火花点燃试验方法优化

通常情况下，本质安全型电气设备的电路应该承受火花点燃试验，以验证电路所携带的能量以“放电火花”的形式释放时能否点燃试验气体混合物。

1.试验装置

火花点燃试验装置是由安置在内容积至少为250cm³的试验容器内的两组电极组成的（参见第1章）。一组电极是一个上面刻有沟槽的镉盘电极；另一组电极是由固定在圆周直径为50mm的底盘上的4根钨丝组成的极握电极。

在试验时，被试电路的试验点接入试验装置的两组电极上。试验容器内充满试验气体混合物。在驱动机构的带动下，两组电极以不同的速度作相对转动（齿轮传动比为50∶12），钨丝在接触镉盘上的沟槽时产生“短路”和“断路”火花，用以点燃试验气体混合物。

在试验时，试验装置的两极应该接入本质安全电路的下列部位进行试验：

对于“ia”级和“ib”级设备：

●电路的连接件上。

●不符合表6.1、表6.2和表6.3中规定的相应数值的电气间隙、爬电距离、浇封化合物中的间距和固体绝缘材料中的间距之间。

●没有被浇封或涂层覆盖的隔离间距，或者，防护等级低于IP20的外壳内裸露带电部件之间的连接和隔离之间。

对于“ic”级设备：

●小于表6.1、表6.2和表6.3中规定的数值的隔离之间。

●代替普通火花触点，例如插头-插座、开关、按钮、电位器等。

●代替在正常工作时额定参数不符合相应规定值的元器件。

在试验时，试验装置的两极不跨接本质安全电路的下列部位进行试验，因为这些部位是所谓不会发生故障的“可靠部位”：

●可靠隔离；不与可靠连接串联。

●符合表6.1、表6.2和表6.3中规定数据的爬电距离、电气间隙、浇封化合物中的间距和固体绝缘材料中的间距。

●间距大于50mm，或者，中间设置符合规定的接地金属隔板或非金属隔板的本质安全端子与非本质安全端子。

●关联设备中除本质安全电路末端（输出端）以外的其他部分。

试验装置在试验时产生的短路、断路或接地故障被认为是系统的正常工作。

2.试验程序

（1）试验气体混合物

在进行火花点燃试验时，试验人员应该根据被试设备的防爆级别（Ⅰ类、ⅡA级、ⅡB级或ⅡC级）向试验装置的试验容器中充入表6.15所示的安全系数为1.0的试验气体混合物。

表6.15 安全系数为1.0时的试验气体混合物及标定电流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》。

对于被试设备是专门用于某种特指可燃性气体的情况，试验人员可以采用这种特指可燃性气体进行点燃试验。

不管怎么样，试验气体或蒸气的纯度不应该低于95%。试验室的温度、湿度和气压（海拔）的正常变化，通常，对试验结果影响不大，可以不予考虑。

（2）试验装置的标定

在进行火花点燃试验过程中，试验人员都应该在每一次试验前对试验装置进行标定，即检验试验装置的灵敏度是否符合要求。

在进行标定时，试验装置的两个电极接入电压为24V的直流电源和电感值为0.09～0.1H的空心线圈（电感器），试验电路的电流应该调整到表6.15中所列之值。

在试验装置的极握电极接被试电路正极，极握电极（即主动电极）旋转400～440转的情况下，被试的试验气体混合物（即表6.15所示试验气体混合物）至少发生1次点燃，便可以认为试验装置的灵敏度符合要求。

（3）安全系数

在进行火花点燃试验时，试验人员应该根据不同要求对被试电路的试验参数施加一定的安全系数。施加安全系数的用意是，用一种更容易点燃的电路替代原来电路进行试验，以提高被试电路的可靠性。

通常情况下，在这种试验中安全系数取为1.5。

试验人员可以使用下列任何一种方法获得这个安全系数。

1）调整电路参数法

在使用这种方法时，要把电源电压提高到电压额定值的110%，或者取电池（组）或限压器件的最高电压。

●对于电感性电路和电阻性电路，人们可以使用减小可靠限流电阻器电阻值的方法获取1.5倍的故障电流。

假若此时仍得不到1.5倍的安全系数，则可以再进一步提高电源电压。

●对于电容性电路，人们可以提高电源电压以获得1.5倍的故障电压。

另一种方法是，当电容器串联一支可靠限流电阻器时，则电容器可以被视为“电池（组）”，这样的电路则被视为电阻性电路。因而，人们可以按照电阻性电路来施加安全系数。(www.xing528.com)

2）改变试验气体成分法

通常情况下，人们应该使用“调整电路参数法”来获得安全系数。但是，在使用“调整电路参数法”还得不到1.5倍安全系数时，试验人员也可以使用表6.16中所列爆炸性气体-空气混合物作为试验气体混合物。使用这样的混合物进行试验时相当于施加了1.5倍的安全系数。

在这种情况下，试验装置的标定电流应该符合表6.16中规定的相应数据。

表6.16 安全系数为1.5时的试验气体混合物及标定电流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》。

（4）试验

在试验时，试验人员应该根据被试电路的设备保护级别（“ia”级、“ib”级或“ic”级）将电路中可能出现短路、断路的点接入试验装置的两个电极上，在正常工作状态、一个（或两个）计数故障以及一些非计数故障情况下进行试验。

在每一个试验点，火花试验装置的极握电极应该旋转下列转数：

●对于直流电路，在5min内旋转400转（每一种极性分别为200转）。

●对于交流电路，在12.5min内旋转1000转。

●对于电容性电路，在5min内旋转400转（每一种极性分别为200转）。

这里需要特殊指出的是，在电容性电路试验时必须保证电容器的充电时间，通常，这个时间不应该小于3倍的电路时间常数。在一般情况下，正常试验时的充电时间大约为20ms。假若这个时间还不能够满足要求，试验人员可以将极握电极上4根钨丝电极去掉1根或多根，也可以降低极握电极的旋转速度，以这样的方法来保证电容器有足够的充电时间。应该注意，当去掉极握钨丝电极时，必须增加极握电极的转数，以便保证和正常试验时一样的火花数量。

在每一个试验点完成试验后，试验人员都应该对试验装置重新进行标定，以检查它的灵敏度。

（5）试验结果的评价

在火花点燃试验过程中，每一个试验点在规定的转数内都不应该发生点燃。

3.几种特殊情况

在进行火花点燃试验时，人们应该注意以下事项。

（1）试验的最不利条件

火花点燃试验应该在被试电路处于最不利条件下进行。

例如，对于一些简单的电路，在采用图6.21～图6.26中所示曲线考核电路时，电源的短路是一种最不利条件；对于那些较复杂的电路，电源的短路可能不是最不利条件，像稳压电源那样，最不利条件通常出现在电源串联有可靠限流电阻器的输出电路中，限流电阻器将电流限制到电源电压不降低时流过的最大电流。

（2）简单电路

对于一些简单电路，人们根据图6.21～图6.26中所示曲线进行认真分析和评价后认为，它确实具有足够的安全火花性能，就没有必要一定承受火花点燃试验。

（3）电感器和电容器组成的混合电路

在包含电感器和电容器的电路中，人们就不能简单地使用图6.21～图6.26中所示曲线进行准确的评价了，因为电容器储存的能量可以增强电源对电感器的充电能力。

所以，对于包含电容器和电感器的综合性电路，人们应该对电容和电感进行综合评价。

（4）采用分流短路电路进行保护的电路

对于这种电路，当其他电路发生故障引起分流短路电路急剧短路时，则在急剧短路过程中出现的允许通过能量不应该超过下列规定值：

●对于Ⅰ类设备，260μJ。

●对于ⅡA级设备，160μJ。

●对于ⅡB级设备，80μJ。

●对于ⅡC级设备，20μJ。

允许通过能量可以用示波器测量出来，但是，不适宜用火花点燃试验进行试验。

（5）火花点燃试验装置的局限性

火花点燃试验装置仅仅适用于下列的电路参数：

●试验电流不大于3A。

●对于电阻性电路和电容性电路，开路电压不大于300V。

●对于电感性电路，电感值不大于1H。

如果被试电路的参数超过上述值，那么，火花点燃试验装置的灵敏度就会发生变化。

这是因为，如果电流大于3A，极握电极的钨丝因为发热温度升高将可能导致“热”点燃；在电感性电路时，过大的电感和时间常数会对试验结果产生不利的影响；在时间常数较大的电容性电路中，用减小极握电极的转速来增加充电时间，可能会改变试验装置的灵敏度，如此等等。