本安电路与非本安电路的隔离方式及要求

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1、本 安 电 路 与 非 本 安 电 路 的 隔 离 方 式 及 要 求汪 淳 谢 晓 春 杨 亚 雷上 海 电 气 防 爆 检 验 站 (上 海 200030)TD 68摘 要 通 过 对 几 组 隔 离 电 路 的 分 析 , 总 结 其 各 自 的 特 点 并 提 出 设 计 要 求 。主 题 词 本 安 电 路 非 本 安 电 路 隔 离本 安 系 统 一 般 由 关 联 设 备 、 连 接 导 线 、 本 安 型 电气 设 备 组 成 。 关 联 设 备 内 既 有 非 本 安 电 路 , 也 有 与 本安 型 电 气 设 备 连 接 的 本 安 电 路 。 本 安 电 路 与 非 本

2、 安电 路 间 存 在 着 信 号 的 转 换 、 传 递 及 电 路 的 隔 离 问 题 。以 下 对 几 类 常 用 、 典 型 的 隔 离 电 路 进 行 分 析 , 阐 述 设计 中 应 注 意 的 问 题 。1 光 电 耦 合 隔 离利 用 光 电 耦 合 器 可 实 现 本 安 与 非 本 安 电 路 间 直流 或 脉 冲 信 号 的 传 递 。 由 于 光 电 耦 合 器 的 输 入 输 出是 以 光 信 号 进 行 控 制 , 没 有 直 接 的 电 气 联 系 , 可 以 可靠 地 将 本 安 电 路 与 非 本 安 电 路 隔 离 开 。 这 种 隔 离 方式 线 路 简

3、单 、 适 用 性 广 。 既 可 用 于 模 拟 信 号 控 制 也 可用 于 数 字 信 号 控 制 ; 既 可 是 输 入 为 本 安 电 路 输 出 为非 本 安 电 路 , 也 可 是 输 入 为 非 本 安 电 路 输 出 为 本 安电 路 。 为 保 障 本 安 电 路 的 安 全 性 , 采 用 光 电 耦 合 器 隔离 时 须 满 足 : 光 电 耦 合 器 的 输 入 、 输 出 接 线 端 子 间 的电 气 间 隙 符 合 表 1 的 要 求 ; 输 入 、 输 出 间 应 能 承 受2U + 1000V (U 为 两 电 路 电 压 之 和 )但 不 低 于 1500V

4、的 耐 压 试 验 。表 1 光 电 耦 合 器 输 入 输 出 接 线 端 子 间 的 电 气 间 隙名 称 规 格额 定 电 压 值 (V ) 60 90 190 375 550 750爬 电 距 离 (mm ) 3 4 8 10 16 18电 气 间 隙 (mm ) 3 4 6 6 6 52 隔 离 变 压 器 隔 离利 用 隔 离 变 压 器 可 实 现 本 安 与 非 本 安 电 路 间 交流 信 号 的 转 换 、 传 递 。 因 为 变 压 器 输 入 绕 组 与 输 出 绕组 间 是 以 磁 耦 合 , 输 入 、 输 出 回 路 间 没 有 直 接 联 系 ,所 以 这 种

5、隔 离 方 式 也 是 相 当 安 全 可 靠 的 。 此 外 由 于变 压 器 具 有 电 压 与 绕 组 匝 数 成 反 比 (即 u1 w 1= u2 w 2) 这 一 特 性 , 因 此 可 以 透 过 调 正 其 输 入 、 输 出 绕 组匝 数 来 控 制 变 压 器 输 出 端 电 压 。 用 隔 离 变 压 器 作 本安 与 非 本 安 电 路 间 的 隔 离 , 其 特 点 及 要 求 与 光 电 耦合 器 基 本 相 同 。3 电 容 器 隔 离利 用 电 容 器 也 可 实 现 交 流 本 安 与 非 本 安 电 路 间的 隔 离 。 由 于 电 容 器 的 容 抗 与

6、所 在 电 路 的 频 率 成 反比 , 对 高 频 电 路 而 言 电 容 器 具 有 “ 通 路 ” 作 用 , 而 对 低频 电 路 而 言 电 容 器 具 有 “ 阻 止 ” 作 用 。 因 此 , 选 择 适 当的 电 容 可 使 高 频 的 本 安 信 号 在 本 安 电 路 与 非 本 安 电路 间 传 输 , 而 将 低 频 (电 网 ) 的 非 本 安 电 路 隔 离 在 安全 区 。 这 种 隔 离 方 式 用 于 实 现 本 安 与 非 本 安 电 路 间高 频 信 号 的 传 递 , 既 简 单 又 可 靠 。 采 用 电 容 器 隔 离 时为 保 障 本 安 电 路

7、的 安 全 性 , 电 容 器 须 满 足 以 下 要 求 :电 容 器 须 用 两 个 串 联 , 每 个 电 容 器 应 能 承 受 2U +1000V 但 不 低 于 1500V 的 耐 压 试 验 , 电 解 电 容 和 钽电 容 不 能 作 为 隔 离 电 容 。4 继 电 器 隔 离继 电 器 作 本 安 电 路 与 非 本 安 电 路 间 的 隔 离 应 用很 广 。 继 电 器 按 其 输 入 回 路 可 分 为 直 流 继 电 器 和 交流 继 电 器 , 因 此 继 电 器 可 用 直 流 本 安 与 非 本 安 电 路间 、 交 流 本 安 与 非 本 安 电 路 间 、

8、 直 流 (或 交 流 )本 安 与交 流 (或 直 流 ) 非 本 安 电 路 间 的 隔 离 , 实 现 输 入 回 路与 输 出 回 路 间 的 信 号 转 换 、 传 递 。 由 于 继 电 器 的 输 出接 点 不 止 一 对 , 所 以 继 电 器 除 具 备 与 上 述 光 电 耦 合器 、 隔 离 变 压 器 相 同 的 特 点 外 , 还 具 有 输 出 可 以 是 多路 的 这 一 特 点 。 同 样 由 于 继 电 器 的 输 入 回 路 (线 路 回路 )与 输 出 回 路 (接 点 回 路 )间 、 各 输 出 回 路 间 无 直 接电 气 联 系 , 所 以 继 电

9、 器 既 可 实 现 输 入 、 输 出 关 系 的 本安 与 非 本 安 电 路 间 的 隔 离 , 还 可 实 现 输 出 各 组 本 安与 非 本 安 电 路 间 的 隔 离 。 采 用 继 电 器 隔 离 时 为 保 障本 安 电 路 的 安 全 性 , 继 电 器 须 满 足 以 下 要 求 : 继 电 器线 圈 回 路 接 线 端 子 与 接 点 回 路 接 线 端 子 、 各 接 点 回04 煤 矿 自 动 化 1998 年 第 2 期路 接 线 端 子 间 的 电 气 间 隙 应 符 合 表 1 的 要 求 。 若 继电 器 置 于 隔 爆 腔 内 , 而 隔 爆 腔 又 是

10、直 接 进 线 的 , 则 继电 器 须 选 用 密 封 继 电 器 或 固 态 继 电 器 。 固 态 继 电 器的 输 入 、 输 出 回 路 间 应 能 承 受 2U + 1000V , 但 不 低于 1500V 的 耐 压 试 验 。 若 继 电 器 输 入 接 直 流 本 安 电路 , 输 出 接 点 又 有 控 制 非 本 安 电 路 的 , 考 虑 到 线 圈 电感 量 对 直 流 本 安 电 路 安 全 性 能 的 影 响 应 在 线 圈 两 端双 重 并 联 反 向 二 极 管 。 输 出 接 点 控 制 的 非 本 安 电 路其 电 压 、 电 流 、 容 量 分 别 不

11、得 大 于 250V、 5A、100VA。 特 别 须 重 视 的 是 切 不 可 利 用 继 电 器 输 出 一对 常 开 (闭 )联 锁 接 点 同 时 控 制 本 安 电 路 和 非 本 安 电路 。5 结 论经 对 以 上 几 种 电 路 的 分 析 可 见 , 实 现 本 安 与 非本 安 电 路 间 的 信 号 转 换 、 传 递 及 其 之 间 的 隔 离 方 式是 多 种 多 样 的 , 每 一 种 隔 离 方 式 都 具 有 其 各 自 的 特点 和 所 需 注 意 的 问 题 。 某 一 类 型 的 电 路 可 选 用 的 隔离 方 式 不 是 唯 一 的 , 一 种 隔

12、离 方 式 所 适 用 的 电 路 型式 也 不 是 唯 一 的 。 设 计 人 员 在 设 计 电 路 时 应 根 据 具体 电 路 的 性 能 综 合 考 虑 选 用 相 适 应 的 隔 离 方 式 , 并注 意 其 相 应 的 要 求 , 最 终 使 电 路 达 到 既 能 保 障 其 工作 性 能 又 达 到 安 全 性 能 的 要 求 。(收 稿 日 期 1998205212)北 宿 矿 主 井 绞 车 高 压 真 空 接 触 器 过 电 压 问 题 的 探 讨徐 贞兖 矿 集 团 安 全 监 测 中 心 (兖 州 273500)我 国 在 50 年 代 从 前 苏 联 引 进 的

13、矿 用 提 升 机 中的 CG5 型 空 气 换 向 器 已 使 用 40 年 之 久 , 由 于 它 控制 的 电 机 功 率 大 、 电 压 高 、 起 动 频 繁 、 接 触 器 的 触 头易 被 烧 坏 , 高 压 电 机 断 相 运 行 容 易 烧 坏 电 机 , 影 响 生产 , 平 时 维 修 量 很 大 。 但 真 空 接 触 器 以 其 优 异 的 性能 , 在 中 低 电 压 领 域 使 用 中 占 据 了 重 要 地 位 , 因 此 ,研 制 高 压 真 空 换 向 器 代 替 空 气 换 向 器 是 理 想 的 途径 。 但 在 北 宿 矿 主 井 绞 车 采 用 真

14、空 接 触 器 代 替 空 气换 向 器 的 试 验 中 发 生 了 过 电 压 问 题 , 本 文 将 对 此 进行 探 讨 。1 过 电 压 分 析开 断 高 压 电 动 机 时 , 会 产 生 三 种 过 电 压 : 截 流 过电 压 、 高 频 重 复 重 燃 过 电 压 及 开 关 闭 合 时 预 击 穿 引起 的 过 电 压 。1. 1 截 流 过 电 压当 真 空 接 触 器 或 其 它 型 式 的 开 关 断 开 电 路 时 ,在 电 流 接 近 零 点 之 前 , 由 于 电 弧 不 稳 定 突 然 提 前 熄灭 , 在 此 瞬 间 的 电 流 值 称 为 “ 截 流 值 ”

15、 。 产 生 截 流 瞬 间过 电 压 , 最 严 重 是 断 开 刚 启 动 的 电 机 , 此 时 功 率 因 数低 , 截 流 瞬 间 过 电 压 频 率 不 高 , 只 有 千 赫 左 右 , 并 持续 几 个 周 波 很 快 衰 减 。 电 路 突 然 开 断 时 最 大 过 电 压值 为U m ax = GI 0 L C (1)式 中 : G为 衰 减 系 数 , 实 际 回 路 中 有 电 阻 损 耗 ,电 感 中 产 生 的 磁 能 不 能 全 部 转 换 为 电 能 , 实 测 值 要小 于 计 算 值 , 一 般 取 0. 5 0. 7; I0 为 截 流 电 压 瞬 时值

16、 ; L C为 波 阻 抗 。由 (1)式 可 知 , 开 断 电 动 机 产 生 过 电 压 的 大 小 与截 流 情 况 及 电 动 机 的 波 阻 抗 大 小 有 关 , 而 电 动 机 的波 阻 抗 是 随 电 动 机 容 量 增 大 而 减 少 , 所 以 截 流 过 电压 是 随 着 电 动 机 容 量 增 大 呈 减 小 的 趋 势 。 而 “ 截 流值 ” 主 要 决 定 于 触 头 材 料 , 但 也 受 到 负 载 参 数 的 影响 。1. 2 高 频 重 复 重 燃 过 电 压多 次 重 复 的 复 燃 可 能 产 生 很 高 的 过 电 压 , 这 个过 程 多 发 生 在 触 头 很 接 近 零 点 之 前 打 开 , 零 点 熄 弧后 开 距 很 小 , 介 质 强 度 不 够 高 而 复 燃 , 由 于 真 空 接 触器 有 很 强 的 高 频 熄 弧 能 力 , 复 燃 之 后 在 高 频 振 荡 零点 又 熄 弧 , 再 复 燃 , 再 熄 弧 。 多 次 重