Ерыгин А.Т., Трембицкий А.П. Методы оценки искробезопасности электрических цепей. – М.: Наука, 1984. 256 с., с.23-25

На воспламенение горючей смеси оказывает влияние множество факторов. К основным из них относятся: тип, форма, энергия и мощность электрического разряда; конфигурация, материал, скорость движения контактов или величина межэлектродного расстояния; состав, температура, давление, влажность и скорость движения смеси и т.п. Перечисленные факторы всегда имеют место при воспламенении горючей смеси электрическим разрядом. Принимая различные значения, они могут способствовать или препятствовать воспламенению, и об их влиянии можно судить по изменению воспламеняющих параметров в электрических цепях и разрядах. Для разряда определяются такие его параметры, как мощность, энергия, длительность, ток и количество электричества, в цепи — параметры, влияющие на характеристики разряда. К ним, например, относится величина э.д.с. источника питания, тока, емкости, индуктивности.

Сложность теоретического описания процессов воспламенения обусловливает тот факт, что основным источником информации о воспламенении горючих смесей электрическими разрядами являются результаты экспериментов во взрывных камерах. Большое число экспериментальных работ, выполненных различными авторами, позволило получить информацию о влиянии многих факторов на величину и характер изменения воспламеняющих параметров, однако не все результаты Могут быть использованы для решения практических задач обеспечения взрывобезопасности от электрических разрядов ввиду несоответствия условий их получения предъявляемым требованиям к концентрации смесей, давлению, межэлектродному расстоянию, типу искрообразующих механизмов и т.д.

В области исследований влияния различных факторов имеются и нерешенные или недостаточно полно решенные задачи, от которых в большой степени зависят разработка и совершенствование методов оценки опасности электрического искрения. К указанным проблемам, например, относятся определение минимальных воспламеняющих параметров и изучение влияния на воспламеняющую способность разряда его мощности, длительности и формы, скорости движения контактов и их пламегасящего действия при наиболее опасных реально возможных условиях разрядообразования и т.д.

Ниже будет рассмотрен ряд исследований, направленных на решение некоторых из перечисленных выше задач. Предварительно будет изложен статистический метод определения воспламеняющих параметров и даны возможные типы реализующихся на практике разрядов.

Многие из влияющих на воспламенение факторов изменяются в процессе экспериментов. Так, меняется состояние поверхности контактов, их упругость и скорость движения; в результате протекания случайных процессов в дуговом разряде возникают отклонения энергии от среднего значения; имеют место случайные отклонения в формировании минимального ядра пламени и т.п. Исключить эти изменения оказывается весьма трудно или вообще невозможно.

При достаточно больших значениях энергии и мощности разрядов указанные изменения практически не сказываются и воспламенение будет происходить при каждом искрении, т.е. с вероятностью, равной единице. По мере снижения энергии или мощности (или их одновременном снижении) разряда влияние упомянутых изменений возрастает, и затем наступает такой момент, что при повторении экспериментов одни разряды будут воспламенять горючую смесь, а другие не будут. В этом случае вероятность воспламенения становится меньше единицы. Продолжая указанное снижение, получим, что для воспламенения горючей смеси необходимо производить все возрастающее количество искрений (вероятность воспламенения снижается). Это связано с тем, что все большее количество изменений, влияющих на воспламенение факторов, должно оказаться в благоприятном для воспламенения сочетании. Наконец, при определенных значениях энергии или мощности разряда экспериментально вообще не удается воспламенить горючую смесь. Таким образом, имеются зоны устойчивого воспламенения и невоспламенения, разделенные между собой зоной неустойчивого воспламенения.

Опасность электрического искрения в зоне неустойчивого воспламенения оценивается по вероятности воспламенения. Исследования, проведенные В.С.Кравченко, показали, что в этой зоне между вероятностью воспламенения и величиной тока существует степенная зависимость

     (1)

которая в логарифмической системе координат представляет собой наклонную прямую линию. Аналогичным образом вероятность воспламенения связана с энергией и мощностью разряда, с напряжением на конденсаторе в емкостных цепях. Для конкретного искрообразующего механизма в исследуемой цепи коэффициенты с и tgφ остаются постоянными. Угол характеризует наклон вероятностной прямой в логарифмической системе координат.

Вероятность воспламенения находится на основании определения частоты воспламенения. При большом числе искрений частота воспламенения стремится к постоянной величине, равной вероятности воспламенения,

     (2)

Для подтверждения вероятностей воспламенения Р=10^-3, Р=10^-2 и P=10^-1 необходимо провести серии соответственно из 16000, 1600 и 160 искрений с числом воспламенений, не превышающим 16 в каждой серии. При этом с надежностью 0,95 отклонение частоты от вероятности воспламенения не будет, превышать 0,5P.

Линейная экстраполяция вероятностных зависимостей в область низких вероятностей наталкивает на мысль, что сколь угодно малое значение тока, напряжения, энергии или мощности способно вызвать воспламенение горючей смеси с отличной от нуля вероятностью. Такой вывод неправомерен, так как при этом не учитывается тот факт, что сам процесс воспламенения с физической точки зрения ограничен минимальными значениями энергии или мощности разряда. Поэтому описанный ход вероятностных зависимостей справедлив лишь в экспериментально подтверждаемой области, которая ограничивается снизу вероятностью око¬ло 10^-4. При меньших значениях вероятности уверенного воспламенения получить пока не удалось. Связано ли это с достижением минимальных значений воспламеняющих параметров или с несовершенством экспериментов, еще не установлено. Получаемые при низких значениях вероятности величины воспламеняющих параметров условно считаются минимальными.

В настоящее время за минимальные значения воспламеняющих параметров принимаются значения, соответствующие вероятности воспламенения 10^-3. До безопасного значения (исключающего воспламенение) они снижаются путем деления на коэффициент запаса.

На практике для упрощения определения минимальных воспламеняю¬щих параметров используется графический метод. Приведем изложенный в ГОСТ 22782.5-78 метод определения минимального воспламеняющего тока. Аналогичным образом могут быть определены минимальные воспламеняющие значения других параметров.