本安型防爆设备的结构器件介绍

在本质安全型防爆电气设备中，常运用不同型号的熔断器中止电路的过载保护和短路保护，以及各种半导体器材组成电路的不同功用环节。不管什么情况，这些元器材都应该符合下面的相应恳求。

1.熔断器

一般情况下，熔断器是由熔断体和它的支撑件组成的。

在定义熔断器的额定电流时，一般有两种电流：支撑件的额定电流和熔断体的额定电流。

熔断器的额定电流便是指支撑件的额定电流。

熔断体的额定电流便是指熔断器内装熔断体(熔丝)的额定电流，可以有几个，可是都不答应大于支撑件的额定电流。例如，关于一个额定电流为10A的熔断器来说，它答应的熔断体的额定电流有10A、6A和4A三个层次。一般情况下，关于这种熔断器，在选择熔断体的额定电流时，人们应该根据被保护电路的性质来选择4A或6A，最多也不能逾越10A。

熔断器的额定电压则只需一个，关于熔断体和支撑件，是不合的。

在本质安全型防爆电气设备中，当熔断器用来保护相应电路时，则熔断器应该可以接连地通过1.7L的电流(其间，L是指熔断体的额定电流，在稳定的负载情况下，可以是电路的额定电流);熔断器的时刻-电流特性应该确保在被保护电路出现瞬态值之前将熔断体熔断;并且，熔断器(熔断体)的极限分断才干应该可以快速地分断电路中或许出现的最大预期短路电流(在电压为250V的电路中，这个电流选用1500A)。

一般认为，熔断器的时刻.电流特性首要用于被保护电路的过载保护;熔断器的极限分断才干首要用于被保护电路的短路保护。

在本质安全型防爆电气设备和电路中，熔断器的额定电压，不应该小于或许施加在相关设备的非本质安全接线端子上的最高电压或施加在本质安全电路接线端子上的最大输入电压(Ui)。

 

图1熔断器的时刻一电流特性曲线

1-时刻-电流特性;2-被保护元件的瞬态值

熔断器的极限分断才干不应该小于所装置电路的最大预期短路电流。不同的熔断体具有不一样的极限分断才干。假若极限分断才干小于最大预期短路电流，当电路出现短路缺点时，熔断体就会霎时熔融汽化，发生爆炸，形成非常严重的成果。所以，有时分，人们为了确保熔断器的极限分断才干大于电路的最大预期短路电流，常常在电路中运用限流元件来约束最大预期短路电流，例如，人们可以运用可靠限流电阻器作为这种限流元件。此刻，它的额定值不得小于：

·电流：1.5×1.7in。

·电压：Um或U。

·功率：1.5×(1.7In)2R。

R—可靠限流电阻器的电阻值(Q)。

下面举例说明运用可靠限流电阻器作为限流元件时电阻值的核算。

【例】假定运用熔断器来保护某一电路，熔断器熔断体的额定电流为0.1A，极限分断才干为750A，最高电压为250V。

根据欧姆定律核算可知，可靠限流电阻器的电阻值为

R≥250V/750A≈0.33Q

于是，可靠限流电阻器的耗散功率值为

P≥1.5×(1.7×0.1)2×0.33W≈0.02W

这样，就可以根据电阻器的产品样本选用符合这一恳求的适合的电阻器。

事实上，在熔断器保护的电路中接入可靠限流电阻器并不会对电路的正常工作产生不利的影响。

这儿应该指出的是，当熔断器用于“ia”级、“ib”级设备和电路中作为保护器材，且在爆炸性气体环境中运用时，它应该被浇封起来。

2.半导体器材

(1)半导体器材

这儿所说的半导体器材，首要是指半导体二极管(包括齐纳二极管)、联接成二极管运用的半导晶体管、晶闸管以及其他等效的半导体器材。

这些半导体器材，在本质安全型防爆电气设备及其相关设备中，可以被联接成并联限压器和(或)串联限流器。在相关设备中运用时，这些器材还应该可以承受电路中沟通峰值电压或最大直电压除以串联的可靠限流电阻器的电阻值所得的电流。

当半导体器材用作并联限压器时，它们应该可以承受缺点状态下在其装置处或许出现的最大缺点电流乘以相应安全系数的电流值。

①二极管、晶体管、晶闸管等器材的正向额定电流，关于“ia”级和“ib”级设备，不得小于或许的最大缺点电流的1.5倍值;关于“ic”级设备，不得小于或许的最大缺点电流值。

②齐纳二极管的结额定耗散功率不得小于齐纳耗散功率的1.5倍值。它的正向额定电流，关于“ia”级和“ib”级设备，不得小于或许的最大缺点电流的1.5倍值;关于“ic”级设备，不得小于或许的最大缺点电流值。

当设备的输入电路和输出电路都是本质安全型电路时，关于“ia”级设备，运用两只这样的半导体器材作为并联限压器被认为是可靠组件。

关于“ia”级相关设备，运用三只晶闸管作为并联限压器被认为是可靠组件。

不管是什么情况，作为并联限压器运用时，这样的半导体器材都应该承受电路中或许出现的瞬态效应。

当半导体器材用作串联限流器时，在“ia”级设备中人们应该选用三只半导体二极管组成堵塞保护环节，不应该运用其他的半导体器材，由于“ia”级设备是答应运用在0区的，并且电路又或许随时出现瞬态效应，哪怕是暂时的。

可是，在“ib”级和“ic”级设备中，人们可以运用一切的半导体器材组成串联限流器。

(2)瞬态效应

在本质安全型防爆电气设备和电路的相关设备中，半导体器材应该可以承受电路中或许出现瞬态效应。这种瞬态效应常常是由于电源电压(沟通的或直流的)的遽然变化和开关器材(例如，晶闸管半导体器材)的“开”与“关”惹起的。

在电路中的这种瞬态效应有或许要挟着电路的本质安全性能。

例如，用一只晶闸管半导体器材与负载并联来保护这个负载。当电源有一个瞬态电压行将施加在负载上时，晶闸管应该阻拦这个电压。可是，由于晶闸管和相关检测电路的响应时刻相对较大，于是，在检测到触发信号并使晶闸管导通之前，瞬态电压就曾经施加在这个负载上了。当然，还有一些其他的比如，例如，在限流开关动作之前就或许有一个大的电流窜入负载，等等。

因而，国度标准GB3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备规矩，这种瞬态效应所带着的能量不应该逾越：

关于Ⅰ类设备，260μJ;

关于ⅡA级设备，160μJ;

关于ⅡB级设备，80μJ;

关于ⅡC级设备，20μJ。

当瞬态效应所带着的能量不逾越上述值时，瞬态电压和(或)瞬态电流可以逾越相应的安全数值(参见国度标准GB3836.4《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备的数据表)。

这种瞬态能量可以通过试验用高速存储示波器来求得，而不适合用火花点着试验中止试验考证，由于这个瞬态能量出现的时刻太短，且数值很小。

这儿以ⅡB级的防爆电器设备为例来说明这种瞬态能量的检测方法。

【例】试验用一个数值为18V的供电电压通过一个限流开关向一个齐纳负载(齐纳电压为14.5V)供电。试验电路如图2所示。检测并核算此刻电路或许出现的瞬态能量。

从国度标准GB3836.4《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备的数据表中得知，关于ⅡB级设备，当电压为18V时，答应的最大电流是1.66A。试验时，试验人员调整电路的电流等于1.66A。此刻，电路处于正常的工作状态。

当电路发生缺点时，例如，由于某种缘由使通过电路的电流遽然地添加，在限流开关断开之前就会有一个较大的电流叠加在1.66A上。试验用高速存储示波器记载这个电流的变化(起伏和时刻)情况，如图3所示。

 

图2瞬态能量测验电路表示图

1-梭试电路;2-限流开关;3-稳压二极管;4-高速存储示波器

 

图3瞬态电流的波形图

I0一电流的安全规模　t1—t2—瞬态电流效果的时刻段

从图3中可以看出，图中暗影部分便是瞬态电流幅值随时刻变化的波形，它叠加在1.66A之上。在核算出这个面积之后，将它与供电电压相乘即可得到瞬态效应所带着的瞬态能量。

试验成果通知咱们，被试电路的瞬态能量q=81，大于标准恳求的最大值(80)，因而，被试电路不合格。

这儿需求特别留意的是，在这种试验电路中，要最大限度地减小试验设备对测验成果形成的影响(示波器是这个试验的关键设备，分辨率要高)，由于所测验的能量太小。

在本质安全型防爆电气设备内部，这种瞬态效应的影响比拟小，因而，可以疏忽。

3.压电器材

在本质安全型防爆电气设备及其相关设备中，有时分，人们根据需求常常运用一种被称作压电器材的元件。

所谓压电器材，是一种用压电材料制成的器材。压电材料，例如，压电陶瓷、压电晶体材料、高分子压电材料等，可以在外力效果下由机械变形产生电场，也可以在电场效果下由电场力产活力械变形。这种固有的机电耦合效应使得压电材料在工程中取得遍及的使用。

例如，运用压电材料制成的压电滤波器、压电晶体振荡器、压电换能器、压力(加速度)传感器等，便是这儿所说的压电器材。

本质安全电路中，压电器材的安全性能首要是用冲击试验的方法来测定。在这种试验中，试验人员应该检测压电器材的电容量(c)和端电压(u)。

在分别中止的两次冲击试验中测得的电容量和端电压值中较大者，作为它的电容量和端电压。

在实践测得的端电压条件下，压电器材中晶体电容器存储的最大能量(1/2CU2)不应该大于下列值：

·关于Ⅰ类设备，1500μJ;

·关于ⅡA级设备，950μJ;

·关于ⅡB级设备，250μJ;

·关于Ⅱc级设备，50μJ。

在压电器材实践使用时，可以运用限能保护元件来约束它的输出能量。例如，在压件两端串联可靠限流电阻器或(和)并联限压元件就可以约束它的能量。