本质安全设备及关联设备的评估和测试标准(ACRI2001)中文版
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本质安全设备及关联设备的评估和测试标准(ACRI2001)美国劳工部矿山安全健康管理局批准和认证中心电气安全分部2008年11月4日(第三版)目录章节/标题页码1.0目的 (5)2.0范围 (5)3.0参考文献 (5)4.0定义 (5)4.1关联设备 (5)4.2电气间隙距离 (6)4.3恒温 (6)4.4爬电距离 (6)4.5基本电路 (6)4.6故障 (6)4.7现场布线 (6)4.8内部布线 (6)4.9本质安全设备 (6)4.10本质安全电路 (6)4.11最大安全区电压 (6)4.12保护性部件或组件 (7)4.13旁路二极管势垒组件 (7)4.14特殊紧固件 (7)4.15合适的外壳 (7)5.0标准 (7)5.1基本要求 (7)5.2正常操作 (8)5.3故障条件 (8)5.4安全系数 (8)6.0电路评估方法 (9)6.1一般的评估方法 (9)6.2电路符合性的验证 (9)6.3火花点火评估 (11)7.0结构要求 (13)7.1爬电距离和电气间隙距离 (9)7.2密封 (16)7.3现场布线连接 (17)目录章节/标题页码7.4内部接线导体 (18)7.5防尘外壳 (19)8.0保护性部件 (20)8.1概述 (20)8.2变压器 (20)8.3阻尼绕组 (21)8.4限流电阻器 (21)8.5隔离电容器 (22)8.6安装到电感部件的旁路保护性部件 (22)8.7旁路二极管势垒组件 (23)8.8光隔离器 (25)8.9保险丝 (25)8.10继电器 (26)8.11电线、连接件和走线 (26)9.0其他部件要求 (29)9.1分立元件的额定值降低 (29)9.2插入式电路板和元件 (29)9.3电池与电池组 (29)9.4压电式部件 (35)9.5部件的热考虑因素 (35)9.6灯 (36)10.0测试程序 (36)10.1火花点火测试 (36)10.2防护变压器的测试 (40)10.3限流电阻器的测试 (42)10.4旁路二极管保护势垒组件的测试 (43)10.5温度测试 (44)10.6小部件的热点火测试 (45)10.7介电试验 (46)10.8机械测试 (46)10.9闪光电流测试 (47)10.10跌落试验 (47)10.11煤粉热点火试验 (47)目录章节/标题页码10.12灯泡破裂试验 (48)10.13光隔离器试验 (48)10.14密封性试验 (49)10.15压电式部件的测试 (49)10.16电线、连接件及走线测试 (49)11.0点火曲线 (50)12.0标记 (55)12.1最少标记/认证牌 (55)12.2最少标记/本质安全评估标签 (55)12.3额外标记/本质安全设备 (55)12.4附加标记/关联设备 (56)12.5电池供电设备的标记 (56)12.6端子的标记 (56)12.7标记的永久性 (57)1.0目的本文是美国矿山安全健康管理局标准,按照美国联邦法规(30CFR)的章节30的要求,用于评估其电路规定为本质安全的电气设备或电气设备部件。
2.0范围这些标准的要求适用于:2.1.高瓦斯地下矿井或隧道中需要使用许用设备的本质安全器械、装置及关联设备。
2.2.连接到或者设计用于安装到MSHA-认可的采矿设备上的本质安全电路。
2.3.如果高瓦斯地点中的电路或设备可能受到关联设备的设计和结构的影响,则还应包括位于地下矿井和隧道的高瓦斯地点之外的关联设备。
符合这些标准就表示符合30CFR的本质安全要求,但在发布一个MSHA批准,本质安全评估,或者认证之前,必须满足30CFR的所有其他适当的要求。
本文件的授权来自30CFR,章节18.20(b),18.68(a)(1),19.1(b),20.1(c)(2),22.6,23.6,以及27.20(a)。
3.0参考文献3.1.ACRI2010“密封标准”3.2.ACRI2011“本质安全的有功电压/电流电源标准”4.0定义4.1.关联设备-这种设备所处的电路本身并不是本质安全的,但连接到本质安全的电路上。
关联设备的一个例子就是电源,位于采矿机械上经认证的防爆外壳内,它给一个本质安全的控制电路供电。
4.2.电气间隙距离-通过空气测量的两个导电部件之间的最短距离。
4.3.恒温-使用规定试验参数的设备的平衡温度。
当最终温度在先前15分钟时间间隔内记录的最小和最大温度读数的3%以内时,这种情况便会发生。
4.4.爬电距离-沿着两个导电部件的绝缘材料表面测量的这两个导电部件之间的最短距离。
4.5.基本电路-图11.1,11.2,11.3,和11.4上所示的电路。
4.6.故障-任何部件、间距或绝缘的缺陷或电击穿,故障本身或者结合其他故障一起对本质安全电路的电气特性或热学特性可能产生会不良影响。
这种原始故障以及所有引起的缺陷及击穿都被认为是单一故障。
4.7.现场布线-不满足内部布线定义的所有接线。
现场布线的前提条件是内部布线可能已经断开或损坏。
4.8.内部布线-制造商在一个合适的机壳内所做的接线和电气连接。
4.9.本质安全设备-所有电路均为本质安全的设备。
4.10.本质安全电路-在这些标准中规定的试验条件下,这种电路在正常或在特定故障条件下所产生的任何火花或热效应不容许造成甲烷-空气大气或煤粉层点燃。
4.11.最大安全区电压-关联设备可用的最大电压。
最大安全区电压可以是一种高于标称输入电压的电压。
例如:一台计算机显示器的高电压背光电路可以被认为是线路供电计算机系统的最大安全区电压。
4.12.保护性部件或组件-一种不太可能出现使电路的本质安全降低的故障的部件或组件,当对这种电路的本质安全进行分析或试验时,它可能被认为是不会遭受故障的。
4.13.旁路二极管势垒组件-制造成一种单独设备(而不是作为一个更大设备一部分)的一种网络,它是保险丝和/或电阻器保护的旁路二极管以及串联电流限制电阻器,它可以将电流和电压限制成规定的水平。
这种网络不包含其他类型的部件,用于将电流和电压限制成本质安全水平。
4.14.特殊紧固件-一种可以用手或者使用通常携带的物体,如:硬币、钥匙、小刀等来松开的紧固件。
特殊紧固件可接受的例子包括:六角头以及梅花头;而不可接受的例子包括平头和十字头。
4.15.合适的外壳-一种可避免进入灰尘和物理性损坏的外壳。
5.0标准5.1.基本要求5.1.1.本质安全电路不允许在正常操作中释放足够的电能或热能,并且不得有多达两个独立的故障条件而造成最容易起火成分的甲烷与空气易燃混合物点燃。
5.1.2.在正常操作中以及在故障条件下会暴露于煤粉中的外壳以及本质安全电路部件的表面温度不得造成煤粉层热点火。
5.1.3.关联设备在正常条件之下以及在关联设备中有多达两个独立故障的情况下,应使与之相连接的所有本质安全电路保持本质安全。
5.1.4.由关联设备及本质安全电路所组成的系统应在系统的基础上服从两个故障标准。
5.1.5.所有本质安全及关联设备都应满足章节7.0的构造要求。
5.2.正常操作-为了进行本质安全评估,正常操作应包括以下所有项目:5.2.1.供电电压将是相当于以下的最坏条件:5.2.1.1.用于电池供电电路的最大电压如章节9.3.6中所示,或者5.2.1.2.对于线路供电的电路,为标称输入电压的1.2倍。
5.2.2.代表了最不利条件组合的所有部件的公差和调节。
5.2.3.在本质安全电路的一根电缆内现场布线(包括端子)的开路、短路、反接和/或接地。
单独屏蔽到一个公共接地的导线将不会遭受至该电缆内其他载流导线的短路故障。
每个屏蔽线都应只能在一个点处接地到关联设备上。
如果必须在一个危险位置端接屏蔽线,则应将它连结到关联设备的地线上。
5.2.4.环境条件为:最大环境温度为40℃,空气中的最大氧浓度为百分之21,标称压力为1个大气压。
5.3.故障条件-所有的电导体、部件和间距都被认为是要遭受故障分析中的故障,除了以下之外:5.3.1.在章节8.0中确定的保护性部件,我们已经评估并发现这些部件不太可能出现使电路安全降低的故障。
5.3.2.如果间距符合章节7.1的要求,则电导体之间的正的物理间距将不会遭受短路故障。
5.4.安全系数-在本质安全的测定中,将在能量方面使用1.5的安全系数用于正常操作和单个故障分析。
在测定最大表面温度时,在电流或电压方面不使用安全系数。
6.0电路评估方法6.1.一般的评估方法-应使用以下方式来评估电路的本质安全:6.1.1.应对电路进行分析,以便在正常操作情况下以及在章节5.0中规定的故障条件之下测定最坏情况的电路参数。
应考虑到在危险位置可能会发生的电路中断、短路、过热部件或者地线故障等每种可能的着火源。
在故障施加之前,电路应按照章节5.2处于正常的操作情况下。
6.1.2.应考虑到如以下所述的着火源:6.1.2.1.火花点火源6.1.2.1.1.电容电路的放电6.1.2.1.2.电感电路的中断6.1.2.1.3.电阻电路的间歇式接通和断开6.1.2.1.4.热线熔融6.1.2.2.热点火源6.1.2.2.1.电线束加热6.1.2.2.2.灯丝灼热6.1.2.2.3.部件的表面温度很高6.1.3.应检查结构细节是否符合章节7.0的要求。
6.1.4.应根据MSHA的标准测试程序来测试电路(/Techsupp/ACC/StandardTestProcs/StandardTestProcs.asp)。
章节10.0包含了这些标准测试程序的摘要。
6.2.电路符合性的验证-通过以下程序可以证明是否符合章节5.1的基本要求:6.2.1.根据章节10.1的测试要求来测试电路或者将计算出的或者测量出的电流、电压以及相关的电感和电容的值与章节11.0中的适当数值进行比较(以更坏的情况为准),以确定电流和电压的水平是否小于章节6.2.1.1至6.2.1.3中规定的值。
电路条件将包括本文件中所述的所有标准条件和故障条件。
6.2.1.1.对于标准条件或者单一故障条件,电流和电压不得超过在给电流和电压应用了5.1的安全系数之后从图11.1和11.2中确定的相应值的百分之90。
电流不得超过在应用了5.1的安全系数之后从图11.3中确定的值的百分之90。
电压不得超过在应用了5.1的安全系数之后从图11.4中确定的值的百分之90。
6.2.1.2.对于双故障条件,电流和电压不得超过从图11.1和11.2中确定的相应值的百分之90。
电流不得超过从图11.3中确定的值的百分之90。
电压不得超过从图11.4中确定的值的百分之90。
6.2.1.3.作为验证是否符合图11.2,11.3或11.4要求的一种备选方案,能级低于0.3mJ(如《危险位置中的电子仪器》中规定的甲烷-空气大气的最小点火能量,第四版,欧内斯特·麦佳圣著)的基本电路是可以接受的。