本安型設(shè)備的安全參數(shù)的確定

丁娜，黃大鵬

(沈陽電氣傳動(dòng)研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110041)

本安型設(shè)備的安全參數(shù)的確定

丁娜，黃大鵬

(沈陽電氣傳動(dòng)研究所(有限公司)，遼寧 沈陽 110041)

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的解讀，從實(shí)際出發(fā)，分別介紹了關(guān)聯(lián)設(shè)備及本安設(shè)備的安全參數(shù)確定的方法及原則，并對(duì)安全參數(shù)在本安系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

安全參數(shù);關(guān)聯(lián)設(shè)備;本安設(shè)備

1 引言

由于本安型電氣設(shè)備是通過合理地選用電氣參數(shù)，限制電路的使用功率，從而達(dá)到限制火花點(diǎn)燃能量之目的。安全參數(shù)則是表征本安設(shè)備或和關(guān)聯(lián)設(shè)備本安防爆性能的一組安全特性參數(shù)。其作為防爆認(rèn)證中的關(guān)鍵參數(shù)起著至關(guān)重要的作用。

2 安全參數(shù)的基本概念

根據(jù)GB3836.4－2010中的要求檢驗(yàn)單位應(yīng)給出設(shè)備的安全參數(shù)，安全參數(shù)一般分為關(guān)聯(lián)設(shè)備的安全參數(shù)和本安設(shè)備的安全參數(shù)。關(guān)聯(lián)設(shè)備的本安輸出參數(shù)一般包括Um、Uo、Io、Po、Lo、Co或者允許的Lo/Ro，本安設(shè)備的本安輸入?yún)?shù)一般包括Ui、Ii、Pi、Li、Ci。下面詳細(xì)說明了各個(gè)參數(shù)的具體含義。

(1)最高電壓(交流有效值或直流值)Um

可施加到關(guān)聯(lián)設(shè)備的非限能連接裝置上，不會(huì)使防爆型式失效的最高電壓。

(2)最高輸出電壓Uo

施加電壓達(dá)到最高電壓時(shí)，可能出現(xiàn)在設(shè)備連接裝置上的最高輸出電壓(交流峰值或直流)。

(3)最大輸出電流Io

可從電氣設(shè)備連接裝置上獲得的電氣設(shè)備的最大電流(交流峰值或直流)。

(4)最大輸出功率Po

可從電氣設(shè)備獲得的最大功率。

(5)最大外部電感Lo

可連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使防爆型式失效的最大電感。

(6)最大外部電容Co

可連接到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使防爆型式失效的最大電容。

(7)最大外部電感與電阻比Lo/Ro

可以連接到電氣設(shè)備外部的連接裝置上，不會(huì)使本質(zhì)安全性能失效的電感與電阻的最大比值。

(8)最高輸入電壓Ui

可施加到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使防爆型式失效的最高電壓(交流峰值或直流)。

(9)最大輸入電流Ii

可施加到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使防爆型式失效的最大電流(交流峰值或直流)。

(10)最大輸入功率Pi

可施加到電氣設(shè)備連接裝置上，而不會(huì)使防爆型式失效的最大功率。

(11)最大內(nèi)部電感Li

呈現(xiàn)在電氣設(shè)備連接裝置的電氣設(shè)備最大等效內(nèi)部電感。

(12)最大內(nèi)部電容Ci

呈現(xiàn)在電氣設(shè)備連接裝置上的電氣設(shè)備最大等效內(nèi)部電容。

2 安全參數(shù)的確定原則和方法

根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和檢驗(yàn)實(shí)踐，現(xiàn)分別對(duì)本安系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)設(shè)備(如電源)和本安設(shè)備(如本安設(shè)備)的安全參數(shù)的確定進(jìn)行總結(jié)。

(1)對(duì)于關(guān)聯(lián)設(shè)備如本安電源的安全參數(shù)確定方法如下:

①首先從標(biāo)準(zhǔn)的輸入電壓的波動(dòng)范圍中確定電源的最高輸入電壓(Um)，然后在輸入電源的波動(dòng)范圍內(nèi)，考慮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的故障狀態(tài)下，用儀表測(cè)量出關(guān)聯(lián)設(shè)備的最大輸出電壓Uo和最大輸出電流Io。

②按照GB3836.4－2010中10.1條規(guī)定的方法，在保證Uo、Io輸出的條件下，關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行火花點(diǎn)燃試驗(yàn)，通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的手段來確定本安電源的最高輸出電壓(Uo)和最大輸出電流(Io)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

③同樣按照GB3836.4－2010中10.1條規(guī)定的方法，在保證Uo、Io輸出的條件下，通過外串電感和外并電容的方式進(jìn)行火花點(diǎn)燃試驗(yàn)，從而確定關(guān)聯(lián)設(shè)備的最大輸出電感(Lo)和最大輸出電容(Co)。

④對(duì)于線性電路Po應(yīng)為Uo·Io/4，對(duì)于矩形電路Po應(yīng)為Uo·Io。

⑤可以連接到電阻性限制電源的最大外部電感與電阻比(Lo/Ro)應(yīng)用下列公式計(jì)算。該公式已考慮到了1.5倍的電流安全系數(shù)。當(dāng)設(shè)備輸出端電容Cs超過1%Co時(shí)，該公式不適用。

式中:e—火花試驗(yàn)裝置最小點(diǎn)燃能量，J，對(duì)于:

Ⅰ類設(shè)備:525μJ;

ⅡA類設(shè)備:320μJ;

ⅡB類設(shè)備:160μJ;

ⅡC類設(shè)備:40μJ;

Rs—電源的最小輸出電阻，Ω;

Uo—最高開路電壓，V;

在要求的安全系數(shù)為1.0時(shí)，Lo/Ro值應(yīng)乘以2.25。

(2)對(duì)于本安設(shè)備的安全參數(shù)制定方法如下:

①一般Ui和Ii應(yīng)由制造廠根據(jù)可能的本安系統(tǒng)的配套要求提出。首先確定該本安設(shè)備的關(guān)聯(lián)設(shè)備，分別選出關(guān)聯(lián)設(shè)備中的最高輸出電壓(Uo)和最大輸出電流(Io)作為本安設(shè)備的最高輸入電壓(Ui)和最大輸入電流(Ii)，根據(jù)本安設(shè)備電源輸入端線路板的導(dǎo)線條可能最大承受的電流能力再行判斷最大輸入電流(Ii)是否滿足要求，從而確定Ui和Ii。

②按照公式計(jì)算出本安設(shè)備的各個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備的最大輸出功率，選取其中最大輸出功率(Po)來作為本安設(shè)備的最大輸入功率(Pi)，起到同時(shí)限制Ui和Ii的效果。

③從本安設(shè)備電氣原理圖上分析，考慮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的故障狀態(tài)下，本安電源輸入端的最大內(nèi)部的等效電容和等效電感，作為本安設(shè)備安全參數(shù)中的最大輸入電容(Ci)和最大輸入電感(Li)。

Ls—呈現(xiàn)在電源端的最大電感，H;

Cs—呈現(xiàn)在電源端的最大電容，F(xiàn)。

如果Ls=0，則:

3 安全參數(shù)在本安系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前本安系統(tǒng)的認(rèn)證采用“參量認(rèn)證”的方式，即對(duì)關(guān)聯(lián)設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備分別給出一組安全參數(shù)，并可由用戶將不同生產(chǎn)廠商的電氣設(shè)備進(jìn)行組合，從本安防爆安全性角度出發(fā)須滿足如下關(guān)系:

式中:Uo—輸出最高電壓;

Io—輸出最大電流;Po—最大輸出功率;Lo—允許外部最大電感;Co—允許外部最大電容;Ui—現(xiàn)場設(shè)備允許輸入最高電壓;Ii—現(xiàn)場設(shè)備允許輸入最大電流;Li—現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部最大等效電感;Ci—現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部最大等效電容;La和Ca—連接電纜的分布參數(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，本安參數(shù)確定的準(zhǔn)確性對(duì)于整個(gè)本安系統(tǒng)的安全性有著至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)者也應(yīng)了解及掌握安全參數(shù)確定的原則及方法，以指導(dǎo)其在設(shè)計(jì)中元件的選型。

［1］ 薛丁法，徐剛，趙玉琪，等．工廠防爆電氣設(shè)備應(yīng)用技術(shù)［M］．中國科學(xué)技術(shù)出版社出版．1990(10)．

［2］ GB3836．1－2010爆炸性環(huán)境第 1部分:設(shè)備通用要求(IEC60079 －11:2007，MOD)［S］．

［3］ GB3836．4－2010爆炸性環(huán)境第4部分:由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備(IEC60079－11:2006，MOD)［S］．

［4］ 徐建平．儀表本安防爆技術(shù)［M］．機(jī)械工業(yè)出版社．2012年4月．

The Determ ination of the Safe Parameters for Intrinsically Safe Electrical Apparatus

DINGNa，HUANGDa-peng
(Shenyang Electrical Driving Research Institute，Shenyang 110141，China)

Reading through the standards，the paper presents the safe parameter determinationmethods and principles of the associated electrical apparatjrus and intrinsically safe electrical apparatus and states application of the safe parameters in the intrinsically safe system．

safe parameter;associated electrical apparatus;intrinsically safe electrical apparatus

TM93

B

1004－289X(2013)03－0102－03

2013－05－10

丁娜(1985－)，女，電氣助理工程師，主要從事防爆電氣檢驗(yàn)方面工作