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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(guò)限制電路能量和功率的方法來(lái)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(huì)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(shí)，有可能會(huì)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(chǔ)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(duì)這種“虛擬”的儲(chǔ)能元件的討論來(lái)源于對(duì)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(chǔ)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(hào)處理電路中，從而實(shí)現(xiàn)了模擬元件對(duì)實(shí)體元件的替換。

目前對(duì)開關(guān)變換器本安性能判定方法的研究較多，而對(duì)于模擬元件對(duì)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(huì)影響本安電路的防爆安全性。但是其僅從理論上對(duì)模擬電感和模擬電容進(jìn)行了定性探討，并沒(méi)有定量地分析模擬電感和模擬電容對(duì)本安電路防爆安全性的影響，也沒(méi)有給出相應(yīng)的潛在危險(xiǎn)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(duì)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(chǔ)能元件和模擬元件的本質(zhì)安全邊界并進(jìn)行對(duì)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(píng)價(jià)判據(jù)，以達(dá)到恰當(dāng)評(píng)估其“潛在”危險(xiǎn)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(duì)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(xiǎn)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(xiǎn)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(duì)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(píng)價(jià)判據(jù)，對(duì)它們帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)性進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估。

另外，研究人員指出，對(duì)于含有模擬儲(chǔ)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(píng)價(jià)判據(jù)，考核本安電路安全性能，能夠正確評(píng)估模擬儲(chǔ)能元件對(duì)本安電路產(chǎn)生的危險(xiǎn)性。這對(duì)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(píng)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(bào)》，論文標(biāo)題為“本質(zhì)安全電路模擬儲(chǔ)能元件潛在危險(xiǎn)性分析及其本質(zhì)安全判據(jù)”，作者為孟慶海、田媛。