本质安全电源电路理论综述

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1、本质安全电源电路理论综述　　1前言　　作为通讯、监控、检测、报警以及控制系统的供电设备，主要应用在石油、化工、纺织和煤矿等含有爆炸性混合物环境中。本质安全电源电路必须符合本质安全电路标准的要求，本质安全电路是指在标准规定的条件（包括正常工作和标准规定的故障条件）下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路［1,2,3］。其特点是：电源电路内部和引出线不论是在正常工作还是在故障状态下都是安全的，所产生的电火花不会点燃周围环境中的爆炸性混合物。人们对本质安全电路理论研究已经有一

2、百多年的发展历史，目前本质安全产品和标准已经形成了较为完整的体系。本文在收集、整理大量参考文献的基础上，就以下几个方面分别进行介绍。　　2本质安全电源电路发展过程　　2.1本质安全理论产生的背景　　1886年由普鲁士瓦斯委员会委托亚琛（Aachen）工业大学进行了瓦斯爆炸方面的基础性试验，并在1898年的后续试验过程中得出了“任何电火花都能够引起爆炸”重要结论［4］。1911和1913年英国威尔士（Welsh）和圣海德（Senghenydd）煤矿因电铃信号线路产生放电火花先后发生瓦斯爆炸，造成数

3、百人死亡的严重后果。为此，当时任英国内政部技术官员R.V.Wheeler教授开始研究电铃信号电火花的引燃特性，并设计了火花试验装置。1915年W.M.Thoronton参与了该项研究工作，在1916年提出了本质安全电路设计方法和理论，这一理论的提出标志着本质安全理论正式创立［5,6,7,8,9］。　　2.2早期的本质安全电源　　早期的本质安全电源是由16个湿式里单齐（Leclanche）电池串联而成的蓄电池组，输出电压为24V，蓄电池之间串联了一个大电阻用来限制短路电流，整体结构上将电阻和蓄电池

4、组封装在一起。由于用蓄电池作为信号电源非常不方便，容易出现故障，需要经常维护。所以人们开始试验采用交流电作为电源，具体办法是利用一个信号变压器将电网电压转换较低的电压大约为15V，输出电流为1.6A(需串联非感性电阻)，将电源整体放入一个防爆壳内，从而提高其安全性能，满足安全生产的要求［9,10,11］。　　2.3本质安全标准及相关理论发展简介　　在没有制定本质安全电路标准的时期，本质安全电气设备的设计结果是否被接受，主要取决于鉴定机构的辨别力，这是由当时煤矿立法给予鉴定机构的权力。在英国，大部

5、分提交本质安全电气设备的检验必须由“部长批准”。随着本质安全设备的增加及其在采矿上的应用远远超出了需要“部长批准”的范围，社会各界都希望建立正式的本质安全鉴定程序。　　1901年英国标准学会正式建立，1905年提出矿用设备使用安装规程，1911年制定了煤矿法提出煤矿用电气设备安装与使用通用规程，并于1926年首次发表了英国标准229号，规定了隔爆外壳的要求，使本质安全电气设备的检验必须由“部长批准”的形式于1928年宣告结束。1929年英国标准协会与皇家宪章（RoyalCharter）合并为国家

6、标准机构，1933年联邦德国制定了本质安全防爆国家标准VDE171［12,13］。1945年英国国家标准机构颁布了本质安全方面国家标准“本质安全器件与电路”标准代号BS1259:1945。1949年发布了关于“本质安全信号变压器(主要用于煤矿)”的标准，代号为BS1538:1949。1958年对标准BS1259进行了修订，修订后的标准代号为BS1259:1958。      随着电子器件的更新和科学技术的进步，电气设备的种类和形式发生了巨大的变化，英国国家标准机构于1945年再一次修订BS125

7、9：1958。1967年在IEC31G委员会布拉格会议期间，经过对火花放电提交的不同试验结论比较，决定采用联邦德国西门子公司一组工作人员设计的火花试验装置所作的试验结果，并将该试验装置推选为国际标准火花试验装置［14］。1978年国际电工委员会（IEC）发布了一系列相关标准，其中包括“本质安全和附属设备的构造和试验”标准，标准代号：IEC刊物79-11。在此期间，欧洲标准化组织CENELEC也制定了一系列关于“可燃性环境中电气设备的构造与试验”欧洲标准，本质安全型标准代号为：EN50020。欧洲

8、电工标准协调委员会于1981年制定有关本质安全系统结构与测试的欧洲标准，代号为：EN50039，与之相当的英国标准为：BS5501：1982［15,16］。美国在本质安全电路设计方面，先后制定了本质安全国家电气规程（NEC504—2条），1995年保险商实验室（UL913）和美国仪表学会（ISA），出版了用于检验和安装本质安全设计的标准（ANSI／ISA—PR12.6—1995）［17］。在本质安全电器产品检验方面，世界各国都有专门授权的防爆检验部门从事本质安全电路和电气设备及其关联设备的检验，