GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备 本质安全型“i”--(七)

9  二极管安全栅

 

9.1  一般要求

二极管用于限制本质安全电路上的电压，可靠限流电阻用于限制可能流过本质安全电路的电流。该装置使用在本质安全电路和非本质安全电路之间作为接口设备，并应承受11.1规定的例行试验。

安全栅承受瞬态故障的能力应按10.12规定试验。

仅装有二极管或二极管组合电路并用于“ia”等级的安全栅，如二极管已经按11.1.2规定做了例行试验，则应认为是符合8.6规定的可靠组件。

在“ia”等级的二极管安全栅内，在应用第5章时，应仅考虑一只二极管故障。

 

9.2  结构

 

9.2.1  安装

结构是安全栅分组安装时，任何不正确安装都是明显的，例如，安装用不对称形状或颜色区分。

9.2.2接地用连接件

除可能处于地电位的电路连接件外，安全栅还应具有至少一个以上接地连接件，或对于附加接地连接应备有绝缘导线，其横截面积不小于4mm²

9.2.3元件的保护

组件应采用6.4.4规定的浇封或用一个组成不可复原的单元的外壳来保护，以防止检修或替换影响本质安全性能的任何元件。全部组件应为一个整体。

 

10  型式试验

 

10.1  火花点燃试验

10.1.1  概述

所有要求火花点燃试验的电路应通过试验证明，它们在第5章规定与电气设备相适应的等级条件下，不能引起点燃。

在试验时，应模拟正常条件和故障条件。安全系数应按附录A规定来考虑。

在试验时，火花试验装置接入被试电路中那些认为可能出现开路、短路或接地故障的每一个试验点上，火花试验装置的容器中应充满10.2规定的最易点燃的试验气体与空气的混合物，并且火花试验装置按10.3规定标定后操作。

如果一个电路根据附录A所述的方法和图A1到图A6给出的参考曲线及表A1～A2，可以推断其结构和电气参数有足够的本质安全性能时，则可以不用火花试验装置进行型式试验。

当规定电压、电流没有规定容差时，则容差通常为±1%。

注：一个用参考曲线和表格数据审查过的电路，用火花试验装置试验时有可能引起点燃，因为火花试验灵敏度是变化的，而参考曲线和表格数据是从大量这种试验获得的。所以，利用曲线和表格数据进行评定，是比较一致的，并且优于试验结果。

 

10.1.2火花试验装置

 

火花试验装置已在附录B中叙述，如果附录B表明该火花装置不适用，则可采用其它等效灵敏度的火花试验装置，并且对于火花试验装置的合理性应在有关文件报告中说明。

由火花试验装置产生的短路、开路和接地故障应认为是正常工作和非计数故障试验：

a)连接件上；

b)在不符合表4规定的内部连接或跨接内部爬电距离、电气间隙、通过浇封化合物距离和固体绝缘距离。

火花试验装置不能使用在：

a)跨接可靠隔离，或与可靠连接串联；

b)跨接符合表4规定的爬电距离、电气间隙、通过浇封化合物距离和固体绝缘距离；

c)在关联设备内，但其本质安全电路末端除外；

d)  符合6.3.1规定的隔离电路端子之间，但7.6i)项情况除外。

 

10.2  爆炸性试验混合物

 

按照被试电气设备规定的类别应采用下列爆炸性试验混合物。

Ⅰ类设备：8.0%～8.6%  甲烷—空气

ⅡA类设备：5.0%～5.5%丙烷—空气

ⅡB类设备：7.3%～8.3%乙烯—空气

ⅡC类设备；19%～23%  氢气—空气

在特殊情况下，对指定的气体或蒸气环境中应用并作相应试验和标志的电气设备，应采用该气体或蒸气与空气形成的混合物在最易点燃的浓度时进行试验，在应用更易点燃的试验混合物达到安全系数时，它的成份应按10.4.2规定。

注：市场上销售的气体和蒸气的纯度，一般对于上述试验是适用的，但是，纯度低于95%的气体和蒸气不得使用。试验室的温度、气压及空气湿度的正常变化对爆炸性试验混合物的影响一般很小。这些变化的明显影响将在例行的火花试验装置标定中表现出来。

 

10.3  火花试验装置标定

 

按10.4规定，在每一系列火花点燃试验前，应对火花试验装置的灵敏度进行标定。为此，火花试验装置应在接有0.09H～0.1H的空芯线圈的24V直流电路中操作。并且该电路中的电流应按表7调整到相应类别的数值，或者当使用更易点燃试验气体时，将该值除以安全系数。

火花试验装置的极握，应在接正极时旋转不小于400转和不大于440转，这时如果焊炸性混合物至少出现一次点燃，则认为该装置灵敏度合格。

表7标定电路中的电流

10.4  用火花试验装置试验

 

10.4.1  电路试验

被试电路应以最危险电路为基础，并按第7章规定考虑元件容差，且考虑电源供电电压10%的变化。

火花试验装置应接入被试电路中认为可能出现开路和短路的每个试验点上。试验应按第5章适当的电气设备等级，在电路正常工作、一个故障、二个故障以及在最大外部电容(C_O)和外部电感(L_O)情况下，或电气设备设计的电感与电阻比(L_O/R_O)的情况下进行。

每个电路应在下列转数情况下进行试验，在火花试验中的极握盘转数容差为0%～+10%。

a)对于直流电路—400转（5min），每一极性200转；

b)对于交流电路—1000转(12.5min)；

c)对于电容电路—400转(5min)，每一极性200转。必须注意保证电容有足够的充电时间(不小于3倍的时间常数)。正常充电时间大约是20ms，在该充电时间不充分时，应除去一根或多根金属丝(钨丝)以增大充电时间或放慢火花试验装置的转动速度，当除去金属丝时，应增加转数，以保持同一火花数量。

每次按a)、b)或c）试验后，应重新对火花试验装置进行标定。如果标定不符合10.3规定，则所进行的电路点燃试验认为是无效的。

 

10.4.2  安全系数

 

注：应用安全系数的目的是保证在检验时比原电路更容易引起点燃的电路条件下进行型式试验和评定，或者是用更易点燃气体混合物对原电路进行试验。通常，在达到规定安全系数的不同试验方法之间不能获得精确的等效性，但用下列替换方法是允许的。

1.5倍安全系数应按下列方法之一获得：

a)把电源电压(供电系统)提高到额定值电压的110%，或按第7章规定调整其它电压，例如，使电池组、电源和限压器件达到最高值。

1)对于电感和电阻电路，减小限流电阻值把电流提高到1.5倍的故障电流。如果达不到1.5倍安全系数，可进一步提高电源电压。

2)对于电容电路，把电压提高到1.5倍故障电压。另一方面，当一只可靠限流电阻用于电容器时，则电容器视为电池，电路视为电阻性电路。

注：当使用图A1～图A6参考曲线或表A1～A2评定时，该方法同样适用。

b)按表8使用最易点燃爆炸性试验混合物。这些混合物应通过测量，证明其成份是在给出值±5范围内。

表8  相当于1.5倍安全系数的爆炸性气体混合物的成分

10.4.3  试验注意事项

 

10.4.3.1  概述

火花点燃试验应在电路布置能产生最不利的条件下进行。对于简单型式的电路在应用图A1至图A6参考曲线时，短路电流是最不利的。对于更复杂电路，由于条件不同因而短路试验可能不是最不利的条件。例如，对稳压电源，最不利条件通常发生在电阻串联在电源的输出电路中，电压不降低，将电流调到最大值。

 

10.4.3.2  电感电路和电容电路

在电路中含有贮能电容器和电感器时，对该电路用图A1～图A6参考曲线评定可能是困难的，例如，贮能的电容可以增强电源对电感的供电。所以，该电路应按电容器和电感器的组合进行试验。

 

10.4.3.3  电路应用分流短路电路(急剧短路)保护

在输出电压稳定后，对于第5章条件的适当设备等级的电路应不能引起点燃。另外，当防爆型式涉及其他电路故障引起的急剧短路时，则急剧短路瞬间的允许通过能量应不超过下列类别规定值：

ⅡC类设备：20μJ

ⅡB类设备，80μJ

ⅡA类设备：160μJ

Ⅰ类设备：260μJ

用火花试验装置对急剧短路电路允许通过能量进行点燃试验，是不适合的。允许通过能量可进行测定。例如，用示波器测定。

 

10.4.4  火花试验结果

任一选择试验点的每一次试验均不应出现点燃。

 

10.5  温度试验

所有温度数据应以40℃的环境温度或在设备上标志的最高环境温度为参考基准。以参考环境温度为基准的试验，可在20℃和参考环境温度之间的任一环境温度下进行，将试验时的环境温度和参考环境温度之间的差值加到所测量温度上，除非元件的热特性是非线性的，例如：电池组。如果温升是在参考环境温度时测得的，那么在确定其温度组别时应采用该值。

温度可采用任一方便方法测得，但测量元件不应明显降低被测量温度。测量绕组温升允许方法如下：

测量绕组在环境温度时的电阻，并记录测量时的环境温度。

施加试验电流和测量绕组的最大电阻，并记录测量时的环境温度。

温升按下式计算：

 

 

式中：

t—温升，K；

r—环境温度t₁时的绕组电阻，Ω；

R—在试验电流条件中的绕组最大电阻，Ω；

t₁—测量r时的环境温度，℃；

t₂—测量R时的环境温度，℃；

k—在0℃时绕组电阻温度系数的倒数，对于铜该值为234.5。

 

10.6  电压试验

电压试验按IEC标准进行，也可采用下列方法进行：使用频率在48Hz～62Hz之间的实际正弦波交流电压进行试验或使用直流电压进行试验，其直流电压为交流电压的1.4倍，并且直流电压波形的峰间波动不得超过电压的3%。

电源应具有足够的伏安容量，以维持试验电压，这时，应把可能出现的任一漏电流考虑在内。

试验电压应在不小于10s时间内平稳上升到规定值，然后至少维持60s。

施加电压在试验期间应保持恒定，并且电流应不大于5mA交流有效值。

 

10.7  小元件点燃试验

小元件试验证明它按6.2.4a)项可燃性混合物不应引起温度点燃，其试验如下列所述。试验出现冷火焰应认为点燃。检验点燃应用目测或温度测量，例如，用热电偶。

小元件应是按第5章规定在正常工作或故障条件而且产生温度最高值时进行试验。试验应持续到元件和周围部件达到热平衡为止或持续到元件温度平衡为止。在元件损坏引起温度下降时，应另加5个元件样品并重新进行5次试验。当按第5章规定的正常工作或故障条件，在表面温度超过电气设备温度组别的元件个数多于一个时，则试验应在所有上述元件达到最高温度时进行。

元件在试验时可按规定状态安装在电气设备中并且采取有效措施保证试验混合物与元件接触。试验也可在模拟状态进行，以保证试验结果有代表性。

上述模拟状态应考虑元件附近的电气设备的其它部件因通风和热效应可能影响混合物的温度和元件周围混合物的流动。

按GB3836.1—2000第5.3要求的安全系数应通过升高进行试验的环境温度获得，或通过升高元件和其它需要安全系数有关邻近表面的温度获得。

对于T4温度组别混合物应是下列两者之一：

a)22.5%～23.5%体积比的二乙醚和空气均匀混合物；

b)二乙醚和空气混合物从允许的小剂量二乙醚蒸发获得，这时，在试验容器内可进行点燃试验。

对于其它温度组别，应由试验机关决定选择合适的混合物。

如果在试验期间没有出现点燃，为证明可燃性混合物存在，应使用某一种其它方法点燃混合物。

 

10.8  规定不严密的元件参数的测定

应从任一货源或几个货源抽取十只未用过的元件样品，对它的相关参数进行测量。试验通常应在最高环境温度或规定最高环境温度进行，例如40℃；但那些温度敏感元件(例如，镍镉电池/电池组)应在低温条件下试验，以获得它的最不利条件。

应将参数的最不利值作为元件的代表参数，没必要取自同一样品，可从10只样品试验获得。

 

10.9  电池和电池组试验

10.9.1  一般要求

可充电电池或电池组应充足电，并且在至少两次放电以后再进行试验，在第二次放电，或者必要的话，在以后的放电中，电池或电池组的容量应确认在它的制造厂规定范围内，以保证该试验能在它的制造厂规定范围内充足电的电池或电池组上进行。

当为试验目的需要短路时，电路连接部分的电阻(不包括它的连接件)或者其电阻应不超过3mΩ，或者其两端电压差不超过200mV或电池电动势的15%。施加的短路应尽可能靠近电池或电池组端子。

 

10.9.2  电池和电池组电解液漏泄试验

试验样品应放置在分开的盒子里，例如：密封口朝下或按电池制造厂规定的安装方向安装，在下面垫上一片吸水纸。十只试验样品应承受下列最不利条件：

a)短路至放电完为止；

b)在制造厂建议范围内施加输入电流或充电电流；

c)在制造厂建议范围内电池组充电，其中有一电池组完全放电或极性接反。

上述条件应包括由应用5.2和5.3产生的任一反向充电条件。该条件不包括使用超过电池或电池组制造厂建议的充电速率的外部充电电路。

当电池组冷却后，在吸水纸上或在试验样品表面上应没有电解液的明显痕迹。使用浇封化合物的地方应满足7.4.9电池检验的规定，试验结束后，浇封处应没有不符合7.4.9规定的损坏情况。

 

10.9.3  电池和电池组的火花点燃和表面温度

如果电池组是由若干个分立的电池组成或较小的电池组(其规定结构符合本标准隔离规定和其它要求)组成，那么，每个分立单元应单独进行试验。

除了可证明不会发生每个电池之间短路的特殊结构电池组外，每个单元的故障应认为是一个故障。

在不符合规定环境的场合，应考虑到电池组外部端子之间出现的短路故障。按7.4.9规定的电池和电池组应按下列试验和评定：

a)火花试验或评定应在电池和电池组的外部端子上进行，在含有限流器件并且该器件与符合6.7规定的电池或电池组连接时，则在试验和评定时应包括该限流器件。

当本质安全评定包括电池或电池组的内阻时，电池或电池组最小电阻值由电池或电池组制造厂文件获得，试验机关应认可该值。如果电池或电池组制造厂未给出内部电阻最小值，则试验机关应利用从10只电池或电池组样品试验中的最不利短路电流值，与7.4.3电池或电池组峰值开路电压来确定内阻。

b)表面温度应按下列方法确定。电池或电池组外部的所有限流器件试验时应短路。试验时应除去电池或电池组上不是外壳本身的任何外层覆盖物(纸或金属等)。温度应在每只电池或电池组的外壳表面获得，并取最大值。试验应在每种情况下同限流器件一起，即10只电池短路时进行。

装有被短路的内部限流器件的10只试验样品，连同专用说明书或样品安全使用及试验所需的防护措施，应从电池或电池组制造厂获得。

注：当确定多只电池组表面温度时，由于保护器件的固有作用，例如，熔断器或PTC(正温度系数)电阻，可不考虑。因为，它是可能评定的内部故障，例如隔离物损坏。

 

10.10 机械试验

 

10.10.1浇封化合物

用直径为6mm平端面金属试棒垂直施加30N力在浇封化合物表面上，并保持10s。这时，浇封件不得出现损坏和永久性变形或大于1mm的位移。

在出现浇封化合物自由表面时，为了要保证浇封化合物的刚性，而且不易碎裂，浇封化合物表面在(20±10)℃时，应使用GB3836.1—2000附录G所述的试验装置进行下列之一冲击试验：

a)对于Ⅰ类设备，在浇封化合物形成外壳的部分和用于隔离爆炸性环境时，所使用的冲击能量为20J。

b)对于其它电气设备，所使用的冲击能量为2J。

试验后浇封化合物应保持完好并且没有出现永久性变形。微小表面裂缝可忽略。

 

10.10.2  隔板

隔板应承受直径为6mm的固体试棒施加30N力的作用，这个力应施加在隔板中心附近并至少保持10s。隔板不应发生与其作用不适当的变形。

 

10.11  装有压电器件的电气设备试验

当对工作中易接近电气设备的任何部分，在(20±10)℃用GB 3836.1—2000附录G试验装置，并按GB3836.1—2000表4高冲击能量进行冲击试验时，测量器件的电容量和呈现在器件两端的电压。对于电压值，应取在同一样品上进行2次冲击试验的较高值。当含有压电器件的设备安装有防止外物直接机械冲击的保护装置时，应按制造厂预期的压电器件设备安装状态安装保护装置并对其进行冲击试验。

在最高实测电压下，压电器件的晶体电容的最大贮存能量应不超过下列数值：

Ⅰ类设备：1500μJ

ⅡA类设备：950μJ

ⅡB类设备：250μJ

ⅡC类设备：50μJ

当压电器件的电气输出受保护元件(包括保护装置)限制时，则用上述方法进行冲击试验时，这些元件不应产生使防爆型式失效的损坏。

当为了防止冲击能量超过元件规定值而需要保护设备以避免外部物体机械冲击时，则应规定要求细则，将其作为安全使用的特殊条件，并在电气设备上应标明符号X。

 

10.12  二极管安全栅和安全分流器的型式试验

下列试验用于验证安全栅或安全分流器可否承受瞬态过程的影响。

可靠额定值的电阻器应认为能够承受来自规定电源的任何预期瞬态过程。

二极管应由制造厂说明书或由下列试验表明能够承受峰值电压U_m除以熔断器电阻(20℃时)及其串联的可靠电阻之和的电流：

每一种型式的二极管应承受住沿使用方向(齐纳二极管为齐纳方向)，重复5次的持续时间为50μs的矩形电流脉冲试验，各次试验间隔为20ms。脉冲幅值由U_m峰值除以在20℃时熔断器冷态电阻值(加上电路中可靠串联电阻的阻值)得到。在制造厂数据表明预先—击穿时间大于50μs时，该电流脉冲宽度将变成实际预先—击穿时间。在预先-击穿时间不可能从制造厂获得现成的数据时，十只熔断器应承受预期电流和预先-击穿时间测定试验，如果该值大于50μs可以使用。

二极管电压应在元件制造厂试验电流条件下在本试验前和试验后进行测量。测量电压之差应不大于5%(5％包括试验设备的误差)。试验时观察到的最高电压，应认为是用上述对半导体限流器件同样方法产生的一系列脉冲的峰值电压。上述器件试验结束后，对于制造厂规定元件的一致性应再次核对。

根据专业制造厂提出的适用范围，有必要仅对具有特殊电压的典型样品进行试验，以证明适用范围的适用性。

10.12电缆拔脱试验

设备与外部电缆连接的结构，如果设备内连接线终端损坏可能使本质安全性能失效，电缆应承受拔脱试验，例如，在电缆里有两个以上本质安全电路，其损坏可能导致不安全的互连情况时，为此须进行下列试验：

在电缆引线进入设备方向，对电缆施加30N拉力，并保持1h。

试验后观察，电缆外皮可以位移，但电缆终端没有明显位移。

该试验不适用于作为永久连接并且不构成电缆部分的专用导线。