Разделительные искровые разрядники для взрывоопасных зон

Основная задача разделительных искровых разрядников - создание длительного гальванического разделения двух электропроводящих изолированных друг от друга элементов установки в рабочем состоянии. Это требование должно выполняться в том случае, когда соединение этих двух элементов напрямую невозможно из-за технологических особенностей установки. Если между этими элементами возникнет большая разность потенциалов, например, вследствие разрядов молнии, то при использовании искрового разрядника в месте соединения эта разность потенциалов вызовет его срабатывание. В результате потенциалы двух элементов установки безопасно уравняются. При отсутствии искрового разрядника безопасное уравнивание потенциалов не может произойти, а напротив, возможно повреждение изолированных элементов или возникновение опасного искрения во взрывоопасной зоне, что может привести к возгоранию и взрыву.

Ряд проблем, связанных, прежде всего, с применением устройств во взрывоопасных зонах, вызвали необходимость разработки положений, которые легли в основу стандарта DIN EN 50164­3. Были разработаны новые параметры для разделительных искровых разрядников, о которых будет рассказано подробнее на примерах.

Разделительные искровые разрядники применяются не только во взрывоопасных зонах, но и и других областях, как, например:

Для всех вышеперечисленных областей применения главным источником угрозы является импульсный ток молнии. Для импульсного тока молнии с формой волны 10/350 мкс рассматриваются следующие характеристики: амплитудное значение импульсного тока, заряд, длительность, удельная энергия и крутизна фронта импульса. В стандарте DIN EN 62305­3 (МЭК 62305 ч. 3) указываются значения этих параметров в зависимости от категории защиты (I-IV). Существует пять новых классов допустимой нагрузки тока молнии с соответствующими параметрами импульсного тока молнии при низких и высоких нагрузках. В приложении D стандарта DIN EN 62305­3 указано, что для взрывоопасных зон принимается минимальная категория защиты II. При этом общий импульсный ток молнии составляет 150 кА (10/350 мкс). В этом случае импульсный ток молнии, протекающий через разделительный искровой разрядник, может составить 75 кА (10/350 мкс). Такое требование выполняется только при условии, что устройства относятся к высшему классу тока молнии «Н», т. е. способны отводить ток молнии таких амплитуд. При более низких нагрузках для разделительных искровых разрядников можно выбрать класс тока молнии ниже.

Импульсное напряжение срабатывания определяется как импульсное напряжение с формой волны 1,2/50 мкс, при достижении которого должен срабатывать разделительный искровой разрядник. Напряжение срабатывания показывает уровень защиты от импульсных перенапряжений, вызванных разрядами молнии. Это напряжение не должно превышать 50% испытательного переменного напряжения изолированного элемента. Выпускаются изолированные элементы классов 1 и 2. Для класса 1 испытательное переменное напряжение составляет 5 кВ, а для класса 2-2,5 кВ. Таким образом, для класса 2 значение импульсного напряжения срабатывания составляет 1,25 кВ.

Новые параметры, которые были введены для разделительных искровых разрядников, - это номинальное выдерживаемое постоянное напряжение и номинальное выдерживаемое напряжение промышленной частоты. При этих параметрах в разделительном искровом разряднике не должно произойти срабатывание даже во время испытания импульсным током молнии. Типичным примером воздействия таких нагрузок на разделительный искровой разрядник является воздействие высокого напряжения. Такое воздействие характерно для густонаселенных районов, а также вдоль кабельных трасс (особенно в горных районах), где на малом расстоянии друг от друга параллельно идут воздушные высоковольтные линии и трубопроводы. Вокруг высоковольтных воздушных линий и кабельных трасс возникают сильные электромагнитные поля, которые индуцируют на элементах трубопровода напряжение промышленной частоты 50 Гц. Данная ситуация является «нормальным рабочим состоянием», и в этом случае не должно произойти срабатывание искрового разрядника. Для разделительных искровых разрядников EXFS 100 компании DEHN + SОHNE выдерживаемое напряжение срабатывания достигает значения 250 В (50 Гц).

Переменное напряжение срабатывания 50 Гц показывает уровень защиты при воздействии переменного напряжения с частотой 50 Гц и также указывается в рекомендации AfK № 5. На практике эта величина составляет около 300 В переменного тока. Следует отметить: предположение о том, что с помощью разделительного искрового разрядника можно обеспечить защиту персонала, является ошибочным. В настоящий момент невозможно обеспечить защиту персонала, используя только разделительные искровые разрядники.

Также в рекомендации AfK-№ 5 вводится параметр номинальный импульс­ный разрядный ток (8/20 мкс), который имеет значение 100 кА (8/20 мкс).

Из многолетней практики известно такое понятие, как выдерживаемый разрядный ток. Однако оно еще не включено в новый стандарт для разделительных искровых промежутков DIN EN 50164­3. Данный параметр указан в технических данных для EXFS 100 и отражает режим работы разрядника в результате аварий (помех) в высоковольтных установках. В случае короткого замыкания на землю на трубопроводах возникают высокие индуцированные напряжения, при этом разделительный искровой разрядник должен сработать и провести высокие переменные токи. Эти так называемые кратковременные воздействия (определение взято из рекомендации AfK № 3) оказывают термическую нагрузку, которая может привести к повреждению (разрушению) искрового разрядника. Так как максимальное время отключения в случае короткого замыкания при падении (срыве) заземляющего кабеля (для ж/д) лежит в диапазоне от 0,2 до 0,5 с, то в расчет берется выдерживаемый разрядный ток 500 А за время 0,5 с. При проведении испытаний током 500 А за период 0,5 с:

Для нового разрядника EXFS 100 компании DEHN + SОHNE, относящегося к температурному классу Т6 и группе IIС по взрывобезопасности, были учтены все газовые смеси. Испытания выдерживаемым разрядным током выполняются согласно основным электрическим испытаниям в соответствии с DIN EN 50164-3. Тем самым подтверждается, что взрывобезопасность гарантирована даже при чрезвычайных кратковременных воздействиях (500 A/0,5 с).

Разделительный искровой разрядник для взрывоопасных зон EXFS 100 был первым разрядником в Германии, который был испытан согласно DIN EN 50164-3.

Взрывозащита может считаться оптимально выполненной и надежной, когда риск воспламенения сведен к минимуму. Для достижения этого при проектировании систем защиты следует рассматривать разряд молнии как потенциальный источник воспламенения. В этом случае рекомендуется придерживаться признанных технических правил, которые отражены в стандартах.

Названные выше Ех-устройства были испытаны согласно новейшим стандартам на продукцию и представляют собой активную молниезащиту и взрывозащиту для обеспечения на практике максимальной безопасности.

Источник: Журнал «Рынок Электротехники», № 3, 2009 г.