Сертификация портативного прибора для загазованной подземной шахты — один из самых строгих процессов одобрения в электронике, поскольку устройство должно не являться источником воспламенения даже в неисправном состоянии в атмосфере, способной взорваться. В этой заключительной статье описан весь комплекс работ по типовому одобрению искробезопасного шахтёрского светильника или метан-детектора с питанием от никель-металлгидридных (NiMH) аккумуляторов. Начало — ядро стандартов по взрывоопасным атмосферам: IEC 60079-0 по общим требованиям к оборудованию и IEC 60079-11 по защите вида «искробезопасность i», включая классификацию Группы I для шахт, опасных по рудничному газу, уровни защиты ia/ib и уровни защиты оборудования Ma/Mb, дающие маркировку вида Ex ia I Ma. Затем рассматриваются специальные стандарты на продукцию — IEC 60079-35-1, посвящённый риску воспламенения от шахтёрских светильников в шахтах, подверженных рудничному газу, и стандарты характеристик газоанализаторов, регламентирующие измерение метана, срабатывание и сигнализацию, — а также системы сертификации, превращающие испытанную конструкцию в товарный продукт: Директива ATEX 2014/34/EU в Европе, международная схема IECEx и, в США, одобрение MSHA. Устойчивость к внешним воздействиям по IEC 60068 и степени защиты, такие как IP65, дополняют аппаратные доказательства, а элементы имеют документы по характеристикам IEC 61951-2, безопасности IEC 62133-2 и перевозке UN 38.3. Статья показывает, как батарея испытывается как неотъемлемая часть обоснования искровзрывобезопасности — с помощью искроиспытательного устройства, введения дефектов и измерения температуры поверхности — и почему поставщик, предоставляющий полную, прослеживаемую по партиям и контролируемую на этапе конструкции документацию NiMH, существенно сокращает путь к сертификату IECEx/ATEX.
IEC 60079-0 устанавливает общие требования к оборудованию, применяемому во взрывоопасных атмосферах — маркировка, температура, материалы, крепёж, соединительные устройства и основы для конкретных видов взрывозащиты, — а IEC 60079-11 содержит подробные правила конструкции и испытаний для искробезопасности «i», включая номинальные параметры компонентов, разделение, неповреждаемые соединения, заливку и вольт-амперные кривые воспламенения, по которым оцениваются цепи. Действующим ориентиром является издание 2023 года.
Для горной промышленности оборудование относится к Группе I, и в сертификате фиксируется уровень защиты (ia — безопасность при двух неисправностях) и уровень защиты оборудования Ma или Mb, что даёт маркировку Ex ia I Ma. При типовых испытаниях намеренно вводятся неисправности — замыкание и размыкание компонентов, замыкание клемм батареи — и подтверждается, что при каждой заданной неисправности ни одна искра не может воспламенить предписанную метановую смесь и ни одна поверхность не превышает допустимую температуру. Аккумуляторная батарея и её защита находятся в центре этих испытаний на неисправности.
Искробезопасность доказывается, а не просто декларируется: стандартизованное искроиспытательное устройство многократно замыкает и размыкает испытуемую цепь в контролируемой взрывоопасной смеси при подключённом батарейном питании в наихудшем случае — свежезаряженном, с предохранителем и ограничивающими элементами в конфигурации неисправности, — и для прохождения требуется отсутствие воспламенения в течение заданного числа операций. Температуры поверхностей измеряются в режиме неисправности, чтобы подтвердить, что они остаются ниже предела температуры воспламенения для Группы I.
Именно здесь низковольтная конструкция NiMH с ограничением тока оказывается выигрышной: ожидаемая энергия при неисправности, с которой должна справиться испытательная лаборатория, меньше и предсказуемее, чем у высоковольтной литиевой батареи, что снижает требуемый ограничивающий импеданс (который иначе расходовал бы время работы) и упрощает таблицы неисправностей в досье безопасности. Каждый защитный компонент затем документируется как неповреждаемый (infallible) с указанием номиналов и запаса (derating).
Для головных светильников существует отдельный стандарт IEC 60079-35-1, который задаёт конструкцию, испытания и маркировку головных светильников — включая светильники с разъёмом для другого оборудования — для шахт, опасных по рудничному газу (метану), рассматривая только риск того, что светильник станет источником воспламенения; фотометрические характеристики и время работы задаются отдельно. Реальные сертифицированные светильники иллюстрируют совокупную цель: конструкция Ex ia I Ma, защита IP65, освещённость основным лучом не менее 7 500 люкс вначале и 5 000 люкс через одиннадцать часов, заряд в течение десяти часов и ресурс более 500 циклов.
Поэтому допуск сочетает оценку безопасности воспламенения с программой испытаний на выносливость и время работы, выполняемой на реальной NiMH-батарее, и подтверждает, что светильник сохраняет сертифицированный световой поток и работоспособное поведение при разряженной батарее в течение всего номинального ресурса, а не только в новом состоянии.
Персональный метаносигнализатор должен соответствовать как стандартам искробезопасности, так и стандартам рабочих характеристик газоанализаторов, определяющим точность, время срабатывания, дрейф, пороги сигнализации и предупреждение о неисправности для метана Группы I. Каталитический или инфракрасный датчик испытывается на калиброванных метановых смесях, а прибор должен переходить в безопасное состояние — выдавать явный сигнал неисправности или разряжённой батареи, — а не молча занижать показания. Это делает резерв питания для сигнализации и поведение батареи в конце срока службы частью характеристик детектора, а не только вопросом проектирования источника питания.
На первом анимированном рисунке слоями показан весь комплекс стандартов; на втором — последовательность типовых испытаний. Испытания детектора проводятся в наихудшем для батареи режиме, чтобы доказать, что измерение, тройная сигнализация и предупреждение о разряженной батарее остаются корректными, когда батарея холодная и близка к ёмкости конца срока службы — то есть в том состоянии, в котором реальный шахтёр иначе был бы защищён меньше всего.
В Европейском союзе правовым инструментом является Директива ATEX 2014/34/EU с экспертизой типа ЕС, проводимой нотифицированным органом на основе гармонизированной серии EN 60079; IECEx предоставляет многостороннюю схему сертификации на основе тех же стандартов IEC, облегчающую глобальное признание; а в США для горного оборудования используется допуск MSHA с критериями искробезопасности, восходящими к NIOSH и параллельными подходу IEC. Конструкция по IEC 60079 с аккуратным задокументированным досье безопасности — общий знаменатель всех этих систем.
Доказательства прочности — температура, вибрация, удары и падение по IEC 60068, а также защита от внешних воздействий по IEC 60529 до IP65 или выше — собираются вместе с документацией по взрывозащите; испытания повторяются на работающем от батареи приборе, чтобы сертификат отражал реальное ношение на теле.
Герметичные NiMH-элементы предоставляют собственное досье: эксплуатационные испытания по IEC 61951-2 на ёмкость, сохранение заряда, выносливость и внутреннее сопротивление, дополненные данными при низкой температуре и циклировании, которые требует 11-часовой режим работы; требования безопасности по IEC 62133-2 при заряде, принудительном разряде, внешнем коротком замыкании, вибрации, ударе, свободном падении, тепловом воздействии, сдавливании и неисправностях на уровне батареи; а также транспортные испытания UN 38.3, по которым нелитиевые NiMH-батареи перевозятся по более простым правилам, чем литиевые, — реальное преимущество при поставке сертифицированных запасных батарей на удалённые горные объекты.
Итоговое досье безопасности объединяет анализ неисправностей и искрения по IEC 60079-0/-11, доказательства по IEC 60079-35-1 или для газосигнализатора, документацию ATEX/IECEx (и при необходимости MSHA), результаты по прочности и три документа по батарее в один прослеживаемый пакет, в котором каждый элемент, предохранитель и ограничивающий компонент специфицирован и контролируется по партиям. Поставщик, который поставляет подобранные, стабильные по конструкции NiMH-элементы с полной документацией и поддержкой испытаний на неисправность-искрение и температуру поверхности, устраняет самый изменчивый элемент этого досье, позволяя изготовителю прибора сертифицировать головной светильник или метаносигнализатор, которому шахтёр может доверять в атмосфере, не прощающей ошибок.
Weijiang Power разрабатывает и производит герметичные никель-металлгидридные элементы и подобранные промышленные батареи для удалённого, автономного (вне сети) и связанного с безопасностью оборудования, а также поддерживает партнёров OEM файлами характеристик по IEC 61951-2, доказательствами безопасности по IEC 62133-2, определением импульсной нагрузки, испытаниями в широком диапазоне температур и совместной валидацией зарядного устройства и батареи. Сообщите нам ваш рабочий цикл, пиковый ток, температурный диапазон, целевую автономность и стандарты, которым должно соответствовать ваше изделие, и наши инженеры подберут комбинацию элемента и батареи, которая обеспечит время работы, надёжность и срок службы. Посмотреть ассортимент можно на странице продукции.
