GB 3836.18-2010 爆炸性环境 第18部分：本质安全系统.pdf

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1、ICS 29.260.20 K 35 道昌中华人民=工-、和国国家标准GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 爆炸性环境第18部分:本质安全系统Explosive atmospheres Part 18: Intrinsically safe system (IEC 60079-25: 2003 , IDT) 2010-08-09发布2011-08-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委员会发布GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 目次前言.1 1 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义4

2、 系统描述文件25 类别和组别36 系统等级.3 7 环境温度额定值38 现场接线9 本质安全系统的接地和等电位联结310 防雷电冲击及其他电冲击保护411 本质安全系统的评定412 标志5附录A(规范性附录)简单本质安全系统的评定附录B(规范性附录)多电源组合电路的评定附录c(资料性附录)非线性和线性本质安全电路的互连10附录D(规范性附录)电感参数的确定.u附录E(资料性附录)系统控制图和安装图的参考格式。附录F(资料性附录)本安电路的冲击保护.46 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 目IJI=t 本部分的全部技术内容为强制性。GB 3836(爆炸性

3、环境分为若干部分:-一第1部分:设备通用要求;一一第2部分:由隔爆外壳d保护的设备;一一第3部分:由增安型飞保护的设备;一一第4部分:由本质安全型i保护的设备;一一第5部分:正压外壳型p;-一一第6部分:油浸型0; 第7部分:充砂型q;一二第8部分:n型电气设备;一二第9部分:浇封型m;第11部分:最大试验安全间隙测定方法;第12部分:气体或蒸气混合物按照其最大试验安全间隙和最小点燃电流的分级;一第13部分=爆炸性气体环境用电气设备的检修;一一第14部分:危险场所分类;一一第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外); 一一第16部分:电气装置的检查与维护(煤矿除外); 一一第17部分:正压房间或

4、建筑物的结构和使用;一-第18部分:本质安全系统;一一-第19部分:现场总线本质安全概念(FISCO); 一-第20部分:设备保护级别(EPL)为Ga级的设备。本部分为GB3836的第18部分。本部分等同采用IEC60079-25: 2003(爆炸性气体环境电气设备第25部分:本质安全系统)(英文版)。本部分与IEC60079-25: 2003相比，仅做了编辑性修改。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国防爆电气设备标准化技术委员会(SAC/TC的归口。本部分主要起草单位:南阳防爆电气研究所、国家防爆电气产品质量监督检验中心、上海工业自动化仪表研究所、煤炭科学研究总院抚顺分院、郑州永邦电气

5、有限公司、华荣集团有限公司、河南省济源市矿用电器有限责任公司、海湾安全技术有限公司。本部分主要起草人:张刚、徐建平、付淑玲、刘垣云、李江、周斌涛、王爱中、谢绍建。I GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 爆炸性环境第18部分:本质安全系统1 范围1. 1 GB 3836的本部分规定了对整体或部分拟用于E类爆炸性气体环境中、防爆类型为本质安全型i的电气系统结构和评定的特殊要求。本部分供本质安全系统的设计人员使用，他们可能是制造厂、专家顾问或最终用户工作人员。注1:1类和田类本质安全电气系统结构和评定的详细要求，拟在本部分下次的修订版本中给出。1. 2 本部分是

6、对GB3836. 4-2010的补充，GB3836. 4-2010的要求适用于本质安全电气系统中的电气设备。拟用于爆炸性环境的E类本质安全系统内的设备应根据GB3836.1和GB3836.4给出表面温度组别。注2:ic等级本安系统的详细要求，拟在本部分下次的修订版本中给出。1. 3 按照本部分要求设计的E类本质安全系统的安装要求在GB3836.15一2000中予以规定。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB3836的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，只有引用的版本适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其

7、最新版本(包括修改单)适用于本部分。GB 3836. 1爆炸性环境第1部分:设备通用要求(GB3836.1一2010，IEC60079-0: 2007 , MOD) GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型i保护的设备(IEC60079-11: 2006 , MOD) GB 3836. 15-2000爆炸性气体环境用电气设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外)(eqv IEC 60079-14: 1998) GB/T 16927. 1 高电压试验技术第1部分:一般试验要求(GB/T16927.1-1997 , eqv IEC 60060-1 :1989) 3 术语和定义

8、本部分给出了下列与本质安全系统有关的定义。这些定义是对GB3836. 1-2010和GB3836.4-2010中定义的补充。3. 1 本质安全电气系统intrinsically safe electrical system 在系统描述文件中规定的，拟用于爆炸性环境的电路或部分电路是本质安全电路的电气设备互连部分的组合。3. 1. 1 获证的本质安全电气系统certified intrinsically safe electrical system 符合3.1，并且已获得防爆合格证，证明符合本部分的电气系统。3.1.2 未获证的本质安全电气系统uncertified intrinsically

9、safe electrical system 符合3.1，并且通过对系统中已获证的本质安全电气设备、已获证的关联设备、简单设备的有关电GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 气参数的了解和对内部互连导线电气参数和物理参数的了解，可以明确推断出具有本质安全性能的电气系统。3.2 系统描述文件descriptive system document 规定构成本质安全系统的电气设备、电气设备电气参数及其互连导线电气参数的文件。3.3 系统设计员system designer 具备完成系统设计任务所必需的能力，且经授权代表其雇主承担责任，负责制订本质安全系统描述文件的人

10、员。3.4 3.5 3.6 最大电缆电容maximum cable capacitance Cc 可以连接到本质安全电路上，而不会使本质安全性能失效的互连电缆的最大电容。最大电缆电感maximnm cable inductance Lc 可以连接到本质安全电路上，而不会使本质安全性能失效的互连电缆的最大电感。电缆最大电感与电阻比maximum cable inductance to resistance ratio LJRc 可以连接到本质安全电路上，而不会使本质安全性能失效的互连电缆的电感(Lc)与电阻CRc)之比的最高值。3. 7 线性电源Iinear power supply 用电阻器确

11、定有用输出电流的电源。随着输出电流增大输出电Li线性下降q3.8 非线性电源non-Iinear power supply 输出电压和输出电流具有非线性关系的电源。举例:用半导体控制的恒压输出能达到恒定电流极限的电源。4 系统描述文件2 应对整个系统制定系统描述文件。系统描述文件应充分体现对系统所达到安全等级的分析。附录E给出了系统描述文件典型的示意图，说明了对系统描述文件的要求。至少应有下列要求za) 列出系统内所有设备的系统框图。b) 符合第5章、第6章和第7章要求的类别、温度组别、级别和环境温度额定值的说明。c) 符合第8章要求的互连导线的要求和允许参数。d) 符合第9章要求的系统接地和

12、等电位联结点的具体情况。如果使用冲击保护装置，则也应包括符合第10章的分析。e) 如果适用，应包括按照GB3836. 4将设备评定为简单设备的证明。特别是，如果简单设备包括若干部分，则应提供对各部分参数综合的分析。f) 应创建系统描述文件的唯一标识。g) 系统设计员应在文件上签字并写明日期。GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 5 类别和组别按照GB3836. 1的规定，本质安全电气系统应在H类场所使用。适用时，系统作为一个整体或其中的部件应再进一步分级。拟用于爆炸性环境的E类本质安全系统内的设备应根据GB3836. 1和GB3836.4给出表面温度组别。注

13、1:II类本质安全电气系统或其中的部件，其A、B、C再分类可以与系统中包括的特定本质安全电气设备及关联电气设备的A、B、C再分类不同。注2:同一本质安全电气系统的不同部分可以有不同的再分类(A、B、C)。所使用的设备可以有不同的表面温度组别和不同的环境温度定额。6 系统等级6. 1 通则根据GB3836.4的规定，用于爆炸性环境的本质安全电气系统，其每一部分的等级进一步划分为ia和ib等级。整个系统不必定在一个等级。系统描述文件应规定系统的等级或(必要时)系统不同部分的等级。注:例如，如果一台仪表基本防爆标志是ib等级，但是该仪表设计用于连接一台la等级传感器，则系统中到该仪表的部分为ib等级

14、，而传感器及其连接件为ia等级。如一台pH值测量仪表以及与其连接的探针。评定的具体要求见第11章。6.2 ia等级如果看作整体的本质安全系统或系统的一部分满足ia等级电气设备的要求(参见GB3836.4-2010，5.2)，则该系统或系统的一部分应作为ia等级。6. 3 ib等级如果看作整体的本质安全系统或系统的一部分满足ib等级电气设备的要求(参见GB3836.4-2010，5.3)，则该系统或系统的一部分应作为ib等级。7 环境温度额定值如果本质安全系统部分或整体运行温度超出一20.C十40.C正常工作温度范围，则应在系统描述文件中说明。8 现场接线与本质安全性能有关的互连导线的电气参数以

15、及推导的电气参数应在系统描述文件中予以规定。或者，应规定特定的电缆类型，并在文件中说明选用的理由。如果规定了特定类型的电缆，则电缆应符合GB3836. 15的有关规定。如果适用，系统描述文件也应规定符合GB3836. 15规定、各个特定电路允许使用的多芯电缆的类型。特殊情况，如果没有考虑隔离电路之间的故障，则应在系统描述文件的框图上加上一个注如果互连电缆使用的多芯线部分含有其他本质安全电路，则多芯线必须符合GB3836. 15规定的A型或B型多芯线的要求。9 本质安全系统的接地和等电位联结通常，本安型电路应该完全浮地或者仅在一点等电位联结在与危险场相联系的基准电位上。要求的隔离等级(一点接地除

16、外)应能承受GB3836.4-2010中6.3. 12规定的500V耐压试验。如果不符合此项要求，则电路应视为在该点接地。如果电气隔离将电路分成若干支路，且每一支路仅有一个接地3 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 点，则电路上允许有一个以上接地连接。屏蔽应按GB3836.15的要求接地或连接到外壳机架上。如果系统拟用在外壳和电路之间能出现显著电位差(大于10V)的装置中，最好使用与外部影响(如距外壳机架一定距离的接地电位的变化)电气隔离的电路。如果系统的一部分拟用在0区场所，要特别小心。系统描述文件应清楚地说明系统的哪个点或哪些点是用来连接设备的基准电位

17、，以及对这种等电位联结的特殊要求(可以参照GB3836. 1日。并按GB3836. 15的要求确定哪一点或哪些点连接到本质安全系统设备。10 防雷电冲击及其他电冲击保护如果进行的危险分析表明设备特别容易受到雷电冲击或其他电冲击，应采取预防措施避免可能造成危害。如果本质安全电路的一部分安装在0区，且安装方式会导致在0区内产生危险性或破坏性电位差，则应安装冲击保护装置。如果导体没有等电位联结到外壳壳体上，在电缆的每一根导体(包括屏蔽)和外壳壳体之间要求冲击保护。冲击保护装置应尽可能安装在0区外靠近边界处，最好是在距边界1m之内。在易受雷电等冲击影响的场所，系统设计应增加对1区和2区设备的冲击保护。

18、冲击保护装置应能够转换最低10kA的峰值放电电流(根据GB/T16927. 1，脉冲8/20s，10次), 保护装置和主体结构之间的连接导体，最小横截面积至少应等效于4mm2的铜钱。0区内的本质安全设备和冲击保护装置之间的电缆，其布线连接方式应能保护其免受雷电冲击。任何引人到本质安全电路中的冲击保护装置应具有与预定使用场所相适应的防爆等级。通过非线性装置如气体放电管和半导体，将电路和外壳机架互连的冲击保护装置，在正常运行时，如果通过该装置的电流小于10A，则认为不会对电路的本质安全性能产生不利影响。注:如果在最佳受控状态下进行500V绝缘试验，可能需要断开冲击抑制装置，以防止影响测量的有效性。

19、采用冲击抑制技术的本质安全系统，必须考虑上文提出的要求，对间接多点接地的效果进行分析并形成文件，证明系统符合要求。在评定本质安全系统时，应考虑冲击抑制装置的电容和电感。附录F介绍了设计本质安全系统冲击保护的一些情况。11 本质安全系统的评定11. 1 通则如果系统含有本身不符合G3836.4的设备，则应将系统作为一个整体进行分析。应按照GB 3836.4-2010中5.2和队3的规定，分别对ia等级和ib等级系统进行分析。除设备内故障之外，11.3所列现场接线故障也应考虑。注:普遍认为，对整体系统施加故障没有对设备各个部分施加故障严格;尽管如此，用这种方法仍认为能达到可接受的安全等级。如果需要

20、的所有信息齐备，即使使用了符合GB3836.4的设备，也允许施加计人整体系统的故障。更常用的方法，是对单独分析过的设备或试验过的设备的输入、输出特征值进行直接比较。如果系统中仅有按照GB3836.4进行单独分析的设备或试验的设备，则应证明系统内所有设备互相兼容。设备内部的故障已经考虑，不需要进一步考虑这些故障。如果系统含单一电源，则电源的输出参数考虑了可能出现的电缆故障，因此不需要再进一步考虑这些故障。附录A介绍了对这些简单电路进行分析的更详细的资料。如果设备内可能连接独立的本质安全电路，例如带有两个独立电阻绕组的电阻温度计，则连接在一起的电路应作为单个电路进行评定。如果系统含有一个以上线性电

21、源，则应对组合后电源的影响进行分析。附录B介绍了常用多电源4 GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 组合电路的分析方法。如果本质安全系统含有一个以上电源，并且这些电源中一个或多个是非线性的，则不能使用附录B介绍的评定方法。对于这种本质安全系统，附录C对如何分析含有一个非线性电源的组合系统做了说明。图1阐述了系统分析的原理。否是是11.2 电感电路的分析使用083836.4 的规定遵照附录A遵照附录B使用附录C的规则和/或昕取专家意见图1系统分析系统应根据08 3836.4 标志和试验创建描述性系统文件创建描述性系统文件创建描述性系统文件如果设备具有根据设备文

22、件或者根据设备结构明确确定的电感和电阻，则系统电感方面的安全性应按照附录D规定的方法确认。11. 3 现场接线故障如果设计的系统要求考虑现场接线的故障，则应施加下列故障:a) 任何数量的现场接线导体开路;b) 任何数量的现场接线导体和屏蔽之间短路;c) 等电位联结结构或铠装在任意点出现的故障。在分析时，等电位联结结构或铠装的回路应认为具有零阻抗，不会将任何电压或电流引入电路。应按照GB3836.4-2010中10.1.4.2规定，施加1.5倍的安全系数计算互连电缆的允许参数。11. 4 型式检查和试验如果有必要通过型式检查和/或型式试验确定系统是否足够安全，则应采用GB3836. 4-2010

23、第10章规定的方法。12 标志系统内的所有设备应易于识别。对于简单设备，可采用追溯工厂识别标签的办法实现。对系统描述文件最基本的要求是易于追溯。可行的方法是对仪表回路准确编号，注明回路信息，并依次列入系统描述文件。如果系统含有按照GB3836.4单独评定或试验的设备，则保留这些设备的原有标记。如果系统作为一个整体来评定，并且符合GB3836.4的规定，则每个设备均应按照该标准标志。5 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 附录A(规范性附录简单本质安全系统的评定当考虑的系统仅使用一个电源时，才可使用简单分析法。确定简单系统是否合格的程序如下，用图A.l实例说

24、明:a) 通过对两个独立获证设备信息的研究，确定系统的防爆等级或类别。系统采用两个独立设备防爆等级或类别的最低级别。因此，如果设备的任一部分是ib，则该系统就是ib。按照IIC、IIB、IIA安全递减次序、依据最低安全级别确定防爆级别。在图A.l所示例子中，系统等级为Exia II C。允许系统中的不同部分具有不同的类别和级别，在这种情况下，系统描述文件应明确界定电路的各部分及其参数。b) 检查电压、电流和功率参数如下:U。运UiIo豆IiP。Pi如果规定了本质安全设备的有效输入电阻，则计算允许的输入电流时可以包括该参数。在所示举例中没有问题。c) 可根据电流或连接电源的功率参数确定本质安全设

25、备的温度组别。d) 最高允许电缆电容CJ等于电源的允许电容CoJ减去本质安全设备有效输入电容CiJ，即Cc=Co-Ci。e) 最高允许电缆电感LJ等于电源的允许电感LoJ减去本安型设备有效输入电感L;，即Lc=L。一Li。f) 如果电源是一种线性电阻限制型电源，则根据附录D确定容许的LclK比。某些电源可能是双极型的，例如，用于交变电流信号的并联二极管安全栅。在这种情况下，应考虑双极性输出的影响。危险区域非危险区域本质安全型设备系统关联设备Ex ia IICT4 Exia IIC Ex ia IIC Ui 30V Uo 28V li 120 mA 10 93mA P; 1. 2W P。O.65

26、W Li 10H 电缆参数Lo 3mH C; 1 nF Lc 3mH L/Rc 54 Jilil!l L/R巳54Hln C. 83 nF Cc 82 nF 一图A.1本质安全设备与关联设备的相互连接6 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 附录B(规范性附录多电源组合电路的评定这种分析仅适用于线性电阻限制型输出电源电路的评定，不适用于其他形式限制电流的电源。GB 3836. 15 -2000附录B介绍了一种简化了的程序，利用该程序得出的结果有一定安全裕量，能保证组合安全，可作为替代本附录的方法。如果采用一种以上电源，并且在受控条件下互相连接，从而提供符合G

27、B3836.4要求的充分隔离和机械稳定性，则这种互相连接被视为不会开路和短路，但不会导致相互连接反接、或者把串联连接改为并联连接、或者把并联连接改为串联连接。要求达到的完整性等级的一个实例是，在有完善质量控制和试验设备的场所中安装的支架或配电盘内的互相连接。图B.1所示是常见的串联组合。这种串联情况产生的开路电压U。等于U1+叭，但是不考虑电压等于U1-U2的可能性。在考虑系统的安全时，要考虑三个电压矶、U2和Uo=U1十U2以及与其对应打电+U.的电流II和I2及其组合I。=-L-4RI +R2 0 三个等效电路中的每一个都必须利用GB3836. 4-2010表A.1进行安全评定。对于每个电

28、路必须确定L。、Lo/Ro和C。值，并且最不利值应与其相关的等效电路一起使用。在测定这些数值时，所有情况均应使用1.5倍的安全系数。注2两个电压相加时，组合电路将决定电容值。但是，电感和Lo/R。比可由考虑的独立电路中的一个单独确定。最小电感不会总是与电路最大电流一致，最小Lo/R。比不一定与最小电感一致。应确定每一等效电路得出的匹配功率。只有当电源具有相同的输出电流时，组合电路的匹配功率才是每一电路的功率的总和。如果电源按图B.2并联连接，则三个电流II，I2和Io=II十I2必须与其对应的电压矶、矶和Uo=U ,R?+U?R, 1.;.: I -;C.1一起考虑。RI+R2 对三个等效电路

29、中的每一个都必须利用GB3836. 4-2010表A.1进行安全评定。对于每个电路必须用最不利的值及其相关的等效电路，确定L。、Lo/R。和C。值。三个等效电路中的每一个电路的匹配功率也必须确定。只有当电源具有同样输出电压时组合电路的匹配功率才是来自每一电路的功率的总和。如果两个电源连接在同一本质安全电路上，而且它们的互相连接没有按图B.3所示的可靠互联明确限定，则存在电源既能串联又能并联的可能性。在这种情况下，所有可能的等效电路必须按照确定的两个程序进行评定。在确定本质安全系统的整体性时必须利用最不利输出参数和等效电路。危险场所用设备可含有使设备具有重要输出参数的电源，如内部电池组。出现这种

30、情况时，系统的分析应包括该电源与关联设备中任何电源的组合。分析时通常应包括由于现场接线可能出现的故障造成的反向互接。确定了代表性的等效电路之后，就能好像只有一个单电源一样利用这些电路，并且能用附录A已经讨论的程序，确定系统作为整体是否符合安全要求。当两个以上具有不同输出电压的电源互联时，产生的循环电流可能在调节电路中引起附加损耗。如果电路具有常规电阻性电流限值，就认为附加损耗不会对本质安全性能产生不利影响。7 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 输出参数电源1U1 C1 同样分析+ ft Ll Uo=U1+U2 U1 ft Rl Ll/Rl 和U1+U2

31、电源2儿ERl+R2 U2 C2 U2 12 ，十/z L, R2 L2/R2 图B.1串联连接电源输出参数电源1U1 C1 + 同样分析ft Ll lo=h十/zU1 ft Rl Ll/Rl 和电源2U2 C2 U2 12 + 12 L2 R2 L2/R2 图B.2并联连接电源8 危险场所本质安全型设备注:1一一电源12一一-电源2. GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 串联Uo=U，+的10=Ui十U2R,+R2 U一一山。R，十R2图B.3非计划连接的电源. 非危险场所关联设备1 2 U, c, J, L, R, L,/R, U2 C2 12 L2

32、R2 L2/R2 9 GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 附录C(资料性附录)非线性和线性本质安全电路的互连该主题已考虑很长时间，目前仍在研究中。本文是试验室(德国PTB)的研究成果，并且得到普遍审查。这是现有的最好的知识，在这里列出是为了能得到更广泛的实践经验。非线性电源的设计和应用确实需要专业知识和合适的试验设备。如果一授权试验站的特定电源绝对安全，则容许按照本部分设计一个系统。与这种系统有关的任何特定条件应在文件中写明。如果用非线性输出对电源组合进行安全分析，则必须考虑，两个电路的相互影响可能引起调节电路元件中的损耗大大增加。建议只有一个电源装有与线

33、性和/或不规则四边形电源组合的调节半导体器件。C.1 引言GB 3836. 15中的安装规则允许操作人员控制危险场所，互相连接几个本质安全电路。这也包括涉及几个关联设备(即在正常运行或仅在故障条件下带电)的情况(参见GB3836. 15-2000的12.2.5.2)。在这种情况下，如果互相连接的本质安全性能进行了计算验证或试验验证，则不要求试验机构或授权工程师参与。应根据GB3836.4使用标准火花试验设置进行试验验证，并考虑组合电气设备的安全系数。在这种情况下，导致最不利点燃条件的某些故障状态最不利情况途径一一一应予以考虑。因此，在实践中用这种验证方法经常遇到困难，这种方法通常是检验机构的专

34、用方法。如果涉及的电源有一个线性内阻如图C.1a)所示，则至少对电阻性电路，能够容易地通过计算评定互相连接。在这种情况下，利用GB3836.4中的点燃限值曲线，并且可以使用GB3836. 15-2000附录A或本文图C.7和图C.8介绍的方法。+0 C二T一一-0牛+u U Uo U 10 1 a)线性特性R I 一 UI叫+ U 10 1 b)不规则囚边形特性图C.1等效电路和电阻电路的输出特性10 GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 U Uo 儿Ic)矩形特性图C.1 (续)第一步是对连接关联设备产生的电压和电流的新最大值进行评定。如果关联设备如图C.

35、2a)所示连接则为串联连接，其单个分组件的最大开路电压Uo值叠加，短路电流取串联组件的最大短路电流值10 ;图C.2c)这样的连接是并联连接，开路电压到最大值时取叠加的短路电流。如果设备的连接没有对极性(如图C.2e)明确界定，则可以根据考虑的故障条件串联连接或并联连接。在这种情况下，必须分别针对串联连接和并联连接假设电压叠加和电流叠加，必须把最不利值作为基础。士川La)电压叠加的串联连接+ + 2 a z-Uol Uo2 U 2 /、U I U+ ，2U 、/、/、-、lI b)电压叠加并且电流可能叠加的串联图C.2互相连接的电流叠加和/或电压叠加情况11 GB 3836. 18一2010j

36、IEC60079-25: 2003 + 十n川U一U0 2 + + 一U0 2 U. 1 c)电流叠加的并联U U + d)电流叠加并且电压可能叠加的并联+ -zh i U I e)电流叠加和电压叠加的串联或并联图C.2(续)在新的电流和电压最大值确定以后，应利用GB3836. 4给出的点燃限值曲线，考虑电阻电路的安全系数核查组合电路的本质安全性能，并且应确定外部电感L。和电容C。的新最大容许值。但是GB 3836. 15-2000附录A规定的程序有一个缺点，由下述情况引起:一-最高容许电感仅对24V的最大电压有效;一一没有考虑电感和电容都存在。如果仅根据开路电压和短路电流进行，在电压范围超过

37、20V时获得的安全系数实际上从最佳值1.5降低到大约1.0。这似乎可以接受，因为即使所有的独立设备均满足ia级要求，符合GB3836. 15 的互相连接通常仅能满足ib等级。但是在低压情况下安全系数下降比1.0低很多。因此这种方法对GB 3836. 18-201 OjIEC 60079-25: 2003 安全元效。如果在一个电路里一个或多个有源电源具有非线性特性，则仅根据元负载电压和短路电流进行的评定不能达到最初目的。实践中，使用不规则四边形特性电源(参见图C.1b)，并且如果使用电子限流器件，通常产生矩形输出特性(参见图C.1c)。对于这种电路，不能使用GB3836.4规定的点燃限值曲线。因

38、此本部分介绍了一种方法，容许利用示意图对含有非线性电路的电网组合进行安全评价。新的计算机辅助火花点燃模型可使电路中非线性电源及电感与电容吻合达到需要的安全系数。这里介绍的程序适用于1区以及llC和llB类设备。应强调在这里建议用评定互联的仪表;用该程序限定单个电路或设备的本质安全参数，仅在简单矩形电路或线性电路中才有效。C.2 非线性电路的基本类型C. 2.1 参数在评定有源电路的本质安全性能时，必须知道内电阻和电源电压。在最简单的情况下，电源的特性能够用两个(稳定的)电气数值表示，即电压U。和内电阻乱，或者U。和短路电流I。表示(参见图C.1a)oU。常由齐纳二极管确定。U。和I。为GB38

39、36.4规定的故障状态下能够出现的最大值。在图C.1a)的情况下，为线性特性。遗憾的是，实践中仅有少数电路能够用这种简单方法表示。例如，装有外电路限流电阻的电池组没有恒定内电阻。同样，电源电压随电量大小而变化。为了研究这些实际电路的特性，用其较简单的等效电路模拟，该等效电路能够引起点燃的能力必须不能明显不小于实际电路的点燃能力。在上述电池组的情况下，应该按图C.1a)取最高开路为矶，外电阻作为R。该等效电路具有线性特性。非线性电路通常也能简化至图C.1b)和图C.1c)显示的两种基本类型。不规则四边形特性电源(图C.1 b)由电压源、电阻和输出端子的辅助限压元件(例如齐纳二极管)组成。图C.1

40、c)的矩形特性，受电子整流器限制电流。如果考虑到不同电网输出功率不同，由于点燃火花也是负载，与供电电源的匹配也应考虑，因此很显然应利用不同的点燃限值。图C.1a)所示电源的最高可用功率为:Pm皿=0.25UoXI。对于不规则四边形特性(图C.1b)为zPmax=0.25UQXlo (在Uo0.5XUQ时)，或Pmax=UoX(UQ-Uo)/R (在U。0.5XUQ时), 随着UQ趋向元穷大，图C.1b)的不规则四边形的特性变成图C.1c)的矩形特性。此时:P max =Uo X Io。为了完整地说明电源的电气性能，线性特性和矩形特性需要两个参数，不规则四边形特性需要三个参数(表C.l)。表C.

41、1说明输出特性需要的参数特性简要的参数线性，图C.1a)Uo，1。或Uo，R不规则四边形，图C.1b)Uo，UQ，R或Uo，R，1。或Uo，UQ，1。矩形，图C.1c)Uo，1。、-一一一C.2.2 合格证中规定的信息因为按照GB3836.15二2000中12.2.1或12.3的规定，具有有源的本质安全电路的设备应进行认证，可以假定，对于与本质安全电路组合的单个设备，通常要有防爆合格证，合格证含有相应的电气参数。13 GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 安全评定的第一步，应是确定各个电路的特性类型及关联电气参数。由于用户或操作人员通常对设备的电路连接和内部

42、结构不了解，他们必需依靠防爆合格证给出的电气数据。给出的数值通常有:开路电压(Uo)和短路电流(Io)以及一般最大可用功率Po。根据这些数值通常可能推断出有关特性类型的数据。举例(最大值): Uo=12.5 V 10=0.1 A Po=313 mW 由于凡是开路电压与短路电流乘积的四分之一，由此可以有效推断出该举例是线性特性(图C.1a)。举例(最大值): Uo=20.5 V Io=35 mA Po=718 mW 这里凡是开路电压与短路电流的乘积，因此得出矩形特性(图C.1c)。在某些情况下，电源、电流和电压值与上述不符，因为电源额定值是针对稳定状态(随后连接元件的热效应规定的，得出动态状态(

43、火花点燃)下的电流或电压值。在有疑惑的情况下，有必要验证哪种特性作为火花点燃有关的互相连接的基础。在不规则四边形特性的情况下，根据合格证中的数据确定特性往往不充分。缺少第三个参数(见表C.l)，UQ或R。当R作为附加参数给出时，混淆的可能性最小，因此防爆合格证中常给出R值。因此参数UQ(图C.1b)能从UQ=IoXR推出。在大多数情况下，防爆合格证也给出非线性电路的特征形状。举例如下:最大值(不规则四边形的特性)Un=13.7 V L=105 mA R=438 0 Pn=l 010 mW 所代表的特性如图C.3a)所示;图C.3b)所示为安全等效电路。计算如下:UQ=IoXR=46 V和Po=

44、(UQ-Uo)XUo/R=l 010 mW U 46V I 、13.7V 。、 105 mA J ?3.7V朴jua)输出特性b)等效电路图C.3不规则四边形特性电源的输出特性和等效电路用这种方法，互相连接所需数据可从防爆合格证所给的数据中获得。如果老合格证中没有数据，则应从设备制造商或检验单位获得这些数值。GB 3836. 18-201 O/IEC 60079-25: 2003 在设计本质安全电路时，应总是尽可能减少互相连接，并使组合辅助组件的数量最少。事实上因为总是需要考虑故障状态，该目标通常不能实现。这意味着，正常运行中不作为电源的一些设备，在故障情况下必须看作是电源。从安全角度来看，一

45、些装置，例如测量传感器、绘图仪等的元源输入，也可作为有源电源。因此应参照合格证中规定的最大值。结果，电路的运行特性实际上可能与安全特性有偏离。合格证中给出的针对有关电路的开路电压U。值和短路电流I。值，在某些情况仅是瞬变条件。另外，针对稳态条件的功率值，必须考虑连接元件的温升。C.3 多电源本质安全电路的互连C. 3.1 综合输出特性的确定假定己知构成的组合电路输出特性将视为电源(参见C.2)。那么有必要根据互相连接的类型，确定在正常运行和在故障条件下是否需要考虑电压总和、电流总和或电流和电压两者的总和。如果组合电源串联连接，并且没有等电位联结，例如接地(图C.2a)，那么不考虑电源的极性，仅

46、可能电压叠加。通过图解相加很方便看出综合输出特性。因此针对每一电流值增加各个电源的电压。图C.2中的虚线曲线所示为不同的情况下的综合特性。在图C.2b)所示的串联电路中，两个电压源在负载情况下共用连接，仅在该图所示方向的两电源的极性考虑到安全因素固定后(例如，对于某些安全栅)，才能排除电流叠加。能够在运行中或故障条件下改变极性的电源，电压叠加和电流叠加都应考虑(图C.2e)。在图C.2c)的并联电路中，如果双极电源的两极在各种情况下连接，才有可能电流叠加。在这种情况下电压不可能叠加，通过对各个电流值的图解加法产生得出综合特性。如果每个电源仅有一极与其他电源的极连接(图C.2d)，仅在该图所示的

47、电源的极性考虑到所有情况(例如，有安全栅时)被固定后，才能排除电压叠加。否则电压叠加和电流叠加都应考虑(参见图C.2巳)。如果几个电路连接成一个总电路，假设其中可以任意互相连接(图C.2e)，那么根据考虑的故障条件，可设置并联连接或串联连接，以便电流叠加和电压叠加都考虑到。由于两种情况不可能同时存在，电流叠加的综合特性和电压叠加的综合特性应分别设计。对图C.2b)和图C.2d)中的电路有疑问时，以及对具有两个以上导体的电路，该程序也是必要的。这样得到的结果总是安全可靠的。C.3.2 互相连接的安全评定及最大容许电容和电盛的确定组合电路的综合特性按上述C.3.1中的细则确定后，下一步是对本质安全性能进行分析。为此使用图C.7和图C.8中规定的曲线图。图中显示线性电源特性的容许极限曲线(虚线极限曲线)和矩形特性容许极限曲线(实线极限曲线)，同时给出了组合电路的电感及电流和电压的最大值。另外，也给出了确定两种情况下最大外部容许电容的曲线。表C.2给出了概括情况。表C.2设备级别和电感曲线图说明图类别容许电感Lo图C.7a)0.15 mH 图C.7b)0.5 mH 图C.7c)lI C 1 mH 图C