ГОСТ 31610.11-2014 (IEC 60079-11:2011). Межгосударственный стандарт. Взрывоопасные среды. Часть 11. Оборудование с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь "i"

Приложение H

(справочное)

ИСПЫТАНИЕ НА ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ

H.1 Общие сведения

Источники питания являются основной частью любой электрической цепи. Если питание подается к искробезопасным цепям, расположенным в взрывоопасных зонах, то выходные значения параметров источника тока должны быть искробезопасными.

Примечания

1 В настоящем приложении термин "источники питания" является общим понятием. К источникам питания относится искробезопасное оборудование и стабилизаторы тока или цепи оптимизации напряжения в оборудовании.

2 Настоящее приложение рассматривает выходные параметры источника питания только как искробезопасные.

Первоначально искробезопасные источники питания состояли из неповреждаемого трансформатора, выпрямительного диода, сглаживающего конденсатора, за которым следовал токоограничивающий резистор, ограничивающий максимальный выходной ток. За выходное напряжение принимали напряжение на сглаживающем конденсаторе без нагрузки или напряжение на шунтирующих стабилитронах, которые ограничивают максимальное выходное напряжение.

Кривые и таблицы в приложении A основаны на значениях напряжения, тока, емкости и индуктивности, полученных при испытании на искрообразующем механизме при использовании таких простых цепей источника питания, при отсутствии воспламенений при 400 оборотах на искрообразующем механизме с использованием 4 вольфрамовых проволок с кадмиевым диском. Математически это означает, что при условии, что было 1600 искрений, вероятность воспламенения (на основе количества полученных искрений) на выходных зажимах разомкнутой или замкнутой цепи источника питания менее чем 6,25 x 10^-04. в действительности, из-за колебаний вольфрамовой проволоки на кадмиевом диске и из-за пазов на кадмиевом диске число искрений гораздо больше. Поэтому фактическая вероятность воспламенения ниже.

Основываясь на опытных данных, было получено, что диаграмма логарифма вероятности воспламенения линейно связана с логарифмом тока в цепи (см. рисунок H.1). Согласно требованиям настоящего стандарта источники питания (для уровней "ia" и "ib") считаются соответствующими стандарту только, если они испытаны на искрение при значении тока, в 1,5 раза больше нормального, с испытательной смесью, соответствующей определенной группе.

Рисунок H.1 - Коэффициент безопасности

в зависимости от вероятности воспламенения

На основе связи вероятности воспламенения и тока, указанного выше, такой источник питания имел бы при нормальном токе вероятность воспламенения меньше 1,16 x 10^-06.

Подводя итог, источники питания считаются удовлетворительными, если обеспечивается вероятность воспламенения при размыкании и замыкании выходных соединений источника питания менее 1,16 x 10^-06.

При дальнейшем развитии конструкции источников питания были введены сложные цепи, которые обеспечивали искробезопасность не только с помощью ограничения тока, напряжения, индуктивности и емкости, но и с помощью искусственного ограничения продолжительности разряда или ограничением напряжения, меняющимся на переключающих контактах. Стандартные испытания с применением искрообразующего механизма стали неудовлетворительными по нескольким причинам:

невозможно увеличивать ток или напряжение в источниках питания для обеспечения необходимого коэффициента безопасности 1,5, так как характеристики цепей в большинстве случаев трудно изменить,

источник не может создавать увеличенный ток или напряжение из-за ограничения в номинальных параметрах его компонентов,

изменения в источнике тока, увеличивающие значения тока или напряжения, изменяют схему синхронизации и следовательно изменяют характеристики цепи.

В таких случаях обычно считалось достаточным обеспечить коэффициент безопасности за счет увеличения чувствительности испытательной газовой смеси, используя цепи в смеси, обеспечивающей коэффициент безопасности 1,5. Данное испытание проводилось с источником питания испытательной газовой смеси с увеличенным коэффициентом безопасности для подтверждения, что не происходит воспламенения при 400 оборотах на искрообразующем механизме, при условии, что вероятность воспламенения менее 6,25 x 10^-04. Было допущено, что в нормальных условиях вероятность воспламенения будет менее 1,16 x 10^-06.

Несмотря на то, что в некоторых случаях источник питания был испытан с вероятностью воспламенения менее 6,25 x 10^-04 в газовой смеси с коэффициентом безопасности 1,5, он не обеспечивал вероятности воспламенения 1,16 x 10^-06 в нормальных условиях, потому что источник питания не обеспечивает линейного отношения логарифма вероятности воспламенения к логарифму тока. Это вызвало обеспокоенность, и подобные источники питания не рассматривались как обеспечивающие требуемую вероятность воспламенения при нормальном токе.

Настоящее приложение содержит методы испытания таких сложных цепей питания. Для достижения коэффициента безопасности применяют испытательную газовую смесь с увеличенной чувствительностью (согласно 10.1.3.2).

Необходимо проводить испытания с использованием испытательной газовой смеси с коэффициентом безопасности 1,5, убедившись, что при 400 оборотах не происходит искрений. Данное испытание проводится для подтверждения соответствия обязательным требованиям настоящего стандарта, определенным в 10.1.4.

Необходимо провести дополнительные испытания, чтобы убедиться, что цепь показывает отношение между возможностью воспламенения и коэффициентом безопасности испытательного газа для подтверждения, что при нормальном токе и едином коэффициенте безопасности газа достигается допустимо низкое значение воспламенения 1,16e^-06. Проводится испытание источника питания с газовой смесью с коэффициентами безопасности SFx = 1,5, SFy = 2,0, SFz = 2,5. Используется график вероятности воспламенения коэффициента безопасности в двойном логарифмическом масштабе. Подтверждено при испытаниях, что если при данных коэффициентах безопасности не было воспламенений или воспламенения происходили, спад полупроводникового искробезопасного источника питания больше, чем для простых цепей. Также спад полупроводникового искробезопасного источника продолжает увеличиваться, поскольку коэффициент безопасности снижается, гарантируя, что при нормальном токе и едином коэффициенте безопасности, вероятность воспламенения меньше, чем для простой цепи, что меньше 1,16 x 10^-06.

Данное приложение подходит для полупроводниковых искробезопасных источников питания по току или напряжению, которые ограничивают или прерывают ток, когда значение тока или напряжения превышает предел, но восстанавливаются достаточно быстро между последовательными замыканиями или размыканиями проволоки и диском искрообразующего механизма, так что они возвращаются к нормальной работе до следующего замыкания или размыкания проволоки. Данное приложение не распространяется на источники питания, которые отключаются на продолжительные периоды, когда значения тока или напряжения превышены. В таких случаях должно использоваться приложение E.

H.2 Испытание

Источник питания должен быть испытан с использованием искрообразующего механизма в следующих случаях:

a) 400 оборотов с применением испытательной газовой смеси, обеспечивающий коэффициент безопасности 1,5, без наблюдаемых искрений;

b) дополнительные испытания, как предусмотрено в таблице H.1, для гарантии того, что вероятность воспламенения при едином коэффициенте безопасности будет достаточной и ниже, чем для простой цепи.

Таблица H.1

Последовательность испытаний

N	Описание	графа 'x'	графа 'y'	графа 'z'
1	Установленный коэффициент безопасности	1.5	1.67 до 2.0	2.0 до 2.5
2	Определение калибровочного значения тока для 24 В 95 мГн контрольной цепи
3	Контрольная испытательная смесь	Используйте таблицу H.2, если необходимо	Используйте таблицу H.2, если необходимо	Используйте таблицу H.2, если необходимо
4	Ток контрольной цепи	Измерить, используя 24V 95mH контрольной цепи	Измерить, используя 24V 95mH контрольной цепи	Измерить, используя 24V 95mH контрольной цепи
5	Полученный коэффициент безопасности (должен быть в диапазоне, определенном в 1)
6	Количество оборотов для испытуемого устройства	4000	400	40
7	Количество искрений для числа оборотов, указанных выше	16000	1600	160
8	Испытуемое оборудование, испытанное с количеством оборотов в соответствии с 6 и количеством полученных искрений	Nx	Ny	Nz
9	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений
10	Возможное соответствие	Если Px = 0 или Py = 0, или Pz = 0, испытуемое оборудование соответствует. Если все значения не равны 0, то перейдите к шагу 11
11	Простая цепь (состоящая из лабораторного источника питания и резистора, ограничивающего ток), испытанная как указано в 8, и количество полученных воспламенений	Na	Nb	Nc
12	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений для простой цепи
13	Расчет соответствия	Испытуемое оборудование прошло, если следующие условия выполнены: (log Px) <= (log Pa) или Px <= Pa (log Py - log Px) >= (log Pb - log Pa) или или

Некоторые из газовых смесей, соответствующих для указанных выше испытаний, и соответствующие токи для калибровки, использующие стандартную калибровочную смесь 24 В 95 мГн, приведены в таблице H.2.

Таблица H.2

Коэффициент безопасности, обеспечиваемый несколькими

взрывоопасными испытательными смесями, которые могут быть

использованы для испытаний в таблице H.1

Составы взрывоопасных испытательных смесей, %, к объему в воздухе	Ток в калибровочной цепи, mA	Группа и подгруппа электрооборудования
	Ток в калибровочной цепи, mA	I	IIA	IIB	IIC
(8,3 +/- 0,3)% метан	110 - 111	1	-	-	-
(5,25 +/- 0,25)% пропан	100 - 101	1,089 - 1,11	1	-	-
(52 +/- 0,5)% водород	73 - 74	1,49 - 1,52	1,35 - 1,38	-	-
(48 +/- 0,5)% водород	66 - 67	1,64 - 1,68	1,49 - 1,53	-	-
(7,8 +/- 0,5)% этилен	65 - 66	1,67 - 1,7	1,52 - 1,55	1	-
(38 +/- 0,5)% водород	43 - 44	2,5 - 2,58	2,27 - 2,35	1,47 - 1,53	-
(21 +/- 2)% водород	30 - 30,5	3,6 - 3,7	3,27 - 3,36	2,13 - 2,2	1
(60 +/- 0,5)% водород/(40 +/- 0,5)% кислород	20 - 21	5,23 - 5,55	4,76 - 5,05	3,09 - 3,3	1,42 - 1,53
(70 +/- 0,5)% водород/(30 +/- 0,5)% кислород под давлением 0,22 MPa	15 - 15,3	-	-	-	1,96 - 2,03

Сокращение ИУ в последовательности испытаний таблицы H.1 означает испытываемое устройство, которое является источником питания в оборудовании с применяемыми неисправностями в соответствии с уровнем защиты и уставками напряжения и тока на максимальных значениях в пределах допусков компонентов цепи. Коэффициенты безопасности не применяются к току или напряжению, они применяются к испытательным газам.

Там, где последовательность испытаний в таблице H.1 требует использования простой цепи, будет использоваться лабораторный источник питания с уставкой напряжения на U_o испытываемого оборудования, током замыкания цепи, ограниченным до I_o испытываемого оборудования с помощью последовательных резисторов, ограничивающих ток, и с низкой индуктивностью.

Таблица H.3 является примером цепи, последовательные испытания которой соответствуют требованиям таблицы H.1. График данной цепи указан на рисунке H.1, обозначенный "Pr - таблица H.3 - соответствует". Если график данной цепи сравнить с графиком простой цепи, обозначенным "Pr - простая цепь", он показывает, что при большем количестве воспламенений с более высоким коэффициентом при 1,67 и 2,5, коэффициент безопасности снижается и вероятность воспламенения снижается быстрее, чем для простой цепи и, следовательно, имеет допустимо низкое значение, так как коэффициент безопасности упал бы до единицы.

Таблица H.3

Пример цепи для группы I с характеристиками, показанными

на кривой II, рисунок H.1 - Соответствует последовательности

испытаний таблицы H.1

N	Описание	графа 'x'	графа 'y'	графа 'z'
1	Установленный коэффициент безопасности	1,5	1,67 до 2,0	2,0 до 2,5
2	Определение калибровочного значения тока для 24 В 95 мГн контрольной цепи
3	Контрольная испытательная смесь	52% H₂ : 48% воздуха	48% H₂ : 52% воздуха	38% H₂ : 62% воздуха
4	Ток контрольной цепи	73 мА	66 мА	44 мА
5	Полученный коэффициент безопасности (должен быть в диапазоне, определенном в 1)	Нормальное значение Запись SFx = 0,17609	Нормальное значение Запись SFy = 0,22272	Нормальное значение Запись SFz = 0,39794
6	Количество оборотов для испытуемого устройства	4 000	400	40
7	Количество искрений для числа оборотов, указанных выше	16 000	1 600	160
8	Испытуемое устройство, испытанное с количеством оборотов в соответствии с 6 и количеством полученных искрений	Nx = 1 воспламенение	Ny = 9 воспламенений	Nz = 80 воспламенений
9	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений	Запись Px = -4,20412	Запись Py = -2,25181	Запись Pz = -0,30103
10	Возможное соответствие	Px /= 0, Py /= 0, Pz /= 0, перейти к 11
11	Простая цепь (состоящая из лабораторного источника питания и резистора, ограничивающего ток), испытанная как указано в 8, и количество полученных воспламенений	Na = 10 воспламенений	Nb = 3 воспламенения	Nc = 32 воспламенения
12	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений для простой цепи	Запись Pa = -3,20412	Запись Pb = -2,72584	Запись Pc = -0,69897
13	Расчет соответствия	Испытуемое устройство прошло испытание, поскольку: (запись Px) <= (запись Pa)? Да, поскольку -4,20412 < -3,20412 (запись Py - запись Px) >= (запись Pb - запись Pa)? Да, поскольку (-2,25181 + 4,20412 = +1,95231) > (-2,72584 + 3,20412 = +0,47828) ? Да, поскольку

Таблица H.4 является примером цепи, последовательные испытания которой не соответствуют требованиям таблицы H.1. График данной цепи показан на рисунке H.1, обозначен "Pr - таблица H.4 - не соответствует". Если график данной цепи сравнить с графиком простой цепи, обозначенным "Pr - простая цепь", то он показывает, что при меньшем количестве воспламенений с более высоким коэффициентом безопасности при 1,67 и 2,56, коэффициент безопасности снижается, и вероятность воспламенения не уменьшается быстрее, чем для простой цепи и, следовательно, она не склоняется (не приближается) к допустимо низкому значению, так как коэффициент безопасности упал бы до единицы.

Таблица H.4

Пример цепи для группы I с характеристиками, показанными

на кривой III, рисунок H.1 - Не соответствует

последовательности испытаний таблицы H.1

N	Описание	графа 'x'	графа 'y'	графа 'z'
1	Установленный коэффициент безопасности	1,5	1,67 до 2,0	2,0 до 2,5
2	Определение калибровочного значения тока для 24 В 95 мГн контрольной цепи
3	Контрольная испытательная смесь	52% H₂ : 48% воздуха	48% H₂ : 52% воздуха	38% H₂ : 62% воздуха
4	Ток контрольной цепи	73 мА	66 мА	44 мА
5	Полученный коэффициент безопасности (должен быть в диапазоне, определенном в 1)	Нормальное значение Запись SFx = 0,17609	Нормальное значение Запись SFy = 0,22272	Нормальное значение Запись SFz = 0,39794
6	Количество оборотов для испытуемого устройства	4 000	400	40
7	Количество искрений для числа оборотов, указанных выше	16 000	1 600	160
8	Испытуемое устройство, испытанное с количеством оборотов в соответствии с 6 и количеством полученных искрений	Nx = 6 воспламенений	Ny = 1 воспламенение	Nz = 1 воспламенение
9	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений	Запись Px = -3,42597	Запись Py = -3,20412	Запись Pz = -2,20412
10	Возможное соответствие	Px /= 0, Py /= 0, Pz /= 0, перейти к 11
11	Простая цепь (составленная из лабораторного источника питания и резистора, ограничивающего ток), испытанная как указано в 8, и количество полученных воспламенений	Na = 10 воспламенений	Nb = 3 воспламенения	Nc = 32 воспламенения
12	Вероятность, рассчитанная на основе числа воспламенений к числу искрений для простой цепи	Log Pa = -3,20412	Log Pb = -2,72584	Log Pc = -0,69897
13	Расчет соответствия	Испытуемое устройство не прошло испытание, поскольку: (log Px) <= (log Py)? Да, потому что -3,42597 < -3,20412 (log Py - log Px) >= (log Pb - log Pa)? Нет, потому что (-3,20412 + 3,42597 = +0,22185) не выше, чем (-2,72584 + 3,20412 = +0,47828) ? Нет, потому что не выше, чем