[发明专利]本质安全栅

说明书

本发明公开了用于供电的设备、耗电设备、电气设备或部件的改进的本质安全栅装置。本发明还公开了一种用于供电的设备、耗电设备、电气设备或部件的本质安全栅的操作方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月19日提交的名称为“本质安全栅”的美国专利申请No.14/626,084的优先权，其整体内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及本质安全的有限电压和电流输出栅，其被定位于产业上所知道的关联装置中，并且其需要被安装在本质安全设备和关联装置内被认为不是本质安全的另一个电路之间的每个电接口中，使得本质安全设备中的保护部件和结构，在被连接到具有由栅电路提供的本质安全的有限电压和电流输出的关联装置时，不被损坏。

背景技术

一种类型的危险位置是可燃气体、蒸气、或粉尘存在的地方。安装在这些位置中的电气设备必须经过专门设计和测试，以确保不会由于电弧触点或设备高表面温度而引起爆炸。

在煤矿中引入用于信号传递或照明的电气装置往往伴随着可燃性气体和粉尘的电引发爆炸。因此，开发了用于标识电气装置中将防止电气引爆的特征的标准。若干保护方法在被使用。一种这样的方法是以一种方式设计电气设备，使得它们不能产生足够强的火花，或生成足够热的热量，以点燃可燃气体和/或粉尘。

存在各种用于这些危险位置中电气安装安全的策略。最简单的策略是通过将设备完全保留在区域外或者通过工序改善或利用清洁空气通风使区域危险性降低，来使危险区域中安装的电气设备的数量最小化。本质安全(包括非易燃的设备和接线方式)是被设计具有低功率水平和低储能水平的装置的实践集。在这种装置中，在最严重的故障条件下，也不会有足够的能量来产生能够点燃周围爆炸性空气的电弧，并且在最严重的故障条件下，也不会有足够的能量来产生足以点燃周围的爆炸性空气的热量。本质安全是使功能设备在周围的爆炸性空气中能够不成为点火源的几种方法之一。被称为本质安全的设备被设计成不能产生足以点燃爆炸性空气的热量或火花。如本文所使用的，“本质安全输出”是指关联装置的输出不能传递比由将被连接到关联装置的输出端的本质安全设备的认证所允许的电压和电流量大的电压和电流(即，关联装置的输出不能损坏本质安全设备的部件和构造)。

在设计本质安全电子设备时的一些考虑包括：将能量限制到在最严重的故障条件下也不能在爆炸性空气中产生易燃火花的水平，将能量限制到在最严重的故障条件下也不能产生由生成的热量点燃爆炸性空气的水平，以及结合间距、结构和材料的适当方法的使用。消除部件内的火花电势是通过在最严重的故障条件下，将任何给定的电路和整个系统中的存储能量限制在安全水平内来实现的。在某些故障条件下(例如半导体设备的内部短路)，生成的热量成为一个问题，这是因为即使在正常使用中，部件的温度可以上升到能够点燃一些爆炸性气体和粉尘的水平。因此，采用各种保护措施(诸如通过电阻器和熔丝限制电流和功率)，以确保部件可以达到引发可燃性空气自燃的温度的那些环境中的安全。在目前使用的许多高度紧凑的电气设备中，印刷电路板通常具有使得难以减少在部件间产生电弧的可能性的部件间距，无论是否有粉尘或其他颗粒物质作用在电路上。因此，部件间距、选址和隔离技术对于拥有本质安全的设计变得重要。

本质安全背后的主要概念是确保只有低电压和低电流进入危险区域，确保不可能存在显著能量存储，并且确保不可能存在显著热量生成。常用的保护方法是通过使用多个串联电阻器来限制电流(假设电阻器总是失效开放)；并且利用将多个齐纳二极管接地来限制电压(假设二极管总是失效短路)。此外，存在针对本质安全设计的认证标准，其根据设备类型而变化，通常要求安全栅(例如电隔离栅)不超过所允许的电压和电流水平，所允许的电压和电流水平具有对电流和电压限制部件具有特定损坏。