综合电路安全性能的火花分析与评价

对于综合性电路安全火花性能的分析与评价，依然采用上述方法，现举例予以说明。

【例6.14】 这里分析和评价的电路（图6.29）是一个控制系统的一部分，是一个精度要求比较高的电源，而且，这个电源的负载是电阻性的。它由电源变压器、桥式整流环节、集成稳压器IV₁、安全栅和一个“π”型LC滤波环节、集成稳压器IV₂组成。设备的防爆标志为ExiaIIC Ga。

图6.29 综合性电路

在这个电路中，电源部分和安全栅（关联设备）设置在非危险场所。

对这个电路的分析和评价，原则上，仍然采用上述的方法，分为以下三部分进行。

1.电源部分

电源部分由电源变压器（T）将市电220V降至24V，经桥式整流环节整流、滤波，并稳压后供给安全栅的非本质安全端。

这里的电源变压器是可靠组件。对于本质安全电路来说，施加在电源变压器一次侧可能的最高电压（U_m）为250V。

2.关联设备部分

安全栅作为关联设备，在电路中起到“隔离危险能量”的作用，即在电路从非危险场所进入危险场所时将非危险场所的“危险”能量限制到符合危险场所需要的“安全”能量后传递到危险场所。

它被认为是可靠组件。

在这个电路中，安全栅可能承受的最高电压（U_m），即施加在安全栅非本质安全端子上而不会使本质安全性能失效的最高电压，应该是电源变压器一次侧可能承受的最高电压，通常按250V计。

安全栅的额定值为，最高输出电压U_o=28V；最大输出电流I_o=93mA。

从图6.21中可以查到，对于ⅡC级电阻性电路，当电压U=28V时，相对应的最小点燃电流为I=180mA。

当取1.5倍安全系数时，则它的修正最小点燃电流为

I=180mA/1.5=120mA

这个电流依然大于安全栅的最大输出电流I_o=93mA。

由此可见，安全栅本质安全端的输出满足电路的本质安全性能。

3.负载部分

这里所谓的负载是指安全栅输出端，即本质安全端子以后的部分，包括滤波环节和集成稳压器。

（1）确定电路的最不利条件(www.xing528.com)

在这部分电路中，电感器L₁和L₂的电感值均为1.5mH（最大）；电容器C₃、C₄和C₅的电容值均为0.01μF（最大）；电阻器R₂为可靠限流元件，电阻值为250Ω（最小）。

这些数值均被认为是电路的最不利条件。

（2）确定故障条件下的安全火花性能

1）假定集成稳压器（IV₂）损坏而对地短路

集成稳压器（IV₂）损坏而对地短路，是一个非计数故障。

这时，由于电阻器R₂的限流作用，使得流过电感器L₁和L₂的最大可能电流为

I=28V/250Ω=112mA

当对这个电流施加1.5倍安全系数时，则流过电感器的修正最大可能电流为

I=112mA×1.5=168mA

从图6.26中可以查出，当电感值为3mH（L₁+L₂）时，相对应的最小点燃电流为180mA。而此时流过电感器的修正最大可能电流为168mA，小于最小点燃电流（180mA）。

因而，在这种故障情况下，电路也是符合本质安全性能要求的。

2）假设导线连接等发生短路

在电路的本质安全部分中，假设导线连接（包括印制导线）、电气间隙、爬电距离等发生了短路故障（这种故障为计数故障），则电路中的各个电容器（C₃、C₄和C₅）就可能成为并联状态。这是电容器可能出现的最严重的故障状态。

因而，此时电路的等效电容值为

C=C₃∥C₄∥C₅=0.03μF

当对安全栅的输出电压施加1.5安全系数时，则此时修正后的电压为

U=1.5U_o=28V×1.5=42V

从图6.23中可以查出，对于ⅡC级电容性电路，当电压为42V时，相对应的能够引起点燃的最小电容值为0.08μF。而此时，在故障状态下电路的等效电容值为0.03μF，远小于0.08μF。

由此可见，在这种故障状态下，电路仍然符合本质安全性能要求。

这里需要指出的是，在上述分析和评价中，没有严格按照第6.5.1节所述的分析步骤，而是采用简化分析方法。通常情况下，在分析和评价综合性电路（包括电阻器、电容器、电感器和其他元器件）时，人们可以采用这种简化分析法。例如，在上述分析中，没有对正常工作状态下的电路进行分析，而仅仅分析了可能发生最严重的故障状态下的电路。显然，电路在故障状态下能够满足本质安全性能，在正常工作状态下也不应该发生点燃。