Предложения МОС «Сертиум» в МЭК

Предложения МОС «Сертиум» в МЭК

(Документ 31М/61/Q)

1.  Нижнюю границу категории взрывоопасности IIB следует установить не 0, 55мм БЭМЗ, а 0,65мм БЭМЗ.

БЭМЗ представительной взрывоопасной смеси категории взрывоопасности IIB (этиленовоздушной) равен 0,65. Испытания на взрывозащищенность, проведенные применительно к представительной смеси будут обеспечивать необходимый коэффициент безопасности для всех взрывоопасных смесей категории IIB.

Коэффициент безопасности при испытаниях на взрывонепроницаемость оболочек следует вместо 1.85 принять 1.42.

Такой подход не затрагивает проведенные ранее испытания на взрывозащищенность применительно к другим категориям взрывоопасных смесей и приводит в норму испытания применительно к категории IIB.

2.  Искрообразующий механизм МЭК следует использовать для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Для этого следует стандартизировать условия определения минимальных воспламеняющих токов. Наилучший результат обеспечивает контрольная цепь при испытаниях на искробезопасность электрических цепей (E=24B, L=0,1Гн, вероятность воспламенения 10-2 ÷10-3).

Приложение: пояснительная записка

Заместитель Генерального директора,

докт. техн. наук

докт. техн. наук

Пояснительная записка

Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) и значения соотношения между минимальным током воспламенения испытуемого газа или пара и минимальным током воспламенения метана (МТВ). В зависимости от значений БЭМЗ и МТВ газы и пары категории II (к этой категории отнесены взрывоопасные газы и пары кроме газа метана подземных выработок, который отнесен к категории I) подразделяются на подгруппы IIA, IIB, IIC согласно данным, приведенным в таблице:

Категория взрывоопасности взрывоопасных смесей	Величина БЭМЗ, мм	Величина МТВ
IIA	0,9 и более	более 0,8
IIB	свыше 0,5 но менее 0,9	от 0,4 до 0,8 включительно
IIC	0,5 и менее	менее 0,45

Для классификации газов и паров в большинстве случаев достаточно применения одного из приведенных выше критериев: БЭМЗ или МТВ.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) в своем обращении к национальным комитетам предложила изменить границы категории взрывоопасности IIB на 0,55-0,90, а для определения соотношения МТВ использовать искрообразующий механизм. Данные предложения требуют уточнения.

Взрывоопасные смеси для всех категорий взрывоопасности выбирались для испытаний взрывозащищенного электрооборудования из условий, что они доступны и являются представителями своей категории. Кроме того, доводом для их выбора было также то, что применительно к ним получены многие исходные данные, необходимые для проведения испытаний на взрывозащищенность электрооборудования. Однако такой подход имеет и свой недостаток. Представительная взрывоопасная смесь не всегда находится на нижней границе своей категории, что влечет дополнительные сложности при проведении испытаний взрывозащищенного электрооборудования. Наиболее хорошо это решено для категории взрывоопасности IIC, так как более легко воспламеняемой смеси, чем водородовоздушная смесь, нет. Имеет место более легко воспламеняемая водородокислородная смесь, но она не классифицируется среди воздушных смесей. БЭМЗ пропановоздушной смеси равен 0,92 мм при нижней границе категории IIА, равной 0,9 мм. В данном случае также можно утверждать, что представительная взрывоопасная смесь практически находится на нижней границе категории взрывоопасности. Сложнее дело предстоит с категорией взрывоопасности IIВ. БЭМЗ этиленовоздушной смеси равен 0,65 мм при нижней границе категории IIВ, для которой БЭМЗ равен 0,5 мм. При принятых коэффициентах безопасности при испытаниях взрывозащищенного электрооборудования необходимый уровень безопасности может быть обеспечен применительно к взрывоопасным смесям, находящихся на уровне этиленовоздушной смеси и выше. Для взрывоопасных смесей, находящихся в диапазоне БЭМЗ от 0,5 мм до 0,65 мм, необходимый коэффициент безопасности должен быть увеличен. Для того, чтобы результаты испытаний на этиленовоздушной смеси были правомерны и их можно распространить на все взрывоопасные смеси категории взрывоопасности IIВ, коэффициент безопасности при испытании оболочек на взрывонепроницаемость был увеличен с 1,42 до 1,85, где 1,42x1,3 = 1,85.

Для первой категории нижняя граница определена в 1,0 мм БЭМЗ при БЭМЗ представительной метановоздушной смеси, равной 1,14 мм. Следовательно, испытания в метановоздушной смеси не позволяют обеспечить необходимый коэффициент безопасности при оценке взрывонепроницаемости оболочек, искробезопасности электрической цепи, электростатической искробезопасности и взрывобезопасности нагретых тел малого размера. Таким образом, из-за того, что представительные смеси не находятся на нижней границе своей категории взрывоопасности, возникают проблемы, которые могут быть решены одним из двух нижеперечисленных путей:

1) изменением границ категории взрывоопасности IIВ с тем, чтобы представительные взрывоопасные смеси находились на нижней границе;

2) увеличением коэффициента безопасности в 1,14 раза для I категории при оценке взрывонепроницаемости оболочек, искробезопасности электрической цепи, электростатической искробезопасности и взрывобезопасности нагретых тел малого размера. При этом следует иметь в виду, что применительно к оценке взрывонепроницаемости оболочек для категории IIВ коэффициент безопасности уже был увеличен в 1,3 раза и его необходимо установить равным 1,42.

Однако более рациональным решением является перенос нижней границы категории взрывоопасности IIВ с 0,5 мм до 0,65 мм значения БЭМЗ. Такое решение не затронет ранее выполненные испытания электрооборудования для категории взрывоопасности IIС, а для категории взрывоопасности IIВ выполненные ранее испытания взрывозащищенного электрооборудования будут приведены в соответствие, так как для большинства испытаний их результаты были справедливы только для значения БЭМЗ, равного 0,65 мм.

В случае I категории взрывоопасности не следует менять нижнюю границу, так в шахтах кроме метана выделяются его гомологи. Необходимо при всех четырех испытаниях с высокотемпературными источниками воспламенения коэффициент безопасности увеличить в 1.14 раза. Выполненные мероприятия позволят проводить испытания со всеми высокотемпературными источниками, обеспечивая необходимый уровень безопасности для всей классификационной таблицы взрывоопасных смесей.

В настоящее время рудничное электрооборудование может быть сертифицировано применительно ко всем четырем категориям взрывоопасности. Электрооборудование второй группы может быть сертифицировано только применительно к трем категориям взрывоопасности IIА, IIВ иIIС. Такое положение принято без детального обоснования, так как подход снижает технико-экономические показатели сертифицируемого электрооборудования, работающего во взрывоопасных средах I категории взрывоопасности. Ранее в СССР для электрооборудования второй группы существовала категория взрывоопасности, где представительной взрывоопасной смесью была метановоздушная. Эту категорию взрывоопасности следует восстановить с нижней границей значения БЭМЗ, равного 1.14 мм. при сертификации взрывозащищенного электрооборудования группы II.

Так как до настоящего времени отсутствует связь между классификационными параметрами БЭМЗ и соотношением МТВ, то невозможно быть уверенным в правильности выполненной классификации взрывоопасных смесей по категориям при использовании классификационного параметра МТВ. Необходимо установить стандартные условия определения минимальных воспламеняющих токов. Таким условием может быть использование стандартного искрообразующего механизма I - го типа при коммутации электрической цепи постоянного тока при Е= 24 В и L= 0,1 Гн при установленном значении вероятности воспламенения взрывоопасной смеси. Данная электрическая цепь используется в качестве контрольной при испытаниях на искробезопасность электрических цепей. При коммутации данной электрической цепи мы будем иметь дело с минимальными значениями потерь энергии электрического разряда в контактах, что положительно скажется на разбросе данных о соотношении МТВ для различных взрывоопасных смесей.

По характеристикам искробезопасности IВ=f(L, E) минимальные воспламеняющие токи для Е= 24 В и L= 0,1 Гн будут соответственно равны для представительных газов: метан - 0,100 А; пропан - 0.080 А; этилен - 0,055 А и водород - 0,027 А. Установим связь соотношения МТВ как функции отношения БЭМЗ/БЭМ30, где БЭМЗ безопасный экспериментальный максимальный зазор взрывоопасной смеси, БЭМЗо - безопасный экспериментальный максимальный зазор для метановоздушной смеси. На рисунке 1 приведена зависимость, которая практически не отличается от прямой, проходящей через начало координат и точку с координатой (1.0;1,0). Это позволяет сделать вывод, что соотношение МТВ = БЭМЗ/БЭМЗ0.

Ранее в СССР проводились исследования по классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. В этих исследованиях главным классификационным параметром использовалась минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда (Wmin). Минимальная воспламеняющая энергия имеет место при разведении электродов на гасящее расстояние (dkp). Связь между минимальной воспламеняющей энергией электрического разряда и гасящим расстоянием установлена в виде

Wmin=0,05dkp2,5 (1)

Покажем, что оба этих параметра также могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Значение гасящего расстояния установлено в работе: для метановоздушной смеси, равным 2,03 мм; для пропановоздушной смеси - 1,78 мм; этиленовоздушной смеси — 1,2 мм и водородовоздушной смеси - 0,52 мм. Установим связь между dкр/dкр0= f(БЭМЗ/БЭМЗ0), где dкр - гасящее расстояние взрывоопасной смеси, a dкр0 - гасящее расстояние метановоздушной смеси. В результате статистической обработки получено аналитическое выражение dкр/dкр0 =1,0305(БЭМЗ/БЭМЗ0) + 0,0024 при R2 = 0,9957. Установленная линейная зависимость практически не отличается от прямой, проходящей через начало координат и точку с координатой (1,0; 1,0). Полученные результаты позволяют сделать вывод, что

Соотношение МТВ = БЭМЗ/БЭМЗ0= dкр/dкр0 (2)

Рассмотрим в качестве классификационного параметра минимальную воспламеняющую энергию электрического разряда. Для представительных взрывоопасных смесей по данным минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда равна для метановоздушной смеси 0,28 мДж; для пропановоздушной смеси - 0,25 мДж; для этиленовоздушной смеси - 0,12 мДж и для водородовоздушной смеси - 0,017 мДж. В качестве классификационного параметра используем выражение (Wmin / Wmin0)0,469 , где Wmin - значение минимальной воспламеняющей энергии электрического разряда для взрывоопасной смеси, Wmin0 - значение минимальной воспламеняющей энергии электрического разряда для метановоздушной смеси. В результате статистической обработки было получено аналитическое выражение в виде (Wmin / Wmin0)0,469 = 1,0613(БЭМЗ/БЭМЗ0) + 0,0192 при R2 = 0,9804. Из анализа полученного аналитического выражения следует, что

Соотношение МТВ= БЭМЗ/БЭМЗ0 = dкр/dкр0= (Wmin / Wmin0)0,469 (3)

При воспламенении взрывоопасных смесей нагретыми телами малого размера критериальным параметром, по величине которого можно судить произойдет воспламенение или нет, является удельная воспламеняющая мощность (УВМ). По данным исследований для представительных взрывоопасных смесей удельная воспламеняющая мощность равна для метановоздушной смеси 2,52 Вт/мм; для пропановоздушной смеси - 1,83 Вт/мм; для этиленовоздушной смеси - 1,37 Вт/мм и для водородовоздушной смеси

- 0,69 Вт/мм. В результате статистической обработки было получено аналитическое выражение в виде

УВМ/УВМ0 = 0,9556(БЭМЗ/БЭМ30) + 0,0058 при R2 = 0,9921. Из анализа полученного выражения следует, что

Соотношение МТВ= БЭМЗ/БЭМЗ0 = dкр/dкр0= (Wmin / Wmin0)0,469=УВМ/УВМ0

При использовании точек всех приведенных выше высокотемпературных источников воспламенения и в результате статистической обработки получим, что соотношение МТВ = 1,0179(БЭМЗ/БЭМЗ0) + 0,0077 при R = 0,9679. Из проведенного анализа следует важный вывод, что критериальные параметры всех высокотемпературных источников воспламенения, определяющие их воспламеняющую способность, могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Этот вывод должен найти реализацию в действующих стандартах. Кроме этого необходимо внести изменения в стандарты в части испытаний электростатической искробезопасности и взрывобезопасности нагретых тел малого размера в части обозначения этих высокотемпературных источников воспламенения по аналогии как «i» для искробезопасной цепи или «d» для взрывонепроницаемой оболочки. Эти вновь введенные обозначения должны найти свое место и в маркировке взрывозащищенного электрооборудования. Оценка взрывобезопасности нагретых тел малого размера должна быть увязана не с температурными классами, а с группой I и подгруппами IIА, IIВ и IIС электрооборудования.

На основании выполненного анализа могут быть сделаны следующие выводы:

1. Доказано, что критериальные воспламеняющие параметры всех высокотемпературных источников, определяющих их воспламеняющую способность, могут быть использованы для классификации взрывоопасных смесей по категориям взрывоопасности. Данные классификационные параметры определяют условия испытаний взрывозащищенного электрооборудования. БЭМЗ определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент безопасности при испытаниях на взрывонепроницаемость оболочек, минимальный воспламеняющий ток контрольной электрической цепи определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент искробезопасности при оценке на искробезопасность электрических цепей, минимальная воспламеняющая энергия электрического разряда определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент искробезопасности при оценке на искробезопасность электростатических разрядов, а удельная воспламеняющая мощность определяет испытательную взрывоопасную смесь и коэффициент безопасности при оценке на взрывобезопасность нагретых тел малого размера.

По установленной связи между классификационными параметрами взрывоопасных смесей можно на основании знания одного из классификационных параметров определить без дополнительных экспериментов остальные и выполнить весь комплекс сертификационных испытаний применительно ко всем четырем высокотемпературным источникам воспламенения. Данный вывод должен найти свою реализацию в действующих стандартах.

2. Для рационального обеспечения безопасности взрывозащищенного электрооборудования, предназначенного для использования в многокомпонентных взрывоопасных смесях, необходимо разработать методики классификации их по категориям и группам взрывоопасности.

3. Для сертификации взрывозащищенного электрооборудования применительно к смеси индивидуального газа или пара с воздухом должна быть разработана методика, охватывающая все испытания с высокотемпературными источниками воспламенения.

4. Нагретые тела малого размера как высокотемпературный источник воспламенения взрывоопасных смесей и методики оценки их взрывобезопасности в представительных и активизированных испытательных смесях для обеспечения единообразия их проведения разработчиками взрывозащищенного электрооборудования и сертификационными центрами России должны найти свое отражение в действующих стандартах.

5. В настоящее время максимальная температура окружающей среды используется при определении температурного класса взрывозащищенного электрооборудования и никак не учитывается при проведении испытаний с высокотемпературными источниками воспламенения, что приводит к необъективной оценке. Увеличение температуры взрывоопасной смеси с 25°С до 150°С снижает минимальную воспламеняющую энергию электрического разряда вдвое, что требует корректировки проводимых испытаний с учетом этого фактора.

Эксперты высшей квалификации по горношахтному оборудованию,

взрывозащищенному и рудничному электрооборудованию