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可靠防爆电器元器件及其连接
发布时间: 2018-7-20
  在本质安全型防爆电气设备的电路中,人们使用着各种不同的可靠防爆电器元器件和可靠连接,来组成设备的功能环节。
  所谓可靠防爆电器元器件和可靠连接,就是符合相关要求的不容易发生故障(发生故障的概率很小)的防爆电器元器件和它们之间的连接。下面的这些防爆电器元器件以及相应的连接被称为可靠防爆电器元器件和可靠连接。
  1.可靠电隔离器件
  在本质安全电路中,通常情况下,电隔离器件主要是指光耦合器件。当然,符合相应规定的继电器以及其他防爆电器元器件也可以用作电隔离器件。
  电隔离器件,假若符合相应要求,便被认为是不可跨接而发生短路的可靠电隔离器件。例如,光耦合器件,只要它的额定值符合第6.3.1节的“三分之二原则”规定,而且又经受了相应的介电强度试验,便可以认为这种器件是一种可靠电隔离器件。
  这里以光耦合器件为例来讨论可靠电隔离器件。
  (1)结构与安全要求
  光耦合器件是一种以光为耦合介质在它的输入端和输出端之间传递电信号的器件。这种器件,按照结构形式,通常由三部分组成:光的发射、光的接收及电信号的放大,具有很好的电气隔离特性;按照封装形式,可以分为单只封装器件和集成封装器件。这里作为可靠防爆电器元器件,主要讨论单只封装的光耦合器件(集成封装器件一般不被看作是可靠防爆电器元器件)。
  在使用光耦合器件对本质安全电路和非本质安全电路进行电隔离时,人们应该在非本质安全电路的输入端配置适当的保护环节,以保证非本质安全电路的电压和电流不会超过光耦合器件的额定值的三分之二。
在非本质安全电路输入端配置合适的熔断器和齐纳二极管,就是这样的保护环节。此时,熔断器应该能够分断预期的峰值电源电流;齐纳二极管的额定功率不应该小于1.7I电流与最高齐纳电压之积。
  (2)试验
  在本质安全电路和非本质安全电路之间设置的光耦合器件,假若非本质安全电路侧设置的保护环节不足以提供可靠的过载保护,应该承受以下规定的型式试验。
  1)介电强度试验
  在介电强度试验时,光耦合器件应该首先进行过载温度试验,之后才能进行介电强度试验。
  2)过载温度试验
  在进行过载温度试验时,光耦合器件的接收侧(发射侧)应该以额定电压和额定电流运行,发射侧(接收侧)应该以不损坏元件的规定功率运行(这个功率可从光耦合器件的数据表中选取)。
  试验在发射侧(接收侧)达到热稳定以后应该再增加功率直至又一次达到热稳定,如此继续下去直到发射侧(接收侧)半导体元件损坏为止。试验人员应该记录环境温度和试验样品刚好损坏之前发射侧(接收侧)的最高表面温度。
  不管是发射侧还是接收侧,试验都应该分别用5只试验样品进行。
  ②介电强度试验
  在过载温度测试之后,试验人员应该将试验所用的lO个试验样品放置在温度为所测的最高表面温度加10K(不超过15K)的烘箱中至少6h,但也不必超过7h。
  接着,试验人员应该将这些试验样品放置在实验室环境温度下,待温度降至(25±2)度时在本质安全接线端子和非本质安全接线端子之间施加试验电压1.5kV[(50±2)Hz或(60 4-2)Hz有效值],并在10s内增至3kV,然后,保持(60±5)s。
  在试验过程中,光耦合器件的发射侧和接收侧的绝缘应该没有发生击穿,泄漏电流不应该超过5mA。
  2)炭化试验
  炭化试验所用试验样品应该为10只(每5只一组)。每一只试验样品均应该承受过载温度试验。经过过载温度试验后的试验样品才能进行炭化试验。
  在试验时,试验人员应该在试验样品的下列部位施加试验电压375V[(50±2)Hz或(60±2)Hz,有效值]并保持30min。
  ·发射侧,二极管的正、负极上;
  ·接收侧,晶体管的集电极和发射极上。
  在试验的最后5min内,泄漏电流不应该超过5mA。
  2.可靠限流电阻器
  在本质安全电路中使用的可靠限流电阻器,应该是下列型式的:
  ·薄膜型;
  ·线绕型;
  ·经过浇封或涂覆的混合电路以及印制电阻。
  可靠限流电阻器的额定电压和额定功率应该满足第3.1节中规定的“三分之二原则。
  对于薄膜型电阻器,主要有金属膜电阻、金属氧化膜电阻、碳膜电阻等。金属膜电阻具有精度高、稳定性好、温度系数小等优点,而且体积Y-d,,噪声又低。金属氧化膜电阻的特点是耐高温、耐热冲击、负载能力强。碳膜电阻的性能一般,但成本低。
  对于线绕型电阻器,它具有性能稳定、耐热性好、误差范围小等特点,适用于大功率的情况。在底板上安装后,制作人员应该用浇封化合物把它浇封起来,以防止绕线断开时绕线松展开与其它防爆电器元器件或导线“搭线”。浇封化合物固化后表面的相比电痕化指数应该符合表6.1中的相应规定值。
  对于这样的线绕型电阻器,人们不必考虑其绕线之间可能发生匝间短路故障。
  此外,在正常运行条件下,熔断器和灯泡灯丝的冷态电阻(在最低环境温度条件下)也可以认为是可靠限流电阻器。
  3.可靠隔直电容器
  在电子电路(包括在本质安全电路)中,隔直电容既可以在级间隔离直流传递交流信号。又可以作为旁路元件滤除高频信号。
  在本质安全电路中,作为隔直电容使用的电容器应该采用高度可靠的固体介质电容器,不可以使用电解电容器和钽电容器。在电容器的正、负极板之间使用纸、云母、陶瓷或薄膜等固体介质的电容器就是这种电容器,它的可靠性高,稳定性又好。而电解电容器和钽电容器内包含液体例如稀硫酸溶液,在使用过程中有可能泄漏,从而造成附加危险。
  电容器的额定电压应该不小于电路中可能出现的最高电压的1.5倍值。
  两个这样的电容器串联起来组成一个隔直电容器组件。这是一种可靠组件。
  在隔直电容器组件中,每一个电容器的绝缘都应该承受相应的介电强度试验。
  当隔直电容器布置在本质安全电路和非本质安全电路之间时,人们还应该考虑到电路中可能,瞬态效应。
  4.可靠电感器(线圈)
本质安全电路中使用的电感器应该符合下列要求:
①绕制电感线圈的导体的线径不得小于0.05mm。
②电感线圈的两个导体之间至少有两层绝缘,或者,有一层厚度大于0.5mm的固体绝缘,或者,采用符合国家标准GB/T 6109.2《漆包圆绕组线 第2部分:155级聚酯漆包铜圆线》、6109.5《漆包圆绕组线第5部分:温度指数180的聚酯亚胺漆包铜圆线》、GB/T 6109.6圆绕组线第6部分:温度指数220的聚酰亚胺漆包铜圆线》规定的1级(经相应试验合|H2级漆包线绕制线圈。
在里需要指出的是,电感线圈绕制完成后应该进行浸渍绝缘处理;通常应该采用沉浸、滴注!浸渍的工艺方法,涂刷和喷涂被认为不是有效的浸渍方法。当所用的浸渍物质中含有溶剂髦圈至少应该进行两次这样的浸渍和烘干。
  5.可靠安全分流组件
  基本质安全电路中,用来保证电路的本质安全性能的防爆电器元器件组合被称为安全分流组件。  
  当安全分流组件仅仅承受最高电压(Um)作用时,安全分流组件中的每一个防爆电器元器件都应该 符合第6.3.1节的“三分之二原则”规定;假若防爆电器元器件用熔断器进行保护时,防爆电器元器件应该能够承受熔断器的1.7In电流值的持续电流(In—熔断体电流)。
  必要时,安全分流组件应该用符合规定的浇封化合物浇封起来,以避免连接处断开形成火花。
  (1)安全分流器
  当安全分流组件能够保证把电路中防爆电器元器件或部件的使用电气参数控制到不使本质安全性能失效时.这样的组件被视为可靠安全分流器。
  当安全分流器承受最高电压(U。)时,它应该能够承受电路中可能出现的瞬态过程。但是以下情况可以不予考虑:
  ①用于限制电感器或压电器件等储能器件放电时。
  ②用于限制电容器等储能器件电压时。
  例如,连接成桥式电路的二极管组件,只要二极管的额定值符合相应要求,则可以被认为是可靠安全分流器。
  (2)安全限压器
  安全分流组件能够保证符合要求的电压施加到本质安全电路时,这样的组件被视为安全限压器。
当安全限压器承受最高电压(乩)时,它应该能够承受电路中可能出现的瞬态过程。但是以下情况可以不予考虑:》由可靠电源变压器供电时。簟|由二极管安全栅供电时。
  ①由电池(组)供电时。
  ②由安全分流组件供电时。
  ③由电浮(组)供电时。
  ④由安全分流组件供电时。
  例如,当采用半导体二极管(包括齐纳二极管)组成安全分流组件时,分流组件应该用两只二极管并联组成,而且,每一只二极管都能够承受故障状态下流过连接点的最大电流。
安全分流组件就是可靠并联限压器。
  6.防爆电器元器件的可靠连接
  在本质安全型电气设备的电路中,除了可靠防爆电器元器件外,这些防爆电器元器件之间的连接导线和导线连接也应该是可靠的。可靠连接被认为是不会发生开路故障的。
  当可靠防爆电器元器件之间的连接符合下列要求时,这种连接便被认为是可靠连接。
  (1)连接导线
  当可靠防爆电器元器件之间采用导线连接时,这种连接应该满足以下要求:
  ①用两根导线并联连接。
  ②用直径至少为0.5mm的单根导线连接,而且,无固定的长度不得大于50mm或者在连接点设置可靠的固定措施。
  ③用单根导线截面积至少为0.125mm2(直径为0.4mm)的带状软线连接,而且,无固定的长度不得大于50mm或者在连接点设置可靠的固定措施。
  (2)印制导线
  在印制电路板上,印制导线应该满足以下要求:
  ①两条并联连接,而且,每一条印制导线的宽度不得小于1mm。
  ②单条连接,但是,它的宽度至少为2mm或者宽度大于其长度的1%,取二者较大值。
  多层印制电路板中每一层的印制导线与另一层的印制导线之间,应该通过一个周长至少为2mm的导通孔连接,或者,通过并排设置、周长至少为1mm的两个导通孔连接,而且印制导线的宽度应该符合上面的要求。
  ③印制导线的标称厚度不应该小于35izm(覆铜箔厚度),或者,印制导线能够通过相应的有关试验。
  (3)连接点
  不管是在安装底板上还是在印制电路板上,导线的连接点(或焊接点)都必须连接可靠。例如,
  ①对于并联连接的导线,每一端的连接点都应该有两个。
  ②对于只用一个焊接点的情况,连接导线在焊接点处穿过印制电路板上小孔弯曲后焊在焊接点上,当然也可以使用其他等效的方法焊接。
  ③对于贴片元件,焊接处的焊接长度至少为2mm。
  ④连接导线可以采用螺钉或螺栓连接,而且,要有放松措施。
  这里需要说明的是,在“ie”级本质安全型设备和电路中,人们可以不采用这种所谓的“可靠连接”。
 
 
 
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