外部导线连接方法详解

外部电缆（或电线）引入本质安全型电气设备的方式有两种：电缆（或电线）直接连接在它的接线端子上，或者，用插头-插座方式插接连接。

1.接线端子

在采用电缆（或电线）直接连接在接线端子上的连接方式时，各个接线端子都应该满足以下要求。

（1）接线端子

接线端子常常采用螺钉压紧式结构（图6.1）或者螺栓-螺母式结构，应该使用导电性能好、机械性能好的材料制成，例如黄铜。而且，接线端子的结构还要保证导线连接可靠，不应该在接线时发生转动和在使用期间发生松动，例如，可以在接线端子上设置制动凸台作为止动措施防止转动，可以在接线时采用弹簧垫圈作为防松措施防止松动。

（2）电气间隙和爬电距离

本质安全电路接线端子与本质安全电路接线端子之间，本质安全电路接线端子与非本质安全电路接线端子之间的电气间隙和爬电距离应该符合表6.1中规定的相应数值。

表6.1 电气间隙、爬电距离和间距①

注：当电压低于10V时，绝缘材料不需要规定相比电痕化指数。

①引自GB 3836.4《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》。

这里需要特殊指出的是，表6.1中的数据是在3级污染（参见表2.11）条件下提出的。对于印制电路板来说，假若使用防护等级不低于IP54的外壳保护起来，相当于处于2级污染条件下，它的电气间隙、爬电距离和间距允许采用表6.2或表6.3中规定的相应数值。

表6.2 适用于设备保护级别为“ia”级或“ib”级印制电路的电气间隙、爬电距离和间距①

（续）

注：所谓1型涂层是指，这样的涂层能够保护和改善被保护部分的微观环境，把两个导电部件之间的全部间距都保护在这一保护型式之下；2型涂层是指，这样的涂层类似于固体绝缘，把两个导电部件之间的全部间距都保护在

这一保护型式之下，而且，导电部件、保护材料和印制电路板之间不存在任何间隙（气隙）。

①引自GB 3836.4《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》。

②GB/T 16935.1—2008《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验》对过电压类型适应的设备规定如下：

●Ⅰ类过电压类别（信号水平级）适应的设备是指连接在具有能把瞬时过电压限制到相当低水平措施的电路中的设备。

●Ⅱ类过电压类别（负载水平级）适应的设备是指连接在固定式配电装置上的能耗设备。例如，能耗器具，可移动式工具及其他家用和类似用途的负载。

●Ⅲ类过电压类别（配电水平级）适应的设备是指使用在固定式配电装置二次侧的设备。例如，配电装置上安装的开关电器，永久连接在配电装置上的工业用设备。

●Ⅵ类过电压类别（电源水平级）适应的设备是指使用在固定式配电装置一次侧（电源侧）的设备。例如，检测仪器和过电流保护设备。

表6.3 适用于设备保护级别为“ic”级印制电路的电气间隙、爬电距离和间距①

注：“—”表示无特殊要求；“*”表示无相应值。

①引自GB 3836.4《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》。

此外，外部导线连接后（图6.1）导线裸露带电部分之间的电气间隙不应该小于6mm，导线裸露带电部分与接地金属导体之间的电气间隙不应该小于3mm。

（3）隔离

本质安全电路接线端子与非本质安全电路接线端子之间，除符合电气间隙和爬电距离的要求外，还应该设置必要的隔离措施以防止接线松脱出现“搭线”现象。

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图6.1 外部导线连接时电气间隙和爬电距离示例

1—绝缘接线板 2—外部连接导线 3—接线端子 4—金属外壳 T—符合表6.1中规定的数值 d—外部连接导线裸露带电部分符合的数值

这种隔离措施有两种形式可以采用：

①本质安全电路接线端子与非本质安全电路接线端子之间至少相隔50mm的间距。

②在本质安全电路接线端子与非本质安全电路接线端子之间设置隔板进行隔离。

在采用隔板隔离时，这种隔板可以是接地金属板，也可以是非金属板。当采用金属板时，金属板应该有足够的厚度，能够通过故障条件下出现的异常电流而不被烧穿和损坏；当采用非金属板时，非金属板应该具有足够的机械强度，防止使用过程中被折断和损坏。不管是什么材料的隔板，它的尺寸应该保证与设备外壳壁之间的距离不大于1.5mm。

值得注意的是，当本质安全电路放置在隔爆外壳内时，通常情况下，不要采用这种隔板隔离措施，因为那样可能会产生爆炸压力重叠现象。

2.插头与插座

当外部电缆（或电线）引入本质安全型电气设备时，人们可以采用插头-插座方式插接连接。这是一种比较方便的连接方式。

在使用这种连接方式时，原则上，在未连接的情况下，插头应该连接在非带电侧，插座应该连接在带电侧。由于插头突出在绝缘材料外，所以，这样就可以避免可能发生的附加危险。

此外，所有的插头-插座，包括本质安全电路与非本质安全电路的插头-插座，都不允许互换、错插，而且插接后必须锁紧。

毫无疑问，所采用的插头-插座亦应该符合表6.1所示的电气间隙、爬电距离和间距的规定值。

3.外部电缆L_o/R_o的确定

在本质安全电气系统中，当用电阻来限制电源能量（即线性电源）时，电源设备要求的外部电缆的最大电缆电感（L_o）与电阻（R_o）之比（L_o/R_o）不应该超过下式计算值：

式中 e——火花试验装置的最小点燃能量（J）（对于Ⅰ类设备：e=525μJ，ⅡA级设备：e=320μJ，ⅡB级设备：e=160μJ，ⅡC级设备：e=40μJ）；

R——电路中负载设备内部电感线圈的电阻值（包括可靠限流电阻）与电源设备内部的电阻值之和（Ω）；

U_o——电源的最大输出电压（V）；

L——电路中负载设备内部电感线圈的电感值与电源设备内部的电感值之和（H）。

如果L=0，即负载设备内部和电源设备内部不包含电感，则式（6.1）为

如果要求的安全系数为1.0（“ic”级设备和电路），则L_o/R_o可以乘以2.25。

设计人员可以将式（6.1）或式（6.2）的计算结果标志在电源设备的输出参数中，告诉人们，假若使用L/R时，它应该符合L_o/R_o的要求（L/R≤L_o/R_o）。

这样，人们就可以按照式（6.1）或式（6.1）的计算结果，直接与电缆的相关参数比较，来选择相应的电缆。

这里应该指出的是，当电源设备的最大内部电容（C_i）大于最大外部电容（C_o）的1%时，上述公式存在较大的误差。

【例6.1】 假设用一个电池组对一个热电偶供电。供给热电偶的最大输出电压为22V，电池组的内阻为0.1Ω；防爆级别为ⅡC级；设备保护级别为Ga级。求此时允许接入的外部电缆的L_o/R_o。

由式（6.1）可知，当防爆级别为ⅡC级时，试验时火花试验装置的最小点燃能量e=40μJ。将这些数据代入式（6.2）中计算便得到

L_o/R_o=（32×40×10^-6×0.1）/（9×22²）H/Ω≈29.39×10^-9H/Ω

假若设备保护级别为Gc级，则上述计算值可以乘以2.25。即

L_o/R_o=29.39×10^-9×2.25H/Ω≈66.13×10^-9H/Ω