本質安全型防爆電器裝置的防爆結構,廣義地講,主要是指本質安全電路的效能、結構及其元件、連線,以及裝置外殼、印製電路板與由實體結構保證的安全環節。由於本質安全型防爆電器的品種繁多,電路龐雜,用途廣泛,結構各異,因而,我們不可能而且也沒有必要去探討詳細設計方法。在這裡,僅就設計層面上與防爆安全效能有關的一些共性原則問題給以簡單的討論。
1.基本原則
大家已經知道,本質安全型防爆電器裝置和電路攜帶的能量,無論是在正常執行狀態下還是發生故障條件下,都不得點燃它周圍的爆炸性氣體混合物,不管它是以火花放電形式還是以熱效應釋放出來。
因此,限制能量和隔離能量,是處理本質安全技術時所必須思考的首要問題,當然,在設計本質安全型防爆電器裝置時所必須遵守的基本原則。
在本質安全型防爆電器裝置和電路中,限制能量和隔離能量,就是透過電路中所有元器件及合電路來限制電路攜帶的能量大於相應的可燃性氣體的最小點燃能量,防止在爆炸性危險場出現放電火花和(或)熱效應造成的點燃危險。只要恰當地限制了能量和可靠的隔離就可以實現裝置和電路的本質安全效能。
在實際設計本質安全型防爆正壓櫃裝置時,原則上,設計者可以從本質安全電路和本質安全結構方面入手。現分別予以敘述。
2.本質安全電路設計
本質安全電路設計,主要是電路基本效能和防爆安全效能的綜合性設計。這樣的設計既考慮裝置基本效能又要顧及防爆安全效能;當二者發生矛盾時,設計人員應該以防爆安全效能來調整基本效能。
本質安全電路設計包括根據防爆防爆電器技術的基本要求來確定裝置基本效能、選擇電路力計算電路引數和選擇防爆電器元器件,以及系統除錯等。
(1)確定基本效能和防爆安全效能
本質安全型防爆電器裝置基本上可以分為4種類型:電源類、探測顯示類、控制類和其他類。
4種類型,既可以是獨立的,也可以是相互關聯的,組合在一起的。
不管是哪種型別的裝置,在確定基本效能時,人們必須從防爆安全效能方面來考慮基本的各個指標。而從防爆安全效能方面應該考慮的主要內容如下:
①根據裝置型別選擇電路的供電電源:市電供電電源或(和)蓄電池供電電源,並確定電路和後續電路的隔離措施。
②根據裝置效能選擇電路單元(包括防爆防爆電器單元),並確定各電路單元之間的匹配關係。
③繪製電路系統草圖。
(3)計算電路引數
當電路系統草圖繪製完成以後,設計人員應該根據所要設計裝置的基本效能和防爆安全性,原則上,可以從電路末級開始向前一級計算各級的相關引數。
①根據基本效能逐級計算各種基本引數。
②按照防爆安全效能(本質安全效能)要求,對計算結果施加一定的安全係數(通常,安全係數為1.5),得出“修正引數”(或稱“防爆引數”),而且,與相關曲線和資料表比對,核實本質安全效能。
在計算時,上述的引數計算和施加安全係數可以同時一起進行。
(4)元器件選擇
當電路引數計算完成以後,設計人員應該根據這些引數認真選擇防爆電器元器件,而且,應該儘可能地選用可靠元器件。
①在選擇元器件時,應該注意元器件上標誌的標稱值和允許誤差。對於一些元件,例如,電阻和(或)電容,當計算值無法滿足標稱值時,可以採用元件組合方法來得到滿足。
②在選擇可靠元器件時,應該注意元器件的結構和“三分之二”原則的應用。
③小元件的選擇。
④其他元器件的選擇,例如整合器件等。
3.本質安全結構設計
本質安全結構設計,主要是指本質安全型防爆電器裝置的機械結構設計。它主要包括裝置外殼的設計,防爆電器、機械隔離的設計,印製電路板的設計以及銅導線的選擇,等等。
(1)裝置外殼
①防護要求應該至少符合:工廠用裝置,IP20;煤礦用裝置,IP54(感測元件除外)。
②電纜引入應該符合:電纜進入裝置部位密封,符合防護等級要求。
③外殼如果使用塑膠材料製作,則應該能夠防止產生和積累靜電電荷。
(2)電路隔離
電路隔離分為防爆電器隔離和機械隔離。
①防爆電器隔離是指防爆電器能量的隔離,例如,採用可靠變壓器、安全柵等防爆電器隔離環節。
②機械隔離是指機械空間的隔離,例如,防爆電器間隙、爬電距離和間隔距離、遮蔽等實體隔爆環節。機械隔離實質上是一種另類的防爆電器能量隔離,防止防爆電器短路和(或)電磁干擾可能造成的麻煩。
(3)元器件佈置和導線佈線
元器件,原則上按照電路前級、後級的順序佈置,發熱元器件佈置在利於散熱的位置,高頻元器件應該被遮蔽,等等。
電線,不管是銅導線還是印製導線,不應該因佈線引起寄生振盪和訊號干擾;脈衝訊號導線與模擬導線不要平行佈置;本質安全電路導線與非本質安全電路導線不得混合在一起佈置,等等。
(4)印製導線
在選擇印製導線時,應該考慮溫度組別、載流量和可靠連線的要求。
(5)銅導線
在選擇銅導線時,應該考慮溫度組別、載流量和可靠連線的要求。本質安全電路導線原則上採用淺藍色的。
(6)可靠連線
在確定可靠連線時,應該注意連線點的配置,防止連線開路出現火花放電。
(7)接地
如果需要,應該進行可靠的接地。
(8)標誌牌
裝置應該配置標誌牌,例如銘牌、使用說明牌、警告牌等。
