Безопасное использование слаботочного оборудования

При эксплуатации электрооборудования возникают разряды в газе, обусловленные индуктивностью цепи. При использовании такого оборудования во взрывоопасных помещениях энергия разрядов должна быть недостаточной для поджигания наиболее опасных воздушных смесей, которые может образовывать газ, потенциально попадающий в атмосферу производственных помещений, Для цепи энергия разряда определяется силой тока, напряжением, самоиндукцией и емкостью. Закономерности поджигания такими разрядами определяют возможности безопасной эксплуатации слаботочных цепей.

Условия создания искробезопасных цепей регламентированы правилами. Влияние всех указанных факторов трудно учесть аналитически. Пределы искробезопасности обычно устанавливают эмпирическим подбором. Если закономерности поджигания разрядом конденсатора сравнительно плохо воспроизводятся и их определение неточно, то для индуктивных цепей невоспроизводимость еще больше. Пределы обычно устанавливают статистически, по данным серии опытов, не менее чем для 3•104 искрений.

Для этого в слаботочную цепь, в которую включен испытуемый прибор, дополнительно вводят взрывную камеру с размещенным внутри нее прерывателем тока. Он состоит из неподвижного и подвижного электродов. Последним служит вращающийся барабан с рядом радиальных гибких металлических контактных пластин. При вращении барабана, включаемого в цепь при помощи щеточного устройства, пластины подвижного электрода поочередно касаются неподвижного электрода и тут же соскальзывают с него, последовательно замыкая и размыкая цепь. Камеру заполняют исследуемой взрывчатой смесью с минимальной для данного горючего Emin. Цепь считают искробезопасной, если при силе тока, в 2,5 раза больше рабочей, вероятность инициирования горения < 10−3. На основании эмпирической проверки установлены предельные параметры искробезопасных цепей: силы тока, напряжения, индуктивности и шунтирующих емкостей. Так, для переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 10 В, индуктивностях цепей 10−3 и 10−1 Г и атмосферы ацетилено-воздушной смеси допустимые силы тока Iкр = 230 и 45 мА соответственно, а при напряжении 60 В они равны 100 и 20 мА. Для метано-воздушных смесей в аналогичных условиях при напряжении 10 В Iкр = 1100 и 65 мА, а при 60 В оно равно 300 и 60 мА.

Низковольтные лампы накаливания, используемые для сигнализации связи и прочего, могут быть потенциальным импульсом инициирования горения при разрушении колбы включенной лампы. Опыт показывает, что они могут инициировать горение взрывчатых смесей, если даже цепь, часть которой они образуют, удовлетворяет требованиям искробезопасности. При этом инициатором служит не электрический разряд, возникающий при перегорании нити, а сама нагретая нить до ее разрушения, за счет запасенной в ней тепловой энергии. Для ряда горючих установлены предельные взрывобезопасные значения напряжения и силы тока. Возможность поджигания определяется температурой нити.

Инициирование горения разрядами статического электричества и его предотвращение

Разряды статического или контактного электричества являются наиболее распространенным, трудно регламентируемым и поэтому наиболее опасным импульсом инициирования горения. На границах раздела разнородных сред вследствие их различного электронного сродства происходит перераспределение подвижных зарядов. При разделении разноименно заряженных по такому механизму тел заряды на них сохраняются и могут накапливаться. Этому способствует трение, измельчение и быстрое движение заряжающихся тел. При многократном размыкании контактов накопление зарядов может приводить к возникновению разностей потенциалов, измеряемых многими киловольтами. При этом возможны разряды с энергией, достаточной для поджигания воздушных смесей большинства горючих газов и паров.

Статические заряды могут возникать и на диэлектриках, и на проводниках, если последние изолированы. Благоприятной для возникновения и накопления зарядов средой являются диэлектрические жидкости и сыпучие материалы. В газах значительные заряды не появляются, однако часто возникают в дымах и туманах, т. е. на твердых и жидких частицах, взвешенных в газах. Заряды часто накапливаются на теле человека. Этому способствуют одежда и обувь из синтетических материалов.

Мероприятия, предусмотренные соответствующими правилами, имеют целью предотвратить образование зарядов и нейтрализовать их. Для уменьшения электризации ограничивают скорости течения диэлектрических горючих жидкостей и возможности их распыления. Так, зарегистрирована серьезная авария при сгорании образовавшейся в большом резервуаре взрывчатой смеси, оно было инициировано электростатическим разрядом при продувке резервуара диоксидом углерода. Заряды возникли па частицах твердой СO2 при ее кристаллизации в процессе дросселирования. Часто возникают заряды при распространенных операциях в псевдоожиженном слое; этому способствуют разнородность среды и большие скорости газовых потоков.

Основной способ предотвращения накопления электрических зарядов заключается в их нейтрализации соответствующим увеличением электропроводности используемого оборудования и материалов. Для этого обычно заземляют электропроводящую аппаратуру и применяют для изготовления опасных объектов электропроводящие материалы. Заземление во многих случаях снижает вероятность электризации, однако эффективно не всегда. Так, дисперсные частицы, витающие в газовом потоке внутри заземленного газопровода, или поток диэлектрической жидкости могут заряжаться. Заземление недействительно при образовании на внутренней стороне заземленных аппаратов и трубопроводов пленок из изолирующих продуктов.

Для нейтрализации зарядов в ряде случаев прибегают к изменению электропроводности тел, способных заряжаться, и окружающей среды. Практика показывает, что для эффективного снятия зарядов достаточно невысокой проводимости материалов: их удельное сопротивление не должно превышать 1 МОм • см. Чтобы уменьшить электризацию потоков диэлектрических жидкостей в трубопроводах, в них иногда вводят электропроводящие добавки. Применяют такие добавки и при изготовлении различных твердых и эластичных продуктов: пластмасс, строительных материалов для полов, резин, материалов для приводных ремней. Стеканию статических зарядов способствует увлажнение атмосферы. Однако возможности такого приема ограничены гидрофильностью материалов и температурой помещения. Сам влажный воздух недостаточно электропроводен; заряды нейтрализуются благодаря тонкой пленке влаги, сорбированной на поверхности диэлектрика.

Разработаны различные приемы нейтрализации зарядов ионизацией атмосферного воздуха, который становится при этом электропроводным. Используют устройства, дающие электрические разряды, однако они сложны и не гарантированно взрывобезопасны. Можно ионизовать воздух при помощи радиоактивных препаратов, однако необходимы меры предосторожности против облучения персонала, а облучающее приспособление эффективно только в пределах узкой зоны.

Во многих случаях удастся противодействовать возникновению статических разрядов и сократить их вероятность. Однако их полное предотвращение невозможно. Поэтому неустранима потенциальная угроза инициирования горения взрывоопасных систем, если их образование не исключено. Реальные условия слишком многообразны, чтобы учесть все случайные возможности электризации. Плановые мероприятия могут только снизить вероятность появления зарядов и целесообразны для зон повышенной опасности и систематически повторяющихся операций. Вследствие неопределенности условий образования зарядов правила предписывают давать заключение о возможной электризации на основании прямого обследования предприятия, на действующем оборудовании. Поэтому взрывобезопасность систем, отличающихся малыми Ет1П и образующихся за пределами специальных, на то рассчитанных аппаратов, необходимо обеспечивать в рамках первого принципа безопасности.