Исследование взрывозащиты в электрическом оборудовании взрывонепроницаемого исполнения

ИССЛЕДОВАНИЕ  ВЗРЫВОЗАЩИТЫ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ  ОБОРУДОВАНИИ

ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМОГО  ИСПОЛНЕНИЯ

 

Цель работы

1. Определить экспериментальным путем величину тушащего зазора для заданной горючей паровоздушной смеси.
2. По величине тушащего зазора определить категорию горючей смеси и составить маркировку электрооборудования.

ОСНОВНЫЕ  ПОНЯТИЯ

Для предотвращения пожара и взрыва от тепловых источников электрического происхождения во взрывоопасных зонах помещений применяют взрывозащищенное электрооборудование.

Взрывозащищенным  называется электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды.

       Взрывозащищенное электрооборудование (согласно ГОСТ 12.2.020-76* ССБТ. Классификация и маркировка) подразделяется по уровням и видам взрывозащиты.

Установлены следующие уровни взрывозащиты:

• электрооборудование повышенной надежности против взрыва, знак уровня - 2;
• взрывобезопасное электрооборудование, знак уровня - 1;

- особовзрывобезопасное, знак уровня - 0. 
Взрывозащищенное электрооборудование может иметь следующие

виды взрывозащиты:

Взрывонепроницаемая оболочка d

Заполнение  или продувка оболочки под

избыточным  давлением защитным газом р

Искробезопасная электрическая цепь i

Кварцевое заполнение оболочки

с токоведущими частями q

Масляное  заполнение оболочки

с токоведущими частями о

Специальный вид взрывозащиты.... s

Защита вида «е» е

В настоящей лабораторной работе рассматриваются вопросы, относящиеся к электрооборудованию взрывонепроницаемого исполнения. Оно характеризуется наличием взрывонепроницаемой оболочки, которая выдерживает давление взрыва и совместно с электрическими средствами защиты предотвращает наружное воспламенение взрывоопасных смесей от заключенных в оболочке электрических частей, как в условиях нормальной работы электрооборудования, так и при дуговом коротком замыкании. Чтобы предупредить воспламенение горючей смеси в помещении пламенем, выбрасываемым через зазоры оболочки (если в ней произойдет взрыв), величина зазоров должна быть меньше тушащего для данной смеси.

Согласно ГОСТ 12.1.011-78* взрывоопасные смеси газов и  паров с воздухом в зависимости от размера безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) подразделяются на категории, табл. 1.

Таблица1

   Категория взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом                                                                                                        

Категория	Наименование смеси	БЭМЗ, мм
1	2	3
I	Рудничный метан	Более 1,0
II	Промышленные  газы и пары	-
ПА	то же	Более 0,9
ПВ	то же	Более 0,5 до 0,9
ПС	то же	До 0,5

БЭМЗ — максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.

Чтобы исключить воспламенение  горючей смеси при соприкосновении с наружными поверхностями электрооборудования, температура этих поверхностей должна быть меньше температуры самовоспламенения данной горючей смеси не только при нормальном режиме работы электрооборудования, но и при перегрузках.

В зависимости от температуры  самовоспламенения взрывоопасные  смеси газов и паров с воздухом подразделяются на шесть групп, согласно табл. 2.

                                                                                                                     Таблица 2 
Группы взрывоопасных смесей и паров с воздухом по  
температуре самовоспламенения

Группа	Температура самовоспламенения  смеси,"С
1	2
Т1	Выше 450
Т2	Выше 300 до 450
Т3	Выше 200 до 300
T4	Выше 135 до 200

 

                          Продолжение табл.2

1	2
Т5	Выше 100 до 135
Т6	Выше 85 до 100

Оболочка (корпус) электрооборудования  должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление при взрыве.

Тушение пламени  в зазоре

Гашение пламени в  узких каналах обусловлено отрицательным  тепловым балансом зоны реакции.

В узких каналах потери тепла через стенки вызывают снижение температуры в зоне реакции и уменьшение скорости распространения пламени. При уменьшении диаметра канала увеличивается отношение поверхности теплообмена к объему зоны реакции. Когда потери тепла достигают критической величины, распространение пламени становится невозможным.

Пламегасящее действие узких каналов зависит в основном только от природы горючей смеси и не зависит от материала поверхности канала. На принципе гашения пламени в узких каналах основано действие щелевых огнепреградителей и взрывозащита в электрооборудовании исполнения «взрывонепроницаемое». Гасящий тушащий канал образуется узким зазором между фланцами и другими деталями электрооборудования, соединяющими внутренний объем аппарата с внешней средой.

Величину  тушащего зазора определяют экспериментально для каждой горючей смеси. В зависимости от величины тушащего зазора устанавливается категория взрывоопасной смеси.

МЕТОДИКА  ЭКСПЕРИМЕНТА

 Краткая техническая характеристика установки

Тип стенда ………..  настольный

Объем одной  полости ………..  1 л

Пределы тушащего зазора ………..   0,0 ...1,3 мм

Длина щели ………..   25 мм

Цена деления  величины зазора на диске…   0,05 мм

Напряжение питания ………...   220 В

 

Описание  установки

Установка для проведения эксперимента состоит из толстостенного сосуда (бомбы) 1, рассчитанного на давление 10 МПа (100 кг/см²), системы зажигания горючей смеси и системы для продувания полостей сосуда, находящихся в корпусе 2 и предохранительного щитка 3 (рис. 1).

Внутри толстостенного сосуда (бомбы) имеется перегородка 4 с коническим отверстием. Она делит бомбу на две камеры А и Б объемом в 1 литр каждая.

Поворот ручки  диска 5, с нанесенными на его поверхность  делениями (от 0 до 1,3 мм), позволяет установить определенный зазор между коническим отверстием в перегородке и пробкой 6.

Откинув щиток, закапывают легковоспламеняющуюся жидкость в определенной дозе (устанавливается расчетным путем) через выхлопной штуцер 7 в обе камеры бомбы. В качестве взрывоопасной жидкости может быть взят ацетон, этиловый спирт, бензин и т.п. Под пластину 8 выхлопного штуцера камеры закладывают разрывную мембрану 9-листок плотного, но непрочного материала  (кальку, бумагу).

Включение питания осуществляется нажатием кнопки 10, при этом предохранительный  щиток должен быть опущен и закрыт выхлопной штуцер. Контроль включения питания осуществляется лампочкой 11. Отключение питания установки - кнопкой 12. Зажигание взрывоопасной смеси производится поочередным нажатием кнопок 13 и 14. При этом загорается контрольная лампочка 15.

Продувка камер осуществляется нажатием на кнопку 16. Продолжительность продувки равна длительности нажатия.

Задача заключается  в определении зазора, при котором  горение смеси в камере А не вызывает воспламенения смеси в  камере Б. Такой зазор называется тушащим и обозначается δ_туш.

Тушащий зазор  может быть рассчитан по следующий  формуле:

                      P_е =   →    δ_туш= ,                (1)

где     V_H – нормальная скорость распространения пламени, м/с;  
    Рe – безразмерный критерий Пекле;  
    δ_туш - ширина (диаметр) тушащего зазора (канала), мм;  
     С_р- удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/кг град;  
     ρ₀ - плотность исходной смеси,кг/м³ ;

     λ₀ - теплопроводность исходной смеси, Вт/м град.

 

Рис. 1 Общий вид установки

1 - бомба, 2 - корпус, 3 - щиток, 4 - перегородка, 5 - диск, 6 - пробка, 7 - штуцер, 8 - пластина, 9 - мембрана, 10 - включение питания, 11,15— контрольные лампочки, 12 - отключение питания, 13 - включение зажигания в камере А, 14 - включение зажигания в камере Б, 16 — продув камер

Как видно из приведённого выражения, возможность проникновения пламени через гасящие каналы зависит от физико-химических свойств и состава горючей смеси. При этом нормальная скорость распространения пламени V_H является основной величиной, определяющей размер гасящих каналов: чем больше величина V_H, тем меньшего размера требуется канал для гашения пламени.

При вычисленном критерии Пекле Ре < Ре_кр = 65 происходит гашение пламени, при Ре > Ре_кр= 65 гашения пламени не произойдет (где Ре_кр - критическое значение критерия Пекле ). Таким образом, приняв Ре = 65, можно оценить величину тушащего зазора. Погрешность при расчёте δ_туш по формуле 1, учитывая погрешность в определении входящих в формулу величин, составляет не более 7%.

Точное значение ширины тушащего канала определяется экспериментально, а теоретическое определение δ_туш по формуле (1) необходимо для получения начальной величины зазора на установке.

Для экспериментального определения тушащего зазора рассчитывают объём горючей жидкости V мл, заливаемый в каждую камеру по формуле

 
                                                   V = ,                                           (2) 

где  М – молярная масса;

V_K  – объем каждой камеры, л;

γ_ж - плотность жидкости, г/л;

V_t - объем грамм-молекулы, л. (принять V_t=24,05 л);

С_cm - стехиометрическая концентрация взрывоопасной смеси.

Стехиометрическая концентрация С_сm рассчитывается по формуле

                                      C_cm = ,                                           (3) 
где  m_г, m_O2 , m_N2 – стехиометрические коэффициенты горючего, кислорода 
и азота соответственно, определяемые из уравнения окисления (горения) паров горючей жидкости (приложение 1, п.п. 1,2).

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Лиц, не подготовленных к работе на установке и не знакомых с настоящим описанием, к работе не допускать!
2. Для исключения ожогов продуктами сгорания необходимо пользоваться защитным экраном.
3. Регулировку и ремонт электроаппаратуры, смену предохранителей и другие операции по обслуживанию установки производить при отключённом электропитании.
4. Работу на установке необходимо проводить в помещении, оборудованном местной вытяжной вентиляцией.

        ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для исследуемой взрывоопасной смеси определить стехиометрическую концентрацию по формуле(3)
2. Рассчитать объём ЛВЖ, заливаемой в каждую камеру по формуле (2). Необходимые величины взять из приложения 2.
3. Определить расчётную величину зазора по критерию Пекле (1). Необходимые величины взять из приложения  2.
4. Установить величину зазора (согласно заданию) поворотом ручки диска 5. Цифры делений на диске указывают зазор в мм.
5. Перед началом работы продуть камеры бомбы путём нажатия на кнопку 16 в течение 5c.  Одновременно включить местную вентиляционную установку.
6. Заполнить камеры А и Б расчётным количеством легковоспламеняющейся жидкости. Для этого откинуть щиток 3 назад. С помощью пипетки закапать испытуемую жидкость (ацетон, спирт и т. п.) через отверстие штуцера; 7.
7. Немедленно установить разрывные мембраны 9 (из кальки или бумаги) под пластины 8.
8. Закрыть защитный кожух 3.
9. Засечь время по секундомеру.

     10.Через промежуток времени, равный 3-5 минутам (достаточный для испарения легковоспламеняющейся жидкости) кнопкой включения зажигания 14 взорвать образовавшуюся в камере Б взрывоопасную смесь.

При этом мембрана из бумаги разорвётся  с сильным хлопком. Если

величина  зазора между камерами больше тушащего, то пламя из камеры Б

воспламенит горящую смесь в камере А.

Если величина зазора меньше тушащего, то взрыва в камере А не происходит, необходимо произвести контрольный взрыв в камере А, нажав кнопку 13.

11. Удалить разрывные мембраны (целую и пробитую) из-под  
       пластин 8.  
12. После проведения взрывов произвести вентиляцию камер нажатием 
     на кнопку 16 в течение 5 секунд и подготовиться к следующему  
       опыту. Количество опытов для определения величины тушащего за- 
       зора и категории взрывоопасной смеси задаётся преподавателем.  
13. Установить следующую величину зазора поворотом диска 5.  
14. Повторить  весь  порядок проведения  эксперимента  с  6  по   13