电容性电路的安全火花性能分析与评价

现在按照上一节给出的分析与评价方法对一个预计使用在煤矿井下的本质安全型电气设备（Ⅰ类）进行分析和评价。

【例6.13】 假设设备的电路是由最高电压E=30V的电池组和一个电阻值R=10kΩ的可靠限流电阻器、一个电容值C=10μF的电容器串联组成的，如图6.28所示。

我们依然按照上述的步骤，把电路分为两部分：电源部分和负载部分，来进行分析和评价。

1.电源部分

（1）确定电路的最不利条件

在这个电路中，电源电压30V为最高电压，亦被认为是电池组的开路峰值电压，是电路的最不利条件之一。可靠限流电阻器的10kΩ电阻值被认为是最小值，是另一个最不利条件。

图6.28 电容性电路

（2）施加安全系数

按照电路的最不利条件进行计算可得出电源部分的最大短路电流为

I=30V/10kΩ=3mA

由于电源部分是电阻性电路，所以安全系数取为1.5。于是，电源的修正最大短路电流为

I=3mA×1.5=4.5mA

（3）核查安全火花性能

因为电源部分是电阻性电路，所以使用图6.21的曲线进行核查。

从图6.21中可以查出，对于Ⅰ类电路，当电源的开路峰值电压为30V时，相应的最小点燃电流为0.7A。显然，这个电路的电源部分是符合本质安全型要求的。

2.负载部分

（1）确定电路的最不利条件

这个电路的负载部分是一个电容器。电容器的电容值10μF是最大值，是电路的一个最不利条件；而30V是电源的开路峰值电压，是电路的另一个最不利条件。

由于10kΩ电阻器是可靠限流电阻器，因而不管电容器发生短路故障还是开路故障，电源都是本质安全型的。所以，负载部分不再考虑施加故障。

（2）施加安全系数

由于负载部分是电容性电路，所以对电源电压的安全系数取为1.5。于是，电源的修正开路峰值电压为

U=30V×1.5=45V

（3）核查安全火花性能

因为设备为Ⅰ类设备，电路为电容性电路，所以可使用图6.22的曲线进行核查。(www.xing528.com)

从图6.22中可以得出，在最小点燃电压为45V时，相应的电容值为3μF，即使电压为30V，相应的电容值也只有8_μF。然而，这个电路中的电容值却是10μF，远大于3μF。

因而，可以得出结论，所讨论的电路不能被评价为本质安全型电路。

3.电路的修改

为了使电路具有本质安全性能，设计人员必须对电路进行适当的修改。

电路的修改方案有多种：降低电源电压，或者减小电容值，或者在原来10μF的电容器上串联一个可靠限流电阻器。

（1）降低电源电压

在这种情况下，当电容器的最大电容值仍然保持为10_μF时，从图6.22中可以得知，相应的最小点燃电压为26V。

于是，在取1.5倍安全系数的情况下，电源的开路峰值电压为

U=26V/1.5≈17.3V

（2）减小电容值

在这种情况下，将电容器的电容值减小至3_μF，其他参数不变即可满足要求。

（3）在原来10μF的电容器上串联一个可靠限流电阻器

在这种情况下，电容器的最大电容值仍保持为10μF，但是，人们应该用一只电阻值为5.6Ω的可靠限流电阻器与之串联。此时，在图6.22中与之对应的最小点燃电压为48V。

在取1.5倍安全系数的情况下，电源的开路峰值电压为

U=48V/1.5=32V

这个修改后的开路峰值电压大于原电路电源的开路峰值电压（30V）。显然，电容器串联可靠限流电阻器后，原电路电源的开路峰值电压是安全的。

在这种方案中，人们可以采用电容器串联可靠限流电阻器的方法来限制电容器的放电能量。这种方法相当于减小了电容器的电容值。人们可以利用表6.13中所示数据来实现这种“减小”。

表6.13 电容器串联可靠限流电阻器时的有效电容值①

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》。

②C₀为未串联可靠限流电阻器时的电容值。

在这种情况下，电容器和与之串联的电阻器都应该符合可靠元器件的要求；它们之间的连接还应该满足可靠连接的要求。

不管是采用哪种方案对电路进行修改，修改后，人们还应该按照上述步骤对修改后的电路进行分析和评价，必要时，还要进行火花点燃试验，进一步确认电路的安全火花性能。