RU2791675C1

RU2791675C1 - Method for testing an object containing critical elements for current protection and simulators of critical elements

Info

Publication number: RU2791675C1
Application number: RU2022107014A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Склонин; Александр Николаевич Зеленин; Максим Александрович Доценко
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: current protection; electromagnetic fields.

SUBSTANCE: invention relates to testing an object containing critical elements for protection from the action of currents emerging from electromagnetic impact on the object (electromagnetic fields and lightning currents, static electricity, radio transmitters, high-voltage power lines, etc.). The method of testing an object containing critical elements for immunity from currents emerging from electromagnetic impact on the object consists in electromagnetic impact with specified parameters on an object in which a fire-explosive substance simulator and a bridge-type electric igniter simulator are installed. Each of the simulators includes a sensor of increased sensitivity to the action of the current, characterized by a sensitivity factor K, determined by the formula K=W_CE/W_A≥1, where W_CE is the level of insensitivity of the critical element to the action of a typical current pulse, at which it is guaranteed not to operate; W_A - the level of sensitivity of the sensor to the action of a typical current pulse, at which it is guaranteed to operate. The fact that the object is protected from the action of the current is established if after electromagnetic influence none of the sensors will work. The simulator of a fire-explosive substance and the bridge-type electric igniter simulator contain sensors in the form of a resistor with leads and electrodes placed in an inert medium within the overall dimensions and electrical characteristics of the corresponding critical element.

EFFECT: ensuring the adequacy and improving the safety of tests.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям объектов, содержащих критические элементы, на защищенность от действия токов, возникающих при электромагнитном воздействии на объект.The invention relates to testing objects containing critical elements for protection from the action of currents arising from electromagnetic impact on the object.

В качестве объектов испытаний рассматриваются как малогабаритные, так и крупногабаритные образцы (транспортные средства, ракетная техника и др.), содержащие критические элементы. Под критическими элементами объекта, с точки зрения опасного действия энергии тока, рассматриваются элементы, отказ которых может быть критическим для объекта (см. п. 3.7 ГОСТ 27.310-95). Both small-sized and large-sized samples (vehicles, rocketry, etc.) containing critical elements are considered as test objects. Under the critical elements of the object, from the point of view of the dangerous action of the current energy, elements are considered whose failure may be critical for the object (see clause 3.7 of GOST 27.310-95).

Преимущественной областью применения изобретения являются испытания объектов, содержащих в качестве критических элементов одно или несколько взрывчатых или пиротехнических веществ, средств инициирования. Возможно применение способа при испытаниях объекта, содержащего критический элемент, не относящийся к взрывчатым или пиротехническим материалам, например, резистор и др.The preferred field of application of the invention is the testing of objects containing as critical elements one or more explosive or pyrotechnic substances, means of initiation. It is possible to use the method when testing an object containing a critical element that is not related to explosive or pyrotechnic materials, for example, a resistor, etc.

В качестве электромагнитных воздействий могут рассматриваться электромагнитные поля и токи молниевых и электростатических разрядов, высоковольтных линий электропередачи, радиопередающих устройств и др. Для каждого вида электромагнитного воздействия в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (стандартов, технического задания и др.) устанавливаются (задаются) параметры, создаваемые при испытаниях моделирующими установками-имитаторами. Так, например, параметры тока электростатического разряда могут быть заданы в виде параметров разрядной электрической цепи: разрядного сопротивления, емкости и напряжения разряда, параметры тока прямого удара молнии - в виде амплитудно-временных параметров импульса тока, параметры электромагнитного поля радиопередающих устройств - в виде напряженности электрического поля, параметры электромагнитного поля высоковольтных линий электропередачи - в виде напряженности электрического и магнитного поля и т.д. (см. Комягин С.И. Электромагнитная стойкость беспилотных летательных аппаратов. - М.: КРАСАНДР, 2015, С. 328-333).As electromagnetic effects, electromagnetic fields and currents of lightning and electrostatic discharges, high-voltage power lines, radio transmitting devices, etc. can be considered. For each type of electromagnetic effect, in accordance with the requirements of regulatory and technical documentation (standards, terms of reference, etc.) parameters created during testing by simulators. So, for example, the parameters of the electrostatic discharge current can be set in the form of parameters of the discharge electrical circuit: discharge resistance, capacitance and voltage of the discharge, the parameters of the current of a direct lightning strike - in the form of amplitude-time parameters of the current pulse, the parameters of the electromagnetic field of radio transmitting devices - in the form of intensity electric field, the parameters of the electromagnetic field of high-voltage power lines - in the form of electric and magnetic fields, etc. (see Komyagin S.I. Electromagnetic stability of unmanned aerial vehicles. - M.: KRASANDR, 2015, S. 328-333).

Под током понимается электрический ток как прямого действия (ток прямого удара молнии, ток электростатического разряда), так и наведенный в результате воздействия электромагнитных полей, а также блуждающий ток, идущий не предусмотренными путями. В зависимости от происхождения различают следующие виды блуждающего тока: электротяговый блуждающий ток, ток утечки из электрических сетей, ток электростатических разрядов, ток электромагнитного излучения, грозовых разрядов и др. (см. Граевский М.М. Справочник по электрическому взрыванию зарядов ВВ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Рандеву-AM, 2000, С. 23). Под током также рассматривается ток, протекающий через пожаровзрывоопасные вещества и материалы при искровом разряде источника высокого напряжения (например, при прямом ударе молнии или разряде статического электричества в корпус образца).The current is understood as an electric current as a direct action (current of a direct lightning strike, electrostatic discharge current), and induced as a result of exposure to electromagnetic fields, as well as a stray current that goes in unforeseen ways. Depending on the origin, the following types of stray current are distinguished: electric traction stray current, leakage current from electrical networks, electrostatic discharge current, electromagnetic radiation current, lightning discharges, etc. 2nd, revised and additional M.: Randevu-AM, 2000, p. 23). The current is also considered the current flowing through flammable and explosive substances and materials during a spark discharge of a high voltage source (for example, during a direct lightning strike or a discharge of static electricity into the sample case).

Уровень техникиState of the art

Проблема испытаний объектов, содержащих критические элементы, на защищенность от действия токов, возникающих при электромагнитном воздействии на объект, состоит в обеспечении взрывобезопасности и адекватности испытаний. Основная трудность обеспечения взрывобезопасности и адекватности испытаний таких объектов заключается в создании взрывобезопасных имитаторов критических элементов с датчиками, с использованием которых возможно оценивать защищенность объекта от действия тока, возникающего при электромагнитном воздействии с заданными параметрами, а также в сохранении электромагнитных свойств объекта при испытаниях на основе создания имитаторов критических элементов с габаритными размерами и электрическими характеристиками, находящимися в пределах габаритных размеров и электрических характеристик критических элементов.The problem of testing objects containing critical elements for protection from the action of currents arising from electromagnetic impact on the object is to ensure explosion safety and adequacy of tests. The main difficulty in ensuring the explosion safety and adequacy of testing of such objects lies in the creation of explosion-proof simulators of critical elements with sensors, using which it is possible to assess the protection of the object from the action of the current that occurs during electromagnetic exposure with specified parameters, as well as in maintaining the electromagnetic properties of the object during testing based on the creation simulators of critical elements with overall dimensions and electrical characteristics that are within the limits of overall dimensions and electrical characteristics of critical elements.

Известен способ испытаний объекта, содержащего пожаровзрывоопасные вещества и материалы, в условиях, максимально приближенных к натурным, т.е. при наличии их во время испытаний. Однако, такой способ испытаний, связанный с возможным взрывом, чрезвычайно сложен и небезопасен (см. Кужекин И.П. и др. Молния и молниезащита. М.: Знак, 2003, С. 272). Поэтому пожаровзрывоопасные вещества и материалы во время испытаний объекта, как правило, находятся в инертном состоянии, при этом защищенность их от зажигающего действия тока не оценивается.A known method of testing an object containing fire and explosive substances and materials, in conditions as close as possible to natural, i.e. if present during testing. However, such a test method, associated with a possible explosion, is extremely complex and unsafe (see Kuzhekin IP et al. Lightning and lightning protection. M .: Znak, 2003, p. 272). Therefore, flammable and explosive substances and materials during the testing of an object, as a rule, are in an inert state, while their protection from the igniting action of the current is not evaluated.

Известны способы испытаний объектов, содержащих критические элементы (электровоспламенители, взрывчатые вещества и т.п.), например, «Способ испытаний систем, содержащих электровзрывные устройства, на стойкость к воздействию внешних электромагнитных полей в составе объектов и устройство для его осуществления» (см. патент RU 2593521 С1, МКП G01R 31/00, опубл. 10.08.2016). Согласно указанному способу испытания проводятся путем создания тестовых электромагнитных полей, внешних по отношению к испытуемой системе, с заданными параметрами излучения, измерения уровня наведенных токов в испытуемой системе объекта и определения стойкости электровзрывного устройства путем сравнения наведенного тока в нити накаливания с током срабатывания данного электровзрывного устройства с учетом нормированного коэффициента защиты. При этом оценку уровня наведенных токов выполняют одновременно для всех электровзрывных устройств, размещенных в различных локальных зонах объекта испытаний, путем измерения температур двух эквивалентов воспламенителей и корпуса каждого электровзрывного устройства многоканальным оптическим интеррогатором с температурными чувствительными элементами на оптоволоконных решетках Брэгга, пространственное разрешение которых обеспечивают выбором различных частот решеток Брэгга.There are known methods for testing objects containing critical elements (electric igniters, explosives, etc.), for example, "Method for testing systems containing electric explosive devices for resistance to external electromagnetic fields in the composition of objects and a device for its implementation" (see. patent RU 2593521 C1, MCP G01R 31/00, published 08/10/2016). According to the specified method, tests are carried out by creating test electromagnetic fields external to the system under test, with specified radiation parameters, measuring the level of induced currents in the tested system of the object and determining the resistance of the electroexplosive device by comparing the induced current in the filament with the operating current of this electroexplosive device with taking into account the normalized protection factor. At the same time, the level of induced currents is assessed simultaneously for all electroexplosive devices located in different local zones of the test object by measuring the temperatures of two equivalent igniters and the body of each electroexplosive device with a multichannel optical interrogator with temperature sensitive elements on fiber-optic Bragg gratings, the spatial resolution of which is provided by choosing different frequencies of the Bragg gratings.

Недостатком способа является невозможность размещения системы измерений наведенного тока в пределах габаритных размеров электровоспламенителя. В результате нарушаются защитные электромагнитные свойства объекта, т.е. при тестовом электромагнитном воздействии наведенные токи могут существенно отличаться от реальных. Кроме этого, в способе не учитывается действие тока при искровом разряде на воспламенительную головку электровоспламенителя или на взрывчатое вещество в составе электровзрывного устройства, например, при воздействии прямого удара молнии или при электростатическом разряде в объект. Таким образом, при испытаниях данным способом невозможно полностью воспроизвести действие токов в критических элементах взрывного устройства. Поэтому данный способ не соответствует требованию по адекватности испытаний.The disadvantage of this method is the impossibility of placing the measurement system of the induced current within the overall dimensions of the electric igniter. As a result, the protective electromagnetic properties of the object are violated, i.e. during the test electromagnetic impact, the induced currents can differ significantly from the real ones. In addition, the method does not take into account the effect of current during a spark discharge on the igniter head of an electric igniter or on an explosive in the composition of an electric explosive device, for example, when exposed to a direct lightning strike or an electrostatic discharge into an object. Thus, when testing by this method, it is impossible to fully reproduce the effect of currents in the critical elements of an explosive device. Therefore, this method does not meet the requirement for the adequacy of the tests.

Известен «Способ испытаний объектов, содержащих электровзрывные устройства, на воздействие электромагнитных полей» (см. патент RU 2224222, МПК G01D 21/00, F42B 35/00, опубл. 03.01.2002), в котором воздействию электромагнитного поля подвергают объект с установленными в нем электровзрывными устройствами с повышенной чувствительностью, а после воздействия устанавливают факт срабатывания электровзрывных устройств, при этом характеристика электромагнитного поля, воздействующего на объект, определяется по формуле:Known "Method of testing objects containing electroexplosive devices for electromagnetic fields" (see patent RU 2224222, IPC G01D 21/00, F42B 35/00, publ. it with electroexplosive devices with increased sensitivity, and after exposure, the fact of operation of electroexplosive devices is established, while the characteristic of the electromagnetic field acting on the object is determined by the formula:

E=Е_зад⋅(I_{сраб, и} / I_{сраб, эву}),E=E _ass ⋅(I _{srab, and} / I _{srab, ewu} ),

где Е - характеристика (напряженность или плотность потока энергии) электромагнитного поля, воздействующего на объект при испытаниях;where E is the characteristic (strength or energy flux density) of the electromagnetic field acting on the object during testing;

Е_зад - заданная характеристика (напряженность или плотность потока энергии) электромагнитного поля, при котором должна быть обеспечена работоспособность объекта;E _ass - a given characteristic (strength or energy flux density) of the electromagnetic field, in which the operability of the object must be ensured;

I_{сраб и} - ток (энергия, напряжение) срабатывания электровзрывного устройства объекта при испытаниях;I _{srab and} - current (energy, voltage) of operation of the electroexplosive device of the object during testing;

I_{сраб эву} - ток (энергия, напряжение) срабатывания штатного электровзрывного устройства объекта.I _{srab evu} - current (energy, voltage) of operation of the standard electroexplosive device of the object.

Недостатки способа заключаются в следующем.The disadvantages of the method are as follows.

С одной стороны, при Е < Е_зад, т.е. когда уровень электромагнитного воздействия ниже заданного (нормированного), создание адекватных реальным токов в электровзрывном устройстве объекта в принципе проблематично. Так, например, при испытаниях объекта на воздействие токов молниевых разрядов с нормой испытаний ниже требуемой, нелинейные эффекты в объекте могут не возникать ввиду низкого уровня перенапряжения в отличие от уровня перенапряжения при воздействии тока с заданной нормой испытаний.On the one hand, when E < E _ass , i.e. when the level of electromagnetic impact is below the specified (normalized), the creation of adequate real currents in the electroexplosive device of the object is problematic in principle. So, for example, when testing an object for the effect of lightning discharge currents with a test standard below the required one, non-linear effects in the object may not occur due to the low overvoltage level, in contrast to the overvoltage level when exposed to current with a given test standard.

С другой стороны, при Е = Е_зад, чувствительность электровзрывного устройства равна чувствительности штатного электровзрывного устройства, т.е. в этом случае возможно использование и штатного электровзрывного устройства, что недопустимо, так как достоверность таких испытаний менее 50% (см. Комягин С.И. Электромагнитная стойкость беспилотных летательных аппаратов. - М.: КРАСАНДР, 2015, С 80).On the other hand, when E = E _ass , the sensitivity of the electroexplosive device is equal to the sensitivity of the standard electroexplosive device, i.e. in this case, it is also possible to use a regular electric explosive device, which is unacceptable, since the reliability of such tests is less than 50% (see Komyagin S.I. Electromagnetic resistance of unmanned aerial vehicles. - M .: KRASANDR, 2015, C 80).

Поэтому, данный способ также не соответствует требованию по адекватности испытаний.Therefore, this method also does not meet the requirement for the adequacy of the tests.

Кроме этого, испытания вышеуказанным способом являются небезопасными, т.к. объект испытаний, содержащий взрывное устройство, относится к источникам повышенной взрывоопасности.In addition, testing in the above way is unsafe, because. the test object containing an explosive device is classified as a source of increased explosiveness.

Известен взрывобезопасный имитатор электровоспламенителя в составе ракеты, содержащий резистор вместо электровоспламенителя (см. патент CN 213120310 U, МПК F42B 35/00, G09B 23/18, опубл. 04.05.2021). Имитатор используется для моделирования протекания рабочих пусковых токов через электровоспламенитель, но не может быть использован для испытаний объекта на защищенность от действия токов, возникающих при электромагнитном воздействии на объект.An explosion-proof electric igniter simulator as part of a rocket is known, containing a resistor instead of an electric igniter (see patent CN 213120310 U, IPC F42B 35/00, G09B 23/18, publ. 05/04/2021). The simulator is used to simulate the flow of operating starting currents through an electric igniter, but cannot be used to test an object for immunity from the action of currents arising from electromagnetic impact on an object.

Обеспечение безопасности и адекватности испытаний может достигаться путем замены каждого критического элемента на взрывобезопасный имитатор с сохранением его габаритных и электрических характеристик с использованием датчика повышенной чувствительности к действию тока. Аналогов таких имитаторов не установлено.Ensuring the safety and adequacy of tests can be achieved by replacing each critical element with an explosion-proof simulator while maintaining its overall and electrical characteristics using a sensor of increased sensitivity to the action of current. There are no analogues of such simulators.

Таким образом, обеспечение безопасности и адекватности испытаний объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия токов, является технической проблемой.Thus, ensuring the safety and adequacy of testing an object containing critical elements for protection from the action of currents is a technical problem.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение безопасности и адекватности испытаний объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия токов.The technical result of using the invention is to ensure the safety and adequacy of testing an object containing critical elements for protection against currents.

Технический результат достигается способом испытаний объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия токов, заключающимся в электромагнитном воздействии с заданными параметрами на объект, в котором установлены взрывобезопасные имитаторы критических элементов, каждый из которых включает датчик повышенной чувствительности к действию тока, характеризующийся коэффициентом запаса чувствительности К, определяемым по формуле:The technical result is achieved by testing an object containing critical elements for protection against currents, which consists in electromagnetic impact with specified parameters on an object in which explosion-proof simulators of critical elements are installed, each of which includes a sensor of increased sensitivity to the action of current, characterized by a sensitivity factor K, determined by the formula:

К=W_КЭ/W_Д≥1,K \u003d W _KE / W _D ≥1,

где W_КЭ - уровень нечувствительности критического элемента к действию типового импульса тока, в частном случае, в виде значения амплитуды тока или электрической энергии, при котором гарантированно не происходит его срабатывание;where W _KE is the level of insensitivity of the critical element to the action of a typical current pulse, in a particular case, in the form of a value of the current amplitude or electric energy, at which it is guaranteed not to operate;

W_Д - уровень чувствительности датчика к действию типового импульса тока, в частном случае, в виде значения амплитуды тока или электрической энергии, при котором гарантированно происходит его срабатывание, при этом факт защищенности объекта от действия тока устанавливают, если после электромагнитного воздействия с заданными параметрами ни один из датчиков не сработал.W _D - the level of sensitivity of the sensor to the action of a typical current pulse, in a particular case, in the form of a value of the amplitude of the current or electrical energy, at which it is guaranteed to operate, while the fact that the object is protected from the action of the current is established if, after electromagnetic influence with the given parameters, neither one of the sensors failed.

В одном из вариантов исполнения способа в качестве имитаторов критических элементов установлены имитатор пожаровзрывоопасного вещества и имитатор электровоспламенителя мостикового типа, а для вычисления коэффициента запаса чувствительности определяют опытным путем значения амплитуды тока или электрической энергии, при которых гарантированно не происходит срабатывание критического элемента и гарантированно происходит срабатывание датчика.In one of the embodiments of the method, a simulator of a fire-explosive substance and a simulator of a bridge-type electric igniter are installed as simulators of critical elements, and to calculate the sensitivity margin, the values of the amplitude of the current or electric energy are determined empirically, at which the critical element is guaranteed not to operate and the sensor is guaranteed to operate. .

Технический результат достигается имитатором пожаровзрывоопасного вещества, который содержит датчик в виде резистора с выводами, к которым присоединены электроды, расположенные в инертной среде, имеющей габаритные размеры и электрические характеристики, находящиеся в пределах габаритных размеров и электрических характеристик пожаровзрывоопасного вещества, имеет номинальное значение сопротивления и значение безопасной энергии при протекании типового импульса тока в результате искрового разряда через имитируемое пожаровзрывоопасное вещество, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика.The technical result is achieved by a simulator of a fire and explosion hazardous substance, which contains a sensor in the form of a resistor with leads to which electrodes are connected, located in an inert medium, having overall dimensions and electrical characteristics that are within the overall dimensions and electrical characteristics of a fire and explosion hazardous substance, has a nominal resistance value and a value safe energy when a typical current pulse flows as a result of a spark discharge through a simulated flammable substance, at which the sensor is guaranteed to trigger.

Технический результат достигается имитатором электровоспламенителя мостикового типа, который содержит датчик в виде резистора с выводами, расположенный внутри инертной среды, имеющей габаритные размеры и электрические характеристики, находящиеся в пределах габаритных размеров и электрических характеристик воспламенительной головки электровоспламенителя, имеет номинальное значение сопротивления, равное сопротивлению имитируемого мостика накаливания, и значение безопасного тока при протекании типового импульса тока через мостик накаливания имитируемого электровоспламенителя, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика.The technical result is achieved by a bridge-type electric igniter simulator, which contains a sensor in the form of a resistor with leads, located inside an inert medium, having overall dimensions and electrical characteristics that are within the overall dimensions and electrical characteristics of the electric igniter igniter head, has a nominal resistance value equal to the resistance of the simulated bridge incandescence, and the value of the safe current when a typical current pulse flows through the incandescent bridge of a simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to be triggered.

В частном случае имитатор может содержать дополнительный датчик в виде резистора, один вывод которого соединен проводом с выводом другого датчика, второй вывод соединен проводом с электродом, расположенные в инертной среде, имеет номинальное значение сопротивления и значение безопасной энергии при протекании типового импульса тока в результате искрового разряда через состав воспламенительной головки имитируемого электровоспламенителя, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика.In a particular case, the simulator may contain an additional sensor in the form of a resistor, one output of which is connected by a wire to the output of another sensor, the second output is connected by a wire to an electrode, located in an inert environment, has a nominal resistance value and a safe energy value when a typical current pulse flows as a result of a spark discharge through the composition of the ignition head of a simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to be triggered.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными техническими решениями в данной области техники позволил выявить новую совокупность существенных признаков, обеспечивающую технический результат.A comparative analysis of the proposed solution with known technical solutions in this field of technology has revealed a new set of essential features that provide a technical result.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Для иллюстрации возможности осуществления изобретения приводятся фиг. 1, 2. На фиг. 1 показан объект, подвергаемый электромагнитному воздействию, в частности, воздействию токов электростатического разряда, содержащий критические элементы, при испытаниях на защищенность от действия наведенных токов. На фиг. 2 показана схема объекта, подвергаемого испытаниям, с установленными в нем имитаторами критических элементов. Указаны цифровые и буквенные обозначения, гдеTo illustrate the possibility of carrying out the invention, FIGS. 1, 2. In Figs. 1 shows an object subjected to electromagnetic influence, in particular to electrostatic discharge currents, containing critical elements, when tested for immunity from the action of induced currents. In FIG. 2 shows a diagram of the object being tested, with simulators of critical elements installed in it. Numbers and letters are indicated, where

на фиг.1:in figure 1:

1 - корпус объекта испытаний;1 - body of the test object;

2 - контактная точка электростатического разряда в корпус;2 - contact point of electrostatic discharge into the body;

3 - порох дымный ПМ в качестве пожаровзрывоопасного вещества;3 - smoky gunpowder PM as a fire and explosion hazardous substance;

4 - электровоспламенитель ЭВФ-1 в качестве электровоспламенителя мостикового типа;4 - electric igniter EVF-1 as a bridge-type electric igniter;

5 - резистор;5 - resistor;

6 - мостик накаливания электровоспламенителя ЭВФ-1;6 - incandescent bridge of the EVF-1 electric igniter;

7 - аккумуляторная батарея с переключателем;7 - storage battery with a switch;

8 - воспламенительная головка электровоспламенителя ЭВФ-1;8 - ignition head of the EVF-1 electric igniter;

9 - пластмассовый корпус электровоспламенителя ЭВФ-1;9 - plastic housing of the EVF-1 electric igniter;

10 - контактные точки выводов электровоспламенителя ЭВФ-1 с электрической цепью источника тока;10 - contact points of the conclusions of the electric igniter EVF-1 with the electrical circuit of the current source;

U_p - напряжение электростатического разряда;U _p - electrostatic discharge voltage;

С_p - разрядная емкость электрической цепи электростатического разряда;With _p - discharge capacity of the electric circuit of the electrostatic discharge;

R_p - разрядное сопротивление электрической цепи электростатического разряда;R _p - discharge resistance of the electric circuit of the electrostatic discharge;

на фиг. 2:in fig. 2:

11 - имитатор пороха дымного ПМ;11 - smoky PM gunpowder simulator;

12 - имитатор электровоспламенителя ЭВФ-1;12 - EVF-1 electric igniter simulator;

13 - электроды имитатора пороха дымного ПМ;13 - electrodes of the smoky PM gunpowder simulator;

14 - граница объема инертной среды имитатора пороха дымного ПМ;14 - boundary of the volume of the inert medium of the smoky PM gunpowder simulator;

15 - электрод имитатора электровоспламенителя ЭВФ-1;15 - electrode of the EVF-1 electric igniter simulator;

16 - граница инертной среды имитатора электровоспламенителя ЭВФ-1;16 - the boundary of the inert environment of the EVF-1 electric igniter simulator;

Д1 - датчик имитатора пороха дымного ПМ;D1 - smoky PM gunpowder simulator sensor;

Д2 - датчик имитатора электровоспламенителя ЭВФ-1 для оценки действия тока, протекающего через мостик накаливания;D2 - sensor of the electric igniter simulator EVF-1 for assessing the effect of the current flowing through the incandescent bridge;

Д3 - датчик имитатора электровоспламенителя ЭВФ-1 для оценки действия тока, протекающего через воспламенительную головку.D3 - sensor of the EVF-1 electric igniter simulator for assessing the effect of the current flowing through the igniter head.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ заключается в электромагнитном воздействии с заданными параметрами на объект, в котором установлены взрывобезопасные имитаторы критических элементов, каждый из которых включает датчик повышенной чувствительности к действию тока, характеризующийся коэффициентом запаса чувствительности К, определяемым по формуле:The method consists in electromagnetic action with specified parameters on an object in which explosion-proof simulators of critical elements are installed, each of which includes a sensor of increased sensitivity to the action of current, characterized by a sensitivity safety factor K, determined by the formula:

К=W_КЭ/W_Д≥1,K \u003d W _KE / W _D ≥1,

W_Д - уровень чувствительности датчика к действию типового импульса тока, в частном случае, в виде значения амплитуды тока или электрической энергии, при котором гарантированно происходит его срабатывание.W _D - the level of sensitivity of the sensor to the action of a typical current pulse, in a particular case, in the form of a value of the amplitude of the current or electrical energy, at which it is guaranteed to operate.

Факт защищенности объекта от действия тока устанавливают, если после электромагнитного воздействия с заданными параметрами ни один из датчиков не сработает. Если хотя бы один из датчиков сработает, то объект считается незащищенным.The fact that the object is protected from the action of the current is established if, after electromagnetic exposure with the given parameters, none of the sensors will work. If at least one of the sensors works, then the object is considered unprotected.

Экспериментальной оценке подвергался объект, в котором критическими элементами были пожаровзрывоопасное вещество и электровоспламенитель мостикового типа. Использовались имитаторы критических элементов, содержащие датчики в виде резистора с выводами, электродами, расположенные в инертной среде, имеющей габаритные размеры и электрические характеристики, находящиеся в пределах габаритных размеров и электрических характеристик критического элемента.An object was subjected to experimental evaluation, in which the critical elements were a fire-explosive substance and a bridge-type electric igniter. Critical element simulators were used, containing sensors in the form of a resistor with leads, electrodes, located in an inert medium, having overall dimensions and electrical characteristics that are within the overall dimensions and electrical characteristics of the critical element.

Состояние каждого датчика оценивалось либо по факту срабатывания, либо несрабатывания. Считалось, что датчик не сработал, если после протекания тока через него сопротивление осталось в пределах номинального значения, и, датчик сработал, если после протекания тока сопротивление отклонилось от номинального значения. Для вычисления коэффициентов запаса чувствительности датчиков опытным путем определялись значения амплитуды тока или электрической энергии, при которых гарантированно не происходило срабатывание критического элемента и гарантированно происходило срабатывание датчика.The state of each sensor was evaluated either by the fact of operation or non-operation. It was believed that the sensor did not work if, after the current flow through it, the resistance remained within the nominal value, and the sensor worked if, after the current flow, the resistance deviated from the nominal value. To calculate the sensitivity factor of the sensors, the values of the amplitude of the current or electric energy were experimentally determined, at which the critical element was guaranteed not to actuate and the sensor was guaranteed to actuate.

Датчик имитатора пожаровзрывоопасного вещества характеризовался номинальным значением сопротивления и значением безопасной энергии при протекании типового импульса тока в результате искрового разряда через имитируемое пожаровзрывоопасное вещество, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика.The sensor of the flammable explosive substance simulator was characterized by the nominal resistance value and the safe energy value when a typical current pulse flows as a result of a spark discharge through the simulated flammable substance, at which the sensor is guaranteed to be triggered.

Датчик имитатора электровоспламенителя мостикового типа характеризовался номинальным значением сопротивления, равным сопротивлению имитируемого мостика накаливания, и значением безопасного тока при протекании типового импульса тока через мостик накаливания имитируемого электровоспламенителя, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика. Дополнительный датчик характеризовался номинальным значением сопротивления и значением безопасной энергии при протекании типового импульса тока в результате искрового разряда через состав воспламенительной головки имитируемого электровоспламенителя, при котором гарантированно происходит срабатывание датчика.The sensor of the bridge-type electric igniter simulator was characterized by a nominal resistance value equal to the resistance of the simulated incandescent bridge and a safe current value when a typical current pulse flows through the incandescent bridge of the simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to operate. The additional sensor was characterized by a nominal resistance value and a safe energy value when a typical current pulse flows as a result of a spark discharge through the composition of the igniter head of a simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to fire.

Подробный пример конкретного исполненияDetailed example of a specific implementation

Объектом испытаний был следующий объект, содержащий критические элементы: пожаровзрывоопасное вещество - порох дымный ПМ по ГОСТ 1028-79 (3), электровоспламенитель мостикового типа - электровоспламенитель ЭВФ-1 по ТУ 84-07513406-035-94 (4). Назначение объекта - для воспламенения пороха дымного ПМ при срабатывании электровоспламенителя ЭВФ-1 от источника рабочего тока величиной не менее 0,5 А. Формирование рабочего тока, протекающего в электрической цепи через резистор МО-200 с сопротивлением 1,5 Ом (5) и мостик накаливания электровоспламенителя ЭВФ-1 (6), должно осуществляться при включении аккумуляторной батареи типа 18650 (7), заряженной до напряжения 3,7 В. Предполагалось, что во время электромагнитного воздействия объект находится в выключенном состоянии.The test object was the following object containing critical elements: a fire and explosion hazardous substance - smoky gunpowder PM according to GOST 1028-79 (3), a bridge-type electric igniter - an EVF-1 electric igniter according to TU 84-07513406-035-94 (4). The purpose of the object is to ignite smoky PM gunpowder when the EVF-1 electric igniter is triggered from a working current source of at least 0.5 A. Formation of the working current flowing in the electrical circuit through the MO-200 resistor with a resistance of 1.5 Ohm (5) and the bridge ignition of the EVF-1 (6) electric igniter should be carried out when the 18650 (7) rechargeable battery is turned on, charged to a voltage of 3.7 V. It was assumed that during the electromagnetic impact the object is in the off state.

Оценивалась защищенность объекта от действия токов, возникающих при электромагнитном воздействии с заданными параметрами, в частности, при прямом воздействии разряда статического электричества в корпус, моделируемое с использованием электроразрядной установки. Заданными параметрами являлись: напряжение разряда 15 кВ (U_P), разрядная емкость 150 пФ (С_P), разрядное сопротивление 330 Ом (R_P) в контактную точку (2) корпуса (1). При этом оценивалось действие тока, наведенного в электрической цепи (5, 10) и протекающего через мостик накаливания электровоспламенителя ЭВФ-1 (6), а также протекающего через состав пороха дымного ПМ (3) и состав воспламенительной головки (8) внутри пластмассового корпуса (9) электровоспламенителя ЭВФ-1 в случае возникновения искрового разряда с корпуса (1) на заземленный провод электрической цепи.The protection of the object from the action of currents arising from electromagnetic exposure with specified parameters, in particular, from the direct impact of a static electricity discharge into the housing, modeled using an electric discharge installation, was evaluated. The given parameters were: discharge voltage 15 kV (U _P ), discharge capacity 150 pF (С _P ), discharge resistance 330 Ohm (R _P ) to the contact point (2) of the body (1). At the same time, the effect of the current induced in the electrical circuit (5, 10) and flowing through the bridge of the EVF-1 electric igniter (6), as well as flowing through the smoky PM gunpowder composition (3) and the igniter head composition (8) inside the plastic housing ( 9) electric igniter EVF-1 in the event of a spark discharge from the housing (1) to the grounded wire of the electrical circuit.

В объекте, подвергаемом испытаниям, были установлены взрывобезопасные имитаторы пороха дымного ПМ (11) и электровоспламенителя ЭВФ-1 (12).Explosion-proof simulators of gunpowder smoky PM (11) and electric igniter EVF-1 (12) were installed in the object being tested.

Имитатор пороха дымного ПМ (11) содержал датчик (Д1) для оценки защищенности от действия токов, протекающих в случае искрового разряда через состав пороха дымного ПМ в виде непроволочного резистора, к выводам которого были присоединены электроды (13) из медных пластин с проводниками. Датчик с электродами размещался внутри объема инертной среды с границами (14), равными границам объема габаритных размеров пороха дымного ПМ (3). Электрические характеристики инертной среды находились в пределах электрических характеристик пороха дымного ПМ. Так, в имитаторе в качестве инертной среды вместо пороха дымного ПМ, обладающего электрическими изоляционными свойствами, использовался воздух с удельным электрическим сопротивлением не менее 10¹⁵ Ом⋅м. Датчик был изготовлен методом нанесения тонкого слоя токопроводящего материала на изоляционный каркас (см. Датчики: Справочное пособие. М.: Техносфера, 2012, С. 131). Габаритные размеры датчика Д1 составили: длина 3 мм, диаметр 4 мм, а номинальное значение его сопротивления 10 Ом. Уровень нечувствительности (гарантированного несрабатывания) пороха дымного ПМ к действию типового импульса тока в результате искрового разряда заряженного конденсатора емкостью 150 пФ был определен опытным путем в виде значения безопасной энергии W_КЭ1=1,4 мДж. Уровень чувствительности (гарантированного срабатывания) датчика Д1 определялся по результатам безотказного срабатывания 30 штук в виде значения энергии тока W_Д1=0,9 мДж. В результате вычислений коэффициента запаса чувствительности датчика Д1 была получена величина К_Д1=1,5.The smoky PM gunpowder simulator (11) contained a sensor (D1) for assessing the protection against the action of currents flowing in the case of a spark discharge through the smoky PM gunpowder composition in the form of a non-wire resistor, to the leads of which electrodes (13) were connected from copper plates with conductors. The sensor with electrodes was placed inside the volume of an inert medium with boundaries (14) equal to the boundaries of the volume of overall dimensions of smoky PM gunpowder (3). The electrical characteristics of the inert medium were within the limits of the electrical characteristics of smoky PM gunpowder. Thus, in the simulator, instead of smoky PM gunpowder, which has electrical insulating properties, air with a specific electrical resistance of at least 10 ¹⁵ Ohm⋅m was used as an inert medium. The sensor was fabricated by applying a thin layer of conductive material to an insulating frame (see Sensors: A Handbook. M.: Tekhnosfera, 2012, p. 131). The overall dimensions of the sensor D1 were: length 3 mm, diameter 4 mm, and the nominal value of its resistance 10 ohms. The level of insensitivity (guaranteed failure) of smoky PM gunpowder to the action of a typical current pulse as a result of a spark discharge of a charged capacitor with a capacity of 150 pF was determined experimentally as a safe energy value W _KE1 = 1.4 mJ. The level of sensitivity (guaranteed operation) of the sensor D1 was determined by the results of the failure-free operation of 30 pieces in the form of the value of the current energy W _D1 =0.9 mJ. As a result of calculating the safety factor of the sensitivity of the sensor D1, the value K _D1 =1.5 was obtained.

Имитатор электровоспламенителя ЭВФ-1 (12) содержал два датчика (Д2) и (Д3) для оценки защищенности от действия токов, протекающих через мостик накаливания и через состав воспламенительной головки электровоспламенителя ЭВФ-1 соответственно. Датчики Д2 и Д3 были изготовлены по технологии, аналогичной для датчика Д1. Один вывод датчика Д3 был соединен с выводом датчика Д2, другой вывод - с медной пластиной в качестве электрода с проводником (15), размещенной на границе объема инертной среды (16). Датчики с электродом размещались внутри объема инертной среды, границы которого были равны границам объема габаритных размеров воспламенительной головки электровоспламенителя ЭВФ-1 (8). Электрические характеристики инертной среды находились в пределах электрических характеристик воспламенительной головки электровоспламенителя ЭВФ-1. Так, в имитаторе в качестве инертной среды вместо воспламенительного состава, обладающего изоляционными свойствами, использовался воздух с удельным электрическим сопротивлением не менее 10¹⁵ Ом⋅м. Габаритные размеры каждого датчика составили: длина 3 мм, диаметр 4 мм. Номинальное значение сопротивления датчика Д2 составило величину 5,5 Ом, что соответствовало номинальному значению сопротивления электровоспламенителя ЭВФ-1. Номинальное значение сопротивления датчика Д3 составило величину 10 Ом.The EVF-1 electric igniter simulator (12) contained two sensors (D2) and (D3) for assessing the protection against the action of currents flowing through the incandescent bridge and through the composition of the EVF-1 electric igniter ignition head, respectively. Sensors D2 and D3 were manufactured using a technology similar to sensor D1. One output of the D3 sensor was connected to the output of the D2 sensor, the other output was connected to a copper plate as an electrode with a conductor (15) placed at the boundary of the volume of the inert medium (16). The sensors with the electrode were placed inside the volume of the inert medium, the boundaries of which were equal to the boundaries of the volume of the overall dimensions of the igniter head of the EVF-1 electric igniter (8). The electrical characteristics of the inert medium were within the limits of the electrical characteristics of the ignition head of the EVF-1 electric igniter. Thus, in the simulator as an inert medium, instead of an igniter composition with insulating properties, air with a specific electrical resistance of at least 10 ¹⁵ Ohm⋅m was used. Overall dimensions of each sensor were: length 3 mm, diameter 4 mm. The nominal value of the resistance of the D2 sensor was 5.5 Ohm, which corresponded to the nominal value of the resistance of the EVF-1 electric igniter. The nominal value of the resistance of the D3 sensor was 10 Ohm.

Уровень нечувствительности (гарантированного несрабатывания) электровоспламенителя ЭВФ-1 при протекании через мостик накаливания типового импульса тока длительностью 5 мин определялся опытным путем в виде значения безопасного тока W_КЭ2=100 мА. Уровень чувствительности (гарантированного срабатывания) датчика Д2 определялся по результатам безотказного срабатывания 30 штук изделий в виде значения тока срабатывания W_Д2=30 мА. Коэффициент запаса чувствительности датчика Д2 составил величину К_Д2=3,3.The level of insensitivity (guaranteed failure) of the EVF-1 electric igniter when a typical current pulse with a duration of 5 minutes flows through the incandescent bridge was determined experimentally in the form of a safe current W _KE2 =100 mA. The level of sensitivity (guaranteed operation) of the D2 sensor was determined by the results of the failure-free operation of 30 pieces of products in the form of the value of the operation current W _D2 =30 mA. The safety factor of the sensitivity of the sensor D2 amounted to the value K _D2 =3.3.

Уровень нечувствительности (гарантированного несрабатывания) электровоспламенителя ЭВФ-1 при протекании через состав воспламенительной головки типового импульса тока в результате искрового разряда заряженного конденсатора емкостью 150 пФ был определен опытным путем в виде значения безопасной энергии W_КЭ3=17 мДж. Уровень чувствительности (гарантированного срабатывания) датчика Д3 определялся по результатам безотказного срабатывания 30 штук изделий в виде значения энергии тока срабатывания W_Д3=0,9 мДж. Коэффициент запаса чувствительности датчика Д3 составил величину К_Д3=18,8.The level of insensitivity (guaranteed failure) of the EVF-1 electric igniter when a typical current pulse flows through the composition of the igniter head as a result of a spark discharge of a charged capacitor with a capacity of 150 pF was experimentally determined as a safe energy value W _KE3 = 17 mJ. The level of sensitivity (guaranteed operation) of the D3 sensor was determined by the results of the failure-free operation of 30 pieces of products in the form of the value of the operation current energy W _D3 =0.9 mJ. The safety factor of the sensitivity of the sensor D3 amounted to the value K _D3 =18.8.

При испытаниях по схеме (фиг. 2) на объект с установленными имитаторами пороха дымного ПМ и электровоспламенителя ЭВФ-1 было подано 5 испытательных воздействий с заданными параметрами. После электромагнитного воздействия производились измерения сопротивления каждого датчика, значения которых не изменились. Следовательно, ни один из датчиков не сработал. В результате испытаний был установлен факт защищенности объекта, содержащего порох дымный ПМ и электровоспламенитель ЭВФ-1, от действия токов при электростатическом разряде с заданными параметрами.When testing according to the scheme (Fig. 2), 5 test actions with specified parameters were applied to an object with installed simulators of gunpowder smoky PM and electric igniter EVF-1. After the electromagnetic impact, the resistance of each sensor was measured, the values of which did not change. Therefore, none of the sensors worked. As a result of the tests, the fact of the protection of an object containing smoky PM gunpowder and an EVF-1 electric igniter from the action of currents during an electrostatic discharge with specified parameters was established.

Пример, когда критическим элементом является резисторAn example where the critical element is a resistor

Испытанию подвергают объект, в котором в качестве имитатора резистора установлен резистор повышенной чувствительности, коэффициент чувствительности К которого определяется, как в вышеуказанном примере.The test is subjected to an object in which an increased sensitivity resistor is installed as a resistor simulator, the sensitivity factor K of which is determined as in the above example.

Так, вместо штатного металлооксидного резистора МО-200 (1,5 Ом, 2 Вт, длина 15 мм, диаметр 5 мм, безопасный ток 1,15 А) устанавливают непроволочный резистор CF-25 (1,5 Ом, 0,25 Вт, длина 6 мм, диаметр 2,3 мм, безотказный ток срабатывания 1 А) и определяется коэффициент К=1,15.So, instead of the standard metal oxide resistor MO-200 (1.5 Ohm, 2 W, length 15 mm, diameter 5 mm, safe current 1.15 A), a non-wire resistor CF-25 (1.5 Ohm, 0.25 W, length 6 mm, diameter 2.3 mm, faultless operation current 1 A) and the coefficient K = 1.15 is determined.

Таким образом, на примерах конкретного исполнения изобретения продемонстрирована возможность реализации нового способа испытаний объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия токов и имитаторов критических элементов. Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение безопасности и адекватности испытаний объекта, содержащего критические элементы, на защищенность от действия токов.Thus, using examples of a specific embodiment of the invention, the possibility of implementing a new method for testing an object containing critical elements for protection against the action of currents and simulators of critical elements has been demonstrated. The technical result of using the invention is to ensure the safety and adequacy of testing an object containing critical elements for protection against currents.

Применение изобретения открывает возможности в области создания новых устройств и полезных моделей объектов, содержащих критические элементы, для испытаний на защищенность от действия токов, возникающих при электромагнитных видах воздействия. Изобретение может применяться при испытаниях как малогабаритных, так и крупногабаритных образцов, содержащих критические элементы, на воздействие электромагнитных полей и токов источников различного происхождения, с возможностью подтверждения как безопасности образца (взрывобезопасности, функциональной безопасности), так и других его свойств (устойчивости, электрической прочности, защищенности).The application of the invention opens up possibilities in the field of creating new devices and useful models of objects containing critical elements for testing for immunity from the action of currents arising from electromagnetic effects. The invention can be used in testing both small-sized and large-sized samples containing critical elements, under the influence of electromagnetic fields and currents from sources of various origins, with the possibility of confirming both the safety of the sample (explosion safety, functional safety) and its other properties (stability, electrical strength , security).

Процесс отработки и контроля защиты объекта от действия токов становится безопасным и существенно упрощается, т.к. при испытаниях исключается опасное действие различных взрывчатых материалов и не требуется использование сложных измерительно-вычислительных комплексов для определения величины наведенного тока в критических элементах электрических цепей, что позволяет существенно снизить сроки и стоимость проведения испытаний.The process of developing and monitoring the protection of an object from the action of currents becomes safe and is greatly simplified, because. during testing, the dangerous effect of various explosive materials is excluded and the use of complex measuring and computing systems is not required to determine the magnitude of the induced current in critical elements of electrical circuits, which can significantly reduce the time and cost of testing.

Claims

1. A method for testing an object containing critical elements for immunity from currents arising from electromagnetic impact on an object, which consists in electromagnetic impact with specified parameters on an object in which a simulator of a fire-explosive substance and a bridge-type electric igniter simulator are installed, each of which includes a sensor increased sensitivity to the action of current, characterized by a sensitivity factor K, determined by the formula:

where W _KE is the level of insensitivity of the critical element to the action of a typical current pulse, at which it is guaranteed not to operate;

W _D - the level of sensitivity of the sensor to the action of a typical current pulse, at which it is guaranteed to operate, while the fact that the object is protected from the action of the current is established if, after electromagnetic exposure with the specified parameters, none of the sensors worked.

2. A simulator of a fire and explosion hazardous substance, characterized in that it contains a sensor in the form of a resistor with terminals to which electrodes are connected, located in an inert medium, having overall dimensions and electrical characteristics that are within the overall dimensions and electrical characteristics of a fire and explosive substance, has a nominal resistance value and the value of safe energy during the flow of a typical current pulse as a result of a spark discharge through a simulated fire and explosion hazardous substance, at which the sensor is guaranteed to trigger.

3. A bridge-type electric igniter simulator, characterized in that it contains a sensor in the form of a resistor with leads located inside an inert medium having overall dimensions and electrical characteristics that are within the overall dimensions and electrical characteristics of the electric igniter ignition head, has a nominal resistance value equal to the resistance of the simulated incandescent bridge, and the value of the safe current when a typical current pulse flows through the incandescent bridge of the simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to be triggered.

4. The simulator according to claim 3, characterized in that it contains an additional sensor in the form of a resistor, one output of which is connected by a wire to the output of another sensor, the second output is connected by a wire to an electrode, located in an inert environment, has a nominal resistance value and a safe energy value at the flow of a typical current pulse as a result of a spark discharge through the composition of the igniter head of a simulated electric igniter, at which the sensor is guaranteed to operate.