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标题,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,国家安全生产天津防爆电气检测检验中心,本质安全型防爆技术,石油和化学工业电气产品防爆质量监督检验中心,目录,防爆基础知识,本质安全防爆技术的发展历程,本质安全型设备的基本要求,本质安全型电路的设计要求,典型关联设备,安全栅,本质安全型设备的型式试验,本质安全型设备的安装和使用,防爆基础知识,引言,凡涉及爆炸性物质的生产、加工、储存和运输的场所都可能形成爆炸性环境。所以使用在这些场所的电气设备都必须采取防爆措施，并取得防爆合格证，才能避免成为危险点燃源，防止爆炸事故的发生。,爆炸基本原理,产生爆炸的基本条件,爆炸性物质爆炸性物质（可燃性气体或粉尘）,助燃剂（空气中氧气）,爆炸性物质 助燃剂,点燃源（如电火花、热表面）,点燃源,这三个条件（称为爆炸三要素）必须同时存在，缺一不可。而且爆炸性物质与空气的混合浓度处于爆炸极限范围内。例如氢气，,4%-75%,浓度范围内均可爆炸。,防止爆炸发生的基本方法,设法排除三要素中的一个或多个要素，排除可能的点火源或避免形成爆 炸性环境，使爆炸危险程度降到最低。,防爆设备的分类、分级、分组,电气设备的主要点燃源是电火花和温度产生的。,不同爆炸性物质的电火花和温度点燃特性各不相同。,举例,：,为了使采取的防爆措施更有针对性，有必要对爆炸性物质进行分类、分级、分组，以及对爆炸性危险区域进行分区。,物质点燃特性,丙烷,(A),乙烯,(B),氢气,(C),电火花最小点燃能量,(,J),180,60,20,引燃温度,(AIT)(,),466(T1),425(T2),560(T1),防爆设备的分类、分级、分组,分类,设备分级（同爆炸性气体分级）,按设备使用环境分类,按爆炸性危险物质分类,中国、,IEC,、欧洲标准,北美标准,类：矿井用,类：甲烷,Class,：爆炸性气体,ClassII,：爆炸性粉尘,ClassIII,：纤维,II,类：工厂用,II,类：爆炸性气体混合物,III,类：爆炸性粉尘和纤维环境用,III,类：爆炸性粉尘和纤维,典型,气体,最大试验安全间隙,（,MESG,），,mm,最小点燃电流比,（,MICR,）,中国、,IEC,欧洲标准,北美标准,（,Group,）,点燃,特性,甲烷,1.14,1.0,D,难,易,丙烷,0.9MESG1.14,0.8,MICR,1.0,IIA,乙烯,0.,5,MESG,0.9,0.45,MICR,0.8,IIB,C,氢气,MESG0.5,MICR,0.45,IIC,B,乙炔,A,注：,类不分级，只有甲烷气体。,防爆设备的分类、分级、分组,电气设备分组,（同爆炸性气体分组）,难,中国、,IEC,、欧洲标准,温度组别,北美标准,温度组别,气体引燃温度,（,）,最高表面温度,（,）,点燃,特性,T1,T1,450,450,难,易,T2,T2,300,t450,300,T2A,280,t300,280,T2B,260,t280,260,T2C,230,t260,230,T2D,215,t230,215,T3,T3,200,t215,200,T3A,180,t200,180,T3B,165,t180,165,T3C,160,t165,160,T4,T4,135,t160,135,T4A,120,t135,120,T5,T5,100,t120,100,T6,T6,85,t100,85,注：,电气设备最高表面温度不应超过,150,。,爆炸性危险区域的划分,爆炸性危险区域主要以爆炸性危险物质出现的程度和持续时间为划分依据的。,对于粉尘场所，还应考虑粉尘的厚度。,主要标准依据,GB50058-1992,爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范,GB3836.14-2000,爆炸性气体环境用电气设备 第,14,部分 危险场所划分,GB12476.3-2007,可燃性粉尘环境用电气设备 第,3,部分 存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类,爆炸性危险区域的划分,爆炸危险区域划分对照,危险区域定义,中国、,IEC,、欧洲标准,（,Zone,）,北美标准,(Division),危险,程度,气体,粉尘,气体,粉尘,高,低,正常情况下连续出现,（,1000h/y,以上）,0,区,20,Division 1,正常情况下有可能出现,（,10,1000h/y,）,1,区,21,仅在异常时短时间出现,（,10h/y,以下）,2,区,22,Division 2,安全区：小于,1h/y,。,设备保护等级（,EPL,）,依据设备成为点燃源的可能性及爆炸性环境不同而规定的保护等级。,EPL,概念的引入能够使现有的防爆设备选型有了替代方法。,保护级别,很高,高,加强,甲烷环境用设备,EPL Ma,EPL Mb,/,爆炸性气体,环境用设备,EPL Ga,EPL Gb,EPL Gc,爆炸性粉尘,环境用设备,EPL Da,EPL Db,EPL Dc,危险区域,气体,/,粉尘,0,、,1,、,2/,20,、,21,、,22,1,、,2/,21,、22,2/,22,保护特性,在正常、预期故障或在罕见的故障条件下不会成为点燃源。,在正常、预期故障条件下不会成为点燃源。,在正常运行过程中不会成为点燃源。,电气设备主要防爆型式,序号,防爆型式,代号,国家标准,技术措施,1,隔爆型,d,GB3836.2-2010,隔离点火源,2,增安型,e,GB3836.3-2010,设法防止产生点火源,3,本质安全型,ia,、,ib,、,ic,GB3836.4-2010,限制点火源的能量,4,正压型,p,GB3836.5-2004,把危险物质与点火源隔开,5,充油型,o,GB3836.6-2004,6,充沙型,q,GB3836.7-2004,7,N,型,nA,、,nC,、,nR,、,nL,GB3836.8-2003,设法防止产生点火源,8,浇封型,m,GB3836.9-2006,注：,GB3836.1-2010,规定了各防爆型式的通用要求。,本质安全防爆技术的发展历程,本质安全技术的起源,本质安全技术起源于英国的一场煤矿爆炸事故。,调查结果证明，断路火花能量是由电铃中的电感线圈产生的。,英国内政部根据调查结果作出了相应的规定，一些类似设备也采用了同样的措施，实践证明这些规定确实是安全的。因此这些规定逐渐被人们所认识和承认，并把这一技术叫做“本质安全”。,本质安全技术标准,1977,年,安全火花型防爆电气设备 制造检验暂行规定,（由一机部、煤炭部和石化部编制。）,GB 3836.4-1983,爆炸性环境用防爆电气设备 本安型电路和电气设备“,i”,GB 3836.4-2000,爆炸性气体环境用电气设备 第,4,部分,:,本质安全型“,i”,（,IEC60079-11:1999,）,GB 3836.4-2010,爆炸性环境 第,4,部分,:,由本质安全型“,i”,保护的设备,（,IEC60079-11:2006,）,本质安全型设备的特点,结构简单、体积小、重量轻、造价低；,安全程度高，,ia,等级可用于,0,区；,可带电操作与维护，可有效避免人员触电伤亡事故发生；,本安设备一般为低电压小电流，对于高电压大电流有局限性。,本质安全型设备的基本要求,GB3836.1,标准对本质安全设备和关联设备排除条款,GB3836.1,中的条款或分条款,本安设备,关联设备,5.3,最高表面温度,适用,排除,6.3,设备外壳的开启时间,排除,排除,7.1.1,适用性,适用,排除,7.1.2,材料的规定,适用,排除,7.1.3,*,塑料材料,排除,排除,7.2,*,热稳定性,排除,排除,7.3,*,耐光性,排除,排除,7.4,非金属材料外壳表面的静电电荷,适用,排除,7.6,螺孔,排除,排除,8.1,金属成分,适用,排除,8.2,螺孔,排除,排除,9,紧固件,排除,排除,10,联锁装置,排除,排除,11,绝缘套管,排除,排除,12,粘结材料,排除排除,14,连接件和接线空腔,排除,排除,15,接地导体或等电位导体的连接件,排除,排除,GB3836.1,标准对本质安全设备和关联设备排除条款,GB3836.1,中的条款或分条款,本安设备,关联设备,16.5,分支点和引入点的温度,排除,排除,17,旋转电机的补充规定,排除,排除,18,开关的补充规定,排除,排除,19,熔断器的补充规定,排除,排除,20,插头、插座和连接件的补充规定,排除,排除,21,灯具的补充规定,排除,排除,22,帽灯和手提灯的补充规定,排除,排除,23.2,电池组,适用,排除,26.4,外壳试验,适用,排除,26.5.1,温度测定,适用,排除,26.5.2,热剧变试验,排除,排除,26.5.3,小元件点燃试验（,I,类和,II,类）,适用,排除,26.6,绝缘套管扭转试验,排除,排除,26.7,*,非金属外壳或外壳的非金属部件,排除,排除,26.8,*,耐热试验,排除,排除,26.9,*,耐寒试验,排除,排除,26.10,*,光老化试验,排除,排除,26.11,*,I,类设备的耐化学试剂试验,排除,排除,26.12,接地连续性,排除,排除,本质安全型设备种类、等级,本安设备种类,本安设备：所有内部电路均为本质安全电路的电气设备。,关联设备：装有限能电路和非限能电路，且结构使非限能电路不能对限能电路产生不利影响的电气设备。,本安设备等级,ia,等级：正常工作、施加一个和两个计数故障再加上最不利条件下的非计数故障情况下，均不能点燃爆炸性气体混合物。,ib,等级：正常工作、施加一个计数故障加上最不利条件下的非计数故障情况下，均不能点燃爆炸性气体混合物。,ic,等级：正常工作情况下应不能引起点燃爆炸性气体混合物。,环境温度,使用的环境温度和附加标志,电气设备,运行中的环境温度,附加标志,正常情况,最高,+40,最低,-20,无,特殊情况,由制造商规定,Ta,或,Tamb,附加规定范围,例如：,-30Ta+40,或符号“,X”,电磁能和超声波能辐射的设备,GB3836.1-2010,对电磁波、光辐射和超声波能量控制做出了定量规定。,例如：,射频功率限值超声波源,EPL Ma,、,Mb,、,Ga,、,Gb,、,Gc,、,Da,、,Db,、,Dc,级电气设备超声波源的输出参数应不超过下列值：,连续源,0.1W/cm,2,和,10MHz,，,脉冲源,0.1W/cm,2,和,2mJ/cm,2,类别,功率限值,W,热点燃时间（平均时间）,s,I,类,6,200,IIA,类,6,100,IIB,类,3.5,80,IIC,类,2,20,III,类,6,200,外壳材料,非金属材料,金属材料,外壳材料,非金属材料,非金属材料主要应满足以下条件之一,合理选材，表面绝缘电阻不超过,1G,（,110,9,）,限定非金属部件的表面积，如下表所示,长形状部件的直径或宽度如下表所示,如果非金属材料外露面积用接地框架围住，则表面积可增加四倍。,最大表面积，,mm,2,I,类设备,II,类设备,设备保护等级,IIA,类,IIB,类,IIC,类,10 000,EPL Ga,5 000,2 500,400,EPL Gb,10 000,10 000,2 000,EPL Gc,10 000,10 000,2 000,最大直径或宽度，,mm,I,类设备,II,类设备,设备保护等级,IIA,类,IIB,类,IIC,类,30,EPL Ga,3,3,1,EPL Gb,30,30,20,EPL Gc,30,30,20,外壳材料,非金属材料,采用导电涂层的措施。表面绝缘电阻不超过,10,9,。,限制导电表面的非金属层厚度，应不超过下表的值。,按“起电试验”,(,见,GB3836.1-2010,第,26.14),试验方法，限制移动电荷。非导电外壳材料的转移电荷应低于下列数值：,最大厚度，,mm,I,类设备,II,类设备,设备保护等级,IIA,类,IIB,类,IIC,类,2,EPL Ga,2,2,0.2,EPL Gb,2,2,0.2,EPL Gc,2,2,0.2,设备类别,最大移动电荷,I,类或,IIA,类,60nC,IIB,类,30nC,IIC,类,10nC,III,类,200nC,外壳材料,非金属材料,按“电容测量”,（,见,GB3836.1-2010,第,26.15,）,试验方法，使其不能存贮危险电荷。最大电容应为下列数值：,对于固定安装设备，为避免静电放电危险，应设置静电电荷警告牌，并在相关文件中提供必要预防措施。以确保设备的静电放电危险降至最小。,合格证号加,“,X”,，指出特殊使用条件。,警告牌内容如：,“警告：潜在性静电电荷危险,-,见使用说明书。”,说明书中的警告内容如：,“警告：产品的塑料外壳（或部件）有潜在静电电荷危险！使用中应避免摩擦！清洁时请用湿布！禁止在有流动性的非导电介质环境中安装！”,设备类别,最大电容,I,类或,IIA,类,50pF,IIB,类,15pF,IIC,类,5pF,III,类,10pF,外壳材料,金属材料,I,类电气设备外壳用材料（见,GB3836.1-2010,第,8.1.1,）,II,类电气设备外壳用材料,III,类电气设备外壳用材料（见,GB3836.1-2010,第,8.1.3,）,保护等级,按质量百分比的总含量不应超过,EPL Ga,10%,的铝、镁、钛和锆；,7.5%,的镁、钛和锆,当铝、镁、钛、锆的总量超过,10%,的限制时，应有充足的信息确定设备是否可以特殊应用，并在防爆合格证号上加,“,X”,，指出特殊使用条件。例如：,“产品外壳为铝合金，不符合,GB3836.1,中第,8.1,条的要求，所以要求用户必须警惕避免任何碰撞或摩擦导致的点燃风险！”,EPL Gb,7.5%,的镁和钛,EPL Gc,除风扇、风扇罩和通风孔挡板应符合,EPL Gb,的要求外，无其他要求。,防爆标志,Ex,等级 类别 级别 温度组别,EPL,Ex,：,（防爆标识）,等级：,ia,、,ib,、,ic,（根据危险场所和安全程度）,ia,、,ib,、,ic,（关联设备）,类别：,（矿用）、,（厂用）,级别：,A,、,B,、,C,（根据最小点燃电流比）,温度组别：,T1-T6,（根据引燃温度）,EPL,：,Ga,、,Gb,、,Gc,（根据设备保护等级）,防爆标志,举例,防爆标志,备 注,Ex ia IIC T6 Ga,可安装在,0,区、,IIC,等级、,最高表面温度不超过,85,的本安设备。,Ex ia Ga IIC,安装在安全区的关联设备。,Ex d ia,IIC Ga,IIB T4 Gb,安装在危险区的关联设备。,隔爆外壳内装关联设备。,但关联设备与隔爆设备的类别、设备保护等级不同。,Ex d ib IIC T4 Gb,安装在危险区。,隔爆外壳内装关联设备，外接本安设备。,如果设备的保护等级相同，取消关联设备标志，而不是,Ex d ib ib Gb IIC T4 Gb,。,Ex d ia ia,Ga,IIC T4 Gb,安装在危险区。,隔爆外壳内装关联设备，外接本安设备。,如果设备的保护等级不同，带有关联设备标志。,本质安全型设备结构要求,外壳防护等级：,IP20,设备的外部连接,接线端子,同一接线盒内，本安与非本安接线端子的间距不小于,50mm,，否则应加绝缘板或接地金属板进行隔离。而且本安接线端子应为浅蓝色或有本安标记。,各本安电路接线端子的裸露导体部件之间的电气间隙应等于或大于,GB3836.4,表,5,给出值。,外部连接装置不同裸露导电部件的电气间隙：本质安全电路之间至少,6mm,；距接地部件至少,3mm,。,接线端子应具有防松措施（加弹垫），确保连接可靠。,插接件,用于连接外部本安与非本安电路的插头和插座应是分开的，而且不能互换。,外部连接配备有一个以上的插头和插座时，应有防互换、防互插、防拔脱措施。,内部导线,本安与非本安导线尽量分开布置。,本安导线应至少能承受,500V绝缘介电强度试验，非本安导线至少能承受,1500V,绝缘介电强度试验。,同一外壳中的本安导线应为浅蓝色或加蓝色套管标记。,导线的截面积可根据实际电流合理选用。,本质安全型设备结构要求,防止极性接反保护：为防止电源或电池组的电池间连接极性接反，使本安性能失效，使用一只二极管是允许的。,浇封：浇封是防止元器件短路、加强绝缘、避免火花、降低温度、防止爆炸性气体侵入的安全有效措施。,浇封常用于以下情况：,当电路中某一元件或参数值过大而达不到本安性能时，可接入保护性元件并用环氧树脂或硅胶等浇粘剂浇注为一体，组成本安组件。,当电路中裸露导体之间电气间隙和爬电距离过小，可用浇封使电气间隙减小到规定值的,1/3,。,防止人为更换元件，保证电路工作的可靠性。,降低元件或导线的表面温度。,浇封要求,浇封材料应具有足够的热稳定性，即浇封材料允许的工作温度应高于元器件的最高表面温度。,被浇封电路的间距应满足,GB3836.4,表中,5,的规定值。,注意浇封表面与被浇封元件、导线之间的浇封厚度应,1mm,，以保证具有足够的机械强度,。,印刷线路板,：印刷线路板表面应有绝缘涂层。若采用喷涂法应二次，若采用刷、浸法可一次，其爬电距离不小于,BG3836.4,表,5,的规定。,本质安全型电路设计要求,基本准则,本质安全电路应满足下列三个基本准则,限制电路能量,当电路根据电气设备规定的保护等级和级别进行试验或评定时，不得发生火花点燃。,控制温度,本安电路中所有元器件和导线的最高表面温度须不大于所规定的温度组别的要求。以避免热表面引起点燃。,可靠隔离,本质安全电路应与其它电路充分隔离。防止本安电路与非本安电路间的击穿，确保本安防爆性能。,参考曲线和数据表,GB3836.4-2010,中图,A.1,图,A.6,参考曲线或表,A.1,和表,A.2,给出了电阻、电容和电感三种基本电路不同类别、级别的最小点燃曲线，是设计人员设计本安电路的重要工具。,最小点燃曲线,包括最小点燃电流曲线和最小点燃电压曲线。它是通过大量的火花点燃试验确定的点燃爆炸性气体混合物的临界值曲线。,最小点燃电流曲线,用标准火花试验装置，在电阻电路和电感电路中引起爆炸性气体混合物点燃的最小电流。,最小点燃电压曲线,用标准火花试验装置，在电容电路中引起爆炸性气体混合物点燃的最低电压。,安全系数,由于点燃曲线中给出的最小点燃电流（或电压）只是点燃的临界值，不能直接使用，使用时应考虑安全系数。,所谓安全系数是指最小点燃电流（或电压）与本安电路设计的电流（或电压）相比的倍数。,通常情况下，对于电感电路降低电流，电容电路降低电压，电阻电路降低电压或电流的方法达到规定的安全系数。,设备状态,安全系数,ia,ib,ic,正常工作,+,非计数故障,1.5,1.5,1.0,一个计数故障,+,非计数故障,1.5,1.5,/,两个计数故障,+,非计数故障,1.0,/,/,本安电路设计程序,通常情况下，本安电路设计或分析应遵守下列程序：,分析电路,考虑正常工作和故障状态下的最不利因素,(,电源波动、元件的容差等,),，确定电路参数。,评定和修改电路,根据设备的防爆等级和电路的型式（电阻电路、电容电路、电感电路），考虑相应的安全系数，对应最小点燃曲线，进行评定和修改电路。,检查电路参数是否符合本安要求,使考虑安全系数后的电压或电流值小于最小点燃电压或最小点燃电流值。如果需要可用火花点燃试验进行验证。,重点：,正确分析电路，找到故障点，会利用最小点燃曲线，确定符合本安要求的电气参数。,电路分析的要点,正常工作电路分析的要点,正常工作：,设备符合电气和机械设计技术规范，并在制造商限定的条件下工作。,以下情况均为正常工作：,规定限制内供电电压的变化。,考虑在最不利条件下所有元件的容差。,外部连接电缆的断路、短路和接地。,用火花点燃试验接通和断开被检的本安电路。,电路分析的要点,故障状态电路分析的要点,故障：未被标准定义为可靠的，而且影响本安性能的任何元件、元件之间的间距、绝缘和连接的任何失效。,计数故障：符合标准结构要求的电气设备的部件上出现的故障。,非计数故障：不符合标准结构要求的电气设备的部件上出现的故障。,例如：印刷线路板的间距,当小于下表的规定，但大于,1/3,则应认为是计数短路故障；,当小于下表的规定，又小于,1/3,则应认为是非计数短路故障。,1,2,3,4,5,6,7,电压,V,电气间隙,mm,通过浇封化合物的间距,mm,通过固体绝缘的间距,mm,爬电距离,mm,涂层下的,爬电距离,mm,相比漏电,起痕指数,CTI,防护等级,ia,ib,ic,ia,ib,ic,ia,ib,ic,ia,ib,ic,ia,ib,ic,ia,ib,ic,10,1.5,0.4,0.5,0.2,0.5,0.2,1.5,1.0,0.5,0.3,-,-,30,2.0,0.8,0.7,0.2,0.5,0.2,2.0,1.3,0.7,0.3,100,100,电气间隙、爬电距离和间距,电路分析的要点,故障状态电路分析的要点,电路分析应分别考虑一个计数故障,(ib),和两个计数故障,(ia),的情况，并考虑相应安全系数。,由一个故障引起的一系列故障只能算做一个故障。,符合可靠元件或组件和具有规定的电气间隙和爬电距离的保护性元件，分析故障时可不考虑。,额定值不符合标准规定的元件故障，是非计数故障，否则为计数故障。,应考虑连接线和印制线开路故障或有可能移动引起的短路故障。,对于仅有一个计数故障或无计数故障的设备，可认为满足,ia,等级。,ic,等级不考虑故障状态。,本安电路的防爆措施,控制温度,可通过合理选择元器件额定值。,合理选择导线、印制线的截面。,采取有效散热措施（散热器）。,限制最高环境温度。,采用浇封措施，使表面温度下降。,限制电压使用安全栅。,使用稳压器件可靠稳压（双重或三重化）。,限制电流,串联可靠限流电阻。,应用其他电流保护，例如晶体管限流（,ib,等级需双重化）。,注：对于”,ia”,等级设备，使用半导体和可控半导体器件作为限流器限制火花点燃是不允许的。,限制能量,对于不符合本安要求的电路，必须采取下列措施进行限制。,本安电路的防爆措施,限制能量,电阻性电路,：,是通过限制电路中的电压和电流来限制火花能量的。,电容性电路：电路中应尽量避免采用大电容。限制电容器放电火花能量的方法：,在电容器两端并联限压元件。限制电容器上的电压。,对于,ib,等级并联双重化稳压二极管，对于,ia,等级并联三重化稳压二极管。,将电容器和电阻串接并浇封为一体。限制电容器放电的速率，达到抑制电容器释放能量的目的。串联电阻保护时有效电容允许降低。等效电容如下图所示：,串联电阻保护时有效电容的允许降低系数,电阻，,R,降低系数,本安电路的防爆措施,限制能量,本安电路的防爆措施,限制能量,电感性电路,：,尽量减小电路的电感量或电流值，当仍达不到要求时，电感两端可并接分流保护性元件，并与电感元件浇封为一体。,例如：对于直流的电感线圈，,ib,等级并联双重化二极管，,ia,等级并联三重化二极管。,本安电路的防爆措施,限制能量,电池和电池组,：,结构要求,：,电解液不能够溢出的结构型式。,电池短路不会引起爆炸。,电池组件的电池与限流器件应封装为一体；但电池组若安装在关联设备中，可不要求限流器件作为电池组的整体部件。,电,对于不可更换到电池组件，可将电池与限流器件的外壳配有特殊紧固件，并加警告标志：例如：,“在爆炸性环境中不得拆卸电池或电池组！”,便携式产品的跌落试验，应防止电池和电池组从电气设备中抛出或分离。,外部充电触点应防止短路或对外放电。,本安电路的防爆措施,限制能量,电池和电池组,：,限制电池能量,：,为了评定和试验，新的原电池和可充电电池组充电后，电池最高开路电压应达到下表的规定值：（原电池）,GB/T 8897.1,类型,正极,电解质,负极,标称电压,V,最高开路电压,V,-,二氧化锰,氯化铵,氯化锌,锌,1.51.73,A,氧气,氯化铵,氯化锌,锌,1.4,1.55,B,氟化碳,有机电解质,锂,3,3.7,C,二氧化锰,有机电解质,锂,3,3.7,E,亚硫酰氯,(SOCI,2,),无水无机化合物,锂,3.6,3.9,F,二硫化铁,(FeS,2,),有机电解质,锂,1.5,1.83,G,氧化铜,(II)(CuO),有机电解质,锂,1.5,2.3,L,二氧化锰,碱性金属氢氧化物,锌,1.5,1.65,P,氧气,碱性金属氢氧化物,锌,1.4,1.68,S,氧化银,(Ag,2,O),碱性金属氢氧化物,锌,1.55,1.63,T,氧化银,(AgO,，,Ag,2,O),碱性金属氢氧化物,锌,1.55,1.87a,二氧化硫,无水有机盐,锂,3.0,3.0,a,水银,碱性金属氢氧化物,锌,数据待定,数据待定,注：,GB/T 8897.1-2003,标准列入锌,/,二氧化锰电池，但是没有类型字母分类。,a,有电池标准时才可使用。,本安电路的防爆措施,限制能量,电池和电池组,：,限制电池能量,：,（蓄电池）,有关标准类型,类型,电解质,标称电压,V,最高开路电压,V,K,类,GB/T 19639.1-2005,GB/T 5008.1-2005,铅,-,酸,(,湿式,),铅,-,酸,(,干式,),硫酸,(SG 1,25),2.2,2.2,2.67,2.35,K,类,GB/T 15142-2002,GB/T 13259-2005,GB/T 2208.4-2008,镍,-,镉,氢氧化钾,(SG 1,3),1.2,1.55,a,镍,-,铁,氢氧化钾,(SG1,3),数据待定,1.6,a,锂,无水有机盐,数据待定,数据待定,GB/T 22084.2-2008,氢化镍金属,氢氧化钾,1.2,1.5,a,有电池标准时才可使用。,本安电路的防爆措施,限制能量,电池和电池组,：,限制电池能量,：,限制电池及电池组的能量（,U,、,I,）应依据,GB383.4,标准附录,A,中的表,A.1,。,对于,ia,等级，限流器件必须是可靠限流电阻。,对于,ib,等级，限流器件除选用限流电阻外，也可选用带有双重化的保护电路。,如果设备所含的蓄电池不允许在爆炸性气体环境中更换，那么在下列情况下不要求在单体蓄电池的端子处进行火花点燃放电试验：,单体蓄电池的峰值开路电压小于,4.5V,和,单体蓄电池端子处的最大电压和瞬态电流的乘积不超过,33 W,。,简单电路设计,简单电阻性电路,:,一个,20V,的直流电源,选多大的限流电阻,才能适用于氢气危险场所,?,首先确认电路类型为电阻电路,防爆级别为,C,考虑电源波动,10%,的因素，电源,U,20V1.1,22V,，查,GB3836.4,附录 图,A.1 (C),，,22V,对应的最小点燃电流为,337mA,将安全系数,K,1.5,加在电流上,即,Ik,337mA/1.5,224mA,20V,的直流电源串联的限流电阻,R,22V/224mA,98.2,，考虑电阻允许误差,5%,，限流电阻最小阻值至少为,103.1,，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。,U,U,R,？,对于电阻电路：通过限制电压和电流控制火花能量。,简单电路设计,简单电容性电路,:,类场所用，电路由,30V,电池组与可靠元件,10K,电阻、,10uF,电容器连接而成。假定,30V,和,10uF,值为最大值,10K,电阻值为最小值。评定此电路的本安性能。,电源电路,电池最高电压,Uo,30V,电池最大短路电流,Io,Uo/R,30V/10K3mA,取安全系数,K,1.5,Ik,1.53mA,4.5mA,查,GB3836.4,图,A.1,电阻电路,(I),30V,对应最小点燃电流,Imin,700mA,评定：因为,Ik(4.5mA),远小于,Imin(700mA),安全系数超过了,100,倍,所以该电源是本质安全的。,电容器,C,10uf,U,30V,取安全系数,K,1.5,Uk,1.530V,45V,查,GB3836.4,图,A.2 I,类电容电路，,10uF,对应最小点燃电压,Vmin=26V,评定：因为,Uk(45V),大于,Umin(26V),所以,该电路不是本质安全的。,简单电路设计,简单电容性电路,:,修改方案,1,电容值不变，降低电压。,因为,C,10uF,，查,GB3836.4,图,A.2(I),，对应最小点燃电压,Vmin,26V,所以电压应降低为,Uk,Vmin(26V)/1.5,17.3V,修改方案,2,：电压值不变，减小电容值。,因为,U,30V,，取安全系数,K,1.5,，,Uk,1.530V,45V,查,GB3836.4,图,A.2(I),，,45V,最小点燃电压对应的最小电容值为,3uF,修改方案,3,：电容、电压值都不变，电容串联可靠电阻,(,取,R,5.6),U,30V,，取安全系数,K,1.5,，,Uk,1.530V,45V,查,GB3836.4,图,A.2(I),，对应,10uf,5.6,这条曲线，最小点燃电压,Umin=48V,因为,Uk(45V),小于,Umin(48V),所以该电路是本质安全的。,对于电容性电路，应尽可能降低电源电压或电容值，当仍达不到要求时，,可将电容串接可靠电阻并浇封为一体。,简单电路设计,简单电感性电路,:,如图所示，假定有一个,C,电路，电源由,20V,电池组与,300,可靠限流电阻组成，向一个,1100,和,100mH,的电感器供电，评价该电路的本安性能。,假定：,300,和,1100,为最小值，,100mH,为最大值，电池组的最高电压为,22V,。,电源电路,电池最高电压,Uo,22V,电池最大短路电流,Io,Uo/R,22V/300,73.3mA(,忽略电池内组,),取安全系数,K,1.5,，,Ik,1.573.3mA,110mA,查,GB3836.4,图,A.1(C),22V,对应最小点燃电流,Imin,337mA,评定：因,Ik(110mA),小于,Imin(337mA),，所以电源是本质安全的,电感器,电感中的最大电流,I,Uo/R,22V/(300,1100),15.7mA,取安全系数,K,1.5,，,Ik,1.515.7mA,23.6mA,查,GB3836.4,图,A.4,类电感电路,(C),，,100mH,对应最小点燃电流,Imain,28mA,评定：因,Ik(23.6mA),小于,Imin(28V),，所以电路是本质安全的。,对于电感性电路，应尽量减小电路的电感量或电流值，当仍达不到要求时，电感两端可并接分流保护性元件，而且要双,(,三,),重化，并与电感浇封为一体。,与本安性能有关的元件,元件额定值：任何与本质安全性能有关的元件，在正常工作和故障条件下，最大电流、电压和功率不得超过其额定值得,2/3,。,熔断器,熔断器应能连续通过,1.7I,电流。,对于“,ia”,和“,ib”,保护等级，在爆炸危险环境中应是密封的并浇封处理。,对于,250V,的电网应满足分断能力,1500A,。,对于用限流器件限制预期短路电流的，限流器件额定值应不小于：,电流额定值：,1.51.7In,电压额定值：,Um,或,Ui,功率额定值：,1.5(1.7In),2,限流器件的最大电阻,与本安性能有关的元件,可靠元件和组件,：,认为不会发生标准规定的故障的元件或组件，在使用或储存中出现故障状态概率很低，因此该故障状态可不予考虑。,电源变压器,保护措施：向本安电路供电的变压器的输入电路应有熔断器或断路器保护。,变压器结构：,要求向本安电路供电的绕组应与其它所有绕组隔离。,电源变压器铁芯必须接地。,变压器本安供电绕组的出线端子与其他端子分两侧布置，电气间隙和爬电距离应满足要求。,变压器绕组应用浇封等方法加以固定。,变压器绝缘介电强度试验应按标准要求进行，不应击穿。,变压器绕组温度应不超过,GB/T 11021,中给出的绝缘等级允许值。,与本安性能有关的元件,可靠元件和组件,限流电阻,主要用于限流电路中。,限流电阻可选用金属膜或线绕电阻，碳膜电阻不宜选用。限流电阻额定值应符合标准规定。,可靠限流电阻应认为仅出现开路故障，这时应认为是一个计数故障。,分流安全器,主要用于保护电感电路。,例如 电感两端并联双重化（,ib,等级）或三重化,(ia,等级,),的续流保护器件。,并联限压器,主要用于限制电路的电压。,例如 电容两端并联双重化（,ib,等级）或三重化,(ia,等级,),的稳压管。,典型关联设备,-,安全栅,典型关联设备,-,安全栅,关联设备是设置在本安电路与非本安电路之间的限压、限流装置，可起到防止非本安电路产生的危险能量串入本安电路的保护作用。,关联设备一般安装在安全区，若安装在危险区，必须置于另一种防爆型式之中。,安全栅是一种典型的、最常见的关联设备。如：齐纳式安全栅、隔离式安全栅。,齐纳式安全栅,齐纳安全栅电路一般由快速熔断器、限流电阻和并联的稳压管组成。,基本原理,F,：快速熔断器,D1,、,D2,：直流电路选用稳压二极管；交流电路可选用双向稳压管,稳压二极管功率额定值,1.7In,二极管最高齐纳电压,R1,、,R2,：应选择精度高,(,不低于,5%),、功率大、性能稳定的限流电阻,电阻功率额定值,1.5(1.7In),2,限流器件的最大电阻,+,F,R1,R2,D1,、,D2,Vi,非本安端,本安端,齐纳式安全栅,齐纳式安全栅结构特点,ia,等级并联,3,个稳压管；,ib,等级并联,2,个稳压管；,ic,等级并联,1,个稳压管。,安全栅本安与非本安端子的距离应不小于,50mm,。,二极管安全栅应设有两个接地端子，接地线截面积不小于,4 mm,2,。,采取不对称的安装设计或使用颜色区分，防止安装错误。,安全栅电路整体浇封或用一个拆卸后不可复原的外壳来保护。,隔离式安全栅,隔离式安全栅一般由熔断器以及保护元件或电路、可靠隔离元件以及一个相当于具有限压、限流功能的二极管安全栅所组成。,基本原理,隔离式安全栅采用快速切断、隔离、限流、限压等多种措施，是将电源、输入和输出信号完全隔离，再经限能装置与危险场所的本安设备相连。不但保证了系统的本安防爆性能，而且增强了系统抗干扰能力，提高了系统运行的安全可靠性。,隔离式安全栅结构特点,具有齐纳式安全栅的结构特点，但不必浇封。,本安与非本安回路之间可靠隔离。,隔离可采用隔离变压器，也可采用光电隔离器等。,隔离式安全栅,安全栅参数,最高电压,(Um),：施加到非本安连接装置上，而不会使本安性能失效的最高电压。,最高输出电压,(Uo),：在开路条件下，非本安端施加最高电压，本安端可能出现的最高输出电压。,最大输出电流,(Io),：来自电气设备连接装置的本安电路的最大电流。,最大外部电容,(Co),：可以连接到电气设备连接装置上而不会使本安性能失效的本安电路的最大电容。,最大外部电感,(Lo),：可以连接到电气设备连接装置上，而不会使本安性能失效的本安电路的最大电感。,最大输出功率,(Po,）：能从电气设备获得的本质安全电路的最大功率。,安全参数应满足：,Uo(,最高输出电压,)Ui(,最高输入电压,),Io(,最高输出电流,)Ii(,最高输入电流,),Po(,最大输出功率,)Pi(,最大输出功率,),Co(,最大外部电容,)Ci(,最大内部电容,),Cc(,导线最大分布电容,),Lo(,最大外部电感,)Li(,最大内部电感,),Lc(,导线最大分布电感,),本质安全型设备的型式试验,主要型式试验项目,火花点燃试验温度试验,介电强度试验,规定不严密的元件参数的测定,电池和电池组试验,装有压电器件的电气设备试验,二极管安全栅和安全分流器的型式试验,变压器试验,其它试验,跌落试验,外壳防护等级试验,非金属材料外壳部件的表面电阻测定等,火花点燃试验,所有无法通过最小点燃曲线确认的本安电路，在与设备防爆标志相适应的试验条件下，通过进行火花点燃试验进行考核验证，其结果不能引起点燃。,试验要求,首先分析电路，找到试验点。,火花试验装置接入被试电路中认为可能出现开路、短路或接地故障的每一个试验点。,试验应模拟正常工作和故障条件，并考虑安全系数。,试验前后应标定火花试验装置的灵敏度。,试验是在容器中充满最易点燃的试验