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本质安全和高频——高于工业交流电频率的电路引燃特性

时间:2020-05-22   访问量:2706

技术科学和现在称为“本质安全”防爆措施的标准来源,二者均可追溯到煤矿瓦斯危险区域中电气装置的使用。由普鲁士矿井瓦斯委员会委托的基础性试验,1886年在亚琛(Aachen)工业大学进行,1898年在BVS进行的后续试验仍然得出结论:“每一电火花都能够引起爆炸”。它是Wheeler教授根据1913年10月14日发生在Senghenydd煤矿的爆炸事故(导致439人死亡)所进行的基础性研究。该研究为试验确定通信及仪表设备中电火花引燃极限打下了基础。以此项研究结果为基础制订了英国标准BSl259:1945,迄今为止,这项试验研究结果仍被全文引用到ATEX指令94/9/EC要求的“基本健康与安全要求”中的试验说明中。惠林和BVS主任拜林的密切合作研究的结果,甚至在VDE0170:1926中就规定了设备中不能引起爆炸的火花的极限值。

 

1.用于直流电和工业交流电的火花试验装置

 

       Wheeler使用的试验装置在许多国家经过了多次改进,得到了进一步发展。在英国,该装置为“Brealdlash No.3”;在法国,为“Kclateur Rapide",用于国家标准中的本安试验。据报道,俄罗斯的该类装置,是用步枪子弹击碎导体而产生的电路断续火花——无独有偶,与德国人提议的把导线扯开,效果相同。很早就开始尝试将试验程序在IEC技术水平等级上进行国际标准化。1967年在IEC31G委员会布拉格会议期间,经过对提交的不同试验结论的比较,决定采用柏林西门子公司一组工作人员研制的试验装置所做的试验结果。会议记录中包括对电路参数限制到300V/1.5V/1H。这种以经验为基础而研制的试验装置的整个技术环境是针对直流电路或工业交流电路,该电路通常用电压来控制和测量电路。

 

       当时,在危险场所使用过的这种装置,不可否认,也确实曾经用过较高频率,例如:用于电容测量方法或用时频键控(TFSK)方法进行数据传输。随后,手持无线电话和其他高频应用,但在这方面的应用涉及安全的主要是电源电路及辅助电容器和线圈。总的来说,决定不进行与高频能量有关的高频元件分析。

 

       对火花试验装置的认识:该装置1965年经标准化后加入VDE0170/0171中,和1977年经标准化后加入EN50020中,以及用于检验本安电路等方面。

 

       最重要的里程碑是研究电缆和电线的影响(例如:由Schebsdat进行的那些研究,由电感导致的点燃过程研究,例如:由Vogt进行的研究和Johonnsmeyer进行的点燃火花中能量转换情况下具有实际相互影响的基本说明,由电容器导致的点燃过程研究。

 

       对提高试验结果的可重复性和较大电流的适应性,提出最佳处理方案。 对于方法的适用性来说,避免了对通带上限(上限截止频率)的特别说明(规定)。起初,在这方面没有引起过多的担心,但随着无线电设备的使用的增多,用更高频率进行能量传输,以及考虑到特殊工业场所,例如:炼油厂附近的无线电发射机,使问题逐渐暴露出来。

 

 2  按IEC 60079—11作为火花发生器的火花试验装置

 

       该试验总的设计构思是:在一个导体断路和两个导体短路的情况下,模拟产生火花,用这样的方式触头、触头的互相移动及电源在可能的最坏情况条件下,并用较高的往返速率,任何地方都可能产生火花。由简单电路点燃极限的各种已公布的曲线及比较气体—空气混合物最小点燃能量的已知值,我们可在试验条件下推导出能够使用的火花试验装置电路与能量的对应值。在这一点上,举例来说,在励磁线圈通以直流电的情况下,火花中转换的贮能常常仅有50%,而另一半则消耗在电源的内阻中、接触簧片组件的电动传感器和接触簧片组件本身。

 

       在带有线圈的电路中,由接触断开点和断开点基点期间形成的火花这一事实,选定了输入到火花能量的最佳数值。最后,由于提高感应电压,更长时间抑制了互相间的快速移开。 原始的火花试验装置设计图,清楚地表明了本设计最初是用于直流电源供电的电路的试验。

 

3  在频率达到100kHz的范围内,能量传输的本安电路

 

       早期的研究结果显示,在交流电路中,当频率高出几千赫兹时,点燃要求的电气参数有所升高。 因为这种效应,在频率大约100kHz时显示出明显的升高,利用高频可进行能量的本安传输。 本安传输与高频的相互关系最初是由在“本安电源基本原理”课题中提出,尔后与BVS在“高频本安能量传输极限的确定研究”项目中得到进一步研究证实。


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