(安全生產(chǎn))本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)要求

1、本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)要求發(fā)布時(shí)間：2009-8-26 16:21:16 閱讀： 935次本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)要求本質(zhì)安全型：是指電路、系統(tǒng)及設(shè)備在正常狀態(tài)下和規(guī)定的故障狀態(tài)下，產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)都不能引起規(guī)定的爆炸混合物爆炸的電氣設(shè)備。這個(gè)定義中的正常狀態(tài)是指電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)規(guī)定條件下的正常工作（試驗(yàn)時(shí)在試驗(yàn)裝置中產(chǎn)生的短路或斷路視為正常狀態(tài)）； 故障狀態(tài)是指在試電路，非保護(hù)性元件損壞或產(chǎn)生短路、斷路、接地及電源故障等情況。這種設(shè)備的防爆原理，就是設(shè)法減小電路火花的能量及元件上的溫度（其方法就是降低電源電壓、減小電路電流，采用適當(dāng)?shù)碾姎庠捌鋮?shù)），使其不能點(diǎn)燃礦井中爆炸混合物，達(dá)到防爆的目

2、的。由于這類設(shè)備產(chǎn)生的明火花不點(diǎn)燃爆炸性混合物，因此它的優(yōu)點(diǎn)很多，體積小、重量輕，便于攜帶，而且安全程度高。要使電路火花不點(diǎn)燃爆炸性混合物，那么這種電路就只能是弱電系統(tǒng)。因此，本質(zhì)安全型電氣系統(tǒng)和設(shè)備，主要是用于控制、通訊、 信號、 測量、 和監(jiān)視方面。一、基本要求本質(zhì)安全電路應(yīng)滿足以下基本要求：1本安電路與非本安電路在同一隔爆外殼內(nèi)布置時(shí)，最基本要求是分開布 置。為了保證本安型系統(tǒng)的安全，免受非本安系統(tǒng)的影響，要求分開布置是非常必要的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配中，必須注意這個(gè)問題。然而，由于在隔爆外殼內(nèi)空間和位置都受到了限制，所以分開布置也只能是相對的，不是絕對的。我們應(yīng)該在有限的空間內(nèi)合理布置，力

3、求本安系統(tǒng)與非本安系統(tǒng)分開要符合GB3836.4-2000的要求。為了保證質(zhì)量，除了外觀檢查外，還應(yīng)把本安參數(shù)檢查耐壓試驗(yàn)列入產(chǎn)品出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。一般， 當(dāng)本安系統(tǒng)與非本安系統(tǒng)在電路上有連接時(shí)，應(yīng)采取隔離措施，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。其次，為了易于辨別，安全火花電路用的連接導(dǎo)線用藍(lán)色，接線端子應(yīng)有“i”標(biāo)志。2,本質(zhì)安全設(shè)備的溫度組別應(yīng)按 6.2和GB3836.1-2000中第5章規(guī)定，以 避免熱表面引起點(diǎn)燃。溫度組別不適用于關(guān)聯(lián)設(shè)備。3電氣參數(shù)要求，系統(tǒng)或設(shè)備必須經(jīng)過防爆檢驗(yàn)單位檢查和試驗(yàn)，證明它在正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的明火花不會點(diǎn)燃爆炸性混合物。注：1、 a） 可通過適當(dāng)?shù)呐离娋嚯x和電氣間隙以

4、及使用符合第8 章可靠元件來滿足規(guī)定要求，例如，變壓器和限流電阻。2、 b） 可通過已知元件的熱特性以及在適當(dāng)?shù)墓收蠗l件下可能承受的最大功率來計(jì)算或測定元件的最高表面溫度來滿足規(guī)定要求。3、c）可通過評定來滿足規(guī)定要求。評定時(shí)，有關(guān)電壓、電流和電路參數(shù)的數(shù)據(jù)， 例如在點(diǎn)燃邊界上的電容和電感等數(shù)據(jù)，都是必要的。這樣就能從火花點(diǎn)燃的觀點(diǎn)將電路評定為本質(zhì)安全的。二、本質(zhì)安全參數(shù)確定1電阻電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)和安全火花參數(shù)確定電阻電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)，是利用火花試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際點(diǎn)燃試驗(yàn)做出來的。當(dāng)然，火花試驗(yàn)設(shè)備不同，觸點(diǎn)發(fā)生的火花也會不同，所以火花試驗(yàn)設(shè)備的靈敏度也就不同，那么臨界點(diǎn)燃參數(shù)也就會有差別。

5、電阻電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)可用GB3836.1-2000圖A1最小引爆電流與電源電壓曲線表示，試驗(yàn)甲烷濃度用最 易點(diǎn)燃濃度8.08.6%。電阻電路（指理想電阻電路，下同）的臨界點(diǎn)燃參數(shù)約 為 50 伏安。電阻電路的安全火花參數(shù)，是將電阻電路臨界點(diǎn)燃參數(shù)除以安全系數(shù)而得到的。按GB3836.4-2000規(guī)定的安全系數(shù)取1.5,即電阻電路故障狀態(tài)的安全火花 系數(shù)約為33 伏安。由于最小引爆電流與電源電壓曲線是用直流電源試驗(yàn)出來的，所以將曲線用于交流電路上就必須按電壓峰值和電流峰值考慮。通常電壓和電流都以均方根值來說的。所以交流電阻電路安全火花參數(shù)約為16.5伏安。2感性電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)和安全火花參數(shù)

6、確定感性電路是由電感和電阻組成的電路。它比電阻電路復(fù)雜。一是多了電感元件， 它在電路斷開時(shí)會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。二是電感又有線性和非線性之分?？招碾姼惺蔷€性電感，它的電感量不隨電流而變化，是一個(gè)固定不變的數(shù)值。鐵芯電感就是非線性電感，它的電感量隨著電流而變化，不是一個(gè)固定不變的數(shù)值。感性 電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)是利用空心電感在電壓 E=24伏時(shí)做的，如圖A5電感電路 最小引爆電流與電感的關(guān)系曲線所示， 鐵芯電感（如斷電器等）可以利用磁場儲 能等效法進(jìn)行換算。感性電路的安全火花系數(shù)，也是將臨界點(diǎn)燃電流除以安全系數(shù)而得到的。 安 全系數(shù)取法與電阻電路相同。3.容性電路的臨界點(diǎn)燃參數(shù)和安全火花參數(shù)確定容性電路

7、是電容和電阻組成的電路，它和感性電路不同，感性電路是在觸 點(diǎn)斷開時(shí)發(fā)生火花放電，這種斷開火花放電就叫作電感火花。 容性電路是在觸點(diǎn) 閉合將電容短路時(shí)發(fā)生火花放電，這種閉合火花放電就叫作電容火花，容性火花 試驗(yàn)電路如圖5-18所示。容性火花試驗(yàn)電路 RC的配合，應(yīng)該做到：（a）、火花 試驗(yàn)設(shè)備觸點(diǎn)斷開時(shí)，電容 C應(yīng)達(dá)到完全充電；（b）、火花試驗(yàn)設(shè)備觸點(diǎn)閉合時(shí)， 電阻R應(yīng)能限制電源E的電流，盡量使它比較小，以減小電源短路電流對電容 火花放電的作用。這樣，電源短路電流的作用就可以略去了， 容性電路火花放電 臨界點(diǎn)燃參數(shù)就可以用電壓和電容的關(guān)系來表示了，如GB3836.4-2000圖A2所示。圖5-1

8、8容性火花試驗(yàn)電路容性電路的安全火花參數(shù)，是將臨界點(diǎn)燃電壓除以安全系數(shù)而得到的。要 注意，容性電路必須對電壓打安全系數(shù)。安全系數(shù)取法也與電阻電路相同。很明顯，前面的火花是電容直接火花放電引起的，如果電容經(jīng)串聯(lián)電阻火 花放電，那么火花就可以大大地變小了， 因此，電容串聯(lián)電阻是減小電容火花放 電的有效方法。、本質(zhì)安全電路的主要元器件要求1本質(zhì)安全電路對電源變壓器要求本質(zhì)安全電路的電源變壓器是非常重要的部件，它對電路安全有著很大的影響，因此電源變壓器應(yīng)符合 GB3836.4-2000第8.1條的要求。除了上面要求之外，設(shè)計(jì)電源變壓器還應(yīng)考慮漏電感的問題，因?yàn)槁╇姼袑τ谧儔浩鞯娜萘坑兄艽蟮挠绊懀瑧?yīng)該

9、盡量減小漏電感，以提高變壓器的容量，在實(shí)際生產(chǎn)中，變壓器的容量是固定的，而漏電感是變化的，因此，漏電感的變化范圍應(yīng)該有所規(guī)定，并應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行測量。2本質(zhì)安全電路的保護(hù)性元件為了使電路達(dá)到安全火花要求，在電路中串聯(lián)電阻元件，或在電感元件上并聯(lián)面接觸型二極管，并聯(lián)電容器，并聯(lián)電阻元件，這種串聯(lián)元件和并聯(lián)元件，就叫做保護(hù)性元件。由于串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，因此相應(yīng)地分為兩類，串聯(lián)元件叫做限流元件，如限流電阻。并聯(lián)元件叫做分流元件。元件是單個(gè)的，如果起保護(hù)性作用的是一個(gè)由許多元件組成的電路，那么就叫做保護(hù)性組件。3本質(zhì)安全電路限流元件蓄電池和電源變壓器由于串聯(lián)了限流元件，而使短路電流達(dá)到了安全火花要求，限流元

10、件短路了，電源短路電流就不是安全火花了，因此，限流元件連接就必須可靠，采取措施防止短路，例如采用膠封法。限流電阻一般采用薄膜型和線饒型。 限流電阻的容量，應(yīng)按外電路的短路電流來選取，如果限流電阻容量過大，不易裝配，那么經(jīng)與檢驗(yàn)單位商量取得同意，與保險(xiǎn)絲配合使用，減小電阻容量，也是可以的。4本質(zhì)安全電路分流元件分流元件有二極管、穩(wěn)壓管（齊納二極管）、電容器、壓敏電阻、短路環(huán)、阻尼繞組等。分流元件主要用于電感電路，并接在電感元件上，可以大大地減小電路中的電感火花，而使電路達(dá)到本質(zhì)安全要求。分流元件斷開了，電路就達(dá)不到本質(zhì)安全要求了，而電路卻還是在工作，這是一種危險(xiǎn)狀態(tài)，因此，分流元件總是要采用兩個(gè)

11、，斷開了一個(gè)，還有一個(gè)并聯(lián)著，以保證電路的安全火花性能，這就是所謂雙重化措施。元件參數(shù)的選擇應(yīng)符合GB3836.4-2000要求。對于直流電感電路，常用二極管做保護(hù)元件，基本上不影響原電路的工作，實(shí)驗(yàn)證明并接二極管后的電感元件的等效電感，可減小到原電感值的十分之一到百分之一。對于交流電感電路，常用雙向穩(wěn)壓管或壓敏電阻做保護(hù)元件。分流元件的連接方法也需要注意，如下圖所示，a和b是正確的，c是錯(cuò)誤的，當(dāng)圖中A點(diǎn)斷開就失去二次保護(hù)機(jī)會，圖 5-19中a和b斷開一個(gè)，還有一 個(gè)在起作用。圖 5-19四、使用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備應(yīng)注意的問題在安裝本質(zhì)安全型電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按使用說明書要求進(jìn)行，注意線路布

12、置盡量減小線路的分布電容和電感。本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路用的導(dǎo)線要分開布置，電路須采用單獨(dú)的導(dǎo)線和電纜，采用一根電纜時(shí)，電纜芯線之間必須有可靠的接地屏蔽，使用時(shí)，經(jīng)常檢查，及時(shí)維修，以保證安全火花性能。線路參數(shù)、組件、元件，特別是保護(hù)性組件、元件，不得隨意改變或更換，檢修須更換時(shí)，必須按原來的規(guī)格、型號、圖紙及技術(shù)條件的要求進(jìn)行，一定要更換元件、組件和改變參數(shù)時(shí)，必須將圖紙、說明、 樣品， 報(bào)送原檢驗(yàn)單位檢查。五、簡單電路設(shè)計(jì)舉例1簡單電感電路為了更詳細(xì)說明本程序，假定有一個(gè)礦用I 類電路， 是由一個(gè)20V 的電池組（電池組內(nèi)阻忽略，下同）與適當(dāng)安裝的可靠元件100Q限流電阻組成的電源，并

13、向一個(gè)200Q、50mH的電感器饋電，如圖5-20所示。圖5-20簡單電感電路100Q和200。為最小值，50mH為最大值。這時(shí)，分別進(jìn)行兩個(gè)單獨(dú)評定： 第一，保證電源本身是本質(zhì)安全的，第二，考慮連接負(fù)載的影響。(1)電源評定步驟如下：(I)取100。最小電阻作為限流電阻，該值就電阻來說相當(dāng)于最壞的情況。如果該電阻不符合可靠元件要求(見8.4),此時(shí)，可假定該電阻是短路的，在這類故障情況下，該電源就認(rèn)為可能發(fā)生直接短路故障，所以不是本質(zhì)安全的。按GB3836.4-2000 7.4.3,查表5得出該電池組電壓最高值，這里假定為 22V。(II)最大短路電流是22/100=220mA。因?yàn)殡娐肥请?/p>

14、阻性的，取 1.5 倍安全系數(shù)，即在此電路中短路電流增加到1.5X 220=330mA。(III)由圖A1可以查出，對于I類電阻性電路，在電壓22V時(shí)，其最小點(diǎn)燃電流約為2A,按火花點(diǎn)燃考慮，該電源可評定為本質(zhì)安全的。(2)負(fù)載的連接評定步驟如下：(I)電池組最高電壓假定為22V。因?yàn)?00。和200。是最小值，則負(fù) 載中的最大可能電流是 22/ (100+200) =73.3mA0(II)在應(yīng)用第5章和10.4要求時(shí)，對于安全系數(shù)取1.5,則電路中的 電流增加到1.5X73.3=110mA。(III)對于I類，由圖A5查出，50mH電感器在電源電壓為22V時(shí)，其最小點(diǎn)燃電流約為150mA。則

15、該電路按火花點(diǎn)燃考慮可評定為本質(zhì)安全的，并 且適用于I類電路。注：在上述評定中，電感器是按空心考慮的。如果電感器不是空心的，那么上述 評定僅是近似的，這時(shí)必須用火花試驗(yàn)裝置對電路進(jìn)行試驗(yàn)， 以確定電路是否為 本質(zhì)安全的。2.簡單電容電路現(xiàn)在考慮圖5-21所示電路，該電路預(yù)期在I類中應(yīng)用。該電路，由30V電 池組通過適當(dāng)安裝的可靠10kQ電阻器與10uF電容器連接組成。在該示例中， 30V和10uF值取為最大值，10kQ取為最小值。這時(shí)，分別進(jìn)行兩個(gè)單獨(dú)的評定： 第一，保證電源本身是本質(zhì)安全的，第二，考慮電容器情況的影響。(1)電源10K 最小該程序基本和上一例附虬1引中!|嘛S。該電源電路可很

16、容易評定為本質(zhì) 安全的，按火花點(diǎn)燃考慮，具安全系數(shù)超過 100.(2)電容器評定步驟如下:(I)電池組最高電壓是30V并且電容最大值為10uF。因?yàn)槭请娙蓦娐?，考慮 將電壓取1.5倍安全系數(shù)。(II)在應(yīng)用第5章和10.4.2要求時(shí)，對于安全系數(shù)取1.5,則電壓增加到1.5X 30=45Vo(III)對于I類，有圖A2查出，在45V時(shí)，能引起點(diǎn)燃的電容最小值僅為 3uF, 并且在30V時(shí)，僅有8uF,因此該電路不能評定為本質(zhì)安全的。注：1為修改電路使其通過本質(zhì)安全評定，可采用下列幾種方案：降低電路電壓或電容值，亦可在10uF 電容器上串聯(lián)一只可靠電阻。由圖 A2 查出， 對于 10uF的最低點(diǎn)

17、燃電壓是26V,如果保持10uF電容值不變，則應(yīng)使電池組電壓降低到 26/1.5=17.3V。另一方法，可將電容值減小到3uF ,或根據(jù)10uF+5.6Q這條曲線 得到最低點(diǎn)燃電壓是48V,當(dāng)加入最小值為5.6Q的可靠電阻器與電容器串聯(lián)時(shí)， 將組成一個(gè)新電路，該電路按I 類火花點(diǎn)燃考慮可評定為本質(zhì)安全的。2 在上述評定中所考慮的電源本身有較大的安全系數(shù)，則可應(yīng)用參考曲線。但是， 如果電源僅有較小的安全系數(shù)，那么， 在它與電容器互連時(shí)可能產(chǎn)生一種情況，即使通過圖A2 和圖 A3 評定它是本質(zhì)安全的，但電路實(shí)際上不是本質(zhì)安全的。通常，對這種電路不能按上述方法可靠評定，因而，應(yīng)用火花試驗(yàn)裝置進(jìn) 行試驗(yàn)。圖 A1A6 提供參考曲線或表A1 和表 A2 只適用于簡單電路，在某些情況下應(yīng)用這些參考曲線來設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)困難的。例如， 許多