本质安全型电路的防爆

本质安全型电路的防爆

宋玉德

（龙煤双鸭山分公司机电装备部，黑龙江双鸭山155100）

摘要本质安全电路的防爆原理就是通过限制电路的电气参数或采取保护措施，实现削弱电流产生的热效应及火花、电弧的放电能量的目的，使电路系统不管在正常工作或故障状态下，出现的火花和热效应不可点燃爆炸性气体混合物。

关键词本质安全型电路防爆

中图分类号TD608文献标识码A

电路中电流出现的热、火花和电弧是造成爆炸性气体混合物爆炸的主要点火源。本质安全电路的防爆原理就是通过限制电路的电气参数或采取保护措施，削弱电流产生的热效应及火花、电弧的放电能量不致点燃爆炸性气体混合物。

1电路放电火花

1．1电阻电路的火花放电

电阻电路无储能元件，通断时出现的电火花能量来自电源，放电过程简单。其火花放电电路如图1所示。在电路断开时，电极间接触面急剧减小，接触部位的电流密度迅速增加，能高达103 104A/mm2。在电压和电流的作用下，电极迅速熔化形成金属熔桥。之后出现的金属蒸气破坏了金属熔桥，电极间电阻增大，电极间电压随之上升，在电压高于起弧电压时就会产生电弧放电。电阻电路的放电火花能量相对较小。

开关通断速度对电火花能量的大小也有影响。火花放电能量与电源电压、电路电流、火花放电持续时间三因素乘积成正比。所以，开断电气参数一定的电路，

*收稿日期：2011－06－21

作者简介：宋玉德，男，汉族，（1963．10—），辽宁北票人，工程师，1986年7月毕业于阜新煤炭工业学校，机电专业，现从事煤矿机电技术工作。其火花放电的能量随火花放电持续时间和放电波形而变化，持续时间越长，火花放电能量越大，对电阻电路断开时出现的火花，断开速度越慢越危险。合时火花放电与断开时火花放电在效果上一样。

1．2电感电路的火花放电

由电感和电阻组成的电路即电感电路，其火花放电电路如图1b所示。电感元件是储能元件，它能将电路的能量以磁能的形式储存起来，

在电路出现开闭变

双灰、粉煤灰灭火，不仅工序繁琐，需要的材料、人力多，而且工期长，见效慢。如果按照传统灭火方式未能达到预期效果，则该工作面必须封闭，那么该采煤队至少要停产3个月，而且会加剧采煤工作面接续的紧张程度，经济损失不可估量。按照现在采用的方式灭火，共注入LFM轻型充填材料90t，LFM轻型充填材料、设备及其他手段的人工、材料，合计投入约110万元，而且不影响正常的生产接续。在灭火期间，仍保持产量5000t/d，并通过注LFM轻型充填材料实现了控制和消除安全隐患的效果。由此带来的经济效益和社会效益显著。

4存在问题

LFM轻型充填材料作为一种新型封堵材料，用于井下防灭火，优点很多，但也存在不足之处。

（1）储存期短，不利于长期保存、备用。所以，经常出现购进来，没地方用；着急用时又没有材料。

（2）该材料在淋水条件下使用时，发泡效果不是很理想（膨胀系数下降）。另外，已经形成的泡沫，在水中长时间浸泡，其强度下降。

5结语

LFM轻型充填材料防灭火技术不仅具有灭火速度快、安全性好、火区复燃性低等特点，而且装备简单，操作方便。适用于对高冒区、废巷、采空区、火区、上分层停采线及被压酥的煤柱等处防灭火。该技术是一项应用范围广、具有推广价值的矿井防灭火技术。

化时，又把能量释放出来。电感电路的火花放电过程相当复杂，其火花放电能量一部分来自电源，另一部分是电感元件自身储能。电感电路断开时，除电感电路火花放电电路的放电过程外，主要是电感元件磁场储能的放电过程。此时，电路的电极迅速断开，电极间电阻迅速增大，电流急剧下降，电流的变化率相当大，在

电极间隙处出现了很高的感应电动势，

电感的储能在放电间隙处出现放电。放电间隙有来自电源能量放电，还有来自电感元件的储能放电，放电强度大大提高，也延长了放电时间。电感电路断开时的电火花不

论在时间上还是空间上均较集中，

火花的能量也较高，极易点燃爆炸性混合物。

电感量较大的电感电路，火花小而集中，容易点燃爆炸性混合物。电感小的电感电路，放电火花大而分

散，

很难点燃爆炸性混合物。所以，电源电压相同的电阻电路和电感电路，点燃电流是不同的。电感电路的

点燃电流要比电阻电路的点燃电流小。所以，

在设计本安型电感电路时，要尤其注意电感储能放电对放电火花的影响。电感电路闭合时，因电流不发生突变，难以出现较强的放电火花。2

电容电路的火花放电

由电容和电阻组成的电路称为电容电路。电容电路的火花放电是在开关触点闭合时产生的；而在触点

断开时，

电路的电容不会出现火花放电。电容电路的电容火花放电电路如图2所示。电容电路中电容是储

能元件，

它把电源的能量以电场能的形式储存起来。在电路闭合时，既有电阻电路放电，还有电容储能放

电。在瞬间电容放电电流相当大，

放电又很迅速，火花放电能量较大，并且能量高度集中。电容电路的放电

火花点燃爆炸性混合物的能力强，

危险就很大

。图2电容电路火花放电电路

电路的火花放电具有一定的能量，在此种能量达到一定数量级时就可能引燃爆炸性混合物。使爆炸性气体混合物点燃的最小能量就是电火花的最小点燃能量。最小点燎能量是研究本质安全防爆性能的基本问题，最小点燃能量的数值是爆炸性混合物级别的标志。最小点燃能量是在特定的试验条件下，最容易点燃的放电方式，最容易点燃的爆炸性混合物的浓度，通过专门的试验装置测定，其数据有较高的准确性，是设计和评价本安电路的依据。

本安电路放电火花点燃能力的大小不但受电路的

电压、

电流、电感、电容等电气参数直接影响，还受一些非电气参数的影响，如爆炸性混合物的浓度、成分、湿度、温度、流动速度及电极触头的材质、形状、分合速度等诸多因素影响。不同成分的爆炸性混合物，其火花点燃能力不同。同种成分的爆炸性混合物，因浓度不同，最小点燃能量也不同。爆炸性混合物的温度越高，所需的能量越小，容易点燃；湿度越大，越不容易点燃。爆炸性混合物的流动速度越大，越可能点燃。为保证本安电路的防爆性能，在设计、检验和使用本安电路时，应使电路有足够的安全系数。不同电路，安全系数的计算也不一样。3

本安电路实现防爆的方法

为使本安电路及本安电气设备安全使用，要在设

计本安电路时采取技术措施，减少电路通断时出现的放电火花。降低电压或电流，是减小放电火花，提高本

安电路安全性能的有效方法，

而这样又不能满足电路或电气设备对功率的要求。为提高本安电路的使用功

率，

要采用有效的方法：电容电路采用电容储能经电阻放电的方法减小火花放电能量，提高本安电路安全性；电感电路应采用以下方法减小电感放电火花能量：在电感元件两端并联电阻；在电感元件两端并联电容；在电感两端并联二极管

。

图3电感元件并联二极管的火花放电电路

电感两端并联电阻方法尽管放电火花能量减少，

提高了本安电路的安全性，但因并联了电阻，增加了功率损耗，所以，这种方法较少使用。在电感元件两端并

联电容能减小或消除电感元件的感应电动势，

减少电路断开时出现的火花，提高了本安电路的安全性，但却增加了储能元件。有效的方法是电感元件两端并联二极管，如图3所示。电感元件两端并联二极管时，二极

管的极性要反向连接。当电路触点断开时，

电感元件的电流就会通过半导体二极管顺向流通，电感元件所

出现的感应电动势近乎短路，

降低了火花放电电压。同时，因并联了二极管使电感元件电流的变化率不大，并得到了续流回路，触点断开时的放电火花减少，电路的安全性得到提高。在电感元件两端并联二极管法既

不增加功率损耗，

又不会增加电路的工作电压和工作电流，它是减小电感电路放电火花的较好的方法。为

安全起见，

可在电感元件两端并联两个二极管，其中一个损坏，另一个还能继续工作，可保证电路的的可靠。