本安型防爆设备各元器件介绍

在本质安全型防爆电气设备中，常运用不同类型的熔断器间断电路的过载维护和短路维护，以及各种半导体器件组成电路的不同功用环节。不论什么情况，这些元器件都应该符合下面的相应要求。

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。

在界说熔断器的额外电流时，一般有两种电流：支撑件的额外电流和熔断体的额外电流。

熔断器的额外电流就是指支撑件的额外电流。

熔断体的额外电流就是指熔断器内装熔断体(熔丝)的额外电流，能够有几个，但是都不容许大于支撑件的额外电流。例如，关于一个额外电流为10A的熔断器来说，它容许的熔断体的额外电流有10A、6A和4A三个层次。一般情况下，关于这种熔断器，在挑选熔断体的额外电流时，人们应该依据被维护电路的性质来挑选4A或6A，最多也不能跨越10A。

熔断器的额外电压则只需一个，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，当熔断器用来维护相应电路时，则熔断器应该能够接连地经过1.7L的电流(其间，L是指熔断体的额外电流，在稳定的负载情况下，能够是电路的额外电流);熔断器的时间-电流特性应该保证在被维护电路呈现瞬态值之前将熔断体熔断;而且，熔断器(熔断体)的极限分断才华应该能够快速地分断电路中或许呈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)。

一般以为，熔断器的时间.电流特性首要用于被维护电路的过载维护;熔断器的极限分断才华首要用于被维护电路的短路维护。

在本质安全型防爆电气设备和电路中，熔断器的额外电压，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熔断器的时间一电流特性曲线

1-时间-电流特性;2-被维护元件的瞬态值

熔断器的极限分断才华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华。假若极限分断才华小于最大预期短路电流，当电路呈现短路缺陷时，熔断体就会瞬间熔融汽化，发生爆炸，形成十分严峻的成果。所以，有时分，人们为了保证熔断器的极限分断才华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束缚最大预期短路电流，例如，人们能够运用牢靠限流电阻器作为这种限流元件。此时，它的额外值不得小于：

·电流：1.5×1.7in。

·电压：Um或U。

·功率：1.5×(1.7In)2R。

R—牢靠限流电阻器的电阻值(Q)。

下面举例说明运用牢靠限流电阻器作为限流元件时电阻值的核算。

【例】假定运用熔断器来维护某一电路，熔断器熔断体的额外电流为0.1A，极限分断才华为750A，最高电压为250V。

依据欧姆定律核算可知，牢靠限流电阻器的电阻值为

R≥250V/750A≈0.33Q

所以，牢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，就能够依据电阻器的产品样本选用符合这一央求的合适的电阻器。

事实上，在熔断器维护的电路中接入牢靠限流电阻器并不会对电路的正常作业发生晦气的影响。

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维护器件，且在爆炸性气体环境中运用时，它应该被浇封起来。

2.半导体器件

(1)半导体器件

这儿所说的半导体器件，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件。

这些半导体器件，在本质安全型防爆电气设备及其相关设备中，能够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，这些器件还应该能够接受电路中交流峰值电压或最大直电压除以串联的牢靠限流电阻器的电阻值所得的电流。

当半导体器件用作并联限压器时，它们应该能够接受缺陷状态下在其装置处或许呈现的最大缺陷电流乘以相应安全系数的电流值。

①二极管、晶体管、晶闸管等器件的正向额外电流，关于“ia”级和“ib”级设备，不得小于或许的最大缺陷电流的1.5倍值;关于“ic”级设备，不得小于或许的最大缺陷电流值。

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

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件作为并联限压器被以为是牢靠组件。

关于“ia”级相关设备，运用三只晶闸管作为并联限压器被以为是牢靠组件。

不论是什么情况，作为并联限压器运用时，这样的半导体器件都应该接受电路中或许呈现的瞬态效应。

当半导体器件用作串联限流器时，在“ia”级设备中人们应该选用三只半导体二极管组成阻塞维护环节，不应该运用其他的半导体器件，因为“ia”级设备是容许运用在0区的，而且电路又或许随时呈现瞬态效应，哪怕是暂时的。

但是，在“ib”级和“ic”级设备中，人们能够运用一切的半导体器件组成串联限流器。

(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，半导体器件应该能够接受电路中或许呈现瞬态效应。这种瞬态效应常常是因为电源电压(交流的或直流的)的遽然改变和开关器件(例如，晶闸管半导体器件)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件与负载并联来维护这个负载。当电源有一个瞬态电压即将施加在负载上时，晶闸管应该阻挠这个电压。但是，因为晶闸管和相关检测电路的响应时间相对较大，所以，在检测到触发信号并使晶闸管导通之前，瞬态电压就从前施加在这个负载上了。当然，还有一些其他的比方，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。

因此，国度规范GB3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”维护的设备规则，这种瞬态效应所带着的能量不应该跨越：

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跨越上述值时，瞬态电压和(或)瞬态电流能够跨越相应的安全数值(拜见国度规范GB3836.4《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”维护的设备的数据表)。

这种瞬态能量能够经过实验用高速存储示波器来求得，而不合适用火花点着实验间断实验考证，因为这个瞬态能量呈现的时间太短，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办法。

【例】实验用一个数值为18V的供电电压经过一个限流开关向一个齐纳负载(齐纳电压为14.5V)供电。实验电路如图2所示。检测并核算此时电路或许呈现的瞬态能量。

从国度规范GB3836.4《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”维护的设备的数据表中得知，关于ⅡB级设备，当电压为18V时，容许的最大电流是1.66A。实验时，实验人员调整电路的电流等于1.66A。此时，电路处于正常的作业状态。

当电路发生缺陷时，例如，因为某种缘由使经过电路的电流遽然地增加，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。实验用高速存储示波器记载这个电流的改变(崎岖和时间)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—瞬态电流作用的时间段

从图3中能够看出，图中暗影部分就是瞬态电流幅值随时间改变的波形，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。

实验成果告诉我们，被试电路的瞬态能量q=81，大于规范央求的最大值(80)，因此，被试电路不合格。

这儿需求特别留心的是，在这种实验电路中，要最大极限地减小实验设备对测验成果形成的影响(示波器是这个实验的关键设备，分辨率要高)，因为所测验的能量太小。

在本质安全型防爆电气设备内部，这种瞬态效应的影响比较小，因此，能够忽略。

3.压电器件

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

所谓压电器件，是一种用压电资料制成的器件。压电资料，例如，压电陶瓷、压电晶体资料、高分子压电资料等，能够在外力作用下由机械变形发生电场，也能够在电场作用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资料在工程中取得遍及的使用。

例如，运用压电资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，就是这儿所说的压电器件。

本质安全电路中，压电器件的安全性能首要是用冲击实验的办法来测定。在这种实验中，实验人员应该检测压电器件的电容量(c)和端电压(u)。

在分别间断的两次冲击实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，压电器件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。

在压电器件实践使用时，能够运用限能维护元件来束缚它的输出能量。例如，在压件两头串联牢靠限流电阻器或(和)并联限压元件就能够束缚它的能量。