IEC火花试验装置检验容性电路的新途径

钨丝在镉盘上划过的时间 : 2 2 2 πn ] TAB = 2 rccos{ [ ( r - r1 + b ) / 2 b ]/ r}/ [ 2
= 118. 9ms
因此 ,钨丝与镉盘边缘打火间隔如表 1 所示 。 从上述计算可以看出 , 每个钨丝之间的打火间隔 总是大于钨丝在镉盘上划过的时间 ,由此可见 ,每 次打火只有一根钨丝和镉盘接触 。
212 IEC 火花试验装置电容试验的上限值
钨丝和镉盘的重合接触时间即为短路放电时 间 ,对电容性电路来说 ,影响试验灵敏度的是短路 放电瞬间产生的火花强度 , 而短路恢复时无论电 容性电路放电残余电压有否 , 均低于短路放电瞬 间产生的火花强度 ,因此 ,可不考虑电容放电对灵 敏度的影响 。显而易见 , 电容充电时间的大小将 直接影响火花试验装置的灵敏度 。电容充电的最 不利情况是钨丝经过通槽处 , 即 Tmin ≈ T2mm 。因 此,
1 火花试验装置工作原理简介
IEC 本安电路火花试验装置 , 是国际电工委
距离为 31mm , 两者通过齿轮带动组成一打火机 构。
员会推荐采用的试验本安电路及其设备本安防爆 性能的试验装置 。该火花试验装置主体容积至少 为 250cm3 、 承受爆炸压力至少为 115MP 的容器 , 容器内通过相互运动的镉盘和钨丝固定盘上的钨 丝组成电极接点 ,电极接点通过隔爆措施 ,由带动 镉盘和钨丝固定盘旋转轴上的滑动接点引出到被 试电路两极上 。IEC 明确规定 , 接点应在规定的 试验用爆炸性气体混合物中产生短路和开路火 花 ,电极接点装置如图 1 所示 。 其中一个电极由均匀地固定在 38mm × 38mm 钨丝固定盘四角上的四根自由长度为 11mm 、 直径 为 0. 2mm 的钨丝组成 ,它以 80r/ min 的速度旋转 。 另一个电极由直径为 30mm 、 并与圆心对称开有两 道深 2mm 、 宽 2mm 的通槽镉盘组成 , 两通槽相距 13mm ,它以 ( 12/ 50) × 80r/ min 的转速相对钨丝固 定盘反向转动 , 镉盘和钨丝固定盘两轴之间水平
[ abstract] The paper ,by the theoretical analysis and calculation for the discharge time and the strike fire inter2 val of IEC spart test device of the resistance - capacitance circuit ,finds out the cause of the low sensitivity and ap2 proaches a new way to test nd prove the capacitive circuit ,in the prerequisite of no affect on the performances of the IEC spark test device. [ keyword] capacitive circuit ;spark test ;sensitivity
《电气防爆》 2002 ,3 IEC 火花试验装置检验容性电路的新途径
Ξ
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IEC 火花试验装置检验容性电路的新途径
国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心 ( 辽宁 抚顺 113001) 付淑玲 [ 摘 要 ] 目前 ,利用 “IEC 本安电路火花试验装置” ,对时间常数较大的电容性电路试 验 ,在多数情况下都采用拔钨丝根数来实现 。经过近十多年的实际运行表明 ,这种简单的 替代可能降低了试验电容性电路的灵敏度 。本文通过对阻容性电路的充放电时间及 IEC 火花试验装置打火间隔的理论分析和计算 , 找出了灵敏度低的原因 , 并探讨了在不影响 IEC 火花试验装置性能指标的前提下 ,试验电容性电路的新途径 。 [ 关键词 ] 电容性电路 ; 火花试验 ; 灵敏度
《电气防爆》 2002 ,3 IEC 火花试验装置检验容性电路的新途径
表2 μF) 容许充电最大电容值 (
u c/ u0
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Ω R=1
2215 4430 6338
Ω R=2
1108 2215 3169
R = 10Ω 222 443 634
Ω R = 20
111 222 317
表1 打火间隔 名称 一根丝 两根丝 四根丝 公式
1/ n - TAB 1/ (2 n) - TAB 1/ (4 n) - TAB
时间
631. 1ms 256. 1ms 68. 6ms
21112 镉盘上 2mm 通槽处的火花打火间隔
钨丝和镉盘相交时 , 火花打火间隔的最短打 火位置为 2mm 通槽宽度处 。钨丝经 2mm 通槽时 所对应的弧长 源自文库 AB可以近似为 2mm ,所以 ,镉盘上
4 结论
本文通过对 IEC 火花试验装置进行阻容性电 路试验的分析 ,指出了灵敏度降低的原因 ,探讨了 能可靠保证试验灵敏度的措施 。提出了不影响 IEC 火花试验装置物理参数和性能指标的试验电 容性电路的无通槽型镉盘方案 。此方法简单 、 可 靠 ,与在 IEC 推荐的镉盘上试验相比 ,易于根据延 时启动的电子保护电路恢复时间确定使用钨丝根 数 ,而且对阻容性电路试验时 ,适用的电容上限值 范围提高了 6 倍以上 。
2781 5561 7956 745 1490 2113
1390 2780 3978 372 745 1056
3 提高灵敏度的措施探讨
由 ( 4) 式不难看出 , IEC 火花试验装置能适用 的电容上限值与充电时间成正比 , 与电路中串联 电阻成反比 。所以 ,该装置对阻容性电路来说 ,串 加电阻越大 , 灵敏度越低 , 因此 , 要保证对电容性 电路试验的灵敏度 , 就要延长对电容的充电时间 及保证电子保护的可靠恢复时间 。提高试验装置 对阻容性电路试验灵敏度的方法有三种 : 或降低 电机的转速 ,或加宽镉盘上通槽的宽度 ,或取消镉 盘上的通槽 。 降低电机的转速可以提高试验装置对阻容性 电路试验灵敏度 , 但降低转速就降低了两电极的 打火速度 ,直接影响了 IEC 火花试验装置的物理 参数 。加宽镉盘上通槽的宽度 , 可有效提高试验 装置对阻容性电路试验灵敏度 。其方法很多 , 如 只在镉盘中心对称轴上仿照 IEC 推荐的参数加工 一条适当宽度的通槽 , 在镉盘上加工两个或三个 扇型槽 ( 如图 3 所示) 。此方案的缺点是 : 由于镉 盘上槽的结构和数量的变化而不易重新计算和确 定火花试验的转数 。此外 , 对于具有延时启动的 电子保护电路 ,难以确定保护恢复时间 。
验中心副站长 ,高级工程师 ,主要从事防爆产品检验工作 。
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IEC 火花试验装置检验容性电路的新途径 《电气防爆》 2002 ,3
2 2 2 L AB = 2r・rccos{ [ ( r - r1 + b ) / 2 b ]/ r}
于电阻 、 电感及其混合电路的本安火花点燃试验 , 对电容性电路的本安火花试验无单独的试验装 置 ,若对电容性电路进行试验 ,需在上述装置的基 础上考虑充放电时间常数的影响 , 可采取减少钨 丝根数的方法来延长试验电路打火间隔 。一般仅 保留一根丝或两根丝进行试验 。长期应用表明 , 我国目前有相当数量的被检电路即使应用一根 丝 ,由于被检电路时间常数可能过大 、 仍然可能会 影响电容性电路试验的灵敏度 。 若要保证采用 IEC 火花试验装置考核电容性 电路试验的灵敏度 , 关键是接点开路时间应保证 镉盘和钨丝两电极接点从 “短路 — 开路” 时刻起 , 到被试验点两端电压充电至 “开路 — 短路” 时刻 止 ,达到正常工作电压 。因此 ,确定考核电容性电 路试验灵敏度首先要计算电路充电时间常数 , 其 次计算打火最小间隔时间 。 211 接点打火间隔分析 火花试验装置的打火间隔是不均匀的 。有随 机性 , 打火位置也有随机性 , 有时在镉盘的边缘 , 有时在镉盘上 2mm 通槽的边缘 。因此 ,计算打火 次数时 ,仅按钨丝在镉盘的边缘和镉盘上的 2mm 通槽两处打火位置考虑 。 21111 镉盘边缘火花打火间隔 钨丝和镉盘的运动轨迹如图 2 所示 :
图2 钨丝和隔盘的运动轨迹示意图
Cc =
图中 r — 钨丝的轨迹半径 ,计算得 r = 28. 84mm b— 两轴间距 31mm r1 — 镉盘的轨迹半径 15mm 钨丝的运动轨迹 : x 2 + y2 = r2 镉盘的运动轨迹 : ( x - b) 2 + y 2 = r2 1
2 联立解得 : x = ( r2 - r2 1 + b )/2b 钨丝运动的弧长 :
Ω R = 40
55 111 159
99 % 90 % 80 %
四根丝 ,其电容充电时间 ( 6816ms) 也大于在 IEC 推荐的镉盘上试验最小时间的 6 倍以上 。利用公 式 ( 4) 不难计算出采用设计的无通槽镉盘时 ,允许 的最大电容值 cc 与 ( uc / u0 ) 在不同充电电阻下的 关系 ( 如表 3 所示) 。通过分析可知 , 此方案既不 改变 IEC 火花试验装置的打火机理 , 又能保证延 长电容充电时间 , 能保证对电容性电路试验的灵 敏度 。
T2mm R [ 1n ( 1 - uc / u0 )
- 1
]
( 4)
式中 u0 — — — 电容性电路被试验两点间的额定电 压 ,V
( 1) ( 2)
uc — — — 电容性电路被试验两点间的放电电
压 ,V
R— — — 电容性电路等效回路电阻 ,Ω
在 T2mm时间内 , Cc 与 ( uc / u0 ) 在不同充电电 阻下的关系如表 2 所示 。
R = 20 R = 40
根据 IEC 推荐的电容性电路最小电压曲线 (串加 40 Ω 电阻且 u0 = 25V 时 ) , 允许最大电容值 μF 。由表 2 可见 ,在该装置上试验时 , 在通 为 200 槽处的充电时间只能使它充电到 80 % 。另外 , 对 于电源短路保护的试验来说 ,1012ms 的时间也显 得偏短 。目前 , 大多数电源电子保护除在快速保 护上下功夫外 ,还注意保护动作后的慢恢复特性 , 以达到本安防爆目的 。因此 , 只要短路恢复时间 大于 1012ms ,2mm 通槽处的打火就是无效的 。
Ξ [ 收稿日期 ] 2002 - 05 - 09
图 1 IEC 火花试验装置电极接点结构
2 电容性电路试验灵敏度分析
IEC 标准明确指出 ,IEC 火花试验装置只适用
[ 作者简介 ] 付淑玲 , 女 ,1961 年生 ,1983 年毕业于黑龙江矿业学院电气化与自动化专业 , 现任国家煤矿防爆安全产品质量监督检
2mm 通槽处的火花打火间隔 :
π( r n - r1 n1 〕 T2mm≈ L AB / 〔 2 式中 r′ 1 ≈ ( 31 ≈1012ms - r)
′
( 3)
显而易见 ,与钨丝和镉盘边缘的打火间隔时 间相比可以证明 , 火花试验装置的火花最小间隔 时间即为镉盘上 2mm 通槽处的打火时间 。
A Ne w Way of Spark Test Device Proven Capacitive Circuit in IEC Standard
China National Quality Supervision and Test Center for Explosion Protection Safety Products in Coalmine ( Liaoning Fushun 113001) Fu Shuling
表3 μ 允许最大放电电容值 ( F) 针数 充电率 u c/ u0 R = 1 R = 2 R = 10
99 % 2 90 % 80 % 99 % 4 90 % 80 % 55611 111223 159124 14896 29793 42251 27806 55612 79562 7448 14897 21125 5561 11122 15912 1490 2979 4225