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本質(zhì)安全型電路的消火花電路分析

文檔作者：孫士宏陳思忠劉琴文檔來源：中國(guó)煤炭科工集團(tuán)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月06日
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2011年第4期 煤礦機(jī)電 ·107·
本質(zhì)安全型電路的消火花電路分析
孫士宏，陳思忠，劉琴
(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)上海研究院，上海201401)
摘要： 消除電感電路放電火花是研究本質(zhì)安全電路的重要內(nèi)容。通過對(duì)本質(zhì)安全型電路的消
火花電路分析，提出了保護(hù)方式和設(shè)計(jì)方法。結(jié)合實(shí)例分析不同消火花電路的特點(diǎn)，有助于優(yōu)化保
護(hù)電路，提高防爆產(chǎn)品的安全可靠性能。
關(guān)鍵詞： 本質(zhì)安全ib等級(jí)；雙重保護(hù)；消火花電路
中圖分類號(hào)：TI)685 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001—0874(2011)04～0107—03
Analysis of Elimination Spark Circuit of Intrinsically Safe Circuit
SUN Shi—hong，CHEN Si—zhong，LIU Qin
(Shanghai Research Institute of China Coal Technology&amp;amp;Engineering Group Corp．，Shanghai 201401)
Abstract： Elimination of the inductor circuit spark is an important part of intrinsically safe circuit．By analyzing
the extinction elimination spark of intrinsically safe circuit， the protection and design methods are proposed．
Combined with the examples to analyze the features of different elimination spark circuit，it helps to optimize
protection circuit and improve the safety and reliability performance of explosion—proof products．
Keywords： intrinsically safe circuit；ib level；double protection；spark circuit of elimination
0 引言
本質(zhì)安全電路是指在GB3836．4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條
件下(包括正常工作和規(guī)定的故障條件下)產(chǎn)生的
電火花或熱效應(yīng)均不會(huì)點(diǎn)燃周圍環(huán)境爆炸性混合物
的電路。當(dāng)負(fù)載電路呈感性時(shí)，其開路放電是最危
險(xiǎn)的放電形式，因此消除電感電路放電火花是研究
本質(zhì)安全電路的重要內(nèi)容。本文介紹幾種消除和減
小電火花的措施，以供設(shè)計(jì)本質(zhì)安全型電路參考。
1 阻容消火花電路
1．1 電感上并聯(lián)電阻、電容的消火花電路
等效電路圖如圖1所示。由圖1可知，K斷開，
線圈上的自感電勢(shì)e可以通過電阻r和電阻R對(duì)電
容C充電，使電感中的能量在電阻r和電阻 上變
成熱能消耗掉。從理論上講，如果該電路的時(shí)間常
數(shù)( =RC)和電感線圈的時(shí)間常數(shù)( ，=L／r)相
等，即 = ¨且R=r時(shí)，則開關(guān)K拉開后的瞬態(tài)過
程中，該電路中流過的電流i 和電感支路中的電流
i 大小相等，方向相反，并按指數(shù)規(guī)律下降。
圖1 瞬態(tài)過程電流方向
由于自感電勢(shì)而引起的電流i，全部流向電容
支路，不再流向開關(guān)K接點(diǎn)，故也就不會(huì)產(chǎn)生電
火花。由分析看出，當(dāng) = ，R=r時(shí)，消火花電路
的效果為最好。根據(jù)RC=L／r，求得C=L／R 。
舉例說明，有一個(gè)繼電器線圈的電感量L=3
H，線圈電阻為1．5 kQ，求消火花電路R和c的數(shù)
值。按以上方法取R=r=1．5 kQ；C=1．33 ，取
C=1 F。由于本質(zhì)安全型電路試驗(yàn)中，閉合和斷
開過程中所發(fā)生的現(xiàn)象較為復(fù)雜，很難給出精確的
計(jì)算方法，因此按以上方法計(jì)算出元件參數(shù)后，可以
通過本質(zhì)安全型火花試驗(yàn)槽驗(yàn)證，再根據(jù)具體情況
萬方數(shù)據(jù)
· 108· 煤礦機(jī) 電 2011年第4期
適當(dāng)調(diào)整 和C的值，如適當(dāng)加大電阻R的阻值，
或減小電容C的容量等，以取得更好的效果。需要
強(qiáng)調(diào)的是，礦用本質(zhì)安全型ib等級(jí)的產(chǎn)品，其消火
花電路的保護(hù)必須是雙重化的。
1．2 接點(diǎn)上并聯(lián)電阻、電容的消火花電路
等效電路圖如圖2所示。由圖2可知，Rc電路
并聯(lián)到開關(guān)K接點(diǎn)的兩端，其消火花原理和并聯(lián)在
線圈兩端是相同的。
K
過電阻 泄放，開關(guān)K的電火花就會(huì)大大削弱，如
礦用電話通信設(shè)備就是用氧化鋅壓敏電阻作為消火
花元件，其效果良好。同樣，對(duì)于礦用本質(zhì)安全型iI】
等級(jí)的產(chǎn)品，壓敏電阻消火花保護(hù)電路也須是雙重
化的。
I| 。
一
廠
圖4 壓敏電阻的特性曲線
圖2 開關(guān)上并聯(lián)電阻、電容的消火花電路 3 二極管消火花電路
2 壓敏電阻消火花電路
壓敏電阻是一種非線性元件，其阻值隨所加電
壓的數(shù)值而變化，它也是一種較好的消火花元件。
等效電路圖如圖3所示。
圖3 壓敏電阻消火花電路
圖4所示是壓敏電阻的特性曲線，圖中 為壓
敏電壓。由該曲線可知，當(dāng)所加的電壓低于 時(shí)，
它的電流很小，即呈高阻值(可達(dá)幾百千歐以上)；
當(dāng)所加電壓超過 時(shí)，它的電流就迅速增大，呈低
阻值(阻值降到歐姆級(jí))。把壓敏電阻并聯(lián)到電感
線圈兩端，就可起到消火花作用。
由圖3可知，當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)，電阻R兩端的
電壓就是電源電壓 ，其數(shù)值低于 ，電阻R呈現(xiàn)
出很高的阻值，故對(duì)電路沒有影響。當(dāng)開關(guān)斷開的
瞬間，加到電阻 兩端的電壓可以近似地看成是線
圈的自感電勢(shì)e ，其數(shù)值遠(yuǎn)大于U，當(dāng)大于 時(shí)，電
阻R呈現(xiàn)出極低的阻值，于是線圈中儲(chǔ)存的能量通
圖5所示為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型磁力起動(dòng)器
(防爆標(biāo)志為Ex d[ ]I)常見的先導(dǎo)回路，其直流
繼電器J兩端并續(xù)流二極管用于消火花。直流電路
采用二極管消除電感火花，其電路既簡(jiǎn)單、可靠，消
火花作用明顯，又可省去很多復(fù)雜的計(jì)算，在實(shí)際的
設(shè)計(jì)使用中也很普遍。但對(duì)圖5所示電路來說，一
旦整流用二極管短路，直流繼電器會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，在操
作時(shí)有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)火花，若采用圖6所示阻容消
火花電路，則相對(duì)會(huì)安全得多。
—
。，／ 。_I
J
外接控制處理
圖5 二極管續(xù)流的磁力起動(dòng)器先導(dǎo)回路
—
。，／ 。_I
J
外接控制處理
圖6 RC消火花的磁力起動(dòng)器先導(dǎo)回路
萬方數(shù)據(jù)
2011年第4期 煤礦機(jī) 電 ·l09·
基于以太網(wǎng)的洗選高速分布智能自動(dòng)化系統(tǒng)
王彥，徐軍明
(晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司古書院煤礦選煤廠，山西晉城048000)
摘要： 以微處理器為基礎(chǔ)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為人機(jī)界面，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通
信技術(shù)，建立基于100 M工業(yè)以太網(wǎng)控制PLC系統(tǒng)，監(jiān)控整個(gè)選煤廠原煤提升、分級(jí)、洗選加工等。
該系統(tǒng)不僅具備邏輯控制、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)通訊等功能，而且具有可靠性和
較強(qiáng)適應(yīng)惡劣環(huán)境能力，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低能耗。系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞： 選煤；以太網(wǎng)；智能自動(dòng)化
中圖分類號(hào)：TP393．11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001—0874(2011)04—0109—04
High-Speed Distribution Intelligent Automation System of Coal
Washing and Dressing Based on Ethernet
WANG Yah，XU Jtm—ming
(Coal Separating Plant of Gushuyuan Coal Mine，Jincheng Anthracite Ming Group Co．，Ltd．，Jincheng 048000，China)
Abstract： The PLC system that being controlled by 100 M industrial Ethemet is built up based on
microprocessor，human—computer interface，synthesized computer technology，automation control technology and
communication technology．This system monitors the whole coal hoist，grading，washing，dressing and processing
at the anthracite．The system does not only have the functions such as logical control，data processing，simulation
adjustment，operating display and network communication，but also have the reliability and the ability to adapt to
bad environment，which can improve operation eficiency of the equipment and reduce energy consumption．Th is
system gained good effect by practical application．
Keywords： coal separating；Ethernet；intelligent automation
1 問題的提出
晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)公司古書院煤礦選煤廠主
選工藝是跳汰選煤，年入洗原煤300萬t／a，負(fù)責(zé)原
煤提升、分級(jí)、洗選加工、裝車外運(yùn)等工作，生產(chǎn)系統(tǒng)
主要將來自井下或者儲(chǔ)煤場(chǎng)的原煤，經(jīng)除鐵、破碎、
清除雜物、排矸等一系列處理后，將處理后的原煤經(jīng)
過一系列的篩選、加工、處理成為成品的過程。其主
要工藝設(shè)備是運(yùn)送、加工煤炭的帶式輸送機(jī)、刮板輸
送機(jī)、振動(dòng)篩、破碎機(jī)和跳汰機(jī)等，這些設(shè)備按照煤
炭處理的工藝流程排成樹形隊(duì)列。自1992年建廠
以來，選煤廠主集中控制系統(tǒng)一直采用Modicon984
4 結(jié)語
消除或減少電感放電火花能量是本質(zhì)安全型電
路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，由于煤礦井下的特殊性，消火花
電路要結(jié)合產(chǎn)品使用情況綜合比較來選擇。按照
GB3836．4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，礦用本質(zhì)安全型ib等級(jí)的產(chǎn)
品不管用何種方法，其消火花電路的保護(hù)必須是雙
重化的
參考文獻(xiàn)：
[1] GB3836．1爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1部分：通用要求
[S]．北京：標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．
[2] GB3836．4爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第4部分：本質(zhì)安全型
“i”【s]．北京：標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．
[3] 邱關(guān)源，羅先黨．電路[M]．5版．北京：清華大學(xué)出版社，2007．
作者簡(jiǎn)介：到＼士宏(1982一)，男，助理工程師。2009年畢業(yè)于遼寧
工程技術(shù)大學(xué)(碩士學(xué)位)，現(xiàn)在中國(guó)煤炭科工集團(tuán)上海研究院檢測(cè)
中心從事礦用產(chǎn)品的檢測(cè)檢驗(yàn)工作。
(收稿日期：2011—04—01；責(zé)任編輯：姚克)

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