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GB3836.18-2010《爆炸性环境 第18部分：本质安全系统》.pdf

组合电路的分析方法。 如果本质安全系统含有一个以上电源，并且这些电源中一个或多个是非线性的，则不能使用附录B 介绍的评定方法。对于这种本质安全系统，附录C对如何分析含有一个非线性电源的组合系统做了 说明。 图1阐述了系统分析的原理

如果设计的系统要求考虑现场接线的故障，则应施加下列故障： a 任何数量的现场接线导体开路； b） 任何数量的现场接线导体和屏蔽之间短路； C) 等电位联结结构或铠装在任意点出现的教障。在分析时，等电位联结结构或铠装的回路应认 为具有零阻抗，不会将任何电压或电流引入电路

GB/T 24860-2010 圆斑星鲽11.4型式检查和试验

如果有必要通过型式检查和/或型式试验确定系统是否足够安全，则应采用GB3836.4一2010第 10章规定的方法。

系统内的所有设备应易于识别。对于“简单设备”，可采用追溯工厂识别标签的办法实现。 对系统描述文件最基本的要求是易于追溯。可行的方法是对仪表回路准确编号，注明回路信息，并 依次列入系统描述文件。 如果系统含有按照GB3836.4单独评定或试验的设备，则保留这些设备的原有标记。 如果系统作为一个整体来评定，并且符合GB3836.4的规定，则每个设备均应按照该标准标志

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图A，1本质安全设备与关联设备的相互连接

这种分析仅适用于线性电阻限制型输出电源电路的评定，不适用于其他形式限制电流的电源。 GB3836.15一2000附录B介绍了一种简化了的程序，利用该程序得出的结果有一定安全裕量，能 保证组合安全，可作为替代本附录的方法。 如果采用一种以上电源，并且在受控条件下互相连接，从而提供符合GB3836.4要求的充分隔离 和机械稳定性，则这种互相连接被视为不会开路和短路，但不会导致相互连接反接、或者把串联连接改 为并联连接、或者把并联连接改为串联连接。要求达到的完整性等级的一个实例是，在有完善质量控制 和试验设备的场所中安装的支架或配电盘内的互相连接。 图B.1所示是常见的串联组合。这种串联情况产生的开路电压U。等于U，十U2，但是不考虑电压 等于U,一U2的可能性。在考虑系统的安全时，要考虑三个电压U、U2和U。=U,十U2以及与其对应 U十U2 三个等效电路中的每一个都必须利用GB3836.4一2010表A.1进行安全评定。对于每个电路必 须确定L。、L。/R。和C。值，并且最不利值应与其相关的等效电路一起使用。 在测定这些数值时，所有情况均应使用1.5倍的安全系数。 注：两个电压相加时，组合电路将决定电容值。但是，电感和L。/R。比可由考虑的独立电路中的一个单独确定。最 小电感不会总是与电路最大电流一致，最小L。/R。比不一定与最小电感一致。 应确定每一等效电路得出的匹配功率。只有当电源具有相同的输出电流时，组合电路的匹配功率 才是每一电路的功率的总和。 如果电源按图B.2并联连接，则三个电流I1、I.和I。=I十Iz必须与其对应的电压U,、U2和U。 R+R 对三个等效电路中的每一个都必须利用GB3836.4一2010表A.1进行安全评定。对于每个电路 必须用最不利的值及其相关的等效电路，确定L。、L。/R。和C。值。三个等效电路中的每一个电路的匹 配功率也必须确定。只有当电源具有同样输出电压时组合电路的匹配功率才是来自每一电路的功率的 总和。 如果两个电源连接在同一本质安全电路上，而且它们的互相连接没有按图B.3所示的可靠互联明 确限定，则存在电源既能串联又能并联的可能性。在这种情况下，所有可能的等效电路必须按照确定的 两个程序进行评定。在确定本质安全系统的整体性时必须利用最不利输出参数和等效电路。 危险场所用设备可含有使设备具有重要输出参数的电源，如内部电池组。出现这种情况时，系统的 分析应包括该电源与关联设备中任何电源的组合。分析时通常应包括由于现场接线可能出现的故障造 成的反向互接。 确定了代表性的等效电路之后，就能好像只有一个单电源一样利用这些电路，并且能用附录A已 经讨论的程序，确定系统作为整体是否符合安全要求。 当两个以上具有不同输出电压的电源互联时，产生的循环电流可能在调节电路中引起附加损耗。 如果电路具有常规电阻性电流限值，就认为附加损耗不会对本质安全性能产生不利影响

图B.2并联连接电源

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（资料性附录） 非线性和线性本质安全电路的互连

该主题已考虑很长时间，目前仍在研究中。本文是试验室（德国PTB）的研究成果，并且得到普遍 审查。这是现有的最好的知识，在这里列出是为了能得到更广泛的实践经验。 非线性电源的设计和应用确实需要专业知识和合适的试验设备。如果一授权试验站的特定电源绝 对安全，则容许按照本部分设计一个系统。与这种系统有关的任何特定条件应在文件中写明。 如果用非线性输出对电源组合进行安全分析，则必须考虑，两个电路的相互影响可能引起调节电路 元件中的损耗大大增加。建议只有一个电源装有与线性和/或不规则四边形电源组合的调节半导体 器件，

GB3836.15中的安装规则充许操作人员控制危险场所，互相连接几个本质安全电路。这也包括涉 及几个关联设备（即在正常运行或仅在故障条件下带电）的情况（参见GB3836.15一2000的 12.2.5.2)。在这种情况下，如果互相连接的本质安全性能进行了计算验证或试验验证，则不要求试验 机构或授权工程师参与。 应根据GB3836.4使用标准火花试验设置进行试验验证，并考虑组合电气设备的安全系数。在这 种情况下，导致最不利点燃条件的某些故障状态一—“最不利情况”途径一一应予以考虑。因此，在实践 中用这种验证方法经常遇到困难，这种方法通常是检验机构的专用方法。 如果涉及的电源有一个线性内阻如图C.1a)所示，则至少对电阻性电路，能够容易地通过计算评定 互相连接。在这种情况下，利用GB3836.4中的点燃限值曲线，并且可以使用GB3836.15一2000附 录A或本文图C.7和图C.8介绍的方法。

c）矩形特性 图C.1（续）

第一步是对连接关联设备产生的电压和电流的新最大值进行评定。如果关联设备如图C.2a)所示 连接则为串联连接，其单个分组件的最大开路电压U。值叠加，短路电流取串联组件的最大短路电流值 I。，图C.2c)这样的连接是并联连接，开路电压到最大值时取叠加的短路电流。 如果设备的连接没有对极性（如图C.2e)）明确界定，则可以根据考虑的故障条件串联连接或并联 连接。在这种情况下，必须分别针对申联连接和并联连接假设电压叠加和电流叠加，必须把最不利值 作为基础。

a）电压叠加的串联连接

b）电压叠加并且电流可能叠加的串联 图C.2互相连接的电流叠加和/或电压叠加情况

e）电流叠加和电压叠加的电联或并联

在新的电流和电压最大值确定以后，应利用GB3836.4给出的点燃限值曲线，考虑电阻电路的安 全系数核查组合电路的本质安全性能，并且应确定外部电感L。和电容C。的新最大容许值。但是 GB3836.15一2000附录A规定的程序有一个缺点，由下述情况引起： 最高容许电感仅对24V的最大电压有效； 没有考虑电感和电容都存在。 如果仅根据开路电压和短路电流进行，在电压范围超过20V时获得的安全系数实际上从最佳值 1.5降低到大约1.0。这似乎可以接受，因为即使所有的独立设备均满足“ia”级要求，符合GB3836.15 的互相连接通常仅能满足“ib”等级。但是在低压情况下安全系数下降比1.0低很多。因此这种方法对

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安全无效。 如果在一个电路里一个或多个有源电源具有非线性特性，则仅根据无负载电压和短路电流进行的 平定不能达到最初目的。 形"输出特性（参见图C.1c)）。对于这种电路，不能使用GB3836.4规定的点燃限值曲线。因此本部分 介绍了一种方法，容许利用示意图对含有非线性电路的电网组合进行安全评价。新的计算机辅助火花 点燃模型可使电路中非线性电源及电感与电容吻合达到需要的安全系数。 这里介绍的程序适用于1区以及IC和IB类设备。应强调在这里建议用评定互联的仪表；用该 程序限定单个电路或设备的本质安全参数，仅在简单矩形电路或线性电路中才有效

C.2非线性电路的基本类型

表C.1说明输出特性需要的参数

C.2.2合格证中规定的信息

因为按照GB3836.15一2000中12.2.1或12.3的规定，具有有源的本质安全电路的设备应进行 以假定，对于与本质安全电路组合的单个设备，通常要有防爆合格证，合格证含有相应的电气参数。

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图C.3不规则四边形特性电源的输出特性和等效电路

用这种方法，互相连接所需数据可从防爆合格证所给的数据中获得。如果老合格证中没有数据 设备制造商或检验单位获得这些数值。

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为了评定本质安全性能，首先选择爆炸级别然后选择该组合要求的总电感。如果只涉及弱电感（也 就是说没有集总电感，只有短电缆长度），则应选择带最低电感的曲线（即IⅡIC级别选择图C.7a）IⅡB级 别选择图C,8a））。 那么综合输出特性在相关的曲线图中。如果根据C.3.1考虑电流和电压叠加，那么应画出两种综 合特性。 目前有可能做到针对曲线和所选择的爆炸级别直接确定电源与电感的组合是否为本安型。合成总 特性不得与曲线图中在任何位置上的矩形电源的极限曲线交叉。另外，用总特性的最高电压和最大电 流限定的点应低于线性电源的曲线。 可以看出生成电路的最大容许电容为两个C。极限曲线族的最低值，是线性极限和矩形极限的综合 输出特性不交叉的最大C。值。为此如果需要更高值的容许电容Co，则可以从较低电感曲线图开始得 出。综合输出特性与线性电源或短形电源的电感限值典线交叉时，也可使用同样的方法。如果IⅡIC曲 线图中，即使曲线图中的最小电感值（Q5mH）也超过了相关极限曲线，那么建议使用ⅡB曲线图。如 果这些极限也被超过，那么该组合对于ⅡB类也不具本质安全性能。

C.3.3使用输出特性程序的附加说明

C.4用图例说明使用输出特性的方法

在图4所尔 场所内，由本质安全型电源（）供电 本安型放大器输出信号（020mA信号） 亚小器（）和绘图仪（

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图C.5图C.4所给电路的总合成特性

图中：1矩形特性电源电感限值

该组合的综合值如下： ⅡB类 最大值 U。=28.7V I=264mA P=1.9W Lo=0.5mH C,=400 nF 因为在日前的举例中关联设备（电源显示器和绘图仪）在本质安全输入/轻

图C.6图C.4所给示例的电流叠加和/或电

该组合的综合值如下： ⅡB类 最大值 U。=28.7V I。=264mA P.=1.9W Lo=0.5mH C,=400nF 因为在目前的举例中关联设备（电源、显示器和绘图仪）在本质安全输入/输出端没有有效电感或电

P.=1.9W Lo=0.5mH C,=400nF 因为在目前的举例中关联设备(电源、显示器和绘图仪)在本质安全输入/输出端没有有效

因为在目前的举例中关联设备（电源、显示器和绘图仪）在本质安全输入/输出端没有有效电感或

容，可用本质安全型设备（分析器）和互联电缆的电容和电感的最大值

图C7通用电源特性极限曲线图IC组

矩形特性电源电感限值 2——线性特性电源电感限值

a）0.15mH图（续） 图C.7（续）

b)0.5mH图 图C.7（续）

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图中：1 矩形特性电源电感限值

c)1mH图 图C.7（续）

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c）1mH图（续 图C.7（续）

中：1矩形特性电源电感限值

中：1 矩形特性电源电感限值

FZ/T 43020-2011 色织大提花桑蚕丝织物d)2 mH图 图C.7（续）

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矩形特性电源电感限值 线性特性电源电感限值

e)5mH图 图C.7（续）

）5mH图（续） 图 C.7 (续)

GA 844-2018 防砸透明材料图C.8通用电源特性极限曲线图—IB维