本安电路.pptx

本质安全电气设备 一 外壳 本质安全设备和关联设备一般要求具有GB4208标准规定的IP20以上防护等级 外壳防护等级应根据使用场所而定 例如 对于I类煤矿井下用电气设备防护等级应不低于IP54 对于塑料等非金属外壳要求其表面绝缘电阻不大于109 或在结构上采取措施避免因产生静电引起的点燃危险 例如限制外露面积 对于轻合金外壳要求其外壳材料 I类设备铝钛和镁含量 15 并且钛和镁 6 II类电气设备镁含量 6 对于便携式本质安全设备 如果采用的塑料等非金属材料外壳不能满足要求时 可采用加皮套保护罩方法来防止静电危险 二 导线和小元件温度 1 设备上的粉尘层以I类 150 和II类T4 135 作为温度基础 要求I类电气设备内部所要考虑的位置和元件上不能形成粉尘层 如有粉尘层将提高温升 故应严格考核其危险性 2 设备内导线通常 对于铜导线其最高导线自身发热温度的最大允许电流可从GB3836 4标准表1查得 3 印制电路导线印制电路板导线在相应温度组别下的最大允许电流给出了规定值 本安电路用印制电路导线的电流小于GB3836 4表2规定值时 可不对印制电路导线进行温度试验 4 小元件对于总表面积不大于10cm2的小元件 例如 晶体管 集成电路 电阻 导线或气敏元件等 在正常工作或规定故障状态下 经测试如果满足本条规定要求可不用进行温度点燃试验 否则应进行温度点燃试验 以确定小元件的表面温度不能点燃试验用可燃性混合物 小元件的点燃是通过自身能量而点燃可燃性气体混合物的 由于其表面积小并且热能量也小 一般受环境温度影响与可燃性混合物接触时温度还会受外部温度影响而降低 故小元件表面温度超过电气设备规定的温度组别是有一定的安全裕度的 三 连接外电路用连接装置 本安电路端子和关联设备端子应符合本条隔离规定 以防止电路导线混触碰线产生危险 1 端子 本安电路连接端子与非本安电路和接线端子之间的安全距离至少为50mm 并应注意接线端子的设置和导线的布置 在导线可能发生移动时不能使两路发生混线现象 本安电路和非本安电路之间可使用绝缘隔板或接地金属进行隔离 隔板应延伸至距外壳内壁1 5mm以内 或在隔板任一方向测量时 两接线端子之间的最短距离不小于50mm 如图5 6所示 图5 6接线端子之间的最短距离 隔板应有足够的强度 刚度 以保证不被破坏 对于金属板厚度0 45mm以上 非金属板厚度0 9mm以上 各本安电路接线端子的裸露导电部件之间的电气间隙应大于或等级GB3836 4标准表4的规定值 另外 连接外部导体的裸露导电部件之间的电气间隙不小于6mm 裸露导电部件与接地金属件或其它导体部件之间的电气间隙应不小于3mm 详见GB3836 4标淮图1所示 2 插头和插座 用于连接件外部本质安全电路与非本质安全电路的插头和对插座应分开布置 并且不能互换或有能鉴别错误接或互换的措施 本质安全电路和非本质安全电路不得接入同一个插头和插座 对于连接装置带有接地电路并且该防爆型式与接地有关时 该连接装置还应符合GB3836 4标准第6 6条规定要求 3 用电阻来限制电源能量时最大外部电感与电阻比 Lo Ro 的确定 Lo Ro公式已有1 5倍安全系数 可根据该公式的计算结果直接与电缆参数比较和选用电缆 对于电感和电阻的集中值及非线性输出特性的电源 使用该公式应符殊考虑 4 永久连接电缆 设备上带有永久性连接电缆的结构 应按GB3836 4标准第10 13条进行电缆拔脱试验 主要防止设备内连接线终端损坏而影响本质安全防爆性能 5 间距 1 导电部件的间距导电部件间距指本质安全电路与非本质安全电路 不同本质安全电路 电路与接地或绝缘的金属件之间的距离 该间距应满足标准表4规定值 表4规定值适用于导电部件之间不会发生减小的情况 如果导电部件或元器件容易发生移动的部位或元器件焊接后导电部件之间容易变小的部件 则间距应适当加大 当间距符合表4规定值时 一般不考虑导致降低绝缘电阻的故障 即认为不会产生故障 小于表4值但又大于表4规定值1 3时认为导体连接 且每一个该连接认为是一个计数故障 小于表4规定值1 3时认为可能发生短路非计数故障 即认为导体之间连接 有关间距的评定方法可参见GB3836 4标准附录C 2 电气间隙厚度小于0 9mm或不符合GB3836 4第10 10 12条规定的绝缘隔板 在测试和评定导电部件之间电气间隙时 应不考虑其隔板作用 其它绝缘部件应符合GB3836 4表4第4行规定 当峰值电压大于1575V时 应插入绝缘隔板或接地金属隔板 3 浇封化合物要求和间距浇封目的是将一个本质安全电路的导体或元器件与非本质安全电路 其它本质安全电路 同一个电路的其它部件进行隔离 所以浇封化合物应符合规定要求 以保证浇封后电路元器件 导电部件等不能损坏本质安全防爆性能 4 通过固体绝缘的间距固体绝缘指用挤压或模压方法形成的绝缘 而不是用浇注方法形成的绝缘 固体绝缘件中的导电部件之间应符合表4规定 其绝缘性能还应进行介电强度考核 5 复合间距当间距为复合形式时 即间距是通过空气和绝缘或浇封化合物组合 总的间距应以GB3836 4表4某一行所有间距为基础进行计算 其计算方法详见GB3836 4标准举例和附录C 6 在空气中的爬电距离爬电距离应符合GB3836 4表4第5行规定 其绝缘材料最小相比漏电起痕指数 CTI 测定按GB4027标准进行 应符合表4第7行规定 7 涂层下的爬电距离导体采用绝缘漆等涂覆密封层可使之免受潮气灰尘浸入 该密封层保证不易脱落损坏 涂层下的爬电距离应满足GB3836 4表4第6行规定 8 组装印制电路板的要求印制电路板中电气间隙或爬电距离可能影响本质安全性能时 应分别符合GB3836 4第6 4 3条 6 4 7条 6 4 8条规定 如间距不符合表4规定 可按计数故障或非计数故障来考虑 9 接地屏蔽隔离电路和电路部件之间采用金属屏蔽进行隔离时 其屏蔽和连接处应能承受计数故障和非计数故障条件下连续出现的最大允许电流 采用连接装置进行连接时 其连接装置应符合GB3836 4第6 6条规定 10 内部导线内部用导线的导体绝缘应按固体绝缘考虑其间距 但下列条件除外 本质安全电路或非本质安全电路用接地屏蔽包封时 ib 等级中 本质安全电路的芯线绝缘承受2000V交流有效值电压试验时 11 介电强度试验通过介电强度试验考核 防止本质安全电路的绝缘击穿故障而影响本质安全防爆性能 12 继电器标准对电流 电压及功率的限制值的确定主要是考虑到 在一个封闭继电器外壳内 即使电气间隙和爬电距离满足GB3836 4表4规定要求 但在非本质安全电路中触头接点间的电离作用 可能会产生对本质安全电路的击穿 5A 250V 100VA数据表示一个限制值 在该限制内不利的电传导认为不会发生的 对于高于该值的继电器 应按要求加大间距或设置绝缘隔板或接地金属隔板 如图5 7所示 图5 7继电器间距 6 防止极性接反保护 设备电源或电池组的极性接反可能使本安防爆性能失效时 应在本质安全设备内装有二极管保护措施 以防止极性接反 例如图5 8所示 图5 8防止极性接反电路 7 接地导体 连接和端子 标准规定的接地要求 是出于安全考虑给出的最低要求 即由于功能需要的任何接地导体 连接和端子 不应损害电路的本质安全性能 所以 要求接地导体和端子应具有适当横截面积 以能承受故障状态下流过最大允许电流 8 用于隔离爆炸性环境的浇封 用于隔离爆炸性环境的浇封是用于将被浇封元件与爆炸性气体隔离 作为被浇封元件的防爆措施 与浇封型 m 的功能相同 第五节与本质安全性能有关的元件 所有可能影响本质安全性能的元件 在正常工作和故障条件下 变压器 熔断器 热断路器 继电器和开关等除外 最大电流 电压或功率应不大于其额定值的三分之二 一 额定值 二 内部连接用连接装置 插接板和元件 连接装置 插接板及插接式元件应能防止错误插接 且不同在同一设备内与其它连接装置 插接板及插接式元件互换 如互换不影响本质安全防爆性能或有明显标记能识别错误插接可除外 当连接方式与防爆型式有关时 对于电阻故障或连接处开路 应按计数故障考虑 如连接装置有接地回路 且防爆型式与接地有关时 该连接装置的结构还应符合GB3836 4标准第6 6条规定 三 熔断器 熔断器按用途可分为两类 用于保护元件的熔断器 例如齐纳安全栅用熔断器和保护设备的熔断器 当用熔断器保护其它元件时 该熔断器应能连续通过1 7倍额定电流 熔断器的时间 电流特性应保证在被保护元件的瞬态值之前熔断 其保护特性曲线示意图5 9 图5 9熔断器保护特性曲线 当熔断器设置在危险场所时 应按GB3836 4标准第6 7条规定进行浇封 用于保护元件的熔断器 只允许打开设备外壳进行更换 且型号 In值等特性指标应在熔断附近标志出来 以防错误更换影响本安防爆性能 熔断器电压额定值不小于Um 一般为250V 在本质安全设备和电路不小于Ui 用于保护设备的熔断器应能分断电路中的最大预期电流 对于250V AC电网 通常最大预期电流为1500A 如果用限流器件把最大预期电流限制到不大于熔断器额定分断能力时 则该限流器应符合本章有关规定 并且额定值应不小于电流额定值为1 5 1 7In 电压额定值为Um或Ui 功率额定值为1 5 1 7 In 2 限流器的电阻 熔断器最大预期电流试验电路如下图5 10所示 图5 10熔断器最大预期电流试验电路 四 单体电池 原电池和蓄电池 和电池组 指用于便携式 固定式电池供电的设备 即适用于可充电电池和不可充电电池 1 概述 某些电池和电池组可能由于短路或反向充电而引起爆炸 例如锂型电池其短路电流一般在10A 20A左右 所以 在本质安全设备或关联设备中使用的电池和电池组应保证不能对本质安全性能产生影响 并且还应在有关文件中注明电池和电池组本身的安全措施 2 电解液漏泄 电池和电池组电解液应不能溢出 或将电池和电池组密封防止电解液溢出损坏与本质安全性能有关的元件 密封式电池和电池组认为电解液不会漏泄 其它电池和电池组及浇封电池和电池组应按GB3836 4第10 9 2条进行试验考核 可能挥发可燃性气体的电池的电池盒应与设备外部通风 以防止可燃性气体积聚到危险浓序 3 单体电池和电池组电压 评定和试验时 对于不可充电式电池为新电池的电压 充电式电池为刚充电后的电压 GB3836 4表5为IEC型式电池电压参数 可参照使用 不符合表5规定时按10 9测定电池电压 4 在关联设备内电池组的限流器件 保护电池组的外壳或关联设备的连接方式应设计成 在安装和更换电池组时 不能影响设备本质安全性能的结构 当用限流器件保护电池组输出安全时 可不要求限流器件作为电池组整体部件 即可单独设置限流器件 5 在危险场所使用并可更换的电池组限流器件 当用限流器保护电池组输出安全时 且在危险场所更换时 电池与限流器件应构成一个可以成套更换的单元 该单元可采用封装或包封方式组合其示意图如图5 11 只露出本安输出端和充电端 图5 11采用封装或包封方式组合其示意图 6 在危险场所使用并不可更换的电池组限流器件 当用限流器保护电池组输出安全时 且不在危险更换时 电池组与限流器可采用GB3836 4第7 4 6条方式或采用符合GB3836 1规定的特殊紧固件保护的外壳保护 且电池还应符合下列规定 1 连接方式应在安装和规换时不降低电气设备本质安全性能 2 便携式电气设备 其结构在承受GB3836 1第24 4 3 2条规定的跌落试验时 电池不能从电气设备中抛出或分离 3 电气设备有警告标志 如 在危险场所不允许打开电池保护外壳 等 见下图5 12所示 图5 12危险场所不允许打开电池保护外壳 7 可充电式电池的外部触点 为防止电池的外部充电触点短路和释放能点燃的能量 这时应用下述方法保护充电触点 1 在充电电路设置反向二极管或串联可靠电阻 对于 ia 等级用三只二极管 ib 等级用二只二极管 示意图5 13如下 图5 13保护充电电路 2 对于II类电气设备 充电电路的外壳防护等级应不低于IP20 并且在危险场所使用时 应设置警靠标志牌以防现场充电危险 8 电池结构 本安要求电池外壳是密封的或采取浇封等措施将电池密封 对于电池的火花点燃能力和表面温度考核按GB3836 4第10 9 3条规定进行 五 半导体 有关半导体的要求 仅在电路的本质安全性能与半导体器件有关时才适用 1 瞬态效应在关联设备内 半导体器件应承受Um R的电流 Um为峰值交流电压 R为可靠串联电阻 而不失效 在本质安全设备内 由设备及其电源产生的瞬态效应可不考虑 2 并联限压器 半导体可作为并联限压器件使用 它应满足瞬态效应要求 并且能承受短路故障状态时在其安装处通过的1 5倍电流而不发生开路现象 对于二极管 连接成二极管的三极管 可控硅和其它等效半导体器件的正向额定电流应不小于1 5倍最大短路电流 对于齐纳二极管 在齐纳状态有1 5齐纳耗散功率及正向导通状态有1 5倍最大短路电流的额定值 通常齐纳二极管的故障形式呈现短路状态 但通过齐纳二极管的电流大于半导体芯片及其引线接头载流量时 则齐纳二极管将损坏而发生开路 这是不允许的 上述器件为双重化时 认为是可靠元件 3 串联限流器对于 ia 等级电路允许使用三只串联阻塞用二极管 对于 ib 等级电路允许使用其它半导体和可控半导体器件作为串联限流器 而于 ia 等级电路一般不允许使用 六 元件和连接的故障 元件和连接的故障除按GB3836 4第5 2 5 3条规定考核外 还应考虑下列问题 元件符合GB3836 4第7 1条额定值时 元件故障为计数故障 元件不符合第7 1条额定值时 元件故障为非计数故障 一个故障可能引起其它故障时 则最初和接着发生的故障为一个单独计数故障 电阻器的开路故障和短路故障应加以考虑 其考核见GB3836 4第8 4条规定 半导体器件应考虑到其短路故障和开路故障以及可能由其它元件故障引起的不利情况 对于半导体器件表面温度 应考虑可能出现最大耗散功率条件下的故障情况 集成电路故障应考虑到在其外部连接之间发生短路和开路的组合情况 虽然可以假设该组合情况 但在施加故障条件后 一般不会由施加第二个故障而改变其组合 在该组合故障情况下 连接到器件上的电容和电感认为是在最不利连接中施加的故障结果 连接线开路故障 由移动引起的连接线脱落以及连接线在移动范围内可能碰到任何电路部件的故障应加考虑 连接线初始开路认为是一个故障 之后的连接故障认为是第二个故障 电气间隙 爬电距离 间距按GB3836 4第6 4条规定考核 电容器应考虑其开路 短路和低于最大规定值的任一数值的故障情况 电感器应考虑其开路故障 短路和低于最大规定值的任一数值的故障情况 导线或印制电路导线 包括它的连接的开路故障认为是一个单独计数 七 压电器件 压电器件一般作为敏感元件使用 由于承受力的方向 作用点和大小的不同 在其输出端往往会产生很大的能量 特别是在受到外力冲击时会释放出更大的能量 对于压电器件可采用限能保护元件来限制其输出能量 如下图5 14所示 图5 14压电器件限能保护元件 第六节可靠元件 可靠组件和可靠连接 当本质安全设备或关联设备中某些元件 组件或连接发生故障后 将使本质安全电路失去本安防爆性能 所以 在设计和制造时采取一些措施保证某些元件 组件或连接在使用过程中不会出现故障 而这类元件 组件或连接被认为是可靠元件 可靠组件和可靠连接 可靠元件 可靠组件和可靠连接器使用或贮存中出现故障状态的概率很低 在分析和试验时不考虑发生故障情况 一 电源变压器 电源变压器应保证向本质安全电路供电的副绕组任何电压超过正常规定的电压升高情况 并且不能引起本质安全电路内有非本质安全的情况 因此 必须采取适当保护措施以避免非本质安全电路绕组与本质安全电路绕组之间发生绝缘击穿现象 1 绕组故障 本质安全绕组与其它绕组之间不能发生绝缘短路击穿故障 如图5 15所示 如果绝缘击穿能使限流电阻R旁路而导至于安全情况 图5 15绕组故障示意图 2 保护措施主要采用熔断器或断路器进行保护 3 变压器结构 1a 型 原绕组及副绕组并列在同一铁芯的一个柱上 二者之间有足够的绝缘 1b 型 原绕组及副绕组分别在同一铁芯的不同柱上 二者之间有足够的绝缘 2a 型 原绕组及副绕组同芯安装 二者之间有足够的绝缘 2b 型 原绕组及副绕组同芯安装 二者之间有足够的绝缘 但原绕组及副绕组之间用铜箔屏蔽或导线屏蔽将两者隔离 电源变压器基本结构形式 见下图5 16所示 图5 16电源变压器基本结构 4 变压器型式试验主要保证变压器的绝缘性能 温升 结构不能对本安电路产生不利影响 5 变压器例行试验制造厂应对每只变压器按GB3836 4第11 2条规定进行介电强度试验 以保证变压器的绝缘性能 二 除电源变压器以外的变压器 除电源变压器以外的变压器 如耦合变压器和逆变变压器 除最大负载试验外 其结构和试验以及可靠性和故障方式均按GB3836 4第8 1条规定 详见标准规定要求 三 阻尼绕组 如果阻尼绕组具有可靠的机械结构 例如 无缝钢管 焊接的连接短路的裸露导线绕组 或其它等效结构 可认为不会发生故障 四 阻流电阻 限流电阻可采用金属膜电阻 线绕电阻 厚膜电阻 碳膜电阻不易采用 限流电阻只考虑开路故障状态 即发生故障时不降低其电阻值 这时认为是一个计数故障 限流电阻在焊接布线时应防止其两端短路 应有足够的间距 限流电阻在正常工作和第5章规定故障条件下应使用到额定值的2 3以下 五 隔离电容器 串联隔直流的电容器 如电容器发生短路故障状态 电路即认为不安全 隔直流电容器为可靠组件 必须至少有二只串联在一起的高度可靠固体介质类型电容器 例如选用陶瓷型或云母型电容 而电解电容和钽电容不易采用 每只电容器的绝缘应符合GB3836 4第6 4 12条介电强度试验要求 电容器外部连接间距应符合GB3836 4第6 4条有关规定 六 分流安全组件 分流安全组件可作为安全分流器和并联限压器使用 安全分流器可装在电感器压电器在件两端作为分流保护性元件 并联限压器可装在电容器等两端作为限压保护性元件 1 一般要求 二极管 齐纳二极管作为分流安全组件中的分流元件时 应至少为两足并联组成 分流元件应选用发生故障状态为短路的类型 分流元件连接设置按GB3836 4第8 7条或布置成两个分流回路中任何一个分流元件发生开路同时 保证断开被保护的电路或元件 一般采用分流元件装在紧靠被保护电路或元件旁边并且两者予以浇封 示意图5 17如下 分流元件额定值应根据使用条件进行选取 图5 17二极管作为分流安全组件 2 安全分流器当安全分流组件保护本质安全设备的元件或部件的电气参数不使本质安全性能换效时 该组件视为安全分流器 该安全分流器可用于限制贮能器 电感器或压电器件 释放危险能量和用于限贮能器 电容器 危险电压 桥式连接的二极管组件可用于双重双化安全分流器 3 并联限压器当安全分流组件保护规定电压施加到本制安全电路时 该组件视为并联限压器 七 导体和连接八 电隔离元件电隔离元件符合本条规定时 其输入和输出端之间认为不会发生短路故障 即提供了可靠隔离 电隔离元件一般为光电耦合器 用熔断器保护的分流齐纳二极管安全栅环节 电隔离继电器 详细要求见标准规定 本质安全电路设计要求 本质安全型 是指电路 系统及设备在正常状态下和规定的故障状态下 产生的任何电火花或任何热效应都不能引起规定的爆炸混合物爆炸的电气设备 这个定义中的正常状态是指电气设备在设计规定条件下的正常工作 试验时在试验装置中产生的短路或断路视为正常状态 故障状态是指在试电路 非保护性元件损坏或产生短路 断路 接地及电源故障等情况 这种设备的防爆原理 就是设法减小电路火花的能量及元件上的温度 其方法就是降低电源电压 减小电路电流 采用适当的电气元件及其参数 使其不能点燃矿井中爆炸混合物 达到防爆的目的 由于这类设备产生的明火花不点燃爆炸性混合物 因此它的优点很多 体积小 重量轻 便于携带 而且安全程度高 要使电路火花不点燃爆炸性混合物 那么这种电路就只能是弱电系统 因此 本质安全型电气系统和设备 主要是用于控制 通讯 信号 测量 和监视方面 一 基本要求 本质安全电路应满足以下基本要求 1 本安电路与非本安电路在同一隔爆外壳内布置时 最基本要求是分开布置 为了保证本安型系统的安全 免受非本安系统的影响 要求分开布置是非常必要的 在产品设计和装配中 必须注意这个问题 然而 由于在隔爆外壳内空间和位置都受到了限制 所以分开布置也只能是相对的 不是绝对的 我们应该在有限的空间内合理布置 力求本安系统与非本安系统分开要符合GB3836 4 2000的要求 为了保证质量 除了外观检查外 还应把本安参数检查耐压试验列入产品出厂试验项目 一般 当本安系统与非本安系统在电路上有连接时 应采取隔离措施 并按标准进行耐压试验 其次 为了易于辨别 安全火花电路用的连接导线用蓝色 接线端子应有 i 标志 2 本质安全设备的温度组别应按6 2和GB3836 1 2000中第5章规定 以避免热表面引起点燃 温度组别不适用于关联设备 3 电气参数要求 系统或设备必须经过防爆检验单位检查和试验 证明它在正常状态和故障状态下的明火花不会点燃爆炸性混合物 注 1 a 可通过适当的爬电距离和电气间隙以及使用符合第8章可靠元件来满足规定要求 例如 变压器和限流电阻 2 b 可通过已知元件的热特性以及在适当的故障条件下可能承受的最大功率来计算或测定元件的最高表面温度来满足规定要求 3 c 可通过评定来满足规定要求 评定时 有关电压 电流和电路参数的数据 例如在点燃边界上的电容和电感等数据 都是必要的 这样就能从火花点燃的观点将电路评定为本质安全的 二 本质安全参数确定 1 电阻电路的临界点燃参数和安全火花参数确定电阻电路的临界点燃参数 是利用火花试验设备进行实际点燃试验做出来的 当然 火花试验设备不同 触点发生的火花也会不同 所以火花试验设备的灵敏度也就不同 那么临界点燃参数也就会有差别 电阻电路的临界点燃参数可用GB3836 1 2000图A1最小引爆电流与电源电压曲线表示 试验甲烷浓度用最易点燃浓度8 0 8 6 电阻电路 指理想电阻电路 下同 的临界点燃参数约为50伏安 电阻电路的安全火花参数 是将电阻电路临界点燃参数除以安全系数而得到的 按GB3836 4 2000规定的安全系数取1 5 即电阻电路故障状态的安全火花系数约为33伏安 由于最小引爆电流与电源电压曲线是用直流电源试验出来的 所以将曲线用于交流电路上就必须按电压峰值和电流峰值考虑 通常电压和电流都以均方根值来说的 所以交流电阻电路安全火花参数约为16 5伏安 2 感性电路的临界点燃参数和安全火花参数确定感性电路是由电感和电阻组成的电路 它比电阻电路复杂 一是多了电感元件 它在电路断开时会产生感应电势 二是电感又有线性和非线性之分 空心电感是线性电感 它的电感量不随电流而变化 是一个固定不变的数值 铁芯电感就是非线性电感 它的电感量随着电流而变化 不是一个固定不变的数值 感性电路的临界点燃参数是利用空心电感在电压E 24伏时做的 如图A5电感电路最小引爆电流与电感的关系曲线所示 铁芯电感 如断电器等 可以利用磁场储能等效法进行换算 感性电路的安全火花系数 也是将临界点燃电流除以安全系数而得到的 安全系数取法与电阻电路相同 3 容性电路的临界点燃参数和安全火花参数确定容性电路是电容和电阻组成的电路 它和感性电路不同 感性电路是在触点断开时发生火花放电 这种断开火花放电就叫作电感火花 容性电路是在触点闭合将电容短路时发生火花放电 这种闭合火花放电就叫作电容火花 容性火花试验电路如图5 18所示 容性火花试验电路RC的配合 应该做到 a 火花试验设备触点断开时 电容C应达到完全充电 b 火花试验设备触点闭合时 电阻R应能限制电源E的电流 尽量使它比较小 以减小电源短路电流对电容火花放电的作用 这样 电源短路电流的作用就可以略去了 容性电路火花放电临界点燃参数就可以用电压和电容的关系来表示了 如GB3836 4 2000图A2所示 容性电路的安全火花参数 是将临界点燃电压除以安全系数而得到的 要注意 容性电路必须对电压打安全系数 安全系数取法也与电阻电路相同 很明显 前面的火花是电容直接火花放电引起的 如果电容经串联电阻火花放电 那么火花就可以大大地变小了 因此 电容串联电阻是减小电容火花放电的有效方法 三 本质安全电路的主要元器件要求 1 本质安全电路对电源变压器要求本质安全电路的电源变压器是非常重要的部件 它对电路安全有着很大的影响 因此电源变压器应符合GB3836 4 2000第8 1条的要求 除了上面要求之外 设计电源变压器还应考虑漏电感的问题 因为漏电感对于变压器的容量有着很大的影响 应该尽量减小漏电感 以提高变压器的容量 在实际生产中 变压器的容量是固定的 而漏电感是变化的 因此 漏电感的变化范围应该有所规定 并应逐个进行测量 2 本质安全电路的保护性元件为了使电路达到安全火花要求 在电路中串联电阻元件 或在电感元件上并联面接触型二极管 并联电容器 并联电阻元件 这种串联元件和并联元件 就叫做保护性元件 由于串联和并联的特点 因此相应地分为两类 串联元件叫做限流元件 如限流电阻 并联元件叫做分流元件 元件是单个的 如果起保护性作用的是一个由许多元件组成的电路 那么就叫做保护性组件 3 本质安全电路限流元件蓄电池和电源变压器由于串联了限流元件 而使短路电流达到了安全火花要求 限流元件短路了 电源短路电流就不是安全火花了 因此 限流元件连接就必须可靠 采取措施防止短路 例如采用胶封法 限流电阻一般采用薄膜型和线饶型 限流电阻的容量 应按外电路的短路电流来选取 如果限流电阻容量过大 不易装配 那么经与检验单位商量取得同意 与保险丝配合使用 减小电阻容量 也是可以的 4 本质安全电路分流元件分流元件有二极管 稳压管 齐纳二极管 电容器 压敏电阻 短路环 阻尼绕组等 分流元件主要用于电感电路 并接在电感元件上 可以大大地减小电路中的电感火花 而使电路达到本质安全要求 分流元件断开了 电路就达不到本质安全要求了 而电路却还是在工作 这是一种危险状态 因此 分流元件总是要采用两个 断开了一个 还有一个并联着 以保证电路的安全火花性能 这就是所谓双重化措施 元件参数的选择应符合GB3836 4 2000要求 对于直流电感电路 常用二极管做保护元件 基本上不影响原电路的工作 实验证明并接二极管后的电感元件的等效电感 可减小到原电感值的十分之一到百分之一 对于交流电感电路 常用双向稳压管或压敏电阻做保护元件 分流元件的连接方法也需要注意 如下图所示 a和b是正确的 c是错误的 当图中A点断开就失去二次保护机会 图5 19中a和b断开一个 还有一个在起作用 图5 19 四 使用本质安全型电气设备应注意的问题 在安装本质安全型电气设备时 应严格按使用说明书要求进行 注意线路布置尽量减小线路的分布电容和电感 本质安全电路与非本质安全电路用的导线要分开布置 电路须采用单独的导线和电缆 采用一根电缆时 电缆芯线之间必须有可靠的接地屏蔽 使用时 经常检查 及时维修 以保证安全火花性能 线路参数 组件 元件 特别是保护性组件 元件 不得随意改变或更换 检修须更换时 必须按原来的规格 型号 图纸及技术条件的要求进行 一定要更换元件 组件和改变参数时 必须将图纸 说明 样品 报送原检验单位检查 五 简单电路设计举例 1 简单电感电路为了更详细说明本程序 假定有一个矿用I类电路 是由一个20V的电池组 电池组内阻忽略 下同 与适当安装的可靠元件100 限流电阻组成的电源 并向一个200 50mH的电感器馈电 如图5 20所示 100 和200 为最小值 50mH为最大值 这时 分别进行两个单独评定 第一 保证电源本身是本质安全的 第二 考虑连接负载的影响 1 电源评定步骤如下 I 取100 最小电阻作为限流电阻 该值就电阻来说相当于最坏的情况 如果该电阻不符合可靠元件要求 见8 4 此时 可假定该电阻是短路的 在这类故障情况下 该电源就认为可能发生直接短路故障 所以不是本质安全的 按GB3836 4 20007 4 3 查表5得出该电池组电压最高值 这里假定为22V II 最大短路电流是22 100 220mA 因为电路是电阻性的 取1 5倍安全系数 即在此电路中短路电流增加到1 5 220 330mA III 由图A1可以查出 对于I类电阻性电路 在电压22V时 其最小点燃电流约为2A 按火花点燃考虑 该电源可评定为本质安全的 2 负载的连接评定步骤如下 I 电池组最高电压假定为22V 因为100 和200 是最小值