本質(zhì)安全電路設(shè)計要求VIP

1、本質(zhì)安全電路設(shè)計要求本質(zhì)安全電路設(shè)計要求本質(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。這個定義中的正常狀態(tài)是指電氣設(shè)備在設(shè)計規(guī)定條件下的正常工作（試驗時在試驗裝置中產(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)），使其不能點燃礦井中爆炸混合物，達(dá)到防爆的目的。由于這類設(shè)備產(chǎn)生的明火花不點燃爆炸性混合物，因此它的優(yōu)點很多，

2、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，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)計和裝配中，必須注意這個問題。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

3、質(zhì)量，除了外觀檢查外，還應(yīng)把本安參數(shù)檢查耐壓試驗列入產(chǎn)品出廠試驗項目。一般，當(dāng)本安系統(tǒng)與非本安系統(tǒng)在電路上有連接時，應(yīng)采取隔離措施，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐壓試驗。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)過防爆檢驗單位檢查和試驗，證明它在正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的明火花不會點燃爆炸性混合物。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

4、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，有關(guān)電壓、電流和電路參數(shù)的數(shù)據(jù)，例如在點燃邊界上的電容和電感等數(shù)據(jù)，都是必要的。這樣就能從火花點燃的觀點將電路評定為本質(zhì)安全的。二、本質(zhì)安全參數(shù)確定1 .電阻電路的臨界點燃參數(shù)和安全火花參數(shù)確定電阻電路的臨界點燃參數(shù)，是利用火花試驗設(shè)備進(jìn)行實際點燃試驗做出來的。當(dāng)然，火花試驗設(shè)備不同，觸點發(fā)生的火花也會不同，所以火花試驗設(shè)備的靈敏度也就不同，那么臨界點燃參數(shù)也就會有差別。電阻電路的臨界點燃參數(shù)可用GB3836.1-2000圖A1最小引爆電流與電源電壓曲線表示

5、，試驗甲烷濃度用最易點燃濃度8.08.6%。電阻電路（指理想電阻電路，下同）的臨界點燃參數(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燃參數(shù)除以安全系數(shù)而得到的。按GB383642000規(guī)定的安全系數(shù)取15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165伏安。2 .感性電路的臨界點燃參數(shù)和安全火花參數(shù)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，它在電路斷開時會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。二

6、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，不是一個固定不變的數(shù)值。感性電路的臨界點燃參數(shù)是利用空心電感在電壓E=24伏時做的，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 .容性電路的臨界點燃參數(shù)和安全火花參數(shù)確定容性電路是電容和電阻組成的電路，它和感性電路不同，感性電路是在觸點斷開時發(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

7、在觸點閉合將電容短路時發(fā)生火花放電，這種閉合火花放電就叫作電容火花，容性火花試驗電路如圖5-18所示。容性火花試驗電路RC的配合，應(yīng)該做到：（a）、火花試驗設(shè)備觸點斷開時，電容C應(yīng)達(dá)到完全充電；（b）、火花試驗設(shè)備觸點閉合時，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5-18容性火花試驗電路容性電路的安全火花參數(shù)，是將臨界點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

8、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。三、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)計電源變壓器還應(yīng)考慮漏電感的問題，因為漏電感對于變壓器的容量有著很大的影響，應(yīng)該盡量減小漏電感，以提高變壓器的容量，在實際生產(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)逐個進(jìn)行測量。2本質(zhì)

9、安全電路的保護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，就叫做保護性元件。由于串聯(lián)和并聯(lián)的特點，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。元件是單個的，如果起保護性作用的是一個由許多元件組成的電路，那么就叫做保護性組件。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

10、，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)與檢驗單位商量取得同意，與保險絲配合使用，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，這是一種危險狀態(tài)，因此，分流元件總是要采用兩個，斷開了一個，還有一個并聯(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

11、二極管做保護元件，基本上不影響原電路的工作，實驗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是錯誤的，當(dāng)圖中A點斷開就失去二次保護機會，圖5-19中a和b斷開一個，還有一個在起作用。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，應(yīng)嚴(yán)格按使用說明書要求進(jìn)行，注意線路布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，電路須采用單獨的導(dǎo)線和電纜，采用一根電纜時，電纜芯線之間必須有可靠的接地屏蔽，

12、使用時，經(jīng)常檢查，及時維修，以保證安全火花性能。線路參數(shù)、組件、元件，特別是保護性組件、元件，不得隨意改變或更換，檢修須更換時，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，必須將圖紙、說明、樣品，報送原檢驗單位檢查。五、簡單電路設(shè)計舉例1簡單電感電路為了更詳細(xì)說明本程序，假定有一個礦用I類電路，是由一個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向一個200Q、50mH的電感器饋電，如圖5-20所示。AAAA_10020-50mH最大圖5-20簡單100。和200。為最小值，50mH為最大值。這時，分別進(jìn)行兩個單

13、獨評定：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，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GB3836.4-20007.4.3,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。因為電路是電阻性的，取1.5倍安全系數(shù)，即在此電路中短路電流增加到1.5X220=330mA。(III)由圖A1可以查出，對于I類電阻性電路，在電壓22V時，其最

14、小點燃電流約為2A,按火花點燃考慮，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。因為100。和200。是最小值，則負(fù)載中的最大可能電流是22/(100+200)=73.3mA(II)在應(yīng)用第5章和10.4要求時，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，其最小點燃電流約為150mA。則該電路按火花點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，這時必須用火花試驗裝置

15、對電路進(jìn)行試驗，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，分別進(jìn)行兩個單獨的評定：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。10KQ30T10uF電源該程序基本和上一例相同，不再詳細(xì)敘噲。、該電犯|路可很容易評定為本質(zhì)安全的，按火花點燃考圜魚21數(shù)施單盅谷電(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。因為是電容電路，考慮將電壓取1.5倍安全系

16、數(shù)(II) 在應(yīng)用第5章和10.4.2要求時，對于安全系數(shù)取1.5，則電壓增加到1.5X30=45V。(III) 對于I類，有圖A2查出，在45V時，能引起點燃的電容最小值僅為3uF，并且在30V時，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，將組成一個新電路，該電路按I類火花點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)用火花試驗裝置進(jìn)行試驗。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)計實際電路時困難的。例如，許多電