针对危险场所的强大电路保护：行业标准和元件选择指南

据美国劳工统计局（BLS）的数据，火灾和爆炸事故占工作场所所有致命伤害的三成左右。几乎每个涉及能源和材料生产的行业都存在具有潜在危险的场所，包括能源生产（如石油/天然气生产/提炼、储存/运输，采矿等），材料加工（半导体制造、油库、化学品制造等），食品生产（谷粒碾磨、烘焙、酿造、蒸馏等），以及其它许多行业（药物或化妆品制造，添加剂制造，3D打印，汽

油站，油，污水等）。

对于每一个负责在易燃液体、蒸汽、气体或可燃粉尘或纤维存在的危险场所降低爆炸风险的人来说，首要步骤之一是消除潜在的引燃源，例如电气设备正常运行所产生的热量或火花。举例来说，操作电气装置可能会导致温度上升高于周围爆炸性环境的热引燃阈值。与之类似，一台设备的开关操作能够制造出产生引起爆炸的足够能量的火花。为了尽量减少与在爆炸性环境中操作电气设备相关的风险，该设备必须采用防爆方法以降低发生爆炸的可能性。这不仅针对的是诸如手电筒、手机和气体探测器等便携式设备，也针对诸如过程控制/自动化设备、数据处理设备和传感器/仪表等固定设备。

当地的电器安装规范基于爆炸性环境的类型和与该环境相关的爆炸风险水平对合适的保护方法进行了定义。这是通过分类系统来实现的。在北美，主要使用的是分类和分级系统（表1），而国际市场采用的 IEC 分类系统。这两种系统均首先对爆炸性环境的类型进行了区分，然后进一步确定了材料的可燃浓度可能存在的可能性的多个水平。一类 1、2 级和区域 0、1、2 是存在危险性蒸汽或气体的场所。二类 1、2 级和区域 20、21和22 是存在危险粉尘的场所。

PICO 305系列（橙色）和 PICO 259-UL913（绿色）是力特公司推出的本质安全型保险丝，是 UL913 标准认可的用于电气设备在危险场所运行的本质安全性的封装保险丝。其额定电压分别为 277V 和 125V，是经过认证符合此标准的唯一可用的保险丝。这些密封的保险丝是石油、天然气、采矿、化工和医药等行业应用的理想选择，因为它们的设计目的是在因故障电路而存在爆炸危险的环境中工作。除了 UL913 认证，这些保险丝还符合 ATEX（EN60079-0 和 EN60079-11）及 IECEx（IEC 60079-0 和 IEC60079-11）的要求。

该图详细说明了封装保险丝（在本例中为 LITTELFUSE PICO 259-UL913）是如何对将会暴露于爆炸性环境中的能量和温度进行限制的。

本质安全型保险丝如何有助于防止发生爆炸
当电容器故障或电子电路中发生 IC 短路，电气故障可能会引起热失控。如果不迅速加以控制，会产生电火花或元件的温度会迅速上升，构成爆炸危险。保险丝的作用是充当一个有意的薄弱环节，旨在打开故障电路，从而限制了火花能量和表面温度。然而，普通保险丝无法提供足够的保护，因为当保险丝开路时会产生电弧。电弧和温度可能会引燃周围的爆炸性环境，因为周围的易燃环境能够接触到电弧/火花和相应的温度。

为确保电路中的元件均不会达到能够引燃爆炸的温度，本质安全型保险丝或限流电阻是必需的。本质安全认证的保险丝能够在任何异常条件下对电流进行限制，以确保电路在不会产生能够引起着火的火花的前提下形成开路。本质安全型保险丝的表面温度也不会达到能够引燃爆炸性气体或粉尘的温度。

为本质安全型电路设计选择保险丝
在电路设计人员为本质安全型应用（或者，实际上任何应用）选择一个合适的保险丝之前，他需要收集关于应用本身和可能的保险丝选择的各种信息：
1）正常工作电流：保险丝的额定电流针对25ºC 的工作环境通常被降额 25% 以避免令人烦恼的熔断。例如，在 25ºC 的环境温度下，额定电流为 10A 的保险丝通常不建议在超过 7.5A 的工作电流下使用。

2）应用电压（交流或直流）：保险丝的额定电压必须等于或大于可用的电路电压。

3）环境温度：保险丝的载流容量试验是在25ºC 的温度条件下进行的，并将受到环境温度变化的影响。环境温度越高，保险丝的工作温度就越高，其寿命也将越短。相反，在较低的工作下会延长保险丝的寿命。正常工作电流接近或超过所选保险丝的额定值时，保险丝发热也会更大。
4）保险丝必须断开的过载电流和时间长度：需要保护时的电流水平。故障条件可以加以指定，无论是从电流方面还是在损坏发生之前能够耐受故障的电流和最大时间方面而言。应参阅时间-电流曲线以对保险丝特性和电路需求进行匹配，同时应记住的是这些曲线是基于平均数据的。

5）最大可承受的失效电流：保险丝的额定电流分断值必须达到或超过电路的最大故障电流。

6）脉冲、浪涌电流、涌入电流、启动电流和电路瞬变：电脉冲条件因应用的不同会有很大的不同。不同的保险丝结构对给定的脉冲条件的反应也可能不一样。电脉冲会产生热循环和可能的机械疲劳，可能会影响保险丝的寿命。

7）物理尺寸的限制，如长度、直径或高度：保险丝尺寸通常在制造商的产品数据表中提供。

8）要求的机构认证：产品将要面向的市场在最终产品可以出售之前将对需要何种机构认证具有重大的影响。查看当前制造商的数据表中关于所考虑选用的保险丝产品的特定机构认证信息。

9）所需的保险丝功能：了解应用所需的特定的保险丝功能，比如安装类型、形式因数、是否便于拆除、轴向引线、可见指示等等。

10）保险丝座功能（如果适用）以及所需的相关重估：夹子，安装块，面板安装，PC 板安装，R.F.I 屏蔽等等。

有了这些信息，电路设计人员可以使用制造商的数据表或选择指南以将他们的本质安全型保险丝选择范围缩小到符合他们要求的那些产品。然而，在几十个数据表中试图找出信息可能会是令人沮丧的过程。Littelfuse 的 iDesign™ 保险丝选择工具能够加速和简化选择过程。这一功能强大、基于 WEB 的工具提供了一种为应用确定最佳的电路板安装的电子保险丝、找出部件文档、并订购部件样品进行原型设计的快速、直观的方法。用户在保险丝选择过程中，该工具可基于提供的输入信息快速缩小可用的选择。

iDesign 工具根据的是 Littelfuse 出版的流行保险丝学参考中所载的计算，并将这些计算与保险丝数据表中所提供的信息结合起来。iDesign 工具将曾经非常复杂、耗时的过程变为一个直观的只有七个步骤的程序，各种电路设计技术水平的用户都能够快速了解。在选择过程的每一步，指导按钮和讲解都会为用户提供指导。此外，设计经理工具栏使用户能够创建、保存和重新加载他们的选择，并与他们的同事进行共享，简化了大型设计项目上的协作。

然而，无论一种选择工具的作用有多大，验证所选保险丝的保护水平和安全性都是有必要的。iDesign 工具也只应作为一个指南而使用，以提示过电流选择过程的第一步。应始终进行应用测试，以对正确的部件选择进行验证。

结论
总的来说，通过限制电火花和表面温度过高的来源、以及满足其他要求来防止电气设备成为引燃源是对在危险场所中使用的新器件或产品的设计和开发进行思考的关键。此外，因为整体安全性依赖于元件安全，应明智地对保护元件进行选择。本质安全标准提高了最终产品的整体安全性，增加了在危险的工作环境中生命和财产的保护水平。