【doc】本质安全电路中的限流元件和分流元件

1、本质安全电路中的限流元件和分流元件,谚/疹多眈l75j:竖自动化1996年第2期一质安全电路中的限流元件和分流元件胨向东煤科总院抚顺分院<抚顺113001)i引言在本质安全电路和电气设备(以下简称本安电路)中.采用保护元件的目的.是为了解决电气设备及系统中.由于个别电路的电流太大或电压太高.或电路中电感,电容元件的储能太大.而达不到本安性能要求时.所采取的一种安全措施.在本安电路中应用最多,最广的保护元件就是限流元件和分流元件了2限流元件当电路中.由于电流太大而达不到本安l生能要求时.可串接电阻加以限流,这种电阻就叫做限流电阻或限流元件限流元件可用于限制交,直流电源的短路电流.限制电容器

2、的放电电流.限制电感线圈中通过的电流限流元件可采用金属膜电阻,线绕被覆层电阻等.碳膜电阻不宜采用.这是考虑到碳膜电阻在过流状态下,易烧成短路.失去限流作用.使短路电流超出本质安全的限度.同时它的稳定性也较差对用于限制独立电源(如干电池,蓄电池等,以下简称电池)的短路电流或电容器的放电电流的限流电阻.由于这些电路中的短路电流或放电电流一般都较大,因此.一般采用额定功率较大的无感限流电阻.金属膜电阻.可视为无1感电阻自制功率较大的线绕无感电阻.可采用8字形绕法或双线井绕法或双向绕线法.可达到无感电阻的要求,在电流j=f【过绕线电阻时,产生的磁通方向相反.从而消除了电感的效应.着采用有感电阻.既使是

3、小量电感的存在.也会带来附加的危险性=限流元件与被保护元件(如电池,电容器等)串联后.若放置在危险场所时.颁具有下列措施之一.才能确保其安全性能a.采取措施.防止被保护元件直接短路(如设置特殊安装,固定结构,局部浇封等).并置于ip54防护外壳中:b.采取措施.防止限流电阻短路(如出线脚套绝缘套管,焊点加厚绝缘,局部浇封等).并须置于隔爆外壳中;c.限流元件与被限漉的元件或电路浇封为一体.而成为一个新的,不能分开的独立组件.如图1所示.国圜图1限流元件浇封示意图限iiic电阻:e一蓄电池或干电池;c一电容器为防止雷害从电源线引八.一般将电力线的地线引入地网中.使之成为一个整体从防过电压的观点考

4、虑.将防雷组合和被保护的机器地线采用共同地线.巡守房的公务电话一般埋设电缆.不采用架空明线.以防止雷电被架空电话线引八机器.对遥信,遥控设备.也要进行雷电防护.(收稿日期1996-01一o8)作者简介划卫东.27岁l991年毕业于北方史通走学通信与控制工程专业.现从事数字微波的维护与管理工作本质安全电路中的限流元件和分流元件?陈向末?5l?浇封材料一般为环氧树脂或硅橡胶等绝缘材料.若不浇封.当被保护元件两端直接短路时,限流元件不起限流保护作用.这时是很危险的.浇封后,被保护元件两端直接短路已不可能.只有经过限流元件后才有可能发生短路现象.但这时.短路电流已被限流元件限制在安全允许范围之内.在任

5、何情况下采用的限流元件.在装配时采取措施,防止限流元件两端短路.否则会失去限流作用:限流电阻的使用功率,在正常情况下不大于其额定值的2/3.故障状态不大于额定值.限流电阻的适用功率可按下式计算:p=ir2/3p=,;r式中:p,p限流电阻在正常和故障状态下的使用功率.w:ph限流电阻的额定功率,w;,通过限流电阻正常和故障状态下的最大电流,a:r限流电阻的电阻值n限流电阻的电阻值选择计算的原则是应能够限制电路故障状态最大电流在允许最大安全电流之内.对用于限制电池短路电流所串人的限流电阻阻值可按下式计算:r兰式中:r限流电阻,电池的最高开路电压v:,设计允许最大安全电流,a.由于电池的内咀一般较

6、小.故通常不考虑电池内阻的影响.这样.更为安全一些3分流元件在很多电路中部存在电感线圈.如扼流圈,滤波线圈,变压器,继电器,扬声器以及开关电源中的电感线圈等.当其电感量较大.因而储存的能量也就过大.而达不到本安性能要求时.可在电感线圈两端并联分流元件.因并联分流元件后,在切断电感回路时.使电感线圈中的电流不能发生突变.分流元件起到了续流的作用,因而不能产生很高的反电势.线圈中的大部分磁场能量消耗在分流元件上,削弱电感在外电路的放电火花.从而可大大降低放电火花能量.分流元件本身的动态电阻越小.消耗的能量越大.分流保护的效果越好=分流元件有电阻,半导体电容器,压敏电阻分流元件及采用短路环等.31电

7、阻分流可将电感回路中最小点燃电流提高到34倍适用于交,直流电路和某些特殊要求的电路.其缺点是在正常工作时增加了电流分路.消耗电源能量.即增加了电源的容量分流电阻的功率选择计算和上述对限流电阻的要求相同.3.2电容器分流主要适用于直流电路,正常工作时.没有电流分路.分流电容器承受的最高电压.不得大于其额定值的1,3.电解电容和钽电容不宜做分流电容因为它们的误差较大,稳定性较差,当受热,过压或过流时,在其内部易产生气体而放炮影响安全.33半导体元件分流对于直流电路,半导体二极管和稳压二极管是最好的分流元件.当电路正常工作时它们不导通.没有电流通过,无能量损耗;当切断电感电路时.由于感应电势与外加电

8、源极性相反.感应电势经二极管或稳压管的正向电阻成为回路.消耗了储存在磁场中的能量.据有关实验表明.并接二极管的电感元件的等效电感可减少到原电感值的1/10左右或更多一些.对于交流电路常用双向稳压管作为分流元件.实际通过二极管或稳压二极管的最大电流不得大于其额定值的2/3.由于二极管,稳压管反接电源两端.二极管承受的反向电压.就是最大电源电压.应选择二极管的反向耐压额定值不低于最高电源电压的15倍.而且应能承受短路故障时流过的电流作用而不发生?52?煤矿自动化1996年第2期断路损坏用作分流元件的半导体元件须是只会发生短路故障的类型.因在故障时若发生断路故障.就起不到保护作用了.3.4压敏电阻分

9、流压敏电阻是一种新型多晶体半导体器件,它有良好的非线性性能.其阻值随所加电压的数值而变化.其伏安特性曲线如图2所示从特性曲线可以看出,压敏电阻类似l3h图2压敏电阻特性曲线于一对称稳压二极管当压敏电阻两端所加电压低于压敏电压时.通过它的电流很小阻值高达几百千欧.甚至可达几兆欧:当所加电压超过时其阻值突降到几十欧甚至几欧.使其通过的电流迅速增加该特性用于电感电路的断路保护.可获得良好的分流效果,与二极管的分流效果相当.但压敏电阻的适用范围更为广泛.交,直流电感电路均适用并且可用于工作电压较大范围内的分流保护在故障状态(即处于压敏电压)下.通过压敏电阻的最大电流不得大于其额定值的2/33.5短路环

10、分流短路环(叉称阻尼绕组)用于保护带铁芯的直流电感电路(如直流继电器等)一般用无缝钢管,焊接的短路裸线圈制成.在正常情况下不起作用.当线路发生断路故障时.电感线圈内电压发生突变,短路环中即产生感应电势.造成短路损耗.它可以起到防止电感线圈电压突变的作用.削弱电感储能对外释放在电感线圈两端并接分流元件.以吸收电感中的储能对于_b等级的本安电路.须同时至少并联两个分流元件.即双重化保护.如图3(a)所示困ib等级同时只须考虑一个故障,一个管子坏了.另一个继续起保护作用煤矿井下使用的本安型电气设备一般可设计成ib等级.对于ia等级的本安电路须同时至少并联三个分流元件.即三重化保护.如图3(b)所示因

11、ia等级须同时考虑二个故障.两个管子同时坏了.还有一个继续起保护作用在持续存在爆炸性气体的场所中使用的本安型电气设备须按ia等级设计.如工厂i类场所(如能产生爆炸性介质的反应罐,反应塔,储油罐的开口处或内部)和煤矿瓦斯抽放管路出口处或内部属于这类场所二璐盈,图3不同等级的电感电路保护髓其保护元件接法示意图l一电感线圈;did3一分流保护二投瞥分流元件须与被保护的电感线圈正确连接图3(a),(b所示为正确接法.分流元件两端已接到被保护元件的两端一个元件连线断开.其它的元件连线仍然可靠连接图3(c),(d)所示为错误连接因为是将所有元件并联在一起引出一条连接引线.将该引线再与被保护的电感线圈相连接

12、.若该线断开.所有的保护元件均与被保护元件断开了.即使设有双重化,三重化保护也无济于事.即所有保护全部失去作用带有分流元件的电感线圈置于危险场所时,当线圈内部断线时,分流保护元件不起作用,会产生危险火花.因此要将分流元件与电感线浇封为一体或置于另一种防爆阁钇;生缎每霎.一.矿用电机车超速报警装置一北京矿务局安监局(北京102300)目前.在我国以电机车为主的间断运输中,因司机超速运行,违章运行而造成的事故频繁发生为此,我们研制了一种矿用电机车超速报警监控装置.已投人使用并取得了忘好效果l装置组成由框图l可知.该装置是由:发射单元图l矿用电机车速度报警装置框图和调度站接收单元组成发射单元由:测试

13、磁头,调档机构速度显示,报警装置,电源,信号放大,功率放大振荡电路,发射装置,1)辱弓译码器及存储器等组成调度总机接收单元略该装置可用于各类型号的矿用电机车.适用于井上,井下各种工作环境.2功能与使用将装置安装在电机.车上.当机车运行时.在司机室内能够进行速度显示.当运行速度超过规定的速度值时,装置能够自动发出报警信号.在司机室内,外同时有声光报警.提醒司机减速在报警的同时.通过自动计数器自动记录超速行驶的次数等,并将数字保存.以备检查与此同时.报警信号通过机车架线传递到调度站,在调度站的接收单元同时发出声光报警信号调度监控人员据此可以对违章司机,超速行车进行科学的监督司机也可以根据警示信号不违章超速行车,确保安全生产3工作原理将电机车安装上超速报警分机.在调度站安装一台总机机车运行前.根据实际情况,预先选好型式的外壳(如隔爆外壳,气密外壳)中,否则不