Требования к электрооборудованию

Оболочки.

Оболочки должны обеспечивать защиту внутренних элементов искробезопасного и связанного электрооборудования, устанавливаемого во взрывоопасной зоне, со степенью защиты по ГОСТ 14254 в соответствии с условиями эксплуатации.

Для защиты от прикосновения с токоведущими частями, находящимся под напряжением, и внешних воздействий окружающей среды могут использоваться оболочки с различной степенью защиты. Степень защиты от внешних воздействий оболочек искробезопасного и связанного электрооборудования должна быть подтверждена соответствующими испытаниями на предприятии-изготовителе или в испытательной организации.

Крышки оболочек должны, иметь запорные устройства по ГОСТ Р 51330.0 или опломбироватъся.

Температура проводников и малых элементов

Слой пыли на электрооборудовании группы I

Для электрооборудования группы I, относящегося к температурным классам Т1 - Т4, не допускается формирование слоя пыли на оболочках электрооборудования или на элементах внутреннего монтажа.

Провода внутреннего монтажа

Максимально допустимый ток I, А, соответствующий максимальной температуре самонагрева металлического провода, вычисляют по формуле:

, (1)

где а - температурный коэффициент сопротивления материала проводника (для меди а =0,004265 1/К);

- ток плавления проводника при температуре окружающей среды 40 °С, А;

- температура плавления материала проводника, °С (для меди = 1083 °С);

- температура проводника вследствие самонагрева и нагрева от окружающей среды и действующего значения тока, °С.

Для медных проводников значения температуры приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Температурная классификация медной проводки (при максимальной температуре окружающей среды 40 °С)

Диаметр (см. примечание 4), мм	Площадь поперечного сечения (см. примечание 4), мм²	Максимально допустимый ток А, для температурного класса
Т1 - Т4 и группы I	Т5	Т6
0,035	0,000962	0,53	0,48	0,43
0,050	0,001960	1,04	0,93	0,84
0,100	0,007850	2,10	1,90	1,70
0,200	0,031400	3,70	3,30	3,00
0,350	0,096200	6,40	5,60	5,00
0,500	0,196000	7,70	6,90	6,70

Печатные проводники.

Печатные одно- или двухсторонние платы толщиной не менее 0,5 мм, с печатными проводниками толщиной не менее 35 мкм относят к температурным классам Т1 - Т4 и допускают для применения в электрооборудовании группы I, если они имеют минимальную ширину печатного проводника 0,3 мм, а длительно протекающий по ним ток не превышает 0,518 А. Аналогично печатные проводники минимальной ширины 0,5, 1,0 и 2,0 мм относят к температурному классу Т4 при максимальных токах 0,814, 1,388 и 2,222 А, соответственно. Температурную классификацию печатных проводников длиной 10 мм или менее не проводят.

В остальных случаях температурный класс медных проводников печатных плат должен определяться в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 - Температурная классификация проводников печатных плат (при максимальной температуре окружающей среды 40 °С)

Максимальная ширина печатного проводника, мм	Максимальный допустимый ток, А, для температурных классов
Т1 - Т4 и группы I	Т5	Т6

0,15	1,2	1,00	0,90
0,20	1,8	1,45	1,30
0,30	2,8	2,25	1,95
0,40	3,6	2,90	2,50
0,50	4,4	3,50	3,00
0,70	5,7	4,60	4,10
1,00	7,5	6,05	5,40
1,50	9,8	8,10	6,90
2,00	12,0	9,70	8,40
2,50	13,5	11,50	9,60
3,00	16,1	13,10	11,50
4,00	19,5	16,10	14,30
5,00	22,7	18,90	16,60
6,00	25,8	21,80	18,90

Допустимые отклонения при изготовлении печатных плат не должны уменьшать минимальную ширину печатного проводника более чем на 10 % или 1 мм, в зависимости от того, какое из значений меньше.

При максимальной входной мощности Р₁ не более 1,3 Вт печатные проводники могут быть отнесены к температурному классу Т4, и допускаются для применения в электрооборудовании группы I.

Малые элементы

Максимальная температура элементов с площадью поверхности менее 10 см², например, транзисторов или резисторов, может превышать допустимую температуру по температурному классу, если выполняется одно из следующих условий:

а) при испытаниях малые элементы не должны поджигать взрывоопасную смесь, а любое их разрушение или деформация за счет высокой температуры не должны нарушать вид взрывозащиты;

б) для группы I и температурного класса Т4 размеры малых элементов должны соответствовать таблице 3;

в) для температурного класса Т5 температура поверхности (за исключением проволочных выводов) малых элементов не должна превышать 150 °С.

Таблица 3 - Допустимые параметры для температурного класса Т4, с учетом размеров элемента и температуры окружающей среды

Общая площадь поверхности S, исключая проволочные выводы, мм²	Требование, предъявляемое к классу Т4 и группе I
S<20	Температура поверхности £ 275 °С
S³20	Рассеиваемая мощность £ 1,3 Вт*
20 мм<S£1000	Температура поверхности £ 200 °С

Для потенциометров площадь поверхности выбирают исходя из поверхности резистивного элемента, а не внешней поверхности потенциометра. В процессе испытаний следует принимать во внимание условия монтажа, теплоотвод и охлаждающий эффект конструкции потенциометра в целом. Температуру измеряют на дорожке потенциометра при максимальном значении тока, который может протекать в нормальном или аварийном режиме работы для заданного уровня искробезопасной цепи. Если измеренные значения сопротивления потенциометра меньше 10 % сопротивления печатного проводника, то при оценке следует учитывать сопротивление последнего.

Соединительные устройства для подключения внешних цепей

Зажимы.

Зажимы для присоединения искробезопасных цепей должны отделяться от зажимов искроопасных цепей одним из следующих способов:

а) зажимы для присоединения искробезопасных и искроопасных цепей должны быть расположены в разных вводных отделениях;

б) электрический зазор между зажимами для присоединения искробезопасных и искроопасных цепей должен составлять не менее 50 мм, при этом расположение зажимов и способ прокладки проводов должны исключать замыкания между искробезопасными и искроопасными цепями при обрыве или смещении проводника;

в) применение между зажимами для присоединения искробезопасных и искроопасных цепей, расположенных в одном отделении, изоляционной или заземленной металлической перегородки.

Эти способы разделения должны применяться, когда искробезопасность электрической цепи может быть нарушена соединительными проводами, которые при обрыве соединения с зажимом могут замкнуться на другие проводники или элементы внутреннего монтажа.

Конструктивные решения б) и в) могут применяться, если напряжение искроопасной (силовой) цепи не превышает 1200 В для электрооборудования группы I и 1000 В для электрооборудования группы II.

Изоляционные или заземленные металлические перегородки должны отвечать следующим требованиям:

1) края перегородок должны отступать от стенок не более чем на 1,5 мм, или должно обеспечиваться минимальное расстояние 50 мм между зажимами в любом направлении вокруг перегородки;

2) металлические перегородки должны заземляться и иметь достаточную прочность и жесткость, чтобы не разрушаться при монтаже и эксплуатации. Толщина таких перегородок должна быть не менее 0,45 мм. Заземленные металлические перегородки должны пропускать максимальный ток, возможный в аварийных режимах, без прогорания перегородки или повреждения цепи заземления;

3) неметаллические изоляционные перегородки должны иметь толщину не менее 0,9 мм и крепиться таким образом, что быть достаточно устойчивыми к деформациям. Неметаллические перегородки должны иметь соответствующий индекс трекингостойкости. Электрические зазоры, пути утечки и другие расстояния разделения должны измеряться вокруг перегородки.

Расстояния между зажимами искробезопасных цепей должны обеспечивать электрические зазоры не менее 6 мм между неизолированными частями внешних проводников в соответствии с рисунком 1. При этом необходимо учитывать возможное перемещение жестко не закрепленных металлических частей.

Винтовые (болтовые) зажимы должны быть предохранены от самоотвинчивания, а кабели и провода, соединенные с зажимами - от выдергивания.

Зажимы для присоединения внешних искробезопасных цепей должны закрываться крышкой, запираемой специальным инструментом, или опломбироваться.

Электрические разъемы

Конструкция разъемов, предназначенных для подключения внешних искробезопасных цепей, должна отличаться от конструкции других разъемов и не должна быть взаимозаменяемой. Конструкция разъема должна исключать возможность неправильного соединения, например, с помощью направляющих штифтов или гнезд.

Для подключения искробезопасных цепей допускается применение однотипных разъемов, если приняты меры, исключающие возможность их неправильного соединения, например, при помощи ключа, или разъемы должны идентифицироваться маркировкой или цветовым кодом.

Таблица 4 - Зазоры, пути утечки и сравнительные индексы трекингостойкости

1 Напряжение, кВ, не более	0,010	0,030	0,060	0,090	0,190	0,375	0,550	0,750	1,000	1,300	1,575	3,300	4,700	9,500	15,600
2 Электрический зазор, мм	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	10,0	14,0	16,0	-	-	-	-
3 Электрический зазор через компаунд, мм	0,5	0,7	1,0	1,3	1,7	2,0	2,4	2,7	3,3	4,6	5,3	9,0	12,0	20,0	33,0
4 Электрический зазор через твердый электроизоляционный материал, мм	0,5	0,5	0,5	0,7	0,8	1,0	1,2	1,4	1,7	2,3	2,7	4,5	6,0	10,0	16,5
5 Путь утечки по поверхности электроизоляционного материала, мм	1,5	2,0	3,0	4,0	8,0	10,0	15,0	18,0	25,0	36,0	49,0	-	-	-	-
6 Путь утечки по поверхности, покрытой электроизоляционным материалом, мм	0,5	0,7	1,0	1,3	2,6	3,3	5,0	6,0	8,3	12,0	16,3	-	-	-	-
7 Сравнительный индекс трекингостойкости (СИТ)	ia	-											-	-	-	-
ib, ic	-											-	-	-	-

Рисунок 1 - Требования к зазорам и длине пути утечки для зажимов, к которым подключены раздельные искробезопасные цепи.

В разъемах, предназначенных для подключения внешних искробезопасных, не связанных между собой цепей, пути утечки и электрические зазоры между токоведущими частями, к которым подключены разные цепи, должны удовлетворять требованиям таблицы 4.

При использовании специального инструмента, исключающего возможность отсоединения жилы проводника, разъемы должны отвечать только требованиям таблицы 4.

Определение отношения максимальной индуктивности к сопротивлению (L0/R0) для источника питания с внутренним сопротивлением Ri.

Отношение максимальной внешней индуктивности к сопротивлению (L₀/R₀), Гн/Ом, которые могут подключаться к источнику питания с внутренним сопротивлением R_i должно быть рассчитано по следующей формуле

, (2)

где е - минимальная воспламеняющая энергия, Дж;

R_i - минимальное внутреннее сопротивление источника питания, Ом;

U₀ - максимальное напряжение холостого хода, В;

L_i - максимальная индуктивность, подключенная к источнику питания, Гн.

Значение е, Дж, составляет для электрооборудования:

Группы I... 525 10^-6

Подгруппы IIА... 320 10^-6

IIВ... 160 10^-6

IIС... 40 10^-6.

При L_i = 0

, (3)

Формулы (2) и (3) учитывают коэффициент безопасности 1,5 по току, и не должны использоваться, когда С_i на выходных зажимах электрооборудования превышает 1 % от С₀.

Требования к электрическим цепям

Искробезопасные и гальванически связанные с ними искроопасные цепи должны иметь гальваническое разделение от силовой, сигнальной или осветительной сетей переменного тока.

Допускается гальваническое соединение искробезопасных и связанных с ними электрических цепей через искрозащитные элементы с цепями автономных источников питания постоянного тока (аккумуляторной батареи, генератора постоянного тока, преобразователя).

Искробезопасная цепь не должна заземляться, если этого не требуют условия работы электрооборудования.

При заземлении искробезопасных цепей соединение с землей должно выполняться в одной точке.

В случае заземления цепи в двух точках необходимо учитывать возможность наведения опасного напряжения в этой цепи, и должны быть предусмотрены дополнительные меры по обеспечению ее взрывозащищенности.

Внешние искробезопасные и искроопасные цепи должны прокладываться раздельными кабелями или проводами.

Допускается совмещение в одном внешнем кабеле разных искробезопасных цепей, гальванически не связанных между собой.

Во внешней искробезопасной цепи должны учитываться емкость, индуктивность и сопротивление соединительных кабелей и проводов.

Пути утечки и электрические зазоры.

Пути утечки и электрические зазоры между токопроводящими частями.

При оценке путей утечки и электрических зазоров между искробезопасной и неискробезопасной цепью, различными искробезопасными цепями, искробезопасными цепями и заземленными или изолированными металлическими частями электрооборудования необходимо учитывать следующие условия:

1) электрические зазоры следует измерять с учетом возможного обрыва проводников или смещения токопроводящих частей. Технологические допуски при изготовлении не должны уменьшать зазоры более чем на 1 мм или 10% (берут меньшее из двух значений);

2) электрические зазоры, удовлетворяющие требованиям таблицы 4, должны рассматриваться как неповреждаемые;

3) электрические зазоры, не удовлетворяющие требованиям таблицы 4, но составляющие не менее 1/3 значений, указанных в таблице 4, должны рассматриваться как подверженные учитываемым повреждениям на замыкание;

4) электрические зазоры, составляющие менее 1/3 от значений, указанных в таблице 4, должны рассматриваться как подверженные неучитываемым повреждениям на замыкание.

Пути утечки и электрические зазоры между искробезопасными цепями и заземленными печатным проводником или перегородкой должны удовлетворять требованиям таблицы 4.

Заземленная металлическая перегородка должна прочно крепиться к основной конструкции, иметь достаточную толщину и токопроводящую способность, чтобы исключить перегорание перегородки или повреждения цепи заземления в аварийных условиях эксплуатации. Перегородка либо должна иметь толщину не менее 0,45 мм и должна быть прочно закреплена с металлической заземленной частью оболочки электрооборудования.

Напряжение между токопроводящими частями.

Напряжение, приведенное в таблице 4, - это напряжение между любыми двумя токопроводящими частями электрических цепей, например между искробезопасной цепью и искроопасной частью этой же цепи, искробезопасной цепью и искроопасными цепями, между искробезопасными цепями, электрически не связанными между собой.

При оценке электрических зазоров и путей утечки по таблице 4 должны приниматься следующие значения напряжения:

а) Для электрических цепей, гальванически не связанных между собой, в качестве значения напряжения должна приниматься наибольшая из сумм амплитудных значений напряжений этих цепей, которая является производной от:

- номинальных напряжений;

- максимальных напряжений, указанных изготовителем, которые могут безопасно применяться в цепи;

- любых напряжений, генерируемых внутри этого электрооборудования.

Если одно из напряжений составляет менее 20 % от другого, то в качестве исходного принимают большее напряжение.

Сетевое напряжение должно рассматриваться с учетом стандартного отклонения от номинального значения.

Для синусоидальных напряжений амплитудное значение определяется как произведение эффективного значения номинального напряжения на Ö2;

б) Для электрических цепей, гальванически связанных между собой, максимальное значение напряжения, которое может возникнуть в любой части этой цепи. Это также может быть сумма напряжений различных источников питания, подключенных к электрической цепи. Если одно из напряжений составляет менее 20 % от другого, то в качестве исходного принимают большее напряжение.

Внешнее напряжение необходимо принимать равным U_m и U_i. Напряжения переходных процессов, которые могут возникать при размыкании цепи устройством защиты, например плавким предохранителем, не учитывают при оценке путей утечки, но должны приниматься во внимание при оценке электрических зазоров.

Электрический зазор.

При амплитудных значениях напряжения св. 1575 В необходимо использовать разделительную изолирующую или заземленную металлическую перегородку.

Электрический зазор через заливку компаундом и требования к компаунду.

Компаунд должен отвечать следующим требованиям:

а) иметь рабочую температуру, определенную изготовителем компаунда или оборудования, которая должна быть не менее максимальной температуры любого элемента в условиях герметизации.

При температуре элемента выше рабочей температуры компаунда необходимо показать, что указанный элемент не приведет к повреждению компаунда, которое могло бы отрицательно повлиять на вид взрывозащиты;

б) материал компаунда должен иметь по меньшей мере то значение СИТ, которое указано в таблице 4, если какие-либо неизолированные токопроводящие детали выступают из компаунда. Только твердый материал, например эпоксидная смола, может иметь открытую и незащищенную свободную поверхность, образующую часть оболочки;

в) иметь хорошие адгезионные свойства ко всем токопроводящим деталям, элементам внутреннего монтажа, за исключением случаев, когда они размещены в оболочке и полностью залиты компаундом;

г) быть классифицирован изготовителем компаунда с указанием наименования и состава;

д) компаунд не должен иметь трещин, пузырьков, расслоений, высыпаться, растрескиваться с течением времени и терять своих свойств во время эксплуатации.

Для искробезопасного электрооборудования все цепи, подсоединенные к залитым токопроводящим деталям и(или) элементам и(или) неизолированным токопроводящими деталям, выступающим из компаунда, должны быть искробезопасными.

Электрический зазор через твердый электроизоляционный материал.

Твердый электроизоляционный материал (твердая изоляция) изготавливают методом штамповки или отливки в форме, но не заливкой.

Сложные разделения

При комбинированных электрических зазорах, например по воздуху и через изоляцию, их суммарное значение должно быть определено на основе всех соответствующих разделений в одной графе таблицы 4.

Любой электрический зазор, составляющий менее 1/3 от данных таблицы 4, при расчете эквивалентного зазора не учитывают.

Пути утечки по поверхности электроизоляционного материала.

Электроизоляционные детали, соединенные посредством клея, должны иметь изолирующие свойства, эквивалентные свойствам смежного материала.

Пути утечки по поверхности, покрытой электроизоляционным материалом.

Для герметизации промежутков между проводниками и самих проводников, с целью защиты их от влаги и пыли, должны использоваться адгезионные и влагостойкие электроизоляционные составы покрытий. Покрытие должно быть достаточно прочным и иметь хорошие адгезионные свойства к токопроводящим деталям и изоляционным материалам. Покрытие, наносимое распылением, должно иметь два слоя. Трафаретную маску не считают таким покрытием, но могут рассматривать как один из слоев покрытия, если другой слой наносят распылением, а маска не повреждается в процессе пайки. При использовании других методов можно наносить только один слой покрытия, например погружением, вакуумной пропиткой.

Требования к монтажу печатных плат.

Крепления элементов внутреннего монтажа на печатной плате должны выполняться способами, исключающими возможность уменьшения электрических зазоров или замыканий между элементами и обеспечивающими долговечность в условиях эксплуатации, например пайкой или сваркой.

Печатные проводники искробезопасных и электрически связанных с ними искроопасных цепей должны быть отделены от печатных проводников силовых внешних цепей печатным экраном шириной не менее 1,5 мм. Экран должен соединяться либо с общим проводом электрической системы, либо заземляться.

Реле.

Контакты реле, предназначенные для коммутации в искробезопасных и искроопасных цепях, должны быть разделены изолирующей или заземленной металлической перегородкой.

В нормальном режиме номинальные значения тока и напряжения на контактах реле, обмотка которой включена в искробезопасную цепь, не должны превышать указанных изготовителем, а контакты реле не должны коммутировать на отключение более 5 А эффективного тока или 250 В эффективного напряжения, или 100 В А мощности. Если значения, коммутируемые контактами, не превышают 10 А или 500 В×А, расстояния путей утечки и электрических зазоров из таблицы 4 должны быть удвоены.

Заземляющие проводники, разъемы и зажимы.

Если разъем содержит заземленные цепи и вид взрывозащиты зависит от заземления цепи, разъем должен включать не менее трех независимых заземляющих проводников для искробезопасных цепей уровня ia и не менее двух заземляющих проводников для искробезопасных цепей уровней ib и ic. Заземляющие проводники должны быть соединены параллельно. Если разъем может быть отсоединен под углом, должны быть предусмотрены меры, исключающие разрыв цепи заземления ранее отключения остальных цепей.

Зажимы должны быть защищены от самоотвинчивания, и их конструкция должна исключать смещение подключаемых проводников. Надлежащий контакт должен быть обеспечен без разрушения проводников, в том числе и для многожильного провода. Контакт в зажимах не должен нарушаться при изменениях температуры в нормальных условиях работы. Зажимы, предназначенные для подсоединения многожильных проводников, должны содержать упругий промежуточный элемент, исключающий повреждения проводников. Зажимы для проводников сечением менее 4 мм² должны быть рассчитаны на подключение проводников с меньшей площадью сечения.

Недопустимо следующее:

а) использовать зажимы с острыми кромками, которые могут повредить проводники;

б) использовать зажимы, которые при нормальном затягивании могут вращаться, скручиваться или деформироваться;

в) использовать изоляционные материалы, передающие контактное давление.

Рисунок 2. Примеры автономных и неавтономных соединительных элементов

Герметизация, используемая для предотвращения доступа взрывоопасной смеси.

Если покрытие компаундом используют для уменьшения воспламеняющей способности нагретых элементов, например диодов и резисторов, объем и толщина слоя заливочного компаунда должны выбираться из условия, чтобы максимальная температура на поверхности компаунда с учетом температуры окружающей среды не превышала температурного класса электрооборудования.

1 - шасси; 2 - нагрузка; 3 - искроопасная цепь, заданная U_m; 4 - часть искробезопасной цепи, не являющаяся искробезопасной; 5 - искробезопасная цепь;

Рисунок 3. Разделение электропроводящих деталей

f - длина пути утечки; М- металл; I- изоляционный материал; 1 - приклеенная перегородка; 2 - центральная металлическая часть, не подключена к источнику напряжения; 3 - не приклеенная перегородка; высота разделительного углубления больше D

Рисунок 4 - Определение пути утечки (в воздухе)