1、本質平安電路設計要求本質平安型：是指電路、系統及設備在正常狀態下和規定的故障狀態下,產生的任何電火花或任何熱效應都不能引起規定的爆炸混合物爆炸的電氣設備.這個定義中的正常狀態是指電氣設備在設計規定條件下的正常工作試驗時在試驗裝置中產生的短路或斷路視為正常狀態；故障狀態是指在試電路,非保護性元件損壞或產生短路、斷路、接地及電源故障等情況.這種設備的防爆原理,就是設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,采用適當的電氣元件及其參數,使其不能點燃礦井中爆炸混合物,到達防爆的目的.由于這類設備產生的明火花不點燃爆炸性混合物,因此它的優點很多,體積小、重量輕,便于攜帶,而

2、且平安程度高.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.因此,本質平安型電氣系統和設備,主要是用于限制、通訊、信號、測量、和監視方面.一、根本要求本質平安電路應滿足以下根本要求：1 1 . .本安電路與非本安電路在同一隔爆外殼內布置時,最根本要求是分開布置.為了保證本安型系統的平安,免受非本安系統的影響,要求分開布置是非常必要的.在產品設計和裝配中,必須注意這個問題.然而,由于在隔爆外殼內空問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.我們應該在有限的空間內合理布置,力求本安系統與非本安系統分開要符合的要求.為了保證質量,除了外觀檢查外,還應把本安參數檢查耐

3、壓試驗列入產品出廠試驗項目.一般,當本安系統與非本安系統在電路上有連接時,應采取隔離舉措,并按標準進行耐壓試驗.其次,為了易于區分,平安火花電路用的連接導線用藍色,接線端子應有“i i標志.2 2 .本質平安設備的溫度組別應按和中第 5 5 章規定,以預防熱外表引起點燃.溫度組別不適用于關聯設備.3 3 . .電氣參數要求,系統或設備必須經過防爆檢驗單位檢查和試驗,證實它在正常狀態和故障狀態下的明火花不會點燃爆炸性混合物.注：1 1、a a可通過適當的爬電距離和電氣間隙以及使用符合第 8 8 章可靠元件來滿足規定要求,例如,變壓器和限流電阻.2 2、b b可通過元件的熱特性以及在適當的故障條件

4、下可能承受的最大功率來計算或測定元件的最高外表溫度來滿足規定要求.3 3、c c可通過評定來滿足規定要求.評定時,有關電壓、電流和電路參數的數據,例如在點燃邊界上的電容和電感等數據,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平安的.二、本質平安參數確定1 1 . .電阻電路的臨界點燃參數和平安火花參數確定電阻電路的臨界點燃參數,是利用火花試驗設備進行實際點燃試驗做出來的.當然,火花試驗設備不同,觸點發生的火花也會不同,所以火花試驗設備的靈敏度也就不同,那么臨界點燃參數也就會有差異.電阻電路的臨界點燃參數可用圖 A1A1 最小引爆電流與電源電壓曲線表示,試驗甲烷濃度用最易點燃濃度8.6

5、%8.6%.電阻電路指理想電阻電路,下同的臨界點燃參數約為 5050 伏安.電阻電路的平安火花參數,是將電阻電路臨界點燃參數除以平安系數而得到的.按規定的平安系數取,即電阻電路故障狀態的平安火花系數約為 3333 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.所以交流電阻電路平安火花參數約為伏安.2 2 . .感性電路的臨界點燃參數和平安火花參數確定感性電路是由電感和電阻組成的電路.它比電阻電路復雜.一是多了電感元件,它在電路斷開時會產生感應電勢.二是電感又有線性和非線性之分.空心電感是線性

6、電感,它的電感量不隨電流而變化,是一個固定不變的數值.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值.感性電路的臨界點燃參數是利用空心電感在電壓 E=24E=24 伏時做的,如圖 A5A5 電感電路最小引爆電流與電感的關系曲線所示,鐵芯電感如斷電器等可以利用磁場儲能等效法進行換算.感性電路的平安火花系數,也是將臨界點燃電流除以平安系數而得到的.安全系數取法與電阻電路相同.3 3 . .容性電路的臨界點燃參數和平安火花參數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.容性電路是在觸點閉合將電容短

7、路時發生火花放電,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5-15-18 8所示.容性火花試驗電路 RCRC 的配合,應該做到：a a、火花試驗設備觸點斷開時,電容 C C應到達完全充電；b b、火花試驗設備觸點閉合時,電阻 R R 應能限制電源 E E 的電流,盡量使它比擬小,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就可以用電壓和電容的關系來表示了,如圖 A2A2 所示.圖5-18容性火花試驗電路容性電路的平安火花參數,是將臨界點燃電壓除以平安系數而得到的.要注意,容性電路必須對電壓打平安系數.平安系數取法也與電阻

8、電路相同.很明顯,前面的火花是電容直接火花放電引起的,如果電容經串聯電阻火花放電,那么火花就可以大大地變小了,因此,電容串聯電阻是減小電容火花放電的有效方法.三、本質平安電路的主要元器件要求1 1 . .本質平安電路對電源變壓器要求本質平安電路的電源變壓器是非常重要的部件,它對電路平安有著很大的影響,因此電源變壓器應符合第條的要求除了上面要求之外,設計電源變壓器還應考慮漏電感的問題,由于漏電感對于變壓器的容量有著很大的影響,應該盡量減小漏電感,以提升變壓器的容量,在實際生產中,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該有所規定,并應逐個進行測量.2 2 . .本質平安電

9、路的保護性元件為了使電路到達平安火花要求,在電路中用聯電阻元件,或在電感元件上并聯面接觸型二極管,并聯電容器,并聯電阻元件,這種串聯元件和并聯元件,就叫做保護性元件.由于串聯和并聯的特點,因此相應地分為兩類,串聯元件叫做限流元件,如限流電阻.并聯元件叫做分流元件.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 3 . .本質平安電路限流元件蓄電池和電源變壓器由于串聯了限流元件,而使短路電流到達了平安火花要求,限流元件短路了,電源短路電流就不是平安火花了,因此,限流元件連接就必須可靠,采取舉措預防短路,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

10、的容量,應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 4 . .本質平安電路分流元件分流元件有二極管、穩壓管齊納二極管、電容器、壓敏電阻、短路環、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,而使電路到達本質平安要求.分流元件斷開了,電路就達不到本質平安要求了,而電路卻還是在工作,這是一種危險狀態,因此,分流元件總是要采用兩個,斷開了一個,還有一個并聯著,以保證電路的平安火花性能,這就是所謂雙重化舉措.元件參數的選擇應符合要求.對于直流電感電路,常用二極管做保護

11、元件,根本上不影響原電路的工作,實驗證實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,如以下列圖所示,a a 和 b b 是正確的,c c 是錯誤的,當圖中 A A 點斷開就失去二次保護時機,圖 5-195-19 中 a a 和 b b 斷開一個,還有一個在起作用圖 5-195-19四、使用本質平安型電氣設備應注意的問題在安裝本質平安型電氣設備時,應嚴格按使用說明書要求進行,注意線路布置盡量減小線路的分布電容和電感.本質平安電路與非本質平安電路用的導線要分開布置,電路須采用單獨的導線和電

12、纜,采用一根電纜時,電纜芯線之間必須有可靠的接地屏蔽,使用時,經常檢查,及時維修,以保證平安火花性能.線路參數、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,必須按原來的規格、型號、圖紙及技術條件的要求進行,一定要更換元件、組件和改變參數時,必須將圖紙、說明、樣品,報送原檢驗單位檢查.五、簡單電路設計舉例1 1 . .簡單電感電路為了更詳細說明本程序,假定有一個礦用 I I 類電路,是由一個 20V20V 的電池組電池組內阻忽略,下同與適當安裝的可靠元件 100100.限流電阻組成的電源, ,并向一個 200Q200Q、50mH50mH 的電感器饋電,如圖 5-205-

13、20 所示.100Q100Q 和 200Q200Q 為最小值,50mH50mH 為最大值.這時,分別進行兩個單獨評定：第一,保證電源本身是本質平安的,第二,考慮連接負載的影響.(1)(1)電源評定步驟如下：(I)(I)取 100Q100Q 最小電阻作為限流電阻,該值就電阻來說相當于最壞的情況.如果該電阻不符合可靠元件要求見,此時,可假定該電阻是短路的,在這類故障情況下,該電源就認為可能發生直接短路故障,所以不是本質平安的.按,查表5 5得出該電池組電壓最高值,這里假定為 22V22V.(II)(II)最大短路電流是 22/100=220mA22/100=220mA.由于電路是電阻性的,取倍平安

14、系數,即在此電路中短路電流增加到 X X220=330mA220=330mAo o(III)(III)由圖A A1 1可以查出,對于I I類電阻性電路,在電壓2222V V時,其最小點燃電流約為2A,2A,按火花點燃考慮,該電源可評定為本質平安的.(2(2負載的連接評定步驟如下：(I)(I)電池組最高電壓假定為 22V22V.由于 100100Q Q 和 200200Q Q 是最小值,那么負載中的最大可能電流是 22/22/100+200100+200.(II)(II)在應用第 5 5 章和要求時,對于平安系數取,那么電路中的電流增加到 X X73.3=110mA73.3=110mAo o(I

15、II)(III)對于 I I 類,由圖 A5A5 查出,50mH50mH 電感器在電源電壓為 22V22V 時,其最小點燃電流約為 150mA150mA.那么該電路按火花點燃考慮可評定為本質平安的,并且適用于 I 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對電路進行試驗,以確定電路是否為本質平安的.2 2 . .簡單電容電路現在考慮圖 5-215-21 所示電路,該電路預期在 I I 類中應用.該電路,由 30V30V 電池組通過適當安裝的可靠 10kQ10kQ 電阻器與 10uF10uF 電容器連接組成.在該例如中

16、,30V30V 和 10uF10uF 值取為最大值,10kQ10kQ 取為最小值.這時,分別進行兩個單獨的評定:第一,保證電源本身是本質平安的,第二,考慮電容器情況的影響.10K最小30V最10uF最大大(1)(1)電源該程序根本和上一例因021引中硬鈾蝌.該電源電路可很容易評定為本質平安的,按火花點燃考慮,具平安系數超過 100100.(2)(2)電容器評定步驟如下：(I)(I)電池組最高電壓是 30V30V 并且電容最大值為 10uF10uF.由于是電容電路,考慮將電壓取倍平安系數.(II)(II)在應用第 5 5 章和要求時,對于平安系數取,那么電壓增加到 X X30=45V30=45V

17、O O(III)(III)對于 I I 類,有圖 A2A2 查出,在 45V45V 時,能引起點燃的電容最小值僅為 3uF,3uF,并且在 30V30V 時,僅有 8uF,8uF,因此該電路不能評定為本質平安的.注：1 1 . .為修改電路使其通過本質平安評定,可采用以下幾種方案：降低電路電壓或電容值,亦可在 10uF10uF 電容器上串聯一只可靠電阻.由圖 A2A2 查出,對于 10uF10uF 的最低點燃電壓是 26V,26V,如果保持 10uF10uF 電容值不變,那么應使電池組電壓降低到.另一方法,可將電容值減小到 3uF3uF,或根據.這條曲線得到最低點燃電壓是 48V,48V,當參加最小值為 Q Q 的可靠電阻器與電容器串聯時,將組成一個新電路,該電路按I I 類火花點燃考慮可評定為本質平安的.2 2. .在上述評定中所考慮的電源本身有較大的平安系數,那么可應用參考曲線.但是,如果電源僅有較小的平安系數,那么,在它與電容器互連時可能產生一種情況,即使通過圖 A A2 2 和圖 A A3 3 評定它是本質平安的,但電路實際上不是本質安全的.通常,對這種電路不能按上述方法可靠評定,因而,應用火花試驗裝置進行試驗.圖A1AA1A6 6提供參考曲線或表A A1 1和表A A2 2只適用于簡單電路,在某些情況下應用這些參考曲線來設計實際電路