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    防爆知識

    可靠防爆電器元器件及其連接

    發布時間:2018/7/20
      在本質安全型防爆電氣設備的電路中,人們使用著各種不同的可靠防爆電器元器件和可靠連接,來組成設備的功能環節。
      所謂可靠防爆電器元器件和可靠連接,就是符合相關要求的不容易發生故障(發生故障的概率很小)的防爆電器元器件和它們之間的連接。下面的這些防爆電器元器件以及相應的連接被稱為可靠防爆電器元器件和可靠連接。
      1.可靠電隔離器件
      在本質安全電路中,通常情況下,電隔離器件主要是指光耦合器件。當然,符合相應規定的繼電器以及其他防爆電器元器件也可以用作電隔離器件。
      電隔離器件,假若符合相應要求,便被認為是不可跨接而發生短路的可靠電隔離器件。例如,光耦合器件,只要它的額定值符合第6.3.1節的“三分之二原則”規定,而且又經受了相應的介電強度試驗,便可以認為這種器件是一種可靠電隔離器件。
      這里以光耦合器件為例來討論可靠電隔離器件。
      (1)結構與安全要求
      光耦合器件是一種以光為耦合介質在它的輸入端和輸出端之間傳遞電信號的器件。這種器件,按照結構形式,通常由三部分組成:光的發射、光的接收及電信號的放大,具有很好的電氣隔離特性;按照封裝形式,可以分為單只封裝器件和集成封裝器件。這里作為可靠防爆電器元器件,主要討論單只封裝的光耦合器件(集成封裝器件一般不被看作是可靠防爆電器元器件)。
      在使用光耦合器件對本質安全電路和非本質安全電路進行電隔離時,人們應該在非本質安全電路的輸入端配置適當的保護環節,以保證非本質安全電路的電壓和電流不會超過光耦合器件的額定值的三分之二。
    在非本質安全電路輸入端配置合適的熔斷器和齊納二極管,就是這樣的保護環節。此時,熔斷器應該能夠分斷預期的峰值電源電流;齊納二極管的額定功率不應該小于1.7I電流與最高齊納電壓之積。
     ?。?)試驗
      在本質安全電路和非本質安全電路之間設置的光耦合器件,假若非本質安全電路側設置的保護環節不足以提供可靠的過載保護,應該承受以下規定的型式試驗。
      1)介電強度試驗
      在介電強度試驗時,光耦合器件應該首先進行過載溫度試驗,之后才能進行介電強度試驗。
      2)過載溫度試驗
      在進行過載溫度試驗時,光耦合器件的接收側(發射側)應該以額定電壓和額定電流運行,發射側(接收側)應該以不損壞元件的規定功率運行(這個功率可從光耦合器件的數據表中選?。?。
      試驗在發射側(接收側)達到熱穩定以后應該再增加功率直至又一次達到熱穩定,如此繼續下去直到發射側(接收側)半導體元件損壞為止。試驗人員應該記錄環境溫度和試驗樣品剛好損壞之前發射側(接收側)的最高表面溫度。
      不管是發射側還是接收側,試驗都應該分別用5只試驗樣品進行。
     ?、诮殡姀姸仍囼?br />   在過載溫度測試之后,試驗人員應該將試驗所用的lO個試驗樣品放置在溫度為所測的最高表面溫度加10K(不超過15K)的烘箱中至少6h,但也不必超過7h。
      接著,試驗人員應該將這些試驗樣品放置在實驗室環境溫度下,待溫度降至(25±2)度時在本質安全接線端子和非本質安全接線端子之間施加試驗電壓1.5kV[(50±2)Hz或(60 4-2)Hz有效值],并在10s內增至3kV,然后,保持(60±5)s。
      在試驗過程中,光耦合器件的發射側和接收側的絕緣應該沒有發生擊穿,泄漏電流不應該超過5mA。
      2)炭化試驗
      炭化試驗所用試驗樣品應該為10只(每5只一組)。每一只試驗樣品均應該承受過載溫度試驗。經過過載溫度試驗后的試驗樣品才能進行炭化試驗。
      在試驗時,試驗人員應該在試驗樣品的下列部位施加試驗電壓375V[(50±2)Hz或(60±2)Hz,有效值]并保持30min。
      ·發射側,二極管的正、負極上;
      ·接收側,晶體管的集電極和發射極上。
      在試驗的最后5min內,泄漏電流不應該超過5mA。
      2.可靠限流電阻器
      在本質安全電路中使用的可靠限流電阻器,應該是下列型式的:
      ·薄膜型;
      ·線繞型;
      ·經過澆封或涂覆的混合電路以及印制電阻。
      可靠限流電阻器的額定電壓和額定功率應該滿足第3.1節中規定的“三分之二原則。
      對于薄膜型電阻器,主要有金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、碳膜電阻等。金屬膜電阻具有精度高、穩定性好、溫度系數小等優點,而且體積Y-d,,噪聲又低。金屬氧化膜電阻的特點是耐高溫、耐熱沖擊、負載能力強。碳膜電阻的性能一般,但成本低。
      對于線繞型電阻器,它具有性能穩定、耐熱性好、誤差范圍小等特點,適用于大功率的情況。在底板上安裝后,制作人員應該用澆封化合物把它澆封起來,以防止繞線斷開時繞線松展開與其它防爆電器元器件或導線“搭線”。澆封化合物固化后表面的相比電痕化指數應該符合表6.1中的相應規定值。
      對于這樣的線繞型電阻器,人們不必考慮其繞線之間可能發生匝間短路故障。
      此外,在正常運行條件下,熔斷器和燈泡燈絲的冷態電阻(在最低環境溫度條件下)也可以認為是可靠限流電阻器。
      3.可靠隔直電容器
      在電子電路(包括在本質安全電路)中,隔直電容既可以在級間隔離直流傳遞交流信號。又可以作為旁路元件濾除高頻信號。
      在本質安全電路中,作為隔直電容使用的電容器應該采用高度可靠的固體介質電容器,不可以使用電解電容器和鉭電容器。在電容器的正、負極板之間使用紙、云母、陶瓷或薄膜等固體介質的電容器就是這種電容器,它的可靠性高,穩定性又好。而電解電容器和鉭電容器內包含液體例如稀硫酸溶液,在使用過程中有可能泄漏,從而造成附加危險。
      電容器的額定電壓應該不小于電路中可能出現的最高電壓的1.5倍值。
      兩個這樣的電容器串聯起來組成一個隔直電容器組件。這是一種可靠組件。
      在隔直電容器組件中,每一個電容器的絕緣都應該承受相應的介電強度試驗。
      當隔直電容器布置在本質安全電路和非本質安全電路之間時,人們還應該考慮到電路中可能,瞬態效應。
      4.可靠電感器(線圈)
    本質安全電路中使用的電感器應該符合下列要求:
    ①繞制電感線圈的導體的線徑不得小于0.05mm。
    ②電感線圈的兩個導體之間至少有兩層絕緣,或者,有一層厚度大于0.5mm的固體絕緣,或者,采用符合國家標準GB/T 6109.2《漆包圓繞組線 第2部分:155級聚酯漆包銅圓線》、6109.5《漆包圓繞組線第5部分:溫度指數180的聚酯亞胺漆包銅圓線》、GB/T 6109.6圓繞組線第6部分:溫度指數220的聚酰亞胺漆包銅圓線》規定的1級(經相應試驗合|H2級漆包線繞制線圈。
    在里需要指出的是,電感線圈繞制完成后應該進行浸漬絕緣處理;通常應該采用沉浸、滴注!浸漬的工藝方法,涂刷和噴涂被認為不是有效的浸漬方法。當所用的浸漬物質中含有溶劑髦圈至少應該進行兩次這樣的浸漬和烘干。
      5.可靠安全分流組件
      基本質安全電路中,用來保證電路的本質安全性能的防爆電器元器件組合被稱為安全分流組件。  
      當安全分流組件僅僅承受最高電壓(Um)作用時,安全分流組件中的每一個防爆電器元器件都應該 符合第6.3.1節的“三分之二原則”規定;假若防爆電器元器件用熔斷器進行保護時,防爆電器元器件應該能夠承受熔斷器的1.7In電流值的持續電流(In—熔斷體電流)。
      必要時,安全分流組件應該用符合規定的澆封化合物澆封起來,以避免連接處斷開形成火花。
     ?。?)安全分流器
      當安全分流組件能夠保證把電路中防爆電器元器件或部件的使用電氣參數控制到不使本質安全性能失效時.這樣的組件被視為可靠安全分流器。
      當安全分流器承受最高電壓(U。)時,它應該能夠承受電路中可能出現的瞬態過程。但是以下情況可以不予考慮:
     ?、儆糜谙拗齐姼衅骰驂弘娖骷葍δ芷骷烹姇r。
     ?、谟糜谙拗齐娙萜鞯葍δ芷骷妷簳r。
      例如,連接成橋式電路的二極管組件,只要二極管的額定值符合相應要求,則可以被認為是可靠安全分流器。
     ?。?)安全限壓器
      安全分流組件能夠保證符合要求的電壓施加到本質安全電路時,這樣的組件被視為安全限壓器。
    當安全限壓器承受最高電壓(乩)時,它應該能夠承受電路中可能出現的瞬態過程。但是以下情況可以不予考慮:》由可靠電源變壓器供電時。簟|由二極管安全柵供電時。
     ?、儆呻姵?組)供電時。
     ?、谟砂踩至鹘M件供電時。
     ?、塾呻姼。ńM)供電時。
     ?、苡砂踩至鹘M件供電時。
      例如,當采用半導體二極管(包括齊納二極管)組成安全分流組件時,分流組件應該用兩只二極管并聯組成,而且,每一只二極管都能夠承受故障狀態下流過連接點的最大電流。
    安全分流組件就是可靠并聯限壓器。
      6.防爆電器元器件的可靠連接
      在本質安全型電氣設備的電路中,除了可靠防爆電器元器件外,這些防爆電器元器件之間的連接導線和導線連接也應該是可靠的??煽窟B接被認為是不會發生開路故障的。
      當可靠防爆電器元器件之間的連接符合下列要求時,這種連接便被認為是可靠連接。
      (1)連接導線
      當可靠防爆電器元器件之間采用導線連接時,這種連接應該滿足以下要求:
     ?、儆脙筛鶎Ь€并聯連接。
     ?、谟弥睆街辽贋?.5mm的單根導線連接,而且,無固定的長度不得大于50mm或者在連接點設置可靠的固定措施。
     ?、塾脝胃鶎Ь€截面積至少為0.125mm2(直徑為0.4mm)的帶狀軟線連接,而且,無固定的長度不得大于50mm或者在連接點設置可靠的固定措施。
      (2)印制導線
      在印制電路板上,印制導線應該滿足以下要求:
     ?、賰蓷l并聯連接,而且,每一條印制導線的寬度不得小于1mm。
     ?、趩螚l連接,但是,它的寬度至少為2mm或者寬度大于其長度的1%,取二者較大值。
      多層印制電路板中每一層的印制導線與另一層的印制導線之間,應該通過一個周長至少為2mm的導通孔連接,或者,通過并排設置、周長至少為1mm的兩個導通孔連接,而且印制導線的寬度應該符合上面的要求。
     ?、塾≈茖Ь€的標稱厚度不應該小于35izm(覆銅箔厚度),或者,印制導線能夠通過相應的有關試驗。
      (3)連接點
      不管是在安裝底板上還是在印制電路板上,導線的連接點(或焊接點)都必須連接可靠。例如,
     ?、賹τ诓⒙撨B接的導線,每一端的連接點都應該有兩個。
     ?、趯τ谥挥靡粋€焊接點的情況,連接導線在焊接點處穿過印制電路板上小孔彎曲后焊在焊接點上,當然也可以使用其他等效的方法焊接。
     ?、蹖τ谫N片元件,焊接處的焊接長度至少為2mm。
     ?、苓B接導線可以采用螺釘或螺栓連接,而且,要有放松措施。
      這里需要說明的是,在“ie”級本質安全型設備和電路中,人們可以不采用這種所謂的“可靠連接”。
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