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本安型简单直流电路设计
为能清晰说明本安电路的设计思路和方法，我们由简单直流电路开始。所谓简单电路是指回路中只包含一种纯电阻、电感或电容元件。首先概述简单电路产生电火花的原因，然后说明作为设计依据的临界点燃曲线，同时举出设计方法及例题，最后针对最为常见的电感性电路，提出提高其安全性的措施。
一、电阻电路的特性
1、电阻性电路：无储能元件，火花能量源于电源。当电路分断时，开关电极接触面迅速减小，接触部位电流电流密度急剧增加，极间电阻迅速增大，极间电压同时增大。在电流、电压双重作用下，电极局部熔化形成液态金属桥，随后桥体破坏，产生金属蒸汽，电极间电压骤升。当电压高于起弧电压时就产生电火花放电，或称电弧放电。电火花持续时间约100～300μS。火花持续时间越长，从电路吸收能量越多，耗散能量也越多。
2、电阻性电路：当电路闭合时，两电极加速相互接近，此时若电源电压较高，则在接触前瞬间使空气击穿电离，产生电弧放电。若电源电压较低，电极接触之前不会产生电离现象。当电极接触瞬间，最高凸出点先接触，并有一定接触电阻。因该点电流密度很大，会使电极熔化，并出现气化层。由于气体复盖层的作用，使电极被隔离中断。当电极继续靠近时，重新发生接触，如此循环往复，直到两电极完全压紧闭合为止。
二、 电阻电路的计算
设计电阻回路的参数时，应首先计算正常运行时之工作电流及事故状态下的短路电流，然后验算电流值均不得超过最小点燃电流。
正常运转回路的工作电流
Ig
E
（1-1）
RjRg
式中 E—电路电源电压，V；
Rj—电源内阻，Ω； Rg—线路及负载电阻，Ω； 事故状态下的短路电流
Ig
E
（1-2）
RjRcj
式中 Rcj——短路点前之线路电阻，Ω。
在实际设计时还应考虑到安全系数，正常工作状态通常取安全系数k1=2，故障状态下安全系数取k2=1.5，即可列公式为：
k1Ig≤IB （1-3） k1ug≤uB （1-4） k2Id≤IB （1-5） k2ud≤uB （1-6） 式中 Ig——电路正常工作电流，A；
ug——电路正常工作电压，V； Id——电路短路电流，A； ud——电路短路电压，V；
IB——临界点燃曲线上的最小点燃电流，A； uB——临界点燃曲线上之最小点燃电压，V；
电阻电路中最危险情况是电源短路，因电源本身往往内阻很小，不足以限制回路电流，结果使短路时电流大大超过点燃电流。在这种情况下可在电源回路内串接一只限流电阻，其阻值按下式计算：
R
KE
rBH （1-7） IB
式中 E——电源电势，V；
rBH——干电池或畜电池本身的内阻，Ω。
例1-1 图1-9为一直流24V电源，供给电阻性负载RL=120Ω，图中R表示电缆连线电阻R=50Ω。试问当端短路时是否能达到本安要求；本电路工作于含甲烷气体环境中。
解：正常工作状态的负载电流I1
图1-9例1-1图
本文来源：https://www.wddqxz.cn/a02b802dcfc789eb172dc837.html
2024-03-17
