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本質(zhì)安全電路是指在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，包括正常工作和規(guī)定的故障條件，產(chǎn)生任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。顯然，這種防爆型式是通過限制電路能量和功率的方法來實(shí)現(xiàn)防爆的，而在本質(zhì)安全型電氣設(shè)備和電路中，阻抗變換電路會直接影響電路的防爆安全性。這是由于當(dāng)本安電路中采用阻抗變換電路時，有可能會產(chǎn)生“模擬電感”和“模擬電容”。

模擬電感和模擬電容是指在模擬電子電路中，某些包含儲能元件的電路環(huán)節(jié)中可能形成的“虛擬”電感和“虛擬”電容。對這種“虛擬”的儲能元件的討論來源于對回轉(zhuǎn)器的研究。模擬電感和模擬電容的存在解決了由于電路集成化程度的提高，傳統(tǒng)儲能元件在量值和體積之間存在的矛盾。因此這種模擬元件目前廣泛應(yīng)用于濾波器和其他信號處理電路中，從而實(shí)現(xiàn)了模擬元件對實(shí)體元件的替換。

目前對開關(guān)變換器本安性能判定方法的研究較多，而對于模擬元件對本質(zhì)安全電路安全性影響的研究較少。有學(xué)者提出了模擬電感和模擬電容這種既改變屬性又改變數(shù)量的異常效應(yīng)的存在，會影響本安電路的防爆安全性。但是其僅從理論上對模擬電感和模擬電容進(jìn)行了定性探討，并沒有定量地分析模擬電感和模擬電容對本安電路防爆安全性的影響，也沒有給出相應(yīng)的潛在危險判據(jù)。

北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院的研究人員在分析模擬電感和模擬電容的基本原理的基礎(chǔ)上，對由不同阻抗變換電路實(shí)現(xiàn)的模擬元件的性能用Multisim進(jìn)行了仿真與比較，得出了模擬元件只能在有限的頻率范圍內(nèi)替代其等效的實(shí)體元件的結(jié)論；然后在此頻率范圍內(nèi)分別計(jì)算實(shí)體儲能元件和模擬元件的本質(zhì)安全邊界并進(jìn)行對比分析以判斷電路的本安性能；最終建立模擬電感和模擬電容電路本質(zhì)安全性能評價判據(jù)，以達(dá)到恰當(dāng)評估其“潛在”危險性的目的。

他們認(rèn)為：

1）模擬電感和模擬電容電路的存在不僅可能改變屬性（電感性和電容性），還有可能產(chǎn)生量值的變化。

2）由于運(yùn)放的帶寬和阻抗變換電路結(jié)構(gòu)、等效電路模型的不同，模擬電感和模擬電容只有在有限的頻率范圍內(nèi)才能替代實(shí)體電感和實(shí)體電容。

3）由于實(shí)體元件對本安電路的防爆安全性的影響顯而易見，因此要將研究的重點(diǎn)放在模擬元件的危險性上。顯然實(shí)體元件本安且模擬元件非本安是存在潛在危險的情況，研究該情況發(fā)生的條件是有必要性的。

4）由于模擬電感和模擬電容的存在對本安電路的影響不可忽略，因此要采用模擬電感和模擬電容電路本質(zhì)安全性能評價判據(jù)，對它們帶來的潛在危險性進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u估。

另外，研究人員指出，對于含有模擬儲能元件的電路，采用模擬電感和模擬電容電路本質(zhì)安全性能評價判據(jù)，考核本安電路安全性能，能夠正確評估模擬儲能元件對本安電路產(chǎn)生的危險性。這對應(yīng)用在易燃易爆氣體環(huán)境中的本安電路的設(shè)計(jì)有一定的參考作用。但這種本質(zhì)安全性能評估判據(jù)的使用需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證支撐，后續(xù)還需要開展更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證前述理論分析。

本文編自2022年第3期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“本質(zhì)安全電路模擬儲能元件潛在危險性分析及其本質(zhì)安全判據(jù)”，作者為孟慶海、田媛。