------------------------------
Оконче н------------------------------
Результаты стендовых испытаний рекомендуется фиксировать
в специальных журналах, составленных по следующей форме:
Журнал стендовых испытаний
Цех или лаборатория---------------------
Начат-----------------------------------
Окончен---------------------------------
№ п/п Номер । заказа Наимено- вание, тип и исполне- ние по взры- возащите Техниче- ская ха- рактери- стика обо- рудования Данные I спыта- ний Заключе- ние Подпись испытателя Дата сдачи i Сдан (под- пись) Принял (подпись)
После завершения ремонта и соответствующих испытаний пред-
ставителями ОТК ремонтного предприятия составляет акт приемки
электрооборудования (технической готовности), который передается
представителю заказчика (потребителю) вместе с отремонтирован-
ным изделием. Его составляют по следующей примерной форме:
(наименование ремонтного предприятия)
______________________. 198-г.
(дата составления акта)
АКТ
технической готовности -------------------------------;------
(наименование электрооборудования)
Тип---------------------------------- №---------------——-
Маркировка по взрывозащите------------------------------------
Паспортные данные
' (номинальные данные) ~
Отремонтированное изделие соответствует ремонтной документации
(номер ремонтной документации)
ГОСТ---------------------------------------------------------
(ОСТ или ТУ, если нет государственного стандарта)
Начальник ОТК-----------------------
(подпись)
Подпись начальника ОТК заверяют штампом ОТК (печатью
предприятия). Если ремонт изделия проводят по документации
предприятия-изготовителя изделия, то вместо номера ремонтной
документации указывают ее номер и наименование по документа-
ции предприятия-изготовителя.
Отремонтированное и выдержавшее необходимые испытания
электрооборудование снабжается специальной табличкой, аналогич-
ной табличке завода-изготовителя. При этом взамен наименования
завода-изготовителя указывают наименование ремонтного пред-
приятия- и его ведомство.
Если при ремонте или испытаниях установлено, что электро-
оборудование не удовлетворяет требованиям ремонтной докумен-
тации относительно параметров, обеспечивающих его взрывозащи-
ту, с него снимают маркировку по взрывозащите.
Глава двенадцатая
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН
12.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ
И СИГНАЛИЗАЦИИ
а) Общие сведения. Безопасность применения взры-
возащищенного электрооборудования определяется не
только конструктивными мерами, принятыми в издели-
ях, но и правильным выполнением электроустановок
взрывоопасных зон, выбором схемы их питания, а так-
же состоянием электрических сетей и защиты. Непра-
вильный выбор схемы питания таких электроустановок,
повреждения в электрических сетях, отказы защиты
электрооборудования могут привести к авариям на
предприятии. Поэтому установка электрооборудования
должна выполняться в строгом соответствии с Правила-
ми устройства электроустановок (ПУЭ) [80] (с учетом
требований гл. VII-3), а эксплуатация сетей и защиты —
в соответствии с Правилами технической эксплуатации
и Правилами техники безопасности при эксплуатации
электроустановок потребителей [79], с учетом требова-
ний в гл. ЭШ-13.
ПУЭ [80] допускают устройство электроустановок
взрывоопасных зон напряжением до 1000 В как с изо-
лированной, так и с глухозаземленной нейтралью. При
этом в электроустановках с изолированной нейтралью
должен быть обеспечен автоматический контроль изоля-
ции сети с действием на сигнал и контроль исправ-
ности пробивного предохранителя. Наибольшее распро-
странение в сетях с напряжением до 1000 В получила
система с глухозаземленной нейтралью, при которой от
одного и того же источника могут питаться силовые и
осветительные электроприемники. В такой системе мо-
жет быть быстро отключено однофазное замыкание на
землю, напряжение «здоровых» фаз относительно зем-
ли при повреждениях в сетях практически не повыша-
ется. Однако большие токи замыкания на землю тре-
буют особенного внимания к выбору защитных уст-
ройств, так как неточности при их выборе, задержки в
срабатывании защиты приводят к прогоранию оболо-
чек электрооборудования, труб в системах трубной
электропроводки. В системах с изолированной нейт-
ралью, свободных от этого недостатка, затруднено оп-
ределение места аварийного замыкания на землю, и
сеть сравнительно большое время будет вынуждена ра-
ботать в условиях повышенного напряжения относи-
тельно земли на «здоровых» фазах. При длительной
работе это создает опасность второго замыкания на
землю, при котором через места повреждений будут
протекать значительные однофазные токи, на отключе-
ние которых защита, как правило, не выбирается. По-
этому в таких системах большая роль в обеспечении
безопасности отводится устройствам автоматического
контроля изоляции сети, предупреждающим заранее о
снижении сопротивления изоляции, а также мероприя-
302
гиям по обнаружению места замыкания на землю.
В тех же случаях, когда по технологическим соображе-
ниям допустимо защитное отключение всей группы
электроприемников, питающихся от одного источника,
при недопустимом снижении уровня изоляции сети от-
носительно земли, система с изолированной нейтралью
является более безопасной, чем с заземленной1. Имен-
но система с изолированной нейтралью получила при-
знание во всех странах мира в угольных шахтах, опас-
ных по газу метану и по угольной пыли.
б) Электроустановки с изолированной нейтралью.
В таких установках взрывоопасных зон контроль изоля-
ции сети должен осуществляться, как указано выше,
автоматически.
Существует много схем, которые могут использовать-
ся в сетях напряжением до 1000 В для автоматического
контроля изоляции. На рис. 12.1 в качестве примера
Рис. 12.1. Схема устройства контроля изоляции сети напряжением
до 1000 В
изображена простейшая схема. Эта схема содержит и
вольтметры, по которым можно визуально следить за
контролем изоляции сети, и реле для автоматической
сигнализации о повреждении изоляции одной из фаз.
Нормально все три вольтметра показывают фазное на-
пряжение, а через реле протекает лишь ток небаланса,
обусловленный допустимой несимметрией, неточным
подбором сопротивлений и т. п. При снижении сопро-
тивления изоляции одной из фаз напряжение на вольт-
метре, подключенном к этой фазе, снижается, а на не-
1 ПУЭ 5-е изд. (гл. VII-3) рекомендуют применять защитное
отключение в электроустановках взрывоопасных зон классов В-1,
В-Ia и В-П.
поврежденных фазах — повышается, появляется ток в
реле. При полном замыкании фазы на землю напряже-
ние на вольтметре этой фазы будет равно нулю, а на
остальных возрастет в раз. Для быстрого обнару-
жения места замыкания на землю в сетях с напряже-
нием до 1000 В на предприятиях должны разрабаты-
ваться и приводиться в инструкции по эксплуатации
электроустановок взрывоопасных зон мероприятия по
отысканию поврежденного участка. Если представляет-
ся возможным по технологии производства, то на ко-
роткое время поочередно от распределительного устрой-
ства (силового щита) отключаются отходящие линии,
и поврежденный участок определяется как участок, при
отключении которого изоляция сети восстанавливает-
ся. В тех же случаях, когда отключение даже кратко-
временное нежелательно, в сетях производят переклю-
чения таким образом, чтобы включать поочередно раз-
личные участки сети с различными трансформаторами,
отделенными друг от друга. При этих переключениях
и выясняется, какой из участков имеет поврежденную
изоляцию. Предварительное составление плана пере-
ключений позволяет быстрее найти поврежденный уча-
сток, повысить безопасность неповрежденного участка,
уменьшить вероятность многофазных коротких замы-
каний.
В сетях напряжением 6—10 кВ напряжение на непо-
врежденных фазах может возрастать и больше, чем в
|/3 раз по отношению к фазному, за счет перенапря-
жений, возникающих при перемежающейся дуге в мес-
те замыкания на землю. Так как при этом повышается
вероятность возникновения двойного замыкания на
землю, то кабельные линии и электродвигатели напря-
жением выше 1000 В, расположенные во взрывоопас-
ных зонах, должны иметь защиту от замыкания на зем-
лю с действием на отключение.
В сетях напряжением до 1000 В с изолированной
нейтралью в процессе эксплуатации необходимо прове-
рять исправность устройства контроля целостности про-
бивного предохранителя, устанавливаемого в нейтрали
обмотки низшего напряжения силового трансформатора
на случай перехода на нее высшего напряжения.
Необходимость контроля целостности пробивного
предохранителя вытекает из следующих соображений.
Если сеть будет работать с пробитым предохранителем
304
(сваренными электродами), то она уже не будет сетью
с изолированной (нейтралью.
Однофазные повреждения, являющиеся в данном
случае уже однофазными короткими замыканиями, не
всегда могут быть отключены защитой или будут от-
ключены с недопустимой задержкой по времени, а это
может вызвать прожог дугой тока короткого замыкания
стальной трубы электропроводки или корпуса электро-
оборудования.
Имеется несколько схем контроля целостности про-
бивных предохранителей. Одна из них показана на
рис. 12.2. При исправном со-
стоянии предохранителя и
нормальной изоляции сети
каждый из вольтметров по-
казывает половину фазного
напряжения сети. Если про
изойдет замыкание на землю
фазы А, то вольтметр V’!
покажет нуль, а вольтметр
V2 — полное фазное напря-
жение. При замыкании фа-
зы В или С, к которым не
в_
с
Рис. 12.2. Схема контроля
пробивного предохранителя
присоединены вольтметры, вольтметр 1Л покажет ли-
нейное напряжение, а вольтметр V2 — фазное. Если про-
изойдет сваривание электродов пробивного предохрани-
теля, то вольтметр У2 покажет нуль, а вольтметр —
фазное напряжение.
в) Электроустановки с глухозаземленной нейтралью.
В таких электроустановках взрывоопасных зон для
обеспечения автоматического отключения аварийного
участка следует выбирать сечение нулевого защитного
провода таким, чтобы при замыканиях фазного провода
на корпус или нулевой провод возникал ток к. з., пре-
вышающий не менее чем в четыре раза номинальный
ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и в
шесть раз — номинальный ток расцепителя автоматиче-
ского выключателя, имеющего обратно зависимую от
тока характеристику. При защите сетей автоматически-
ми выключателями, имеющими только электромагнит-
ный расцепитель, сечение заземляющих проводников
выбирается таким, чтобы при повреждениях был обес-
печен ток однофазного к. з., равный значению уставки
тока срабатывания, умноженному на коэффициент, учи-
тывающий разброс, и на коэффициент запаса 1,1.
20—71 305
12.2. ОПЕРЕЖАЮЩЕЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ И ОТКЛЮЧЕНИЕ
ПРИ ЗАГАЗОВАННОСТИ
Взрывозащищенное электрооборудование присоеди-
няется к электрической сети преимущественно кабелем.
Если в процессе работы такое оборудование должно
перемещаться, то этот кабель должен быть достаточно
гибким. Если же, в дополнение к этому, по условиям
работы на кабель могут воздействовать случайные ме-
ханические усилия (удары, пережимы и т. п.), с кото-
рыми, например, следует считаться в рудниках, опас-
ных по газу, то задача обеспечения взрывобезопасно-
сти такого кабеля представляется достаточно сложной.
И одним из перспективных направлений в решении без-
опасного применения кабеля, да и некоторого другого
оборудования, имеющего слабые по условиям работы
оболочки, например люминесцентные светильники, яв-
ляется применение в качестве защиты, так называемого,
опережающего отключения. Смысл этого вида защиты
заключается в том, что оборудование, в том числе и ка-
бель отключается до того, как создаются условия, не-
обходимые для поджигания окружающей взрывоопас-
ной смеси.
Система опережающего отключения может состоять,
например, из детектора, обнаруживающего начало про-
цесса разрушения оболочки, и быстродействующего вы-
ключателя, отключающего кабель от сети. В тех случа-
ях, когда кабель питает мощные электродвигатели, ко-
торые после отключения от сети -могут во время враще-
ния генерировать обратную ЭДС и подпитывать энер-
гией место повреждения кабеля, на выводах двигателя
устанавливается короткозамыкатель, который после
команды детектора соединяет накоротко выводы двига-
теля. Комплект аппаратуры получается достаточно слож-
ным, да и кабель требуется специальной конструкции
с дополнительным экраном, дающим возможность де-
тектору обнаружить начало повреждения. Однако такой
вид защиты позволяет комплексно решить вопрос без-
опасного применения электроэнергии, и он уже исполь-
зуется в отдельных угольных шахтах с крутыми уголь-
ными пластами.
Другим видом защиты электроустановок, обеспечи-
вающим взрывобезопасное применение электроэнергии,
является использование системы контроля за атмо-
Зсферой во взрывоопасных зонах. При повышении кон-
o’»
11023—1э.
центрации горючего вещества датчики вначале сигна-
лизируют о росте, а при достижении 50% нижнего пре-
дела воспламенения автоматика отключает энергопри-
ем'н'ики соответствующего участка, т. е. устраняется
источник воспламенения, а этим самым и возможность
взрыва.
Глава тринадцатая
ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
13.1. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Вопросам охраны труда, техники безопасности и санитарии
в нашей стране уделяется большое внимание. Обеспечение безопас-
ной работы обслуживающего персонала находит свое выражение
в Кодексе законов о труде, а также в правовых технических и са-
нитарно-гигиенических правилах и нормах. Руководители предприя-
тий и учреждений обязаны принимать меры по устранению или
уменьшению вредных условий работы, .предупреждению несчастных
случаев и содержанию мест работы в надлежащем санитарно-гигие-
ническом состоянии. При этом особое внимание уделяют безопас-
ности работ в производствах, отнесенных к взрывоопасным, по-
скольку, любые, на первый взгляд даже назначительные, нарушения
техники безопасности могут приводить к травмам персонала с тя-
желыми последствиями и к большим материальным убыткам. Каж-
дое предприятие, производство, отдельная технологическая уста-
новка должны строго соответствовать требованиям специальных
действующих правил и норм по технике безопасности, промышлен-
ной санитарии и противопожарной технике.
В случаях, когда при монтаже, эксплуатации или ремонте
взрывозащищенного электрооборудования возникают сложности
в выборе правильного решения, необходимо обращаться в кон-
трольные (испытательные) организации соответствующей отрасли
народного хозяйства (ВНИИВЭ, ВостНИИ, МакНИИ), в специали-
зированные отраслевые институты по технике безопасности
(ВНИИТБ Баку, ВНИИ ТБХП Северодонецк и др.), а также
в местные (городские, областные) организации, занимающиеся во-
просами противопожарной ‘профилактики.
Основные положения ио технике безопасности при эксплуатации
электрооборудования промышленных предприятий, в том числе рас-
положенного во взрывоопасных зонах в помещениях и наружных
установках, изложены в Правилах технической эксплуатации элек-
троустановок потребителей и Правилах техники безопасности при
эксплуатации электроустановок потребителей [79] (гл. ЭШ-13'
«Электроустановки взрывоопасных производств»), Правилах
устройства электроустановок (ПУЭ) [80], Инструкциях по монтажу
электпооборудования Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя
СССР [36 или др.], Правилах безопасности действующих в отдель-
ных отраслях промышленности, например в угольной [75], а также
20* 307
в специализированных ГОСТ1 на отдельные виды взрывозащиты
электрооборудования и меры по технике безопасности при выпол-
нении тех или иных работ.
Прн монтаже, эксплуатации и ремонте взрывозащищенного элек-
трооборудования следует строго соблюдать предписания инструкций
по монтажу и эксплуатации, составляемые на конкретные изделия
заводами-изготовителями.
На выполнение отдельных видов работ на предприятиях со-
ставляют местные производственные инструкции, в которых отра-
жают специфические особенности того нли иного производства или
технологической установки. Так, в соответствии с «Типовым поло-
жением по организации огневых работ во взрыво- и пожароопас-
ных производствах химической и металлургической промышленно-
сти» разрабатываются Инструкции на проведение постоянных или
временных огневых работ. К временным относятся огневые работы,
проводимые при монтаже и ремонте оборудования и коммуникаций
непосредственно во взрыво- и пожароопасных зонах в помещениях
или на территории. К постоянным относятся огневые работы, про-
водимые по утвержденным инструкциям на специальных площадках
н в мастерских. Такие работы дополнительного оформления не
требуют.
Временные огневые работы разрешаются только иа основании
оформленного плана их проведения и разрешения на проведение
огневых работ, утвержденных главным инженером предприятия
после согласования со службами техники безопасности, пожарной
охраны и газоспасательной станции.
На каждое взрывозащищенное электрооборудование и электро-
установку во взрывоопасной зоне заводятся эксплуатационные
журналы, в которых отмечаются все работы, производимые с изде-
лием, его состояние и др.
13.2. ЭЛЕКТРОбЕЗОПАСНОСТЬ
Эксплуатация взрывозащищенного электрооборудования и ка-
бельных сетей с нарушениями или отступлениями от предписанных
требований Правил (79] и инструкций может привести не только
к поражению электрическим током обслуживающего персонала, но
и вызвать поджигание окружающей взрывоопасной смеси. Поэтому
вопросы электробезопасности электроустановок во взрывоопасных
зонах тесно связаны с вопросами взрывобезопасности.
Во взрывоопасных зонах запрещается:
ремонтировать электрооборудование и электрические сеги, на-
ходящиеся под напряжением, так как при таких условиях не исклю-
чено (из-за неосторожности работающих) образование коротких
замыканий и опасных искрений;
вскрывать оболочки электрооборудования, если при этом токо-
ведущие части находятся под напряжением;
включать электрооборудование, автоматически отключенное при
коротком замыкании или опасных токах утечки на землю, без вы-
яснения и устранения причин отключения;
1 До полного ввода в действие всех стандартов на отдельные
виды взрывозащиты следует руководствоваться также некоторыми
требованиями ПИВРЭ [76].
держать под напряжением неиспользуемые электрические сети;
включать электрооборудование без электрической защиты от
повреждения;
перегружать сверх номинальных параметров взрывозащищенное
электрооборудование, провода, кабели, расположенные во взрыво-
опасных зонах в помещениях и наружных установках;
подключать к специальным трансформаторам, питающим искро-
безопасные приборы, другие аппараты и цепи, не входящие в ком-
плект данного прибора;
оставлять настежь открытыми двери помещений и тамбуров,
разделяющих или отделяющих помещения с взрывоопасными зона-
ми от любых других помещений.
Основой защиты от поражения электрическим током является
заземление (зануление). Во взрывоопасных помещениях заземление
(зануление) выполняют при любом напряжении электрооборудова-
ния переменного или постоянного тока. Заземление или зануление
стационарных, переносных или передвижных электроприемников
электроустановок взрывоопасных зон осуществляют с применением
специальной третьей или четвертой жилы кабеля или провода.
13.3. МОЛНИЕЗАЩИТА И ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО
ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Источниками инициирования взрыва могут быть искрения, вы-
званные разрядами атмосферного или статического электричества.
Опасным воздействием молнии является непосредственный
удар молнии, ее вторичное проявление и занесение высоких потен-
циалов внутрь взрывоопасной зоны.
Под вторичным проявлением молнии подразумеваются явления,
которые возникают в результате воздействия электромагнитного
поля тока разряда молнии, протекающего через молниеотводящие
проводники в землю. Вторичные проявления молнии могут вызвать
искрения между несоединенными между собой металлическими
конструкциями, опасные для взрывоопасной атмосферы. Занесение
высоких потенциалов во взрывоопасные зоны внутрь помещений
возможен по надземным трубопроводам, кабелям, рельсовым путям,
эстакадам как при прямом ударе в них молнии, так и в тех слу-
чаях, когда этот потенциал наводится в них при протекании тока
молнии вблизи от них. Защита зданий и сооружений от непосред-
ственного удара молнии и от вторичных проявлений именуется
молниезащнтой.
Действующая в СССР «Инструкция по проектированию н
устройству молниезащиты зданий н сооружений СН305-77» преду-
сматривает выполнение тех или иных молниезащитных мероприя-
тий в зависимости от категории защищаемого сооружения. При
этом помещения, содержащие взрывоопасные зоны классов В-I и
В-П, относятся к I категории, а классов B-Ia, В-16 и В-Па — ко
И категории. В основном эти меры сводятся к выбору вида
устройства защиты от прямого удара молнии (отдельно стоящие
молниеотводы, молниеотводы на крышах зданий, тросовые молние-
лроводы, металлические крыши или сетки и т. п.), способа защиты
от вторичных проявлений молний (металлические перемычки между
металлическими предметами для исключения незамкнутых конту-
ров, перемычки на фланцевых соединениях трубопроводов и т. п..),
способов выполнения заземляющих устройств.
Особое внимание обращают на опасные потенциалы статиче-
ского электричества, которые могут образовываться на трубопро-
водах при перемещении по ним веществ с удельным электрическим
сопротивлением, превышающим 106 Ом-см, при движении жидкости
по трубопроводам со скоростью, превышающей 0,7—1,0 м/с, прн
проведении операции слива-налива ЛВЖ, движение порошко-
образных веществ и пыли в потоке воздуха или газа, при переме-
щении веществ в смесителях, каландрах и т. п. операциях, при
работе ременных передач и резиновых транспортеров, выполненных
из непроводящей резины и других операций.
Заземление электрооборудования, коммуникации, емкостей, яв-
ляется важнейшим мероприятием по борьбе со статическим элек-
тричеством, возникающим в результате механического разделения
зарядов при процессах переливания, встряхивания жидкостей, дроб-
ления, размола, пневмотранспорта твердых непроводящих веществ.
Разряд накопившихся зарядов статического электричества, если
не принять специальных мер, может сопровождаться искрами со
значительной энергией, намного превышающей минимальные энергии
поджигания взрывоопасных смесей. Поэтому и нужно принимать
все возможные меры по исключению накопления статических заря-
дов. К этим мерам помимо заземления можно отнести:
применение материалов, снижающих сопротивление пластмассо-
вых деталей аппаратов и оборудования (графитовые добавки),
использование металлизированных покрытий;
общее и местное увлажнение воздуха в опасных помещениях
до 75% относительной влажности, а по необходимости и выше;
нейтрализацию зарядов статического электричества с помощью
излучателей ионизированных частиц.
Использование устройств по ионизации воздуха во взрывоопас-
ных зонах допускается лишь при их взрывозащищенном исполне-
нии. Взрывозащищеиными должны быть и статометры — приборы
для замера потенциала заряженного облака. Как правило, они вы-
полняются с искробезопасными электрическими цепями. Однако
каждый тип прибора является безопасным при замере потенциала
только до определенного предела.
13.4. ОБСЛУЖИВАЮЩИЙ ПЕРСОНАЛ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
С ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕМ
Персонал, заиимающяйся монтажом, обслуживанием н ремон-
том электроустановок с взрывозащищенным электрооборудованием
должен иметь необходимую подготовку и квалификацию. Он дол-
жен знать действующие Правила (см. 13.1), изучить безопасные
методы работ, конструктивные особенности электрооборудования,
способы обеспечения его взрывозащищенности, инструкции по мон-
тажу и эксплуатации обслуживаемого электрооборудования, кабе-
лей и проводов и другие нормативно-технические документы. Пер-
сонал должен сдать экзамен по технике безопасности и иметь
удостоверение, указывающее на соответствие его квалификации
характеру проводимых работ.
Для персонала, прямо нли косвенно связанного с эксплуата-
цией взрывозащищенного электрооборудования, систематически
должны проводиться занятия по особенностям взрывозащиты но-
вого отечественного и зарубежного электрооборудования, а также
новым нормативно-техническим документам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй.—М.: Физмат-
гиз, 1960. — 715 с.
2. Балакирский Л. Б., Бродский В. А., Кириченко Б. М. и др.
Бесконтактные искробезопасные полупроводниковые элементы шахт-
ной автоматики. — М.: Недра, 1969.—239 с.
3. Баратов А. Н., Буланова В. В. Расчетная оценка нижнего
концентрационного предела воспламенения и горючести вещества.—
Химическая промышленность, 1970, № 10, с. 15—17.
4. Баратов А. Н., Годжелло М. Г. Оценка пожарной опасности
производств, связанных с применением горючих газов и жидко-
стей.— М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1961,
83 с.
5. Баратов А. Н. Обзор исследований по химическому ингиби-
рованию пламени. — Проблемы горения и тушения. Сборник работ
ВНИИПО,—М.: 1968, с. 32—55.
6. Баратов А. Н. Расчетные методы оценки пожарной опасно-
сти веществ и материалов. — Химическая промышленность, 1970,
№ 10, с. 22—26
7. Бойков Н. А., Звездин П. С., Резиик Л. Б. Измерение дав-
лений при быстропротекающих процессах. — М.: Энергия, 1970.—
64 с.
8. Бойков Н. А., Звездин П. С., Резник Л. Б. Исследование
процессов взрывопередачи через различные средства взрывозащи-
ты. — Взрывобезопасное электрооборудование (разработка и ис-
следование). Сборник научных трудов ВНИИВЭ, вып. 8/ Под общ.
ред. канд. техн, наук В. С. Дзюбана. — М.: Энергия, 1971,—
с. 14—18.
9. Бойков Н. А., Ихно А. Г., Резник Л. Б. Распространение
горения ацетилено-воздушной смеси через узкие отверстия и ще-
ли. — Физика горения и взрыва, т. 5, 1969, № 2, с. 194—199.
10. Особенности эксплуатации взрывозащищенного электрообо-
рудования нефтяной и газовой промышленности/ Н. А. Бойков,
В. С. Кожин, А. С. Календовский и др. — Тематический научно-
технический обзор. Сер. машины и оборудование нефтяной и газо-
вой промышленности. — М.: ВНИИОЭНГ, 1975, 84 с.
11. Бойков Н. А., Кудин В. В., Резник Л. Б., Терновский Н. А.
Технические требования по обеспечению взрывобезопасности элек-
трооборудования сушильных камер. — Лакокрасочные материалы и
их применение, 1977, № 5, с. 5—7.
12. Взрывобезопасность электрических разрядов и фрикционных
искр. — В. А. Бондарь, В. Н. Веревкин, А. Н. Гескин и др./ Под
ред. проф., докт. техн, наук В. С. Кравченко и канд. техн, наук
В. А. Бондаря. — М.: Недра, 1976. — 304 с.
13. Взрывоопасность металлических порошков. В. В. Недин,
О. Д. Нейков, А. С. Алексеев, В. А. Кривцов. — Киев: Паукова
думка, 1971. — 140 с.
14. Вильямс Ф. А. Теория горения.—М.: Наука, 1971. — 616 с.
15. Воеводский В. В, Физика и химия элементарных химиче-
ских процессов. — М: Наука, 1969. — 414 с.
16. Гаврильченко Л. И. Искробезопасность взрывных сетей при
применении токов высокой частоты. — Вопросы горной электромеха-
ники. Труды МакНИИ, т. XI, .вып. 2/ Под общ. ред. проф., докт.
техи. наук В. Д. Белого. М.: Углетехнздат, 1959, с. 94—115.
17. Гаврильченко Л. А., Погорельский А. Е., Семененко В. А.
Исследование немецкого искрообразующего механизма. — Безопас-
ная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах
(сборник научных статей)/ Под общ. ред. канд. техн, наук
А. М. Котляревского. — Макеевка — Донбасс: МакНИИ, 1969,
с. 112—115.
18. Гаджелло М. Г. Взрывы промышленных пылей и нх преду-
преждение.— М.: Министерство коммунального хозяйства. РСФСР,
1952, 164 с.
19. Горение порошкообразных металлов в активных средах/
Похил П. Ф„ Беляев А. Ф., Фролов Ю. В., Логачев В. С., Корот-
ков А. И. — М.: Наука, 1972. — 294 с.
20. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования.
21. ГОСТ 12.0.011-78. Смеси взрывоопасные. Классификация.
22. ГОСТ 12.2.020-76. Электрооборудование взрывозащнщенное.
Термины и определения. Классификация. Маркировка.
23. ГОСТ 12.2.021-76. Электрооборудование взрывозащнщенное.
Порядок согласования технической документации. Проведение
испытаний, выдача заключений и свидетельств.
24. ГОСТ 13921-68. Продукты химические органические. Метод
определения температур вспышки и воспламенения в открытом
тигле.
25. ГОСТ 14254-69. Электрооборудование напряжением до
1000 В. Оболочки. Степени защиты.
26. ГОСТ 22782.1—77. Электрооборудование взрывозащищенное
с видом взрывозащиты «Масляное заполнение оболочки». Техни-
ческие требования и методы испытаний.
27. ГОСТ 22782.2—77. Электрооборудование взрывозащищенное
с видом взрывозащиты «Кварцевое заполнение оболочки». Техни-
ческие требования и методы испытаний.
28. ГОСТ 22782.3—77. Электрооборудование взрывозащнщен-
ное со специальным видом взрывозащиты. Технические требования
и методы испытаний.
29. ГОСТ 22782.4-78. Электрооборудование взрывозащищенное
с видом взрывозащиты «Заполнение или продувка оболочки под
избыточным давлением». Технические требования и методы испы-
таний.
30. ГОСТ 22782.5-78. Электрооборудование взрывозащищениое
с видом взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь». Тех-
нические требования и методы испытаний.
31. Демидов П. Г. Основы горения веществ. М.:- Министерство
коммунального хозяйства РСФСР. 1951.— 182 с.
32. Дубовкин Н. Ф. Справочник по углеводородным топливам
и их продуктам сгорания. — М.—Л.: Госэнергонздат, 1962. — 288 с.
33. Зельдович Я. Б., Воеводский В. В. Тепловой взрыв и рас-
простраиение пламени в газах. — М.: Московский механический
институт. 1947. — 125 с
34. Зельдович Я. Б., Компаиеец А. С. Теория детонации. — М.:
Гостехиздат, 1955. — 268 с.
35. Зельдович Я. Б., Симонов Н. Н. К теории искрового вос-
пламенения газовых взрывчатых смесей. Жур. физической химии,
т. XXIII, 1949, № 11, с. 1361—1374.
36. Инструкция по монтажу электрооборудования, силовых и
осветительных сетей взрывоопасных зон. ВСН 332-74/ ММСС
СССР. — М.: Энергия, 1976, 145 с.
37. Инструкция по проектированию и устройству молииезащи-
ты зданий и сооружений. СН 305-77. — М.: Стройиздат, 1978.—
46 с.
38. Инструкция по устройству сетей заземления и зануления
в электроустановках. СН 102-76. — М.: Стройиздат, 1978, 55 с.
39. Иост В. Взрывы и горение в газах. — М.: Иностранная ли-
тература, 1952. — 688 с.
40. Ихно А. Г. Научные основы конструирования и испытания
взрывобезопасных оболочек рудничного электрооборудования. —
Вопросы горной электромеханики. Труды МакНИИ, т. XI, вып. 2/
Под общ. ред. проф-, доктор техн, наук В. Д. Белого. М.: Угле-
техиздат, 1959, с. 29—71.
41. Каймаков А. А., Бауэр А. Н. Охлаждение продуктов взры-
ва метано-воздушной смесн в щели между стальными и пластмас-
совыми фланцами. Вопросы безопасности в угольных шахтах. Тру-
ды ВостНИИ, т. VIII, М.: Недра, 1967, с. 211—217.
42. Каймаков А. А., Бауэр А. Н, Способ повышения эффектив-
ности взрывонепроницаемых сопряжений оболочек электрооборудо-
вания. — Вопросы безопасности в угольных шахтах. Труды
ВостНИИ, т. XII, Кемерово: Кн. издат., 1972, с. 279—289.
43. Календовский А. С., Акинин Г. И., Бойков Н. А. Особенно-
сти эксплуатации взрывозащищениых световых приборов (обзор).—
М.: Центральный научно-исследовательский институт информации
и технико-экономических исследований нефтеперерабатывающей и
нефтехимической промышленности, (ЦНИИТЭнефтехим), 1973.—
43 с.
44. Календовский А. С., Бойков Н. А., Кудин В. В. Недостат-
ки эксплуатации взрывозащищенного электрооборудования. — Про-
мышленная энергетика, 1975, № 7, с, 7—9.
45. Ковалев П. Ф. О физических основах взрывобезопасности
рудничного электрооборудавання.— Вопросы горной электромеха-
ники, Труды МакНИИ, т. XI, вып. 2/ Под общ. ред. проф., докт-
техн. наук В. Д. Белого.—М.: Углетехиздат, 1959, с. 3—27.
46. Ковалев П. Ф. Принципы взрывобезопасности рудничного
электрооборудования. М.: Углетехиздат, 1951, с. 59.
47. Колодочка П. А. Взрывозащитные свойства кварцевого за-
полнения искрового поджигания газовой смеси. Вопросы горной
электротехники. Труды МакНИИ, т. XII, вып. 4/ Под общ. ред.
проф., докт. техн, наук В. Д. Белого. — М.: Госгортехиздат, 1961,
с. 125—129.
48. Колодочка П. А., Ковалев П. Ф. Экспериментальное иссле-
дование взрывонепроницаемости шариковых пламяпреградителей
в условиях внутренней разгрузки давления.— Безопасная эксплуа-
тация электромеханического оборудования в шахтах (сборник на-
313
учных статей)/ Под общ. ред. канд. техн, наук А. М. Котлярев-
ского. Макеевка — Донбасс.: МакНИИ, 1969, с. 27—37.
49. Комаров В. С., Васнев М. А. Исследование условий оценки
на искробезопасность электрических цепей в аварийном режиме. —
Электровзрывобезопасность в угольных шахтах. Труды ВостНИИ,
т. XVIII, Прокопьевск: 1971, с. 28—37.
50. Комаров В. С. Искробезопасность рудничного и взрыво-
защищенного электрооборудования.—М.: Недра, 1972. — 101 с.
51. Комаров В. С. Моделирование газовых смесей для оценки
цепей на искробезопасность. — Электровзрывобезопасность в уголь-
ных шахтах. Труды ВостНИИ, т. XVIII, Прокопьевск; 1971,
с. 12—19.
52. Комаров В. С. О классификации взрывчатых смесей по вос-
пламеняемости от электрической искры. — Вопроссы безопасности
в угольных шахтах. Труды ВостНИИ, т. IV. М.: Недра, 1964,
с. 109—112.
53. Кравченко В. С. Воспламеняющая способность электриче-
ских разрядов при размыкании цепей тока промышленной, звуко-
вой и ультразвуковой частоты. — Электричество, 1954, № 1,
с. 56—61.
54. Кравченко В. С. Воспламеняющая способность электриче-
ского искрения. — Электричество, 1952, № 9, с. 21—28.
55. Кравченко В. С. Начало классификации газо- н паровоз-
душных взрывчатых смесей по воспламеняемости от электрических
разрядов. М.: Институт горного дела имени А. А. Скочннского,
1962, 12 с.
56. Кравченко В. С. Основы теории рудничных искробезопасных
систем. Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктор техн. наук. М.: АН СССР, 1953, 36 с.
57. Кравченко В. С. Открытое электрическое искрение в вос-
пламеняющейся рудничной атмосфере. — Электричество, 1960, № 2,
с. 70—75.
58. Кравченко В. С., Погорельский А. Е., Семененко В. А. Об
уровне допустимых искробезопасных параметров в электрических
цепях. — Безопасность труда в промышленности, 1973, № 12,
с. 27—29.
59. Кравченко В. С., Семененко В. А., Погорельский А. Е. Под-
жигание электрическими искрами нагретой водородно-воздушной
смеси.— Безопасность труда в промышленности, 1971, № 2,
с. 11—14.
60. Ловачев Л. А. Теория пределов распространения пламени
в газах.—Журнал физической химии, т. XL'IV, 1970, Хе 3, с. 15—17.
61. Льис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. — 2-е
изд. — М.: Мир, 1968. — 592 с.
62. Морган Д. Принципы зажигания. — М.: Машгиз, 1947.—
128 с.
63. Налбандян А. Б., Воеводский В. А. Механизм окисления и
горения водорода. — М.: АН СССР, 1959, 144 с.
64. Основы горения углеводородных топлив. — М.: Иностранная
литература, I960.-—664 с.
65. ОСТ 16.068.003—71. Оборудование электрическое взрывоза-
щищенное. Выбор и применение зарубежного электрооборудования
для взрывоопасных установок. М.: Минэлектротехпром СССР, 1971,
391 с.
66. Погорельский А. Е. Влияние длительности электрического
разряда на его поджигающую способность. — Взрывобезопасное
электрооборудование (разработка и исследование). Сборник науч-
ных трудов Гипронисэлектрошахт, выл. 3/ Под общ. ред. канд. техн,
наук Ю. А. Дикого, М.: Энергия, 1963, с. 63—67.
67. Погорельский А. Е., Лоцманов М. С. Расчет параметров ре-
зисторов блоков универсальной искрозащиты. — Взрывозащищенное
электрооборудование (разработка и исследование). Сборник науч-
ных трудов. ВНИИВЭ, вып. 13/ Под общ. ред. канд. техн, наук
В. С. Дзюбана, Донецк: 1976, с. 3—7.
68. Погорельский А. Е., Лоцманов М. С. Физические основы ра-
боты стабилитронной защиты в омических цепях. — Взрывозащи-
щенное электрооборудование (разработка и исследование). Сборник
научных трудов ВНИИВЭ, вып. 11/ Под общ. ред. канд. техн, наук
В. С. Дзюбана. М.: Энергия, 1976, с. 5—10.
69. Погорельский А. Е. Оценка воспламеняющей способности
электрических разрядов малой мощности в реальных электрических
цепях и системах. Автореферат диссертации на соискание учебной
степени канд. техн. наук. М.: Институт горного дела имени
А. А. Скочинского, 1969, 18 с.
70. Погорельский А. Е. Расчет критического времени выделения
энергии для поджигания взрывоопасных смесей. — Взрывобезопас-
ное электрооборудование (разработка и исследование). Сборник на-
учных трудов ВНИИВЭ, вып. 10/ Под общ. ред. канд. техн, наук
В. С. Дзюбана. — М.: Энергия, 1974, с. 25—30.
71. Погорельский А. Е., Семененко В. А. Взрывоопасные свой-
ства кислородно-водородно-воздушных смесей. — Проблемы горения
и тушения (материалы II Всесоюзной научно-технической конферен-
ции).—М.: 1973, с. 92—101.
72. Погорельский А. Е., Семененко В. А. Исследование пара-
метров электрических разрядов при коммутации безреактивных це-
лей постоянного тока. Взрывобезопасное электрооборудование (раз-
работка и исследование). Сборник научных трудов Гипронисэлек-
трошахт, вып. 4/ Под общ. ред. канд. техн, наук Ю. А. Дикого. —
М.—Л.: Энергия, 1966, с. 9—14.
73. Погорельский А. Е., Семененко В. А. Характеристики искро-
безопасности для емкостных цепей с разрядным резистором. Взры-
вобезопасное электрооборудование (разработка и исследование).
Сборник научных трудов ВНИИВЭ, Вып. 8/ Под общ. ред. канд.
техн, наук В. С. Дзюбана. — М.: Энергия, 1971, с. 22—25.
74. Понизко А. С. Фильтры — огнепреградители во взрывозащи-
щенном электрооборудовании. — Взрывобезопасное электрооборудо-
вание (разработка и исследование). Сборник научных трудов
ВНИИВЭ, вып. 7/ Под общ. ред. канд. техн, наук В. С. Дзюбана.—
М.: Энергия, 1970, с. 145—158.
75. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. —
М.: Углетехнздат, 1958.— 253 с.
76. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного
электрооборудования (ПИВРЭ) ОАА 684.053-67. — М.: Энергия,
1969, —222 с.
77. Правила изготовления взрывозащищенного электрооборудо-
вания. (ПИВРЭ). — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1960. — 63 с.
78. Правила изготовления взрывозащищенного электрооборудо-
вания. — Изд. 3-е. — (ПИВРЭ). — М.—Л.: Энергия, 1964. — 94 с.
79. Правила технической эксплуатации электроустановок потре-
бителей и правила техники безопасности при эксплуатации электро-
установок потребителей. — Изд. 3-е. — Днепропетровск.: ПромшЬ,
1974, 352 с.
80. Правила устройства электроустановок. (ПУЭ). Изд. 5-е.
Разд. VII. Электрооборудование специальных установок. М.: Атом-
издат, 1980, НО с.
81. Публикация МЭК 79-11. Электрооборудование взрывозащи-
щенное. Искробезопасность. 20 с.
82. Публикация МЭК 79-12. Классификация взрывоопасных сме-
сей. 15 с.
83. Ракович И. И. Электрооборудование взрывоопасных произ-
водств.— Изд. 3-е. — М.: Энергия, 1972. — 376 с.
84. Разумихин М. А. Эрозионная устойчивость маломощных кон-
тактов.— М. — Л.: Энергия, 1964.— 81 с.
85. Рекомендации по составлению методик определения катего-
рий производств по взрывопожарной и пожарной опасности,
ВНИИПО, М.: 1973, 25 с.
86. Розловский А. И. Взрывобезопасность паро-газовых систем
в технологических'процессах. — М.: Химия, 1973. —128 с.
87. Розловский А. И. Основы техники взрывобезопасности при
работе с горючими газами и парами. — 2-е изд. — М.: Химия,
1980. —376 с.
88. Руководящие технические материалы. Оборудование элек-
тротехническое взрывозащищениое и рудничное. Методы испытаний.
ОАА.688.013—71, — 259 с.
89. Руководящие технические материалы. Ремонт взрывозащи-
щениого и рудничного электрооборудования. РТМ 16.689.169—75.—
84 с.
90. Сас Р. И., Бойков Н. А., Резник Л. Б. Шлакоситалл для
огнепреградителей. — Строительные материалы и конструкции. Киев.
1978, № 2, с. 14—15.
91. Семененко В. А., Бойков Н. А., Забродский А. Е., Черни-
ков Н. А., Коновалов Е. Н., Календовский А. С., Гескин А. И. Ком-
плексное решение вопросов применения электрооборудования во
взрывоопасных производствах. Взрывозащищениое электрооборудо-
вание (разработка и исследование). Сборник научных трудов
ВНИИВЭ, вып. 14/ Под общ. ред. канд. техн, наук В. С. Дзюба-
на. — М.: Энергия, 1977, с. 17—23.
92. Семененко В. А., Хорунжий М. В„ Арнополин А. Г., Заброд-
ский Е. А. Взрывозащищениая контрольно-измерительная аппарату-
ра и аппаратура автоматики. Эксплуатация и ремонт. — М.: Недра,
1970, —223 с.
93. Семененко В. А., Хорунжий М. В., Шевченко Н. Ф. Совер-
шенствование в рамках СЭВ требований к взрывозащищениому
электрооборудованию. — Электротехника. 1973, № 2, с. 41—43.
94. Семенов Н. Н. О некоторых проблемах химической кинети-
ки и реакционной способности (свободные радикалы и ценные реак-
ции) — 2-е изд. —М.: АН СССР, 1958, —684 с.
95. Семенов Н. Н. Развитие теории цепных реакций и теплового
воспламенения. — М.: Знание, 1969. — 93 с.
96. Серов В. И. Воспламеняющая способность сложных индук-
тивных цепей. — М.: Наука, 1966.— 91 с.
97. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в га-
зах,—М.: АН СССР, I960. —427 с.
981 Строительные нормы и правила глава СНиП Ш-ЗЗ—76,
Правила производства и приемки работ. Электротехнические устрой-
ства.— М.: Стройиздат, 1977. •—220 с.
99. Султанович А. И., Дроздов А. М., Будаев Э. С, и др. Осо-
бенности проектирования взрывозащищенных приборов и средств
автоматизации нефтяной промышленности. — М.: Недра, 1973.—
185 с.
100. Султанович А. И, Искробезопасность электрических цепей
приборов и средств автоматики. — М.: Недра, 1966.— 117 с.
101. Таубкин С. И., Таубкин И. С. Пожаро- и взрывоопасность
пылевидных материалов и технологических процессов их переработ-
ки.— М.: Химия, 1976. — 264 с.
102. Туркин Г. И., Бойков Н. А., Семененко В. А., Хорун-
жий М. В. Зарубежное взрывозащищенное электрооборудование.-—
М.: Энергия, 1973. —276 с.
103. Хорунжий В. А., Рибас Ю. М., Недосеков С. С. Взывоза-
щищенное электрооборудование.—М.: Госэнергоиздат, 1962,—
320 с.
104. Шевченко Н. Ф., Арнополнн А. Г. Взрывозащищенная пус-
корегулирующая аппаратура и аппаратура управления. — М.: Энер-
гия, 1970. — 168 с.
105. Шевченко Н. Ф., Арнополнн А. Г., Семененко В. А., Хо-
рунжий М. В. Взрывозащищенное электрооборудование.— М.: Нед-
ра, 1972, —262 с.
106. Шишкин Н. Ф., Мендели Г. В. Электробезопасность в шах-
тах и взрывоопасных помещениях. — Тбилиси: Цодна, 1960.— 216 с.
107. Щетинков Е. С. Физика горения газов. — М.: Наука,
1965, —740 с.
108. Эджертон Э. Пределы воспламенения.-—Вопросы горения
и детонационных волн. 4-й Международный симпозиум (Кембридж)
по вопросам горения и детонационных волн (сборник статей). — М.:
Оборонгиз, 1958, с. 123—132.
109. Эксплуатация и ремонт взрывозащищенного электрообору-
дования для нефтяной, газовой и химической промышленности/ Под
общ. ред. В. А. Хорунжего. — М.: Недра, 1967. — 315 с.
ПО. Электрооборудование взрывобезопасное (рудничное) и
взрывозащищенное. Правила изготовления и методы испытаний. Ре-
комендации по стандартизации СЭВ, PC 781—71.—М.: 1971.—
155 с.
111. Электрооборудование в искробезопасном исполнении. Тех-
нические требования. Методы испытаний. Рекомендации по стандар-
тизации СЭВ, PC 4986—75, М.: 1975.
112. Экспресс-информация «Пожарная охрана» 33, 1975, с. 21.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................... 3
Глава первая. Основы теории горения и взрыва газов 5
1.1. Общие сведения.................................... 5
1.2. Самовоспламенение и вынужденное воспламенение . 12
1.3. Теория распространения пламени. Дефлаграционное
горение................................................14
Глава вторая. Взрывоопасные свойства горючих газо-,
паро- н пылевоздушных смесей...........................24
2.1. Концентрационные пределы воспламенения .... 24
2.2. Температурные пределы 'воспламенения ..... 34
2.3. Эксплозиметрические (взрывные) параметры смесей . 41
2.4. Особенности поджигания взрывоопасных смесей раз-
личными источниками....................................44
Глава третья. Классификация взрывоопасных смесей по
категориям и группам...................................57
3.1. Общие сведения....................................57
3.2. Распределение взрывоопасных смесей по категориям 58
3.3. Новые методы категорирования взрывоопасных сме-
сей ...................................................62
3.4. Распределение взрывоопасных смесей по группам . 66
Глава четвертая. Принципы обеспечения взрывозащн-
щеиности электрооборудования и особенности его кон-
струирования ..........................................69
4.1. Виды взрывозащиты.................................69
4.2. Взрывонепроницаемая оболочка......................73
4.3. Искробезопасные электрические цепи................86
4.4. Электрооборудование с видами взрывозащиты: за-
полнение или продувка оболочки под избыточным
давлением защитным газом, кварцевое или маслиное
заполиеняе оболочки и специальные виды взрыво-
защиты ...............................................109
4.5. Электрооборудование с взрывозащитой вида «е» . . 118
4.6. Уровни взрывозащиты.................... . . . 119
4.7. Особенности конструирования взрывозащищенного
электрооборудования ................................. 121
4.8. Методы оценки взрывозащищенности электрообору-
дования ..............................................145
Глава пятая. Принципы маркировки электрооборудова-
ния по взрывозащите 154
5.1. Общие сведения................................. 154
5.2. Маркировка взрывозащищенного электрооборудова-
ния в СССР............................................160
5.3. Маркировка зарубежного взрывозащищенного элек-
трооборудования .........................................167
Глава шестая. Основы классификации взрывоопасных
зон производственных помещений и наружных установок
и условия применения взрывозащищенного электрообо-
рудования .................................................172
6.1. Классификация взрывоопасных зон производственных
помещений н наружных установок.172
6.2. Принципы определения класса взрывоопасной зоны 178
6.3. Выбор взрывозащищенного электрооборудования и
условия его применения ........ 183
.6.4. Особенности классификации взрывоопасных зон
в зарубежных стандартах.............................186
Глава седьмая. Особенности взрывозащищенного элек-
трооборудования .......................................190
7.1. Общие сведения.....................................190
7.2. Монтаж отдельных видов электрооборудования . . 193
7.3. Монтаж кабелей и проводов.........................208
7.4. Сдача н прием в эксплуатацию электроустановок во
взрывоопасных зонах......................................212
Глава восьмая. Особенности эксплуатации взрывоза-
щищенного электрооборудования ........................ 213
8.1. Организация эксплуатации взрывозащищенного элек-
тпооборудования ........................................ 213
8.2. Электрооборудование во взрывонепроницаемой обо-
лочке ...................................................217
8.3. Электрооборудование с защитой вида «е» . . . 221
8.4. Электрооборудование с искробезопасными электриче-
скими цепями ............................................225
8.5. Электрооборудование с заполнением или продувкой
оболочки под избыточным давлением защитным газом 232
8.6. Электрооборудование с масляным заполнением обо-
лочки ...................................................236
8.7. Электрооборудование с кварцевым заполнением обо-
лочки ...................................................238
8.8. Электрооборудование со специальным видом взрыво-
защиты ..................................................239
Глава девятая. Особенности эксплуатации электрообо-
рудования взрывоопасных технологических установок 240
9.1. Общие сведения.....................................240
9.2. Технологические установки, взрывозащищенность ко-
торых обеспечивается заливкой электрооборудования
компаундами или засыпкой негорючим заполнителем 241
9.3. Технологические установки с трубчатыми электро-
нагревателями ...........................................246
9.4. Технологические установки, электрооборудование ко-
торых продувается инертным газом или чистым воз-
духом под избыточным давлением ..... 250
9.5. Технологические установки, электрооборудование ко-
торых работает при высоких температурах или повы-
шенных давлениях.........................................259
9.6. Технологические установки, электрооборудование ко-
торых находится в среде жидкого горючего вещества 264
Глава десятая. Применение зарубежного взрывозащи-
щенного электрооборудования .......................... 269
10.1. Нормы на проектирование и испытание .... 269
10.2. Особенности выбора зарубежного взрывозащнщен-
ного электрооборудования...............................276
10.3. Допуск в эксплуатацию зарубежного электрообору- j
дования............................................ 278 ?
10.4. Особенности монтажа н эксплуатации зарубежного
электрооборудования................................279
10.5. Особенности ремонта зарубежного электрооборудо-
вания .................................................287
Глава одиннадцатая. Особенности ремонта взрыво-
защищенного электрооборудования ....................... 290
11.1. Организация ремонта взрывозащищениого электро- j
оборудования в условиях эксплуатации .... 290 i
11.2. Организация ремонта на ремонтных предприятиях . 291
11.3. Техническая документация на ремонт взрывозащн- '
щенного электрооборудования ...................... 292
11.4. Технологические особенности ремонта деталей и уз- -
лов взрывозащищенного электрооборудования . 293
11.5. Испытание взрывозащищенного электрооборудования
после ремонта..........................................298
Глава двенадцатая. Основные особенности устройства
электроустановок взрывоопасных зон......................301
12.1. Общие положения. Устройства защиты и сигнализа-
ции ...................................................301
12.2. Опережающее отключение и отключение при загазо-
ванности ..............................................306
Глава тринадцатая. Вопросы техники безопасности
при обслуживании взрывозащищенного электрооборудова-
ния ....................................................307
13.1. Нормативно-техническая документация .... 307
13.2. Электробезопасность...............................308
13.3. Молниезащита и защита от статического электриче-
ства ..................................................309
13.4. Обслуживающий персонал электроустановок с взры-
возащищенным электрооборудованием . . . . 310
Список литературы.........................................311