本安电源理论介绍

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，本质安全电源主要应用在石油、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 R.V.Wheeler教授开始研究电铃信号电火花的引燃特性，并设计了火花试验装置。1915 年W.M.Thoronton 参与了该项研究工作，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...