本质安全电源电路理论综述
本安电路设计原理
本安电路设计原理本安电路设计是一种针对危险环境中使用的电子设备进行的安全性设计。
本安电路设计的主要目标是确保在潜在的爆炸性环境中，电子设备不会成为点燃源，从而保障人身安全和设备自身的完好。
以下是本安电路设计的几个主要方面：1.电路分析在进行本安电路设计时，首先需要对电路进行详细的分析。
这包括确定电路的拓扑结构、元件参数、功耗等。
在选择电路元件时，应优先考虑具有本安认证的元件，以确保电路的安全性。
2.元件选择与布置在进行元件选择和布置时，需要考虑潜在的爆炸性环境中的温度、湿度、压力等参数，以及元件之间的相互影响。
应选择符合本安认证的元件，并按照相关标准进行布局，以降低电路的风险。
3.隔离与耦合技术隔离和耦合技术是本安电路设计的关键。
隔离是为了将电路中的不同部分进行物理上的隔离，以防止电位传递和潜在的点火源的产生。
耦合则是在保证电路正常工作的前提下，尽可能减少电路之间的相互影响。
4.防爆与防护措施防爆和防护措施是本安电路设计的重点之一。
防爆措施包括选择适合的元件、降低工作温度、避免过载等。
防护措施则包括对电路进行屏蔽、加装保护罩等，以减少外部环境对电路的影响。
5.接地与屏蔽技术接地和屏蔽技术是本安电路设计中非常重要的环节。
接地是为了将电路中的不同部分连接在一起，以形成一个统一的电位参考点。
屏蔽则是为了减少电磁干扰对电路的影响，保证电路的稳定性。
6.电路测试与验证在进行本安电路设计时，需要对电路进行严格的测试和验证。
这包括功能测试、性能测试、环境适应性测试等。
在测试过程中，应严格按照相关标准进行，确保电路的安全性和稳定性。
7.设计文档与标注为了方便后续的维护和使用，需要对本安电路设计进行详细的文档编写和标注。
这包括电路原理图、PCB布局图、元件清单等。
在设计文档中，应详细说明电路的设计思路、元件选择、测试结果等。
8.可靠性评估与优化在完成本安电路设计后，需要对电路进行可靠性评估和优化。
这包括对电路进行寿命预测、环境适应性评估、可靠性试验等。
本安电路
内部资料
注意保密
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目录
一、 本质安全相关术语 二、 本质安全电路评定的基本准则 三、 本质安全电路评定的基本方法 四、 本质安全电路分析实例
内部资料
注意保密
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二、 本质安全电路评定的基本准则
在本质安全型电气设备中本质安全电路与其他的电路应该有适当的隔离。 在本质安全型电气设备中本质安全电路与其他的电路应该有适当的隔离。
在确定本质安全型电气设备中各个元器件的表面发热温度时, 人们可以通过已知 元件的热特性和在故障状态下可能承受的最大功率来计算求得, 当然也可以通过试验 , 测定求得。
不同防爆级别( 的本质安全电路在规定的保护水平( 级 不同防爆级别 I, IIA, IIB, IIC) 的本质安全电路在规定的保护水平 ia级, ib 级或ic级 下进行火花点燃试验时不应该引起试验气体混合物的点燃。 级或 级) 下进行火花点燃试验时不应该引起试验气体混合物的点燃。
内部资料
注意保密
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本质安全电路评定的基本准则-与隔离相关部分 二、 本质安全电路评定的基本准则 与隔离相关部分
设备的结构
外壳 外部电路连接装置 端子 本质安全电路端子与非本质安全电路端子之间，应采用下列a)和b)给出的一种或多种方 法进行隔离。 a) 当采用间距实现隔离时，接线端子裸露导电部件之间的电气间隙应不小于50mm； b) 当本质安全电路和非本质安全电路的端子安装在不同的外壳内进行隔离， 或 在 同 一个保 护罩内用端子间绝缘隔板或接地金属隔板进行隔离时，应满足下列规定: 1) 用于隔离接线端子的隔板应延伸到距外壳壁1. 5 mm以内处，或 者 确 保 在 隔 板 周 围 任一方向测量时，接线端子裸露导电部件之间的最短距离应不小于50mm； 2) 金属隔板应接地，并且应有足够的强度和刚度，保证在现场布线时隔板 不被损坏。隔 板厚度应不小于0. 45 mm。另外，金属隔板还应有足够的载流能力，防止在故障条件下，接 地金属被烧穿或接地连线脱落、损坏； 3) 非金属绝缘隔板应有合适的CTI、足够的厚度和支撑能力，使之不易变形 失去作用 。 这种隔板厚度应至少为0. 9 mm，如果隔板厚度小于0. 9 mm，应符合10. 6. 3的规定。 不同本质安全电路接线端子的裸露导电部件之间，及其到接地或者到零电位的导电部件 之 间 的 电气间隙和爬电距离应等于或大于表5给出的值。 对于不同的本质安全电路，外部连接装置的裸露导电部件之间的电气间隙应符合下列规 定: — 不同本质安全电路之间至少6mm； — 如果安全分析时没有考虑接地连接，距接地部件至少3 mm。
本质安全电路及其研究
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万方数据
本质安全电路及其研究
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本 质安 全 电 路 是 指 在 规 定 的 试 验 条 件 下#在 正 常 工作或故障状态下产生的电火花及热效应均不能点燃
爆炸混合物的电路-它的电气设计参数必须符合本质 安全性 的要 求#依 据是 ",-颁布的 最小点 燃曲 线-一 台本质安全型电气设备能否投入易燃易爆危险场所中
使 用 #必 须 要 经 过 检 验 -方 法 是 将 可 能 的 危 险 支 路 接 于 打火 电极上#电极 置于 一 个 充 满 最 易 爆 炸 的 混 合 气 体 的 密 闭 槽 内 #通 过 电 极 的 分 断 打 火 来 确 定 其 爆 炸 几 率 # 从而确定该支路的本质安全性-这种实验模拟了危险 场所 可能 出现的 最危险 情 况#通 过 该 检 验 的 本 质 安 全 型电气设备具有最大可能的安全性)L) 火花试验装置*&#)+
利 用 计 算 机 评 估 本 安 电 路!首 先 要 对 评 价 标 准 88 最小 点 燃 电 流 曲 线 进 行 回 归!建 立 最 小 点 燃 电 流 曲 线 的 数 学 模 型 9再 编 制 本 质 安 全 电 路 的 评 估 程 序 ! 输入 相 应的参数!利用 评 估 程 序 计 算 出 被 评 估 电 路 的 点 燃电流值和各种 参数 值!此 值 与 标 准 的 最 小 点 燃 电 流 相比较!即可 判断出 该 被 评 估 电 路 是 否 为 本 质 安 全
本质安全电源电路原理和保护措施
２ 本质 安全 电源 电路技 术
２ ． １本质 安全 电源 电路 的 电源技 术 最初 电源设计制作采用的是 电阻与二极管，二 极管对 电
压 电源是有 限制 的。但这种设计制作过于简单，之后被 晶闸 管、 晶体管、 Ｒ Ｓ触发器这三种材料器件制作的 电源所取代 。 由 这三种器件制作的 电源能够将发生故障后 的电源减少到 比规
就不十分适用 。一般使用线性低压差稳压器，使用最大输 出 电压 电流 起 到 限 压 限 流 的 作 用 。
措施有并联反相二极管 ， 并联 电容与 电阻， 并联反相二极管的 方 法 相 对 于 并 联 电容 电阻 应 用 范 围 更 加 广 泛 一 些 。除 了这 种 方法 比较适用之外， 其它方法还有并联压敏 电阻、 桥式续流等 ，
种 防止 易燃 易爆气体发生异常 的电路就是本质安全 电路 。
３ ． ２ 对 电容 电路 采取 的保护 措施
电容电路是储备 电能的元件 。电路 闭合 时候 ， 气体爆炸 的可能性越大 。一般情况如果 电容放 电能量不是很大 ，采 取 串联 电阻放 电的方法 。电阻本身也会消耗能量 ，影响 电源 功 率 ，比串联 电阻更方便有效的方法是快速 电子保护 电路。这 种方法在 电源短路时 ， 快速切断电路， 减少放 电时 间。
（ ３ ） 本质安全 电路原理。在 正常标准工作情况下 ， 电路的 电阻值增加 ， 热度不断上升 ， 当热能达到程度一定程度， 产生 电火花 ，本质安全 电路能够组织 由电火花引起的气体易燃易
爆现 象， 保证 了电源 电路的安全性 能。 （ ４ ） 组成与分类。 本质安全 电源 电路 由蓄 电池、 隔离 电路 、 第一级保护 、第二级保护组成 。保护 电路 由开关 电路与高速 开关 电路等 。高速开关 电路的控制系统特别繁琐，开关电路
本质安全型电气设备防爆原理范文
本质安全型电气设备防爆原理范文本质安全型电气设备是一种特殊的电气设备，它采用了一系列的安全设计和防爆原理，以确保在危险环境中使用时不会引发火灾或爆炸。
本文将详细介绍本质安全型电气设备的防爆原理。
一、隔爆原理本质安全型电气设备的防爆原理之一是隔爆原理。
根据这一原理，设备的所有易燃材料、电路和元件都被封装在密封的防爆壳体内，并且与外界隔离开来。
这种壳体通常由耐火材料制成，能够有效阻挡火焰和热量的传播。
此外，设备内部的电路和连接线材料也必须具有良好的隔爆性能，以防止火花和电弧的产生。
通过隔爆原理，本质安全型电气设备能够在危险环境中安全运行，避免火灾和爆炸的发生。
二、限流保护原理限流保护是本质安全型电气设备的另一个重要防爆原理。
根据这一原理，设备的输入和输出电路都必须采用合适的限流装置，以限制电流的大小。
在正常工作状态下，电流不会超过限定值，从而避免了过大电流引发的火花和电弧。
当设备发生故障或异常时，限流装置会及时切断电流，以保护设备和周围环境的安全。
通过限流保护原理，本质安全型电气设备能够有效防止过电流引发的火灾和爆炸。
三、能量限制原理能量限制是本质安全型电气设备的另一个关键防爆原理。
根据这一原理，设备的电路设计和电气参数必须限制能量的大小，以防止能量积累到引发火灾或爆炸的程度。
具体来说，设备的电压、电流和功率必须严格控制在安全范围内，不能超出设定的限定值。
此外，在设备内部还会安装能量限制装置，例如过压保护器、过流保护器等，以及采用低能量的电路设计，进一步限制能量的释放。
通过能量限制原理，本质安全型电气设备能够有效避免能量积累引发的火灾和爆炸。
四、温度控制原理温度控制是本质安全型电气设备的另一个重要防爆原理。
根据这一原理，设备的运行温度必须严格控制在安全范围内，避免过高温度引发火灾或爆炸。
具体来说，设备内部会安装温度探测器，监测温度的变化，并及时采取措施调整温度。
此外，设备还会采用一系列的散热装置，例如散热片、风扇等，以有效降低温度。
矿用本质安全电源
1.1 关于本安电源本安电源即本质安全电源，属于爆炸性气体环境用防爆电气设备，在强制性国家标准GB3836中有明确要求。
可以是直流，也可以是交流，它在极端情况下的放电能量不会点燃爆炸性气体。
而普通开关电源是电源的工作方式是开关方式。
相比于普通电源，本安电源对安全性的要求更为严格。
本安型开关电源突出优点是转换效率高、体积小、重量轻、输入电压范围宽、电网适应能力很强等优点。
在本安电源电路中，开关本安电源作为一种新的应用技术，具有独特的优点和良好的性能，尤其是具有较宽的电网适应性，在煤矿及其他含有爆炸性混合物的环境中，具有良好的应用前景，因此本安电源的设计具有十分重要的作用。
1.2 开关电源的种类及组成开关电源有两种:一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。
开关电源由主电路、控制电路、检测电路和辅助电源组成。
1、主电路冲击电流限制：上电时限制输入侧的冲击电流。
输入滤波器：其功能是过滤电网中存在的杂波，防止机器产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波：电网的交流电源直接整流为更平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电转换为高频交流电，它是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波：根据负载需要提供稳定可靠的直流电源。
2、控制电路一方面，从输出端采集样本并与设定值进行比较，然后控制逆变器，改变其脉宽或脉冲频率以稳定输出。
另一方面，根据测试电路提供并经保护电路识别的数据，提供控制电路来保护电源采取各自措施。
3、检测电路在保护电路中提供运行中的各种参数和仪表数据。
1.3 本质安全开关电源与线性本安电源的区别线性本安电源具有线路简单、动态响应快、输出纹波小、干扰小、稳压性能好等优点，线性本安电源功率受限，但主要缺点是电源转换效率低、整体体积大、输入电压范围窄和对电网适应能力差。
本安型开关电源突出优点是转换效率高、体积小、重量轻、输入电压范围宽、电网适应能力很强等优点，通过提高开关频率可以增加本安电源输出功率，更重要的是高频开关电源通过提高电路的开关频率，使得电路当中使用的储能电感和储能电容值大大降低。
(安全生产)本质安全电路设计要求
本质安全电路设计要求发布时间：2009-8-26 16:21:16 阅读：935次本质安全电路设计要求本质安全型：是指电路、系统及设备在正常状态下和规定的故障状态下，产生的任何电火花或任何热效应都不能引起规定的爆炸混合物爆炸的电气设备。
这个定义中的正常状态是指电气设备在设计规定条件下的正常工作（试验时在试验装置中产生的短路或断路视为正常状态）；故障状态是指在试电路，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。
这种设备的防爆原理，就是设法减小电路火花的能量及元件上的温度（其方法就是降低电源电压、减小电路电流，采用适当的电气元件及其参数），使其不能点燃矿井中爆炸混合物，达到防爆的目的。
由于这类设备产生的明火花不点燃爆炸性混合物，因此它的优点很多，体积小、重量轻，便于携带，而且安全程度高。
要使电路火花不点燃爆炸性混合物，那么这种电路就只能是弱电系统。
因此，本质安全型电气系统和设备，主要是用于控制、通讯、信号、测量、和监视方面。
一、基本要求本质安全电路应满足以下基本要求：1．本安电路与非本安电路在同一隔爆外壳内布置时，最基本要求是分开布置。
为了保证本安型系统的安全，免受非本安系统的影响，要求分开布置是非常必要的。
在产品设计和装配中，必须注意这个问题。
然而，由于在隔爆外壳内空间和位置都受到了限制，所以分开布置也只能是相对的，不是绝对的。
我们应该在有限的空间内合理布置，力求本安系统与非本安系统分开要符合GB3836.4-2000的要求。
为了保证质量，除了外观检查外，还应把本安参数检查耐压试验列入产品出厂试验项目。
一般，当本安系统与非本安系统在电路上有连接时，应采取隔离措施，并按标准进行耐压试验。
其次，为了易于辨别，安全火花电路用的连接导线用蓝色，接线端子应有“i”标志。
2．本质安全设备的温度组别应按6.2和GB3836.1-2000中第5章规定，以避免热表面引起点燃。
温度组别不适用于关联设备。
3．电气参数要求，系统或设备必须经过防爆检验单位检查和试验，证明它在正常状态和故障状态下的明火花不会点燃爆炸性混合物。
本质安全电源的基本电路原理
本质安全电源的基本电路原理煤矿井下本质安全电源是将普通稳压电源的输出通过一些多方位的保护手段使输出电源变成本质安全输出，所以本质安全电源的设计方式大多是对电源输出电压及电源输出电流的合理保护来限制该稳压电源的能量，限制后的稳压电源就可以认定为本质安全电源。
电源电压的保护方式是通过判断输出端电压，该电压高了就断开输出，终而复始。
而电源电流的保护方式大致上分为两种，即恒电流型及截电流型，这两种保护由路方式在煤矿井下本质安全电源的使用最为普遍。
恒电流型本质安全电源具有外围电路简单、可靠性高、电流持续性的特点，尤其是对音视频负载，能够最大限度保证负载电路供电正常，不易受外界因素的干扰而中断能量供给；截流型保护电路相比较而言有电路功耗低、效率高的特点，往往可以将本质安全电源输出参数（功率）设计的相对更大些。
煤矿井下使用的本质安全电源一般情况下分为“Ma级”和“Mb级”两种保护级别，但目前以“Mb级”居多，即本质安全电源在设计时可以采用相同两部分电路以串联的形式来保护电路，即其中一个部分出现故障（通常短路最为严重）时，另外一部分保护电路仍然可以对该功能起到保护的要求。
因此，本质安全电源的保护电路要设计两部分相同的过电压及过电流保护电路，同时也可以设计一个专门针对输出短路的限能电路，能够更快的将短路时前端输出的能量加以限制。
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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，造成数百人死亡的严重后果。
为此，当时任英国内政部技术官员，并设计了火花试验装置。
1915年，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（Royal Charter）
合并为国家标准机构，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BS1259：1958。
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，例如英国的矿业安全研究院（SMRE）、德国的PTB、前苏联的马可尼安全研究院、全速防爆电器设备研究所。
美国没有官方检验机构，UL（Underwriters Laboratories Inc）和FM（Factory Mutual Research Corp）。