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本质安全简单电路简介

定义:简单电路是电气参数严格定义且符合使用电路本质安全性能的电气元件或结构简单的元件组合,在本安型防爆认证时会用上。

简单电路的分类及作用

  • 简单电阻电路:通常用于限制电压和电流来控制火花能量。
  • 简单电感电路:通常用于降低电流来控制火花能量。
  • 简单电容电路:通常用于降低电压来控制火花能量。

为了让大家更好的理解简单电路及它的本质安全性能评定,下面举例说明。

简单电阻电路

如下图所示,假定有一个IIC电路,直流电压选定18V电压,怎么计算来得到合适的可靠限流电阻呢?

简单电阻电路

根据欧姆定律R=U/I,要分别获取电压和电流大小。

1.已给出18V直流电压,但为防止电源波动导致本安性能失效,应考虑10%的电源波动,即电压U=18V*1.1=19.8V。

2.电流的获得,查看GB/T 3836.4附录表A.1,19.8V对应的IIC曲线最小点燃电流为480mA。

电压和设备类别相对应的允许短路电流
附录表A.1

3.电流根据表中得出,但这是火花引燃的边界电流值,还需根据GB/T 3836.4中10.1.4.2中的规定,考虑1.5倍故障电流。这样即使出现了短路,也不会引起本安性能失效。即电流I=480mA/1.5=320mA。

4.限流电阻R=U/I=19.8V/320mA=62Ω,考虑电阻允许误差±5%,限流电阻最小阻值至少为65.1Ω。

注:当该电源为电池组,直接用于危险场所时,电池与限流电阻必须整体封装为一体,防止电池直接短路。

简单电容电路

1.如下图所示,I类矿用场所,电路由40V组成与可靠元件15K欧姆、10uF电容器连接而成(假定40V和10uF值为最大值,15KΩ电阻值为最小值)。

2.我们需分别进行两个单独评定:

  • 保证电源本身是本质安全的;
  • 考虑电容器存在的影响。
简单电容电路图

a)电源电路评定:

  • 电池最高电压Uo=40V,电池最大短路电流Io=Uo/R=40V/15KΩ=2.7mA;
  • 取安全系数K=1.5,Ik=1.5*2.7mA=4.05mA;
  • 查看GB/T 3836.4附录表A.1的I类曲线,40V对应的最小点燃电流为Imin=490mA;

评定:IK(4.05mA)小于Imin(490mA),所以该电源是本质安全的。

b)电容器评定:

  • 取电容安全系数K=1.5,Uk=1.5*40V=60V;
  • 查看GB/T 3836.4附录表A.2的I类电容电路,10uF对应最小电压点燃电压为Vmin=26V。

评定:UK(60V)大于Umin(26V),所以该电容不是本质安全的。

因电容器不满足本质安全,所以需进行修改,方案如下:

方案1:电容值不变,降低电压

根据查询的GB/T 3836.4附录表A.2(I),电容C=10uF对应的最小点燃电压Vmin=26V,所以电压应降低为UK=Vmin(26V)/1.5=17.3V。

方案2:电压不变,降低电容值

因为U=30V,取安全系数得K=1.5,UK=1.5*40=60V,查询GB/T 3836.4附录表A.2(I),60V最小点燃电压对应的最小电容值为1.8uF。

方案3:电容值、电压不变,电容串联可靠电阻(取R=15Ω)

U=40V,取安全系数K=1.5,Uk=1.5*40V=60V,查询GB/T 3836.4附录表A.2(I),对应10uF6+15Ω曲线最小点燃电压Umin=65V。

评定:因为UK(60V)小于Umin(65V),所以该电路是本质安全的。

注:由于电容电路15KΩ电阻是可靠的,且电容器的故障将考虑的电路,因此不施加最坏情况的故障。

简单电感电路

  • 如下图所示,假定一个用于IIC的简单电感电路,电池22V供电,连接350Ω可靠电阻组成,向一个1800Ω和200mH的电感器供电。
  • 350Ω是最小值,该值代表电阻最坏情况,因此为考虑最坏情况,假定电池组最高电压为24.2V(增加10%)。
  • 假定:350Ω和1800Ω为最小值,200mH为最大值,电池组的最高压为24.2V。
简单电感电路图

我们需分别进行两个单独评定:

  • 保证电源本身是本质安全的;
  • 按下列情况考虑连续负载的影响。

a)电源电路评定:

  • 电池最高电压Uo=24.2V;
  • 最大短路电流Io=Uo/R=24.2V/350Ω=70mA;
  • 取安全系数K=1.5,IK=1.5*70mA=105mA;
  • 查看GB/T 3836.4附录表A.1的I类曲线,24.2V对应的最小点燃电流为Imin=300mA。

评定:IK(105mA)小于Imin(300mA),所以该电源是本质安全的。

b)电感器评定:

  • 电感中最大电流I=Uo/R=24.2V/(350Ω+1800Ω)=11.3mA
  • 取安全系数K=1.5,IK=1.5*11.3mA=16.95mA;
  • 查GB/T 3836.4表A.4的IIC类电感电路,200mH对应的最小点燃曲线Imin=21mA。

评定:因IK(16.95mA)小于Imin(21mA),所以电路是本质安全的。