本安电路基础知识

本安电路基础知识本质安全定义为电路在标准规定条件（包括正常工作和规定的故障条件）下 产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体混合物。电火花的 点燃特性取决于电路中的电气能量，当电路被接通或断开时总是以火花形式来释 放一定的能量，该能量来源于供电电源以及电路中的储能元件。从防爆基本原理可知，爆炸性气体混合物发生点燃爆炸需要有三个要素，即: 可燃性物质、助燃物质和点燃源存在。点燃源可以是电火花或危险温度。电火花 指电容性电路的短路放电、电感性电路的开路放电，电阻性电路周期性的接通和 断开放电以及炽热导线的熔断。危险温度指导线束发热。灼热发光的灯丝发热以 及元器件的表面高温。本质安全通常指某个系统，而不是指某一个设备。人们常说一个变送器或传 感器是本质安全时，这是一种简化说法，实际上本质安全指变送器或传感器经电 缆与关联设备组成的本质安全系统。本质安全系统框图如下图5-1：关联设备一般设备本安设备（ia）或（ib）ia 或 iba图5-1本质安全系统框图本质安全系统检验取证分为系统检验认可和参数检验认可：系统检验认可是本质安全设备与规定的关联设备相互连接，构成本质安全系 统的认可方式。系统检验方式，其相互配合关系明确，用户选配设备简单，但配 合灵活较差。参数检验认可是分别对本质安全设备和关联设备规定其安全参数的一种认可方式。对于本质安全设备应规定U.、I.、C.、L.参数，对于关联设备应规定U、liiimU、I、C、Lo 参数。o o o一、最小点燃能量点燃大量试验表明，点燃不同的爆炸性气体混合物需要的点燃能量不同，例 如点燃甲烷与空气的混合物需要280J,而点燃氢气与空气的混合物需要20p J， 在防爆工程上，把可燃性气体按照其点燃能量的大小分类：I类电气设备（代表性气体甲烷）：280J；IIA类电气设备（代表性气体丙烷）：180J； IIB类电气设备（代表性气体乙烯）：60J；IIC类电气设备（代表性气体氢气）：20J。二、电阻电路现研究一定电阻性电路。如图5-2所示当触头H闭合时将产生电火花，当电流I为定值时火花释放的功率与触头H 两端的电阻有关，即pab=i2rab图5-2电阻性电路而释放的能量与火花的功率和持续时间有关。设火花持续时间为t，则火花 能量为Wab=Rab t = I2Rab从式中可以看出，放电火花能量的大小与电路中的电压、电流及短路的持续 时间有关。显然，在电路其它参数固定情况下，电压，电流决定着火花能量大小。 因而，对于电阻性电路来说是通过限制电压和电流的数值来控制火花能量的。电源电压和最小点燃电流关系可参见标准中图A1参考曲线及表格数据。三、电感电路现在我们研究一下电感电路火花放电时的情况。如图5-3所示，当开关闭合 时电路中电流开始流动，这时电源电压E经电阻R上的压降为IR,电感器L将 感应出反电动势e=LdI/dt，则电路的公式为：图5-3电感性电路由LdI/dt项对电流上升至全值所需的时间积分可得到建立电磁场的能量，即 Wl=1/2 LI2。I J电感电路在闭合时一般不产生电火花，或者只产生一个能量很小的电火花。 如图5-4所示，当开关断开时电流开始下降，磁场减弱，并在电路感应出一 个电压uH,此时，电压方向试图保持电流在电路中流动，其电路公式为 E+LdI/dt=IR+UH。图5-4电感性电路断开如果触头H很快地断开，电流将迅速下降，由于dI/dt值很大，于是感应电 压LdI/dt升至最大值。在触头H断开前，电源电压E与电阻R上的压降是平衡 的，所以，感应电压LdI/dt将出现在断开的触头H间，近使电流以电弧形式继 续下去。感应电压LdI/dt值取决于电感L和电路中电流的下降率，而电流下降 率又取决于电路中触头H被断开的方式。当电路中电感值很大时，感应电压LdI/dt 可不受电源电压之配，有时能够大于电源电压许多倍，因而对于电感电路来说， 是通过限制电路中电流和电感量的大小来控制电火花能量的。最小点燃电流与电感量关系可参见GB3836.4标准图A4、图A5和图A6参 考曲线。四、电容电路现研究一下电容电路，如图5-5所示。电容和电感一样也是不消耗能量的 元件，它将电源E供给的能量转化为电场能量储存起来。电容储存能量公式为 Wc=1/2 CU2。图5-5电容性电路从该式可以看出，在电容电路中，能量大小与电容量C和电压U有关。电 容量和电压决定着放电火花能量的大小，一个参数增加，必然导至参数减少。因 而，对电容性电路来说，是通过限制电压和电容量的数值来控制电火花能量的。五、本质安全的安全性本质安全技术在防爆技术中为最安全的一项技术，因为该防爆技术把使用中 可能发生的故障尽可能考虑在内。但是本质安全也有其局限性，例如其安全性勿 受周围电气线路的影响、功率小等。六、三个基本准则1. 本质安全电路与其它电路适当隔离；2. 本质安全设备的温度符合规定，避免热表面点燃；3. 电路案规定等级、级别试验和评定，不得发生点燃。