摘 要：在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，各行業(yè)的本質(zhì)安全防爆電路的設(shè)計要求越來越高，尤其在煤礦井下作業(yè)中，本安電源的使用頻率也越來越高，其對于參數(shù)的要求也逐漸提升，使得本質(zhì)安全防爆電路設(shè)計成為了一項重要的安全供電設(shè)備。

關(guān)鍵詞：本質(zhì)安全；防爆電路；設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.121

1 前言

本質(zhì)安全電路防爆設(shè)計，主要是對電氣參數(shù)進行合理的設(shè)計與分析，進而有效控制電火花能量，確保本質(zhì)安全型的設(shè)備或是電路在正常運行、故障狀態(tài)下所產(chǎn)生的熱效應(yīng)與電火花不至于引燃爆炸性的氣體混合物，造成嚴重的爆炸事件。因此，需要在電感電路、電阻電路、電容電路中，通過降低電流或電壓的方式，確保其安全系數(shù)達到要求。

2 電路防火花的設(shè)計分析

2.1 電感電流防火花設(shè)計

在電感電流中，電感元起作為重要的儲能元件，可將電路能量通過磁能形式加以儲存，讓電路在出現(xiàn)關(guān)閉時，將能源進行釋放。電感電流火花放電相對復(fù)雜，其火花放電的能源有的來自于電感元件的自身能量，有的來自于電源。在電感電流出現(xiàn)斷開時，除了電感電流會出現(xiàn)火花放電，電感元件的磁場儲能依然會出現(xiàn)放電。而在這個過程中，電路電極會迅速地切斷，期間電極的電阻會大大增加，而電流則會極速下降，發(fā)生較大的電流變化，并會在電極間隙的位置發(fā)生較高的感應(yīng)電動勢，導(dǎo)致電感在儲能放電的間隙位置發(fā)生放電。當電感電路切斷時，電火花會在較短時間內(nèi)集中在某一空間，且能量巨大，很容易導(dǎo)致爆炸性混合物點燃。若電感電路的電感相對較小，放電火花就會較為分散且巨大，不容易點燃爆炸性的混合物。因此，若電感電路的電源電壓相同，點燃的電流也會存在差異。且電感電路點燃的電流，比電阻電路點燃的電流還小。在設(shè)計過程中，要結(jié)合電感儲能放電時對放電火花的影響進行充分的分析，在電感電路發(fā)生閉合時，不會導(dǎo)致電流因為突變而出現(xiàn)放電火花，點燃易爆炸的混合物或氣體。

2.2 電阻電路防火花設(shè)計

電阻電路出現(xiàn)火花放電，主要是由于電阻電路沒有儲能元件，在發(fā)生通斷時，火花能源主要來自于電源，在電路斷開之后，電極接觸面會極速減小，而接觸位置的電流密度則會急劇增加，在這種高電流及高電壓的情況下，電流就會融化為金屬熔橋。與此同時，還會出現(xiàn)一定的金屬蒸氣，并對金屬熔橋產(chǎn)生破壞，進而導(dǎo)致電極間的電阻加大，使得電壓升高。當電壓大于起弧電壓時，則會出現(xiàn)電弧放電的現(xiàn)象。一般電阻電路發(fā)生的放電火花能量不太高，因此，開關(guān)的通斷速度也會對電火花的能量產(chǎn)生影響。所以開斷電氣參數(shù)一定的電路，其火花放電的能量會隨火花放電持續(xù)時間和放電波形而變化，持續(xù)時間越長，火花放電能量越大，而電阻電路斷開時出現(xiàn)火花，斷開速度越慢越危險。

2.3 電容電路防火花設(shè)計

電容電路火花放電通常發(fā)生在開關(guān)觸點的閉合時，但在觸點斷開后，電容一般不會發(fā)生放電火花。電容電路中的電容，通常作為儲能器來將電源能源通過電場能形式加以存儲。當電路發(fā)生閉合時，不僅會存在電容儲能的放電，還會存在電阻電路的放電。電容電路的放電流較大，且速度較快，火花的放電能量也較為集中，危險性極大，很容易導(dǎo)致爆炸混合物點燃。本安電路的放電火花點燃力，不僅受到電流、電感等影響，還受非電氣參數(shù)影響，包括爆炸性混合物成分、流動速度，以及溫度與濕度，還有電極觸頭的材質(zhì)及分合流速影響。而不同的成分，其爆炸能力也不相同。為確保本安電路防爆設(shè)計的可行性，在檢驗和設(shè)計本安電路過程中，還要確保其安全系數(shù)符合要求。

3 電源電路的防爆設(shè)計

3.1 電源電路的開關(guān)設(shè)計

在電源電路設(shè)計中，可以運用開關(guān)穩(wěn)壓器來作為前級電路，在采用低壓差線性的穩(wěn)壓電源來作為后級電路，通過這種串級連接方式，來較小紋波，提高電源在輸出低電壓時的精準度。開關(guān)電源的應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，不僅體積較小，而且效率較高，重量較輕，電網(wǎng)的適應(yīng)性較強。在電源電路的防爆設(shè)計中，通過調(diào)整開關(guān)管的占空比，來更好地適應(yīng)電壓。且該種線性穩(wěn)定的電源，工作狀態(tài)反應(yīng)較為靈敏，且電壓穩(wěn)定性良好，噪音較低，輸出的紋波電壓小，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，易于維護。本質(zhì)安全防爆的直流開關(guān)電源，與普通的開關(guān)電源有著很大的不同，能夠?qū)﹄娐坊鸹ǚ烹姷哪芰窟M行限制[3]。換言之，也就是限制電路的電壓及電流，并對放電時間加以控制。線性電流的輸出端無需設(shè)置較大的濾波電容，因此本質(zhì)安全保護電路一般運用輸出端增加電流檢測電阻方式，及反饋調(diào)整管方式進行。針對于開關(guān)電源，可以通過加電流來檢測電阻，并控制或調(diào)節(jié)占空比，對電流加以限制。

3.2 交直流及變壓器的轉(zhuǎn)換

在本質(zhì)安全防爆電路的設(shè)計中，要尤其注意變壓器的設(shè)置。由于變壓器不僅能夠作為高低壓的轉(zhuǎn)換器，而且能夠做為非本安與本安間的隔離器。所以，在選擇時，應(yīng)該優(yōu)先選取噪音及漏磁較小，且耐壓性強的R型變壓器。通常，有的井下的照明設(shè)備電壓為127V，而動力電壓為660V或380V[4]。所以，為滿足不同的電壓輸出要求，一般運用多頭輸出的變壓器以增強其使用性能。當變壓器輸出后，需用通過整流橋濾波的電路來輸出電壓，并將輸出電壓控制在32V左右。

3.3 保護電路的設(shè)計

以往的過壓過流防護措施，需要首先調(diào)整好電流及電壓閾值，確保其適應(yīng)性，再運用電阻采樣的形式，將信號傳輸值比較器加以保護操作。由于該方式在生產(chǎn)調(diào)試的過程中，操作較為復(fù)雜，若電位器出現(xiàn)偏移，會導(dǎo)致閾值也隨之變化，進而大大增加安全隱患。因此，可以采用浪涌抑制器芯片及場效應(yīng)管等先進的核心器件，來進行過壓過流保護電路的設(shè)計。其中LT4356便是一款擁有故障診斷功能的先進浪涌抑制器，能夠進行過壓與過流的保護操作，且工作電流可以達到80V，不僅自身的操作效率、運行效率較高，而且能夠提供反向輸出保護，并進行輸出電壓的檢測，有效提高系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]李天杰.煤礦本質(zhì)安全型電路的防爆方法及電氣設(shè)備技術(shù)要求[J].科技風(fēng)，2013（04）：36.

[2]章平誼.本質(zhì)安全型設(shè)備外部電路連接裝置的防爆要求[J].防爆電機，2014（01）：31-32+35.