ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли

Часть 2

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Раздел 3

Метод определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей

Издание официальное

ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва

17-1-2237

11релислонне

1    РАЗРАБОТАН ГП «ВНИИФТРИ*

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 403 «Взрывозащищенное и рудничное оборудование»

2    ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 17 декабря 1999 г. № 537-ст

3    Настоящий стандарт содержит полный аутентичный текст международною стандарта МЭК 61241-2-3 (1994—09). издание 1.0 «Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли. Часть 2. Методы испытаний. Раздел 3. Метод определения минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей»

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5    ПЕРЕИЗДАНИЕ

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России

И    190

ГОСТ Р МЭК 61241-2-3-99

Содержание

1    Область применения........................... I

2    Нормативные ссылки........................... 1

3    Определения.............................. I

4    Установка для испытаний и порядок подготовки к испытаниям............2

4.1    Электрическая схема нскрообразующей системы.................2

4.2    Камера для воспламенения.........................2

5    Подготовка образца горючей пыли к испытаниям.................. 2

6    Порядок проведения испытаний........................3

6.1    Краткое описание............................3

6.2    Проверка установки для испытаний..................... 3

6.3    Протокол испытаний...........................4

Приложение А Примеры искрообразующих систем..................4

Приложение В Значение минимазыюй энергии зажигания............... 8

Приложение С Нормативные ссылки.......................10

•7-1*    191    III

Введение

Настоящий стандарт является частным стандартом в составе государственных стандартов, разработанных на основе применения требовании комплекса международных стандартов МЭК 61241 к электрооборудованию, применяемому в зонах, опасных но воспламенению горючей пыли, подготовленных и принятых ТК 31 МЭК «Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред».

Настоящий стандарт предназначен для решения вопроса о воспламенении конкретных горючих пылевоздушных смесей электрическим разрядом.

Энергии зажигания пыли конкретных видов, определенные по настоящему стандарту, позволяют оценить относительную опасность воспламенения электрическим или электростатическим разрядом данной пыленоздушной смеси путем сравнения с энергиями зажигания пыли других видов и. таким образом, решить вопрос о возможности использования электрооборудования в зонах, где присутствует данная горючая пыль.

Стандарт нс распространяется на методы испытания пыли взрывчатых и радиоактивных веществ.

11рименение настоящего стандарта не освобождает от ответственности за несоблюдение требований безопасности, ихюжснных в других законодательных актах Российской Федерации.

Номер;» разделов, пунктов, таблиц, рисунков соответствуют приведенным в МЭК 61241-2-3—94.

192

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли

Часть 2

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Раздел 3

Метод определения минимальной энергии зажигания пылевозлу шных смесей

Electrical apparatus for use in the presence of combustible dust. Part 2. Test methods. Section 3. Method for determining minimum ignition energy of dust/air mixtures

Дата введения 2001—01—01

1    Область применения

Настоящим стандарт устанавливает метод определения минимальной энергии зажигания пылевоздушной смеси электрическим искровым разрядом постоянного тока.

Изложенный в настоящем стандарте метод не допускается применять для испытания общепризнанных взрывчатых веществ, черного пороха, динамита, пирофорных веществ или веществ и смесей веществ, которые при определенных условиях могут вести себя подобно взрывчатым веществам, или других веществ, которые нс требуют кислорода для горения.

Для обеспечения минимального риска из-за взрывчатых свойств вещества должны быть проведены испытания на взрываемость малого количества пыли на поверхности температурой 400 *С или выше, находящейся на безопасном удалении от оператора, в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61241-2-1.

П р н м е ч а н и с — При проведении испытаний должны быть приняты необходимые меры безопасности для охраны здоровья персонала, например против возникновения пожара, взрыва н/или воздействия любых токсичных продуктов горения.

В приложении В настоящего стандарта содержатся рекомендации по использованию значений минимальной энергии зажигания от электростатических разрядов.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на стандарты, перечень которых приведен в приложении С.

3    Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями.

3.1    пыль: Диспергированные твердые вещества и материалы с частицами размером менее 850 мкм (но ГОСТ 12.1.044).

3.2    горючая мыль: Пыль, волокна или летучие частицы, которые могут гореть или тлеть в воздухе и образовывать взрывоопасные смеси с воздухом при атмосферном давлении и нормальных температурах.

N р и м с ч а н и я

1    Смеси горючей пыли в воздухом воспламеняются только при определенных концентрациях.

2    Горючая пыль способна воспламениться под воздействием внешних источников воспламенения и может продолжать горсть при окружающей температу ре: самовоспламеняться самопроизвольно она может только под воздействием температуры, превышающей сс температуру самовоспламенении.

3.3    искровой рации: Одиночный хлектричсский разряд между двумя разноименно заряженными проводниками. Искра — неустановившийся разряд, создающий единичный канал ионизаиии в пространстве между проводниками.

3.4    минимальная энергия зажигания (горючей пылсвоздушиой смеси): Наименьшая энергия искрового разряда, способная воспламенить самую чувствительную пылевоздушную смесь с устойчивым горением.

3.5    воспламенение пылевоздушной смеси: Процесс, при котором:

-    давление, измеренное в закрытом сосуде (например, сферический сосуд вместимостью 20 дм³) после воспламеняющего искрового разряда возрастет не менее чем на 0.2 бар. или

-    пламя, наблюдаемое в открытой трубке (например, трубка Хартмана), распространяется нс менее чем на 6 см от искрового разряда.

3.6    время задержки воспламенения: Время между распылением образца пыли и появлением искрового разряда.

4    Установка для испытаний и порядок подготовки к испытаниям

4.1    Электрическая схема искрообразуюшей системы

Для инициирования искрового разряда могут быть использованы нскрообразующне системы, приведенные в приложении А. которые должны иметь следующие характеристики:

-    индуктивность разрядной цепи — от I до 2 мГн. кроме случаев оценки опасности от возникновения электростатических зарядов (в этом случае индуктивность разрядной цепи нс должна превышать 25 мкГн);

-    активное сопротивление разрядной цепи — подбирают минимально возможным, но не более

5 0м;

-    материал электрода — нержавеющая сталь, латунь, медь или вольфрам;

-    диаметр электрода — (2.0±0,5) мм. Рекомендуется использовать электроды с закругленными концами для уменьшения коронных разрядов, которые могут появляться у электродов с заостренными концами и приводить к неверной оценке значения энергии искрового разряда. Если используют электроды с заостренными концами, то следует принять во внимание изменение значения энергии искрового разряд:!, связанного с типом разряда:

-    межэлектродный промежуток — не менее 6 мм;

-    конденсаторы — низкоиндуктивного типа, стойкие к выбросу тока;

-    сопротивление изоляции между электродами — достаточно высокое для уменьшения тока утечки до величин, не влияющих на результаты измерений.

(I римечанне — Обычно для получения минимальной энергии зажигания 1 мДж наименьшее сопротивление мсжэлсктродного промежутка составляет К)¹² Ом. а для минимальной энергии зажигании 100 мДж - Ю¹⁰ Ом.

4.2    Камера для воспламенения

Для проведения испытаний по определению минимальной энергии зажигания пыли могут быть использованы сферический сосуд вместимостью 20 дм³ и трубка Хартмана. Могут быть использованы и другие сосуды, если они откалиброваны в составе установки для испытаний в соответствии с требованиями 6.2.

5    Подготовка образца горючей пыли к испытаниям

Испытания должны проводиться на образцах горючей пыли, характеристики которой соответствуют характеристикам горючей пыли, существующей в условиях производства. Так как минимальная энергия зажигания уменьшается с уменьшением размера частиц, испытания должны проводиться на образцах, имеющих размеры частиц, совпадающие или меньшие, чем у самого тонкого материала, который существует в условиях эксплуатации электрооборудования.

Для испытаний образцы должны быть подготовлены одним и тем же методом с целью обеспечения единообразия распределения частиц по размерам и влажности.

Если размеры частиц материала неизвестны, испытания должны проводиться на образце такого же состава с размером частиц не более 63 мкм.

Вследствие зависимости минимальной энергии зажигания пылевоздушной смеси от размера се частиц должно быть проверено соответствие размеров частиц образца размерам самого тонкого материала в условиях производства.

2    194

5—15 мДж — ликоподий с средним диаметром частиц 31 мкм;

2—6 мДж — антрахинон с средним диаметром частиц 18 мкм;

2—6 мДж — полиакрилонитрил с средним диаметром частиц 27 мкм.

Параметры распыления образца пыли, включая время задержки воспламенения, для каждого образца должны быть зафиксированы.

6.3 Протокол испытаний

Протокол испытаний должен содержать информацию, перечисленную в 6.3.1—6.3.3. В протоколе обычно не указывают количество пыли, используемой при проведении испытаний, но величина концентрации пыли, от которой зависят границы диапазона минимальных энергий зажигания, должна быть указана.

II р и м с ч а н и с — Величина концентрации пыли в камере определяется, как отношение массы образца пыли к объему воздуха, использованного для распыления образца пыли.

6.3.1    Характеристики испытуемого образца пьии

В протоколе испытаний должно быть указано:

-    обозначение образца (название и химический состав, если это не отражено в названии);

-    происхождение или источник получения образца;

-    сведения о предварительной подготовке образца;

-    характеристика распределения частиц по размерам и содержание влаги, если об этом имеется информация до проведения подготовительных испытаний.

6.3.2    Характеристики установки для испытаний

В протоколе должны быть указаны следующие характеристики установки для испытаний:

-    искрообразуюшая система (способ получения искрового разряда);

-    тип камеры для воспламенения;

-    тип распыляющей системы;

-общая индуктивность разрядной цепи;

-    зарядное напряжение, материал электрода и длина межэлектродного промежутка используемой разрядной цепи.

6.3.3    Офоршениерезультатов испытаний

В протоколе испытаний должны быть указаны:

-    значение самой высокой энергии искрового разряда W_t, при которой не происходит воспламенение пылевозлушной смеси:

-    значение самой низкой энергии искрового разряда W₂. при которой пылсвоздушиая смесь воспламеняется.

6.3.4    Оформление протокола испытаний

Пример оформления протокола испытания приведен на рисунке АЛ.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое)

Примеры искрообразуютих систем

A.I Общие положения

Для определения минимальной энергии зажигания пылсвоздушной смеси допускается использовать конструкции искрообразующих систем, описанные в А.2—А.5. С любой из этих конструкций возможно использование различных камер для воспламенения при условии, что распыление образца пыли оптимизировано и приняты необходимые меры безопасности с целью предотвращения побочных эффектов, возникающих в сравнительно больших сосудах от явлений электростатической разрядки в момент распыления. Данные явления вызывают дополнительную зарядку/разрядку конденсатора.

В случае отсоединения аккумулирующего конденсатора от электрода во время заряда, при расчете энергии искрового разряда, должно быть принято но внимание уменьшение напряжения, возникающее из-за увеличения электрической емкости при подключении конденсатора к электроду. При всех расчетах энергии необходимо учитывать полную электрическую емкость разрядной цепи и напряжение в момент разрядки.

А.2 Зажигание при помощи вспомогательной искры с использованием грех электродов

Схема установки для испытаний приведена на рисунке А.2.

Отличительным элементом этой установки для испытаний является мсжэлсктродный промежуток, об-

ГОСТ Р МЭК 61241-2-3-99

разованный тремя электродами. Два электрода, формирующие основной мсжэлсктродный промежуток /. расположены соосно, имеют диаметр 3.2 мм. и их концы заострены до диаметра 2 мм на длине 20 мм. Свободный коней вспомогательного электрода / наклонен к основному меж электродному промежутку и имеет длину 20 мм. Описанное устройство устанавливают в трубку Хартмана 2 с открытым верхом, но оно может быть установлено и в других камерах для воспламенения.

После загрузки в устройство для получения пылсвоздушной смеси требуемого количества пыли трубку устанавливают в исходное положение. Конденсатор С (от 20 до 10000 пФ). аккумулирующий энергию, заряжают с помощью высоковольтного зарядного устройства ВВЗУ через зарядное сопротивление R. которое ограничивает зарядный ток до I мА. Зажигание пылсвоздушной смеси инициируют контрольным устройством (КУ). При каждом испытании запускают устройство, которое распыляет обрах'ц пыли, затем инициируют вспомогательную искру и запуск основного искрового разряда от аккумулирующего конденсатора.

Энергия вспомогательной цепи должна быть нс более 1/10 энергии основной разрядной цепи.

А.З Зажигание изменением меж электродного промежутка

Схема установки для испытаний приведена на рисунке А.З.

В два отверстия для крепления электродов в трубке Хартмана с открытой верхней частью / вставляют пробки 2 из ПТФЭ (патнтстрафторэтилсна). Пробки предназначены для того, чтобы укрепленные в них электроды 3 могли перемешаться. Заземленный электрод прикреплен к измерительному стержню микрометрического винта 4. зажим которого укорочен и прикреплен к модифицированной трубке Хартмана. На другой электрод. прикрепленный через изоляционную трубку из ПТФЭ 5 к толкателю управляемого пневматического поршня двойного действия 6. имеющего длину рабочего хода 10 мм (номинальный диаметр поршня — 3S мм: рабочее давление — 600 кПа). подают высокое напряжение. Электрод высокого напряжения подсоединен к конденсатору 7 емкостью от 26 пФ до 311 мкФ. Электростатический вольтметр 8 фиксирует напряжение, до которого заряжается конденсатор. После отсоединения генератора высокого напряжения 9от цепи конденсатора открывается элсктропнсвматичсскнй клапан и сжатый воздух из камеры высокого давления /^распыляет образец пыли, образуя пылсвозлушную смесь. После задержки, установленной таймерным устройством //. электрод высокого напряжения выдвигается в рабочее положение, и накопленная в конденсаторе энергия выделяется в мсжэлсктродном промежутке.

А.4 Зажигание увеличением напряжения (зарядная цепь)

Схема установки дли испытаний приведена на рисунке А.4.

Метод увеличения напряжения на конденсаторе цепи является одним из самых простых методов создания искрового разряда известной энергии для определения минимальной энергии зажигания пылсвоздушных смесей.

Высоковольтный источник постоянного тока медленно повышает напряжение на конденсаторе до тех пор. пока не возникнет искровой разряд. Затем цикл повторяют, давая серию искровых разрядов одинаковой энергии. В цепь включен токоограничивающий резистор сопротивлением от 19^s до 10^ч Ом. Потенциал на конденсаторе измеряют электростатическим вольтметром, подсоединенным к обкладкам конденсатора через развязывающий резистор, имеющий сопротивление от 10⁸ до I0⁹ Ом. Изменяя емкость конденсатора и. если необходимо, напряжение разряда в данной цепи, можно легко получить искровые разряды от 1 мДж и выше.

Параметры схемы дли формирования искровых разрядов требуемой энергии определяют до помещения образца пыли в камеру для воспламенения. Подбирают емкость конденсатора и напряжение от 10 до 30 кВ. Затем устанавливают подбором напряжение и расстояние между электродами до появления в межэлсктрод-ном промежутке искровых разрядов требуемой энергии, определяемой по формуле (1) и равной 0,5 CU*. В данном выражении U — напряжение заряженного конденсатора, при котором возникает искровой разряд. С — полная электрическая емкость разрядной цепи электрода высокого напряжения, которая может быть измерена при помощи обычных мостовых методов постоянного тока. При проведении испытаний на воспламенение электрод высокого напряжения помешают в камеру для зажигания после того, как туда уже помешен образец пыли, подлежащий испытанию. Высоковольтный источник постоянного тока включают в цепь и. когда между электродами начнут проходить искровые разряды, распыляют образец пыли воздушной струей. При этом фиксирует, появляется ли вое шла мене и не и распространяется ли пламя от искрового разряда.

Первые испытания обычно выполняют с искровым разрядом высокой энергии 500 Дж. После появления воспламенения искровую энергию ступенчато понижают, и испытания повторяют, как описано в 6.1, до тех пор. пока искровые разряды нс перестанут воспламенять пылсвозлушную смесь.

А.5 Зажигание вспомогательной искрой с использованием нормальной системы двух электродов (триггерный трансформатор в разрядной цели)

Схема установки дли испытаний приведена на рисунке А.5.

Данная цепь нс может быть использована дли испытания без индуктивности. С — разрядный конденсатор. имеющий исходное напряжение U. Емкость конденсатора, которая может изменяться от 40 пФ и ниже ступенчато с коэффициентом К), и напряжение, которое может изменяться от 1000 до 400 или 500 В (практический минимальный уровень), позволяют получить широкий диапазон энергий, величины которых рассчи-

197